高密度電法在地下水流向調查中的應用探究

吳 強，雷 宛，2，劉 倫

（1.成都理工大學 地球物理學院，四川 成都 610059，2.成都理工大學 環境與土木工程學院，四川 成都 610059）

地下水的分布以及流向是地下水調查的重要內容。傳統調查地下水流向的方法是在場地內外鉆取多個孔（孔深至第一隔水層即可），然后量取潛水面到井口的相對高度以及井口的GPS數據，獲得各個孔潛水面的高程，從而推斷地下水流向。

該方法優點是單孔數據精度高，缺點是由于井孔的數量有限，存在“以點概面”的不足[1]。

高密度電法作為環境地球物理方法的一種，是以地下地質體間的導電性差異為物性基礎，通過在監測區布設剖面/平面，進行小點距（＜10m）多道測量，從而獲得地下二維/三維的電性結構。

地下地質體由于巖性、結構、構造、含水性、壓實程度不同，其電性特征也會存在差異，這為高密度電法勘查提供了可能。

潛水面的上下巖土層由于含水率差異明顯導致電阻率差異大，因此利用高密度電法可以獲得大面積的地下水潛水面的分布特征，同時通過井孔數據的對比，可以獲得場地內的潛水面等值線圖，判斷地下水的流向。

1 高密度電法勘查潛水面的可行性—以砂土場地為例

砂土層具有呈層性，高密度電法在淺層地下水勘查中，可以將砂土層近似為兩層，上層為包氣帶內的砂土層，下層為潛水面下的含飽和水的砂土層。在淺地表，砂土壓實性不足，空隙連通性良好，因此影響砂粘土的電阻率大小因素主要是含水率和飽和度，飽和度越高，孔隙水連通好，砂土層電阻率將越低。可以使用阿爾奇公式考查淺地表砂土的電阻率特征。

Rt：砂土電阻率；Rw：地下水的電阻率；Φ：砂土空隙度；Sw：砂土含水飽和度。

有公式可知：孔隙度（Φ）越大，含水飽和度（Sw）越大，則砂土電阻率（Rt）越低。對于潛水面以下的砂土層，其含水率高于包氣帶內的砂粘土層，飽和度達到100%，潛水面以下砂粘土的電阻率將明顯低于包氣帶內的砂粘土層的電阻率，因此利用電阻率探測砂土地區的潛水面在物性上具有可行性。

2 應用實例

研究區處于平原區，近地表為第四系砂土層，覆蓋層厚度超過50m，該地區地下水位在4～12m。現擬在此建一個高純銦提純工廠。銦作為劇毒物質，即使微量銦進入地下水也會造成污染，為此對該區開展了環評工作。為了全面了解場地的地下水分布特征以及地下水流向，本次嘗試布設了高密度電法剖面。

圖1 8線高密度電法剖面成果圖

為了控制廠區地下水的上下游，圍繞擬建工廠，布設了4條剖面，構成“井”字型剖面覆蓋場地。施工采用重慶地質儀器WDJD-3多功能電法儀和WDJD-3多路轉換器，裝置類型選擇了α裝置[2]。

圖1為剖面8線高密度電法部分成果圖，可以看出兩條剖面的電阻率成典型的兩層結構，第一層為高阻，電阻率介于300Ω.m～1200Ω.m,第二層為低阻，電阻率介于20Ω.m～500Ω.m,上下兩層界面清晰，電阻率差異明顯，能較好的反映潛水面[3]。

另在高密度電法剖面上選擇了三個位置進行鉆孔并實測了潛水面深度（表1）。從表中可以看出高密度電法測得潛水面深度可靠。

表1 潛水面深度測量結果

根據所有剖面探測的潛水面深度繪制了如圖2所示的潛水面等值線圖。從圖2可知：本區地下水潛水面總體呈北高南低的趨勢，潛水面深度變化范圍4～9m，等值線平緩，說明本區潛水面總體變化不大。

根據水流方向垂直于潛水面等值線的特性，推斷場地內地下水徑流主方向為自北向南。

圖2 地下水潛水面推斷等值圖

3 結論

將高密度電法應用于地下水流向的調查中，具有良好的物性前提，潛水面在高密度電法成果剖面內反映明顯，通過多條測線，可以獲得本區地下水潛水面的等值線圖，據此可推斷場地內地下水的流向。

[1]楚澤涵，關于環境地球物理學的思考，地球物理學進展，1995．

[2]雷宛等，高密度電法中幾種裝置勘探效果的比較，中國地球物理，2006．

[3]雷宛，肖宏躍，鄧一謙．工程與環境物探[M]．地質出版社，2006．