高密度电法在地下水流向调查中的应用探究

吴 强，雷 宛，2，刘 伦

（1.成都理工大学 地球物理学院，四川 成都 610059，2.成都理工大学 环境与土木工程学院，四川 成都 610059）

地下水的分布以及流向是地下水调查的重要内容。传统调查地下水流向的方法是在场地内外钻取多个孔（孔深至第一隔水层即可），然后量取潜水面到井口的相对高度以及井口的GPS数据，获得各个孔潜水面的高程，从而推断地下水流向。

该方法优点是单孔数据精度高，缺点是由于井孔的数量有限，存在“以点概面”的不足[1]。

高密度电法作为环境地球物理方法的一种，是以地下地质体间的导电性差异为物性基础，通过在监测区布设剖面/平面，进行小点距（＜10m）多道测量，从而获得地下二维/三维的电性结构。

地下地质体由于岩性、结构、构造、含水性、压实程度不同，其电性特征也会存在差异，这为高密度电法勘查提供了可能。

潜水面的上下岩土层由于含水率差异明显导致电阻率差异大，因此利用高密度电法可以获得大面积的地下水潜水面的分布特征，同时通过井孔数据的对比，可以获得场地内的潜水面等值线图，判断地下水的流向。

1 高密度电法勘查潜水面的可行性—以砂土场地为例

砂土层具有呈层性，高密度电法在浅层地下水勘查中，可以将砂土层近似为两层，上层为包气带内的砂土层，下层为潜水面下的含饱和水的砂土层。在浅地表，砂土压实性不足，空隙连通性良好，因此影响砂粘土的电阻率大小因素主要是含水率和饱和度，饱和度越高，孔隙水连通好，砂土层电阻率将越低。可以使用阿尔奇公式考查浅地表砂土的电阻率特征。

Rt：砂土电阻率；Rw：地下水的电阻率；Φ：砂土空隙度；Sw：砂土含水饱和度。

有公式可知：孔隙度（Φ）越大，含水饱和度（Sw）越大，则砂土电阻率（Rt）越低。对于潜水面以下的砂土层，其含水率高于包气带内的砂粘土层，饱和度达到100%，潜水面以下砂粘土的电阻率将明显低于包气带内的砂粘土层的电阻率，因此利用电阻率探测砂土地区的潜水面在物性上具有可行性。

2 应用实例

研究区处于平原区，近地表为第四系砂土层，覆盖层厚度超过50m，该地区地下水位在4～12m。现拟在此建一个高纯铟提纯工厂。铟作为剧毒物质，即使微量铟进入地下水也会造成污染，为此对该区开展了环评工作。为了全面了解场地的地下水分布特征以及地下水流向，本次尝试布设了高密度电法剖面。

图1 8线高密度电法剖面成果图

为了控制厂区地下水的上下游，围绕拟建工厂，布设了4条剖面，构成“井”字型剖面覆盖场地。施工采用重庆地质仪器WDJD-3多功能电法仪和WDJD-3多路转换器，装置类型选择了α装置[2]。

图1为剖面8线高密度电法部分成果图，可以看出两条剖面的电阻率成典型的两层结构，第一层为高阻，电阻率介于300Ω.m～1200Ω.m,第二层为低阻，电阻率介于20Ω.m～500Ω.m,上下两层界面清晰，电阻率差异明显，能较好的反映潜水面[3]。

另在高密度电法剖面上选择了三个位置进行钻孔并实测了潜水面深度（表1）。从表中可以看出高密度电法测得潜水面深度可靠。

表1 潜水面深度测量结果

根据所有剖面探测的潜水面深度绘制了如图2所示的潜水面等值线图。从图2可知：本区地下水潜水面总体呈北高南低的趋势，潜水面深度变化范围4～9m，等值线平缓，说明本区潜水面总体变化不大。

根据水流方向垂直于潜水面等值线的特性，推断场地内地下水径流主方向为自北向南。

图2 地下水潜水面推断等值图

3 结论

将高密度电法应用于地下水流向的调查中，具有良好的物性前提，潜水面在高密度电法成果剖面内反映明显，通过多条测线，可以获得本区地下水潜水面的等值线图，据此可推断场地内地下水的流向。

[1]楚泽涵，关于环境地球物理学的思考，地球物理学进展，1995．

[2]雷宛等，高密度电法中几种装置勘探效果的比较，中国地球物理，2006．

[3]雷宛，肖宏跃，邓一谦．工程与环境物探[M]．地质出版社，2006．