利用充电法测定地下水的流速流向

马安丽

(安徽省煤田地质局水文勘探队，安徽 宿州234000)

利用充电法测定地下水的流速流向

马安丽

(安徽省煤田地质局水文勘探队，安徽 宿州234000)

在山东省济宁某井田，使用电法仪对地下水进行充电法流速流向探测。首先通过常规测井确定含水层深度，以此确定供电电极A的井身位置为175 m，然后以钻孔为中心，以45°等方位间隔布置测线，分别测量盐化前后的电位值，最后根据观测到的地下水盐晕变化情况运用矢量合成和公式计算，得出该地下水的运移情况。该研究区地下水流向是 W21°10′N，流速约为 4.17 m/d。

充电法;盐化;地下水流向;流速

在煤矿生产建设过程中，水害是影响煤矿安全生产和建设的重大灾害之一。在矿井建设初期必须查明地下水流速、流向，为煤矿井下开拓及安全生产提供准确的地质依据。水文地质采用的观测方法是:在钻井周围间隔一定的距离、一定的方位设计几个观测孔，以确定地下水的流速、流向，不仅费时费力，而且成本很高，利用电法仪查明地下水的运移情况是最有效、最经济的方法之一。

1 原理

1.1 原理简介

充电法是电法勘探的一种。通常在导电矿体的露头上，接上供电电极(A)(一般是正极)充电，另一电极(B)置于远离充电体的地方，供电时充电体为一等位体或似等位体，电流由充电体流入围岩，形成稳定电流场，该电场的分布特征与充电体的形态、大小和产状等因素有关。在地面、钻井或坑道中对其电场的空间分布进行观测和研究，以了解矿体或其它导体的赋存情况，获得所需要的地质资料。

当钻孔揭露了含水层时，在钻孔中放入食盐，食盐将不断地被地下水溶解而带入含水层，于是在钻孔周围的含水层中便形成一个沿水流方向延伸的电解质低阻带，此低阻带在电场中呈一等电位体。

通过对含水层中电解质低阻带在电场中产生的等电位线随时间的位移，研究地下水流向和地下水流速。

1.2 野外工作方法

1.2.1 电极的选择

充电法的供电电极可以采用铁或铝合金电极，充电电极A可用单电极或电极组，无穷远地面供电电极B最好采用电极组，以减小接地电阻，保证足够的供电电流。

1.2.2 供电电极距离的选择

供电电极B极和A极的距离为测区对角线长度的2倍以上，保证B极对测区的影响可视为零。测定地下水流速流向采用追索等位线法，B极应为充电点至边缘测点距离的10倍以上，最好垂直于岩层走向铺放，测量电极应使用紫铜电极棒。

2 应用实例

笔者对山东省济宁某井田，使用电法仪对地下水进行充电法流速流向探测，本次工作的主要任务是:查明山东省济宁某井检查孔第四系、新近系松散层内含水地层地下水的流速流向。

2.1 测区地层物性特征及含水层位置

2.1.1 地层物性特征

根据以往地质资料，第四系、新近系厚 191.40～231.60 m，平均 208.19 m。由黄褐、棕黄色、灰绿色粘土、砂质粘土、含粘土粉砂，夹浅灰或灰白色含粘土中、细砂、含粘土中粗砂、砂砾及混粒土等组成。

2.1.2 含水层的确定

从钻孔实际揭露情况，流速流量以接近基岩界面为原则，经常规测井曲线分析，170～185 m井段以细砂为主，总厚9.45 m。

2.2 施测方法

2.2.1 仪器设备

本次流速流向测定使用的仪器为DUK—2型高密度电法测量系统、DZD—4型多功能直流电法仪一套及经纬仪一台。

2.2.2 测线布置

以观测钻孔为中心呈辐射状分布，按照45°等方位间隔布置测线，测线的方向采用平面坐标方位，用经纬仪定出N、NE、E、SE、S、SW、W、NW 方向，每条测线测量电极距要均等一致。

2.2.3 电极布置

根据含水层的位置将供电电极A(球型)极置于钻孔175 m处，将供电电极 B极置于无穷远，B电极距钻孔1 500 m，8根电极组以井口为中心环形布极方式，电极距5～10 m，电极入土深度大于20 cm，并使其接地良好。

2.2.4 资料采集方法

将测量电极M置于井口，电极入土深度大于20 cm。测量电极N在事先布置好的测线上移动。在盐化地下水之前，首先测定一次正常的各测线方向的等电位点。然后再将食盐(NaCl)投入钻孔中，并记下时间。间隔一定时间后，再沿各条测线依次观测出盐化后的等电位点，记下时间和该点距中心点的距离。为保证观测流速流向的准确性，地下水盐化后观测等电位点不少于三次。

2.3 测量成果

2.3.1 流向的确定

根据施测数据(见表)，采用矢量法进行处理。地下水盐化后，观测的等电位点相对正常场等电位点的最大位移方向为地下水的流向，经矢量转换后计算出地下水流向的方位角为 W21°10′N。

表1 地下水流速流向测量成果表

2.3.2 流速的确定

根据施测数据，采用流速公式计算流速。其流速为:4.17 m/d。

式中:t1，t2，t3—三次测定等电位点的时间;S1，S2，S3—三次测得的等电位点距中心点的位移。

2.3.3 结论

综上所述，山东省济宁某井田检查孔175 m以浅地下水流向为 W21°10′N;流速约为 4.27 m/d。

3 效果评价

利用充电法测定地下水流速流向一般施测只需12 h，如果流速较大的地区，6～8小时即可。而本次仅用6个小时就完成了野外数据采集工作，工作效率高，省时省力，而且节约了大量的勘探资金。以本次测量为例，要获得地下水流速流向，水文地质采用的观测方法是在钻井周围设计几个观测孔，一般一个观测孔从开孔到成孔需七天左右时间，所需勘探费用约20万元，需要几个这样的观测孔，时间与费用的节约是非常可观的。实践证明，利用充电法测定地下水流速流向不仅设备简单，而且工效高。因此，利用充电法测地下水流速流向是值得大力推广的。

P641.12

B

1004－1184(2011)05－0005－01

2011－03－28

马安丽(1966－)，女，淮南凤台人，工程师，主要从事地球物理测井工作。