高密度电法与水文地质勘查在乡村振兴找水中的应用

赵迷迷 谢奇

摘要：为助推广东省某村脱贫攻坚和乡村振兴，切实解决该村饮用水供应不足、水质不稳定、供水点分散及水源地卫生条件差等问题，本文从找水方向、方法技术及案例分析的角度，探讨高密度电法与水文地质勘查相结合在乡村振兴找水中的应用。

关键词：高密度电法；水文地质；温纳—施伦贝尔装置；乡村振兴

1.引言

地下水是人类生存和发展所不可缺少的宝贵天然资源，在国民经济建设中具有重要的意义[1]。在地下水資源勘查中，常以水文地质勘查为基础，研究和分析地下水的赋存规律，再以物探方法作为主要勘查技术手段，查明含水层、隔水层、裂隙、构造等的空间分布特征和赋水情况[2-3]。物探方法的选取主要根据找水场地的复杂性酌情选择单一方法或组合方法，常用于地下水勘查的物探方法一般分为地面电法、电测井法、热测井法及磁法，其中地面电法使用最普遍，包含高密度电阻率法、交流电磁法、电磁测深法及以遥感（RS）、地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）组成的“3S”技术[4-5]。

2.工作区基本概况

工作区位于广东省某村，为较典型的贫困村，属粤东北低山丘陵地带，地势总体呈现南西和北东高、中部低的趋势，海拔高程179.2m～514.8m，自然坡度为15°～ 20°。本区位于北回归线以北，气候温暖、潮湿、多雨，为典型的亚热带温暖潮湿季风气候区。工作区内及附近水系不发育，主要为山间小溪流，自南向北汇入高陂水库，流量受降雨等因素影响较大，夏季易出现洪峰，冬季则流量较小。村内常年存在饮用水供应不足、水质不稳定、供水点分散及水源地卫生条件差等问题，饮水安全亟待解决。

3.地质概况

工作区内出露的地层主要为白垩系上统南雄群（K2N），见图1，主要分布于工作区南东部，岩性主要为灰白色、红褐色砾岩、砂砾岩等。其次为第四系冲洪积层（Q）：主要分布于河流两侧及山沟等低洼地带，主要由砂、粉砂、砾石及粘土等组成，一般厚度1m～5m。工作区内出露构造主要为北西向构造F1，宽约1.0m，出露长度不清，为挤压破碎带，产状155°∠72°。

通过水文地质勘查，工作区内及附近水系不发育，主要为山间小溪流，为季节型河流，一般河水流量小，流量为0.5L/s～6.3L/s。此外，在F1构造附近发现4口民井（MJ1～MJ4），其中MJ1位于构造西部，井深约2.30m，水位埋深约0.20m，经简易抽水试验观测，水量约1.05m3/d，仅能满足少量的农业灌溉用水；MJ2、MJ3、MJ4位于构造东部，井深19.82m～21.10m不等，一般水位埋深约3.08m～4.80m，水量较小，仅能满足水井户主日常生活及少量的农业灌溉用水。工作区内含水层主要分为松散岩类孔隙含水层、基岩裂隙含水层及断裂构造含水层。其中松散岩类孔隙水主要赋存于第四系残坡积层及东部溪流及山沟等低洼地段的冲洪积层中，厚度较薄，随地形起伏较大，具良好的排泄条件，富水性弱，水量贫乏；基岩裂隙水主要赋存于白垩系上统南雄群的强风化裂隙中，水力性质属潜水型，泉流量<0.01～0.025L/s，富水性弱，水量贫乏；构造裂隙水赋存于构造裂隙中，主要含水带形成于断裂构造上、下盘接触带裂隙及延伸地带，含水带具微承压特性，水头高度与基岩裂隙水静止水位基本一致，富水性弱。区内松散岩类孔隙水及基岩裂隙水，其补给区及排泄区基本一致，二者由大气降水及地表水补给，以泉及蒸发形式排泄；构造裂隙水与基岩裂隙水及松散岩类孔隙水之间水力联系密切，三者为直接补给关系，水力性质具无压水转承压水性质。

4.找水方法与技术

4.1找水方向

通过开展水文地质勘查工作，发现工作区内及附近水系不发育，主要为山间小溪流，未发现较大的地表水体；各含水层均富水性弱，水量贫乏；工作区内断裂构造不发育，仅发现F1出露于道路边坡崩塌面，规模较小；发现4处民井，水量较小。为进一步探索深部是否存在富水构造及有利含水区域，并综合考虑施工成本、各种物探手段及测量仪器的技术要求、工作区内公路、电线与建筑物等地表地物分布情况等，在民井附近，选用高密度电法测量开展地下水资源勘查工作。

4.2工作方法

高密度电法勘探仪器采用重庆地质仪器厂研制生产的WDJD-3型多功能数字直流激电仪。该仪器具有存储量大、测量准确快速、操作方便等特点。最大供电电压900V，最大供电电流5A，电极转换无须人为干预，可组成各种四极、三极装置，实际工作中可以根据情况选择合适的装置。系统可实时显示等值线剖面或彩色映像剖面；输出功率200V/200mA；可与计算机串行通讯进行数据处理。广泛适用于勘探深度小于200m的工程勘探、地质灾害调查、地下水调查和矿产勘查。

高密度电法各类装置中由于温纳装置的垂向分辨率相对较高，施伦贝尔装置对地质体在水平方向上的变化非常灵敏，分辨率很高[6]，故采用温纳-施伦贝尔组合装置开展测量，便于资料对比和室内解释。温纳装置又称对称四极装置，A、M、N、B等间距排列，其中A、B为供电电极，M、N为测量电极，测量时，电极间距按隔离系数由小到大的顺序等间隔增加，四个电极之间的间距也均匀拉大，该测量方式为剖面测量，所得断面为倒梯形；施伦贝尔装置的测量方式为测深测量，测量时，M、N保持不动，A、B同时逐点分别向左、右移动，得到一条滚动扫描测量线，然后A、M、N、B同时向右移动一个电极，再按照同样的方式跑极，得到另一条滚动扫描测量线，所得断面为矩形。

4.3工作成果

本次完成高密度电法测量测线1条（YG01），电极距为5m，测线长度为300m，方位为160°。测量成果表明：YG01测线范围内视电阻率值总体在20Ω·m～3000Ω·m区间内，总体变化较大，低阻与高阻分区明显、界线清晰，根据高密度电法测量视电阻率的幅值、形态、连续性和空间分布规律，推断出1条地质构造，圈定1处富水区域（图2），分述如下：

测线80m～130m（16～26号电极）下方50m～80m位置有约30m×40m的面状低阻异常区D01，异常区视电阻率值相对较低，在20Ω·m～100Ω·m区间内，连续性好，规模较大，根据其幅值、形态、连续性和空间分布规律，结合地质、水文勘查成果，推断该面状低阻异常可能与深部地质构造有关，低阻异常可能由构造交汇或岩性接触带富水或其他金属类低阻物质富集引起，具备富水条件。建议于YG01测线24号点位，即测线115m位置针对面状低阻异常区D01实施取水钻孔，验证该区的地下富水性。

测线点位110m～210m（22～42号电极）下方50m～100m位置有宽30m～37m的带状高阻异常带G01，异常带视电阻率值相对较高，在500Ω·m～2000Ω·m区间内，连续性较好，规模大，根据其幅值、形态、连续性和空间分布规律，结合地表构造出露情况，推断可能存在构造破碎带H01，倾角约53°，可能为构造F1的分支，高阻异常可能由构造破碎带富集高阻物质导致，不具备富水条件。

5.钻孔验证

针对高密度电法测量成果，布设了钻孔ZK1，高密度电法测量成果图与钻孔验证情况见图3。根据机械岩心钻探，73.59m～74.49m处为挤压破碎带，可见有构造泥，局部裂隙面光滑，含少量原岩角砾，局部亦可见有石英细脉，裂隙发育，具绿泥石化、碳酸盐化及褐铁矿化，岩心破碎，施工至该段时因故停工，次日见孔口涌水，涌水量约0.03m3/d。钻孔85.86m～136.87m段有7处岩心破碎，施工完该段后涌水量增加明显，约9.84m3/d，为主要含水层位。

钻孔成井后，根据《供水水文地质勘察规范》（GB50027-2001）要求進行了最大降深的抽水试验，允许开采量为103.40m3/d。抽水试验结束一段时间后，直接接取水样进行饮用水水质分析，检测结果表明：水样无异味、异臭，无肉眼可见物，色度、浑浊度NTU、总硬度、氟化物、氯化物、硝酸盐、硫酸盐、砷、镉、铅、汞、锰及总大肠菌落等指标均符合《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）。根据《2020年广东水资源公告》，广东省农村居民人均生活用水量为132 L/d，正常开采时，每天可供应约783人的生活用水，因村中半数以上村民外出务工，非常住村中，因此基本可以解决全村村民的日常用水问题。

6.结论

通过开展水文地质勘查工作，发现工作区内及附近水系不发育，各含水层均富水性弱，水量贫乏，断裂构造不发育，发现4口民井均水量较小，为探索深部是否存在富水构造及有利含水区域，综合考虑施工成本、施工条件、各种物探手段及测量仪器的技术要求等，选用高密度电法中的温纳-施伦贝尔组合装置开展地下水资源勘查工作。高密度电法测量成果表明：测线范围内视电阻率值总体在20Ω·m～3000Ω·m区间内，推断出1条地质构造，圈定1处富水区域，提高了在工作区内的水文地质认识，为取水钻孔的布设提供了依据。经钻孔验证，高密度电法测量圈定1处富水区域，涌水量为103.40m3/d，各项指标均符合《生活饮用水卫生标准》，水量满足全村村民的日常用水，因此，高密度电法与水文地质勘查结合使用，经济、有效，是针对贫困地区地下水资源勘查的有效手段。

参考文献：

[1]史长春.水文地质勘查[M].水利水电出版社， 1983年2月（第一版）.

[2]于丽莎，潘晓东，曾洁，等；鲁中南泰莱盆地岩溶地下水赋存特征和找水规律[J].地质与勘探，2019. 55（1）： 168-177.

[3]刘声凯，刘海飞，黄超，等；水文地质调查与综合物探在赣南花岗岩地区找水中的应用[J].地质与勘探， 2021. 57（3）： 584-592.

[4]武毅，朱庆俊，等；浅谈地下水地球物理勘查技术几个问题[J].水文地质工程地质， 2004年第3期： 111-114.

[5]白桂君.地下水地球物理勘查技术几个问题[J].科学技术创新， 2018. 16： 38-39.

[6]马志飞，刘鸿福，叶章，等；高密度电法不同跑极方式的对比及效果分析[J].工程地质计算机应用. 2008年第3期： 11-15.