黑龙江省904水文地质工程地质勘察院黑龙江省哈尔滨市150000
摘要：本文针对某地找水打井工程，通过对各工点采集数据的处理和分析，结合现场地质及微地貌条件，推测各工点地下水渗流的空间分布。探讨了自然电场法在岩溶地区找水勘查中的剖面测量和测深方面的应用。
关键词：自然电场法；岩溶地区；找水打井
一、某地工程概况
在某地“十二五”农村饮水安全工程找水打井项目中，在3个工区共计82眼井的任务。3个工区拟找水打井区域的岩性以碳酸盐岩为主，部分为碳酸盐岩类夹碎屑岩类，只有很少一部分区域以碎屑岩类为主，但都有一定的成水条件。在水文地质调查圈定的找水靶区内，笔者实测物探剖面走线方向以大体垂直、或大角度相交于地下水流向为主，取得的测量成果相对较好；而有部分物探剖面以追踪（垂直或大角度相交于）地质构造线为主，往往其测量曲线形态看似很好，但钻探后却不见水。
二、自然电场法工作方法
自然电场法采用的工作频率为nHz～2kHz，只测量大地电磁场的水平电分量。自然电场法的测量电极应使用不极化电极，且满足有关精度要求，电极应编号使用，安置时应保证其接地良好。在梯度法观测时，应保持一个测区中仪器上的M端始终接大号测点上的电极、N端接小号测点上的电极，不得任意调换。在现场实际勘探中，做剖面测量时，初步确定物探异常点时，测量点距一般取为5～20m，在主要异常处做优化测量时，测量点距取为0.5～2m；需要注意的是，不论测量点距取何值，电极M、N之间的距离必须保持固定不变，以确保测量两电极之间的电位差不因MN极距变化而出现陡变；MN电极之间的中点O作为记录点。
自然电场法测深的做法：类似于电阻率法测深，以测剖面定出的物探异常点O为中心，电极M、N同步地分别向外走极（点距常取5m，特殊情况时采用1m），电极M、N之间的不同距离所测得的电位差所反应的情况则代表该深度处的地质情况。
三、自然电场法测量成果曲线特征
JK-E所提供的原始数据、曲线都是各个频率单独呈现的，这在工作中不利于观察其曲线形态特征；但JK-E提供了导出数据的接口，可以将数据导入电子表格中进行处理再观察。经过笔者反复试用、研究、总结，剖面数据可利用常规线性坐标成图，测深数据采用双对数坐标成图则更易于观察其特征。
1、物探剖面测量曲线特征
（1）缓剖面曲线中三个频率出现V形同步低
如果测剖面所经过的地段均无地下异常体（亦即无水区），地表各点之间的电位差值应当很小，剖面曲线应当呈现为一种光滑、平缓的曲线，甚至近似于直线。下图为1区所测的第一条剖面，相对来说（尤其是探测深度较大的25Hz频率曲线）其形态较平缓，而在6号点位处，3个频率曲线同步出现一个V形，并且在6号点处都是其频率上的最小值。在对该点位进行平行测量以及加密点距再测，在初步定点处仍然出现一个同步低，并且测深曲线在60m深度处出现三频V形同步低，表明该处带性很好，地下有渗流通带经过。
（2）高阻体两侧出现对称的V形同步低
如果测剖面所经过的地段有一带状的地下高阻体，剖面曲线会呈现为一个比较宽缓的隆起，而在其两侧若出现对称的V形同步低时，则表明其两侧地下水可能会顺着高阻体、低阻体之交界地带出现渗流带，当其带性以及测深曲线良好时，成井的可能性较高。2区是一个很缺水但成井很困难的地区，不少单位、个人曾采取了各种物探方法测井、钻井，但一直未能成功。本次初期也按以往的成井经验，在相对较纯的碳酸盐岩类裂隙岩溶含水岩组区域找水，结果不理想，第一口井不见水；后来又多次进场测井，其测深曲线形态上多呈现为有上界极限的光滑曲线。经再次踏勘、分析该村屯的地质地貌形态特征，认为工作靶区应转向村后低山丘陵区，因其地表汇水面积大，地下水渗流途径及方向都比较容易明确；此后果然在此方位找到了丰富的地下水。从曲线形态来看，地下存在一个高阻体，而在26号、38号点位处，三个频率曲线同步出现对称V形同步低，测深曲线表明26号点处成水条件不佳，而38号点位处测深曲线在30m、80m深度处分别出现三频V形同步低，此后该处成功钻探成井。见下图。
2、浑水孔的测深曲线特征
在某些情况下，虽然钻探遇到地下水了，但水质很浑并且很难（处理）抽清，或者处理需要用时长达几个月或几年（如恭城县老虎垒屯原有的旧井），则社会经济代价过于高昂。那么如果能在测定井位之时就能对此有所考虑的话，将可有效回避这种风险。通过总结分析测井资料与实际出水情况比对，以下两种情况井水浑浊的可能性很高：
（1）各个频率的测深曲线有两个频率呈同步低，但有某个频率（特别是170Hz曲线）在同一深度呈反向的高峰值，过后又出现一个V形低值，这种情况是很有可能出现浑水的。
（2）某个频率（特别是170Hz曲线）在其它频率测深曲线附近呈上下振荡型的缠绕形态。
通常在粘土颗粒表面带有一定的负电荷，这些负电荷大致有几个来源：同象置换、晶格缺陷及破键、选择性吸附、离解吸附。
由于地下不同深度处，粘土颗粒表面也同样带有一定的负电荷，引起电泳、电渗等电动现象，从而对地下水渗流引起的二次感应场起到了干扰作用，不同的频率测深曲线对此则有不同的反映，两处水井的水质都是长期浑浊，未能抽清。
3、井孔处覆盖层厚度、地下水位及岩性差异导致的测深曲线特征
对于一些覆盖层厚度较大的井位，如果在确定井位之时能够初步确定土层厚度，则有利于及早安排井壁管材，对钻探及物资管理能起到很好的作用。
覆盖层若为含卵砾石较多的地层，其测深曲线常有一个比较明显的特征：170Hz曲线基本上处在其它频率曲线的上方。符合这类特征的有武宣县下风沿村几个处在卵石区的井孔，后期预测恭城县工区北溪村等井孔也获得成功。该处上覆土层较厚且含大量卵石，其图形完全符合上述特征。究其原因，同样都是由于在岩性差异的交界面处往往会有或大或小的地下水渗流，比起单一岩性基岩内的渗流，界面渗流的粘土颗粒含量有较大差异；又由于粘土颗粒表面带负电荷引起电泳、电渗等电动现象，从而对地下水渗流引起的二次感应场起到了干扰作用，不同的频率测深曲线对此则有不同的反映。
四、结束语
自然电场法测深数据处理方式宜制成双对数坐标曲线图，以利于分析研究测点的曲线特征，无水孔、有水孔、浑水孔、上覆土层厚度估算及岩性差异所导致的曲线形态大多表现出具有一定的共性特征，可供今后工作借鉴。由于实际工作环境的复杂性，各种复杂地质情况下自然电场法的电剖面法、电测深曲线的形态特征及其与含水层富水性之间的关系等等，这将是今后要加强研究和探讨的问题。
参考文献：
[1]詹金锚.高密度电法在岩溶地区找水定位中的应用[J].低碳世界，2014，11：160-161.
[2]刘加文，王治军，杜志伟.自然电场法在场地地下水勘查中的应用[J].工程地球物理学报，2009，05：612-615.