综合物探法在某水环境治理工程中的应用

黄杰炯

（广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司，南宁 530023）

1 概述

某水环境治理工程内湖区由于常年淤积，水体封闭，补给流量不连续，造成工区内水体营养因子浓度偏高，存在造成生态不平衡隐患，需要在工程区内寻找活水补给源。

工程区处于南宁向斜盆地的东南部，在大地构造上位于华南准地台的西南端，盆地北缘发育有区域性断裂心圩—韦村断裂，走向呈北东东向，属正断层。工区内出露地层主要有第四系人工堆积层（Qs）、冲积层（Qal）和第三系古新—始新统d 组（Ed1-2）、底部岩组（E13）等。参照区域地质图和地震动参数区划图等资料，工程区地质构造基本稳定，无较大的区域性断裂通过。工程区位于南宁盆地东南侧，整体地势较高，属邕江高阶阶地，工程区为地下水贫乏区。根据工区地质资料，第三系地下水赋存条件差，主要为裂隙水，勘探工作则是找到赋存于第三系半成岩中的裂隙水。

2 工作方法与技术

高密度电法勘探前提条件是地下介质间的导电性差异。高密度电法是电测深与电剖面方法的结合，其观测点密度高，可同时探测水平和垂直方向上电性变化的一种电法勘探方法。它可以实现电阻率的快速采集并现场进行数据的实时处理，从而改变了电法的传统工作模式，它集电剖面和电测深于一体，采用高密度布点，进行二维地电断面测量，提供的数据量大、信息多，并且观测精度高、速度快。

地面核磁共振方法是利用不同物质原子核弛豫性质差异，即利用了水中氢核（质子）的弛豫特性差异，在地面上利用核磁共振找水仪，观测、研究在地层中水质子产生的核磁共振信号的变化规律，进而探测地下水的存在性及赋存特征。

本工程根据场地资料及场地地形条件等，在通过已知水井点地段，首先采用高密度电法探测，明确水井点所属位置及其周围地球物理特征，推测含水层裂隙水补给来源方向。根据抽水试验，确定成井流量。在此已知条件上，再进行核磁共振探测，确定已知条件的弛豫时间以及丰水度，为寻找下一个井点提供基本参考。

根据区域地质资料及前期实地查勘确定了1#取水点位置，1#取水点位置为残丘，地势较高，地面高程约98 m，且位于地下水分水岭附近，地貌属第四系冲积Ⅳ级阶地，1#钻井井深85 m，其中0～0.8 m为粉质粘土，0.8～13.0 m 为含泥砂砾石层，含泥量高，结构紧密，13.0～70.0 m为泥岩、砂岩。该井地下水主要含水层为半固结砂岩、泥岩岩组，钻孔未揭穿该岩组，地下水类型主要为孔隙裂隙水，主要受孔隙水补给，该钻井地下水埋深约19 m。对该孔采用单孔抽水试验，根据抽水试验数据绘制Q-s 曲线图和Q-t、s-t过程曲线图（分别见图1、图2）。

图1 1#井Q-s曲线图

图2 1#井Q-t、s-t过程曲线图

由图2 可知，当抽水流量达15 m3/h 时，其水位降深稳定在40 m，流量稳定，结合Q-s 曲线图（图1），可判定该井地下水水量略大于15 m3/h。

3 综合探测测试成果及分析

根据工区场地及地形地物条件，在工区布置了3条高密度电法测试剖面（编号分别为G1-G1＇、G2-G2＇、G3-G3＇），根据测试成果初步确定2 个较为有利的成井点位，然后以这2 个点位及正在打的钻井为中心进行了核磁共振法测试，进一步确定推荐成井点位。在外业工作中，还布置了一条大地电磁测深剖面，由于测试受到干扰，未对剖面开展解译工作，仅供参考。各剖面及测点位置见图3。

图3 各剖面及测点位置图

3.1 高密度电法G1-G1＇剖面分析

图4 G1-G1＇剖面视电阻率等值线图

G1-G1＇剖面长420 m，10 m极距，地形起伏较大，具体位置见图3。分析视电阻率等值线图（见图4），在打1#钻井离剖面垂直距离约15 m，垂直投影约在剖面上285 m处。该井孔径600 mm，所埋滤沙管管径377 mm，井深90 m；其中覆盖层约13 m，下伏基岩为泥岩，约70 m 到砂质泥岩，据抽水试验出水量约15 t/h。从285 m处浅部相对高阻、深部相对低阻的视电阻率特征基本反映该钻井的电性特征；等值线图上有一条低阻带，从地表的剖面80～100 m 处往剖面大号方向深部延伸，结合G2-G2＇剖面的视电阻率等值线图分析，有一条断层经过G1-G1＇剖面（即该低阻带的位置），低阻带中间还有相对高阻隔断，推测低阻带中高阻体是泥岩裂隙发育较弱的反映，结合高程因素分析可能成井点在170 m 处（可能成井点1）。

为了查明在该剖面170 m 处的含水情况，以该位置为中心，布置了100 m×100 m 方型线圈进行核磁共振测试，测试成果见图5。分析G1-G1＇剖面170 m处的含水直方图（图5），0～5 m的含水层是地表水，受地表补给影响较大，不适合作为水井水源补给；5～58 m 含水量较低，几乎没有一次反映；在58～76 m和76～100 m的含水层由于纵向弛豫时间T1 值相对较大，说明这两层水流动性较好，且含水量相对百分比也较大，推测出水量较多。建议此处推荐为成井点（可能成井点1），井深100 m。

3.2 高密度电法G2-G2＇剖面分析

G2-G2＇剖面长590 m，10 m 极距，地形较平坦，具体位置见图3。分析视电阻率等值线图（见图6），等值线图上有一条低阻带，从地表的剖面160～210 m 处往剖面大号方向深部延伸，结合G1-G1＇剖面的视电阻率等值线图分析，有一条断层经过G2-G2＇剖面（即该低阻带的位置），综合分析可能成井点在220 m处（可能成井点2）。

图5 G1-G1＇剖面170 m处含水直方图

图6 G2-G2＇剖面视电阻率等值线图

为了查明在该剖面220 m 处的含水情况，以该位置为中心，布置了100 m×100 m 方型线圈进行核磁共振测试，其测试成果见图7，分析G2-G2＇剖面220 m处的含水直方图（图7），0～5 m的含水层是地表水，受地表补给影响较大不适合作为水井水源补给；5～58 m 这一层几乎没有含水；在58～76 m 和76～100 m 的含水层由于纵向弛豫时间T1 值相对较大，这两层水流动性较好，且含水量相对百分比也较大，推测出水量较多。建议此处推荐为成井点（可能成井点2），井深为100 m。

3.3 高密度电法G3-G3＇剖面分析

图7 G2-G2＇剖面220 m处含水直方图

G3-G3＇剖面长590 m，10 m极距，地形略有起伏，具体位置见图3。分析视电阻率等值线图（图8），剔除地表的干扰因素后G3-G3＇剖面的电性特征显示基本都是泥岩的反映，没有发现断层经过，没有明显适合成井的条件，因此不建议在该剖面打井。

图8 G3-G3＇剖面视电阻率等值线图

3.4 特征比较

为了进一步对比2 个推荐成井点的含水情况，我们对1#钻井采取同样参数进行核磁共振测试，其测试成果见图9。分析该钻井含水直方图（图9），0～5 m 的含水层同样是地表水；在44～58 m 有含水的特征，但其纵向弛豫时间T1 值相对较小，跟钻探工人了解情况后推测是承压水的反映；在58～76 m和76～100 m的含水层由于纵向弛豫时间T1值相对较大，这两层水流动性较好，且含水量相对百分比也较大，推测出水量较多。抽水试验出水量约15 t/h。

对比2 个推荐成井点与已打1#钻井的含水直方图，可能成井点2比已打1#钻井的含水层纵向弛豫时间T1 值相对更大，含水层的水流动性更好，含水量相对百分比相当；可能成井点1比已打1#钻井的含水层纵向弛豫时间T1值相对较小，含水层的水流动性较弱，含水量相对百分比相当；比较结果是可能成井点2优于可能成井点1。

图9 1#钻井含水直方图

综合上述分析，推荐打井井位是G2-G2＇剖面220 m 处（推荐成井点），建议井深100 m，出水量与1#钻井相当，约为15 t/h。

3.5 抽水试验

根据物探勘察结果，选定推荐成井点作为2#井水源补给点。2#井水源点地貌属第四系冲积Ⅳ级阶地，位于山坡坡脚，地面高程约92 m，钻井井深110 m，其中0～1.5 m 为粉质粘土，1.5～5.0 m 为含泥砂砾石层，含泥量高，结构紧密，5.0～73.0 m为砾岩、泥岩，73.0～110.0 m 以砂岩为主。该井地下水主要含水层为半固结砂岩、泥岩岩组，钻孔未揭穿该岩组，地下水类型主要为孔隙裂隙水，主要受孔隙水补给，该钻井地下水埋深约9 m。

对该钻井进行抽水试验（2#井进行抽水试验时，1#井持续不间断抽水，并定时量测水位），本次抽水试验处于地下水丰水期内，抽水试验采用单孔抽水试验法，根据抽水试验数据绘制Q-s 曲线图和Q-t、s-t过程曲线图（分别见图10、图11）。

图10 2#井Q-s曲线图

由图11可知，当抽水流量达16 m3/h时，其水位降深稳定在22 m，流量稳定，结合Q-s 曲线图（见图10），可判定该井地下水水量可达到16 m3/h。

图11 2#井Q-t、s-t过程曲线图

2#井进行抽水试验时，1#井不间断抽水，根据期间观察数据，1#井水位、水量稳定，没有明显下降、减少。同时1#为砂岩裂隙水，埋深较深，2#井为深层构造水，出水位置高程比较低，受地表径流补给和大气降水、季节性变化的影响较小，据此可判定常年抽水时1#、2#井的流量分别达到15、16 m3/h是有保障的，且两口井之间基本不相互影响。

4 结语

本次工作主要采用了高密度电法和核磁共振法两种方法综合开展探测工作，利用不同参数特征，克服场地条件等客观因素的影响，综合分析异常并通过检验，得到了较为满意的结果，为今后类似项目提供参考。同时笔者认为如何经济有效地利用各种方法的优势，结合多种方法更加精准探测是今后的思考和研究方向。