新型电极装置在坚硬地面探测找水中的应用

赵金明，张妍军，杨树华

（潍坊市白浪河水库运营维护中心，山东 潍坊 261052）

通常情况下，天电仪工作时需要将电极插入地面以下湿润土壤内，让金属电极与大地发生足够面积的可靠接触，才能获取稳定的电磁波参数。在工矿企业内找水过程中往往遇到大面积的混凝土地面，如果不对混凝土覆盖层开展测量可以用来打井的区域会很少，测量曲线越少可比性就越低，造成的结果就是成井率更低，甚至打干眼。以往在混凝土覆盖层上测量都是在插入电极的位置用冲击钻打孔，孔径大于电极直径，打透混凝土后插入电极，间隔2.5～5 m 连续沿直线进行打孔，破坏混凝土结构，增加工作量，工作效率很低。通过反复试验研发出了一种能够在混凝土地面上进行操作的装置，可以实现在混凝土地面上开展无损伤探测。

1 工作原理

天电仪利用天然电磁波从地层反射到地面的强度来反映地质结构的变化，从而分析有无裂隙密集带、构造断层、砂砾石层、从而间接找出含水层。电极不需要向地下供电，仅仅是起接收电磁波的作用（类似于无线电接收天线）。混凝土地面一般厚度20～40 cm，远远达不到地质结构的厚度，形不成电性层，地下反射上来的电磁波可以直接穿透混凝土到达地面，只要能采集足够的强度到仪器内就能完成该点位0～500 m 不同深度的测量取值。这就为发明该装置提供了理论依据。电极的尖头跟混凝土接触面积太小只有2～3 mm2（甚至更低），没有足够强度的电磁波接收到仪器内，这是无法在混凝土上开展测量的根本原因。只要增加电极和混凝土的接触面积就能采集到足够的电磁波信号。该装置将仪器与混凝土表面的接触面积提高到了17 662 mm2。

2 制作工艺及使用方法

1）圆柱形外壳。用PVC 管制作，长度350 mm、内径150 mm（外径1 600.5 mm），350 mm 长度是参考了野外电极打入地下的深度，内径150 mm主要是考虑装置的稳定性。

2）底部封口。在PVC 管下端距离管口20 mm处和30 mm 处用万能胶粘上10 mm 宽、3 mm 厚的皮质防滑条。将密实度好、强度高且透水性好的细帆布剪成直径250 mm 的圆形，周边锁边。在两处防滑条的上端分别用不锈钢扎带把布料封堵在管口上。

3）内部填充。在PVC 管内部注入细沙。细沙的作用既模拟了电极插入地面的接触效果，又方便电极插入。

4）顶部封口。将内径160 mm 的PVC 管堵，中间钻直径40 mm 的圆孔，圆孔内插入长度100 mm外径40 mm 的PVC 细管作为测量电极插孔，细管插入深度为管长的一半。将安装上电极插孔的管堵用万能胶封装在PVC 上部管口。

5）提手安装。将金属片或塑料片上部打孔下部用万能胶粘接在顶部封口的两侧，将软绳固定在金属片或塑料片小孔上形成提手，方便使用。

6）使用方法。使用时通过PVC 测量电极插孔向装置内适量注水，注水量以保持下部布料湿润为好，将装置底部中心放置在测点上，从孔内插入电极即可测量读数。

7）注意事项。准备一个内径40 mm 的PVC管堵，不工作时封住管口防止装置倾斜时细沙流出。使用过程中注意随时补充水分，保持底部布料湿润。电极插孔具有多重作用：一是方便电极快速插入装置内部；二是作为向内补水的注水口方便补水；三是可以起到稳定电极垂直度的作用。底部封口布料的选用至关重要，是通过多次试验选定的，需要利用布料的柔性特点、透水特点方可实现筒内湿砂与混凝土表面的完整贴合。这是钢丝网等硬性材料无法比拟的。

3 成功案例

该装置在潍坊市、莱州市进行了多次对比试验。 试验用的天电仪为普奇PQWT150、PQWT300、PQWT500 型物探找水仪，试验极距全部按10 m、点距2.5 m，分别利用冲击钻打孔和直接利用本装置进行对比。试验结果非常理想，三频曲线、多频曲线以及剖面图吻合度达到95%以上。5%的比对差别不影响对地质情况的定性分析。

该装置逐步在沥青地面、岩石裸露等不能插入电极的地方进行推广使用，效果很好，具有较高的推广价值。

1）成功案例一。为潍坊市坊子区涌泉社区某商混生产企业探测找水，该企业生产厂区南北长度约250 m、东西长度约380 m，占地面积约9.5万m2，除厂区西侧和南侧各有5 m 宽的绿化带，其余位置不是厂房就是混凝土地面。首先，按照厂方要求沿绿化带进行测量，为了增加测点数量，按照2.5 m 点距进行了测量共计测量点位630 多个，经三频图和剖面图全面分析后效果不理想，所有测点全部表现为深色矿物质较多的片麻岩偶有膨润土夹层，这在物探找水中很容易判定为贫水区。于是用该装置在厂区混凝土地面上开展了南北方向的8 条测线，点距依然采用2.5 m，共测量点位800 多个，从中在最东边测线的11 号点位和东数第6 条测线的1 号点位之间发现了一条东南—西北走向的高阻带，经复测一致性非常好，考虑是存在大理岩岩脉，这种大理岩岩脉和围岩的上下面接触带都是较好的含水层、大理岩主要成分是碳酸钙极易发生溶蚀发育成溶隙，因此成井的概率极高。最终将井位定在了最东侧测线的13 号点，该位置位于厂区东侧成井后不影响生产活动。随后打井队进驻厂区将井位处混凝土地面开凿出0.6 m 直径的工作面进行钻孔，35 m 出水130 m 达到水量峰值，终孔深度180 m，每小时出水量35 m3左右，为企业解决了生产用水难题。

2）成功案例二。为潍坊市临朐县某生猪养殖场探测找水，该养殖场所在区域为石灰岩地区，为了在生猪价格上涨的行情中创造更好的效益，该养殖场存栏数增加了一倍，猪舍建好后水不够用了，厂区内也都硬化了，可供测量的地方仅有厂区外侧1～2 m 的周边地带，沿厂区两侧测量一遍后效果并不理想，石灰岩地区找水必须找到溶隙发育比较好的地层或者有断层的地方才能出水，否则极有可能就是干眼。为了解决猪舍用水在场区混凝土地面进行无损伤找水，采用2.5 m点距，在5 排猪舍之间空地上进行逐行测量，结果在其中一条线上出现了明显的低至区，在三频折线图上反映的是明显的低谷，在剖面图上反映的是与周边红色有显著色差的蓝色低值条带，为确保万无一失，又进行了复测，养殖场工人又用冲击钻在该测线上低值点两侧打孔进行了局部复测，三次测量结果完全吻合。后来跟踪回访，养殖场老板介绍说，水井水量非常大达到了每小时40 m3以上，钻井过程中出现了进尺突进现象，突进的部位就是溶隙发育非常好的含水层，跟物探测量结果完全一致。

3） 在混凝土地面上利用该装置进行无损伤探测类似的成功案例还有很多。在王氏组红板岩地区和青山组凝灰岩地区找局部高值裂隙密集带含水层，在花岗岩地区找地质断裂带和低值裂隙密集带含水层，在玄武岩地区找低值裂隙密集带含水层，在变质岩地区找脆性岩石裂隙密集带含水层都有非常好的表现。