梁 竞，韦启锋，郑盛业，卢玉天

（广西二七三地质队，广西 贵港 537101）

水文地质工作是用来研究某个区域水文地质条件的主要手段和方法，包括对已有资料的收集整理和野外调查研究。水文地质调查目的就是为了探索某个区域地下水的形成和分布规律，在搜集区域水文地质普查等资料的基础上，以缺水村屯为中心，在有限范围内进行的以供水为目的的水文地质调查研究，论证村屯周围寻找地下水源的可能性，查明蓄水构造或富水地段，对具备找水前景的工区，圈定蓄水构造或富水地段，确定物探工作靶区以及有利于钻探施工作业的地段。

2013年5月至2014年11月，广西“十二五”农村饮水安全找水打井工程，对基本具备打井条件的2112个缺水村屯开展了物探和水文地质勘探，钻探成井共1818口。据了解，各单位采用的物探方法主要有高密度电法、常规电阻率法（联合剖面法、电测深法）、自然电场法，部分采用甚低频法，而激发极化法等其它方法采用的相对较少。就我单位成井82口的工作经验而言，我们的队伍克服多重困难：其一，缺水村屯的划定，基本上是各地方政府部门上过钻机而未能成井的村屯；其二，工区之中的桂北县区，多有炭质岩、泥质岩等低阻岩层，易于对物探成果形成干扰等因素。即使在这样的条件下，我队的水文地质-物探队伍所确定的孔位，成井命中率达到64.5%，最终满足了广西国土资源厅、地矿局等上级部门提出的62.5%的成井率要求。

本文以武宣县禄新乡复旦村湾龙屯水井为例，分析了水文地质的调查内容、调查方法与自然电场法的综合应用，为今后在干旱山区找水打井工作抛砖引玉。

1 工程概况

武宣县禄新乡复旦村湾龙屯人口共计987人，在2013年5月之前，是一个十分缺乏安全饮用水的村屯。因当地地表水系不发育，在每年旱季，村屯附近无充足的清洁地表水可供利用。该村屯生活饮用水源以往全为人工掘井，以地表水入渗为主，水质差并常有牛尿味等水质污染现象。该村屯主要属水源性缺水，缺水时段为每年11～12月至次年3月，期间大部分村民需从外村取水饮用，因此该村屯被列入广西十二·五农村饮水安全工程找水打井项目村屯之一，并于2013年6月初次钻井成功，经118h抽水试验确定，其出水量能满足要求，水质清澈。

初次钻井成功后因农电、蓄水塔等问题而一直未正式启用，后于2015年春节启用，运行后约一个月即遇当地最干旱季节，井内出水量变小至2～3m3/h并且常有断续现象，经复核确认该井主要出水深度仅约为8m。根据上级部门文件要求，我队于2015年重新为该村屯找水打井。

2 水文地质调查工作

2.1 工作方法

基本调查方法：调查工作以野外实地调查为主，实测与访问，综合分析相结合，在确保重点调查资料现时性基础上，充分利用前人资料。

路线和观测点的布置以查明缺水村屯干旱缺水情况、供水现状及供水需求、水文地质条件为原则。用最短的路线观测到最多的水文地质现象。观测路线沿穿越村屯、垂直于岩层(岩体)和构造线走向、地貌形态变化显著方向、河谷、沟谷和地下水露头多的地带或含水层带走向布置，遇大泉等特殊情况应进行必要的追索调查。

观测点布置在村屯现有供水水源点或潜在供水水源点、地质、水文地质有意义的地点，不平均布置。地质点布置在地层界线、断层线、褶皱轴线、岩浆岩与围岩接触带、标志层、典型露头和岩性、岩相变化带等；地貌点布置在地貌分界线和自然地质现象发育处；水文地质点布置在井、泉、钻孔、岩溶水点等。

调查内容主要包括地形地貌、地层岩性、地质构造、天然水点、机井民井、岩溶地质点、缺水村屯基本情况和干旱灾害情况、岩溶大泉开发利用情况等。

图1 工区水文地质图

2.2 工区水文地质条件

2.2.1 地形地貌与地表水文

复旦村湾龙屯属溶蚀准平原与丘陵交界地貌，总体地势西高东低，其西、北、南侧为岩溶垄岗低山，东侧为较平坦的岩溶准平原。

复旦村湾龙屯东侧有1条小溪流过，水量小，枯水期断流，其上游为元旦水库，常年干涸，仅丰水期时泄水流入该小溪。往东流经雷来村、复旦村流入濠江河。

2.2.2 地层岩性

第四系Q4：主要分布于东面岩溶准平原一带，岩性为黄褐色残积层粘土，土质硬，粘性好，厚度一般3～15m。

石炭系下统C：大塘阶C1d，主要分布于复旦村湾龙屯周边大部份地段，分布面积较广，岩性主要为灰岩，地层厚度一般250～446m。岩关阶C1y，主要分布于复旦村湾龙屯南东侧一带，岩性主要为灰岩夹硅质灰岩、泥质灰岩，地层厚度一般122～331m。

工区水文地质要素分布情况见图1。

2.2.3 地质构造

测区内主要出露F1断层及外围北西侧的六力村—洪江村—樟村背斜等构造。

F1断层，分布于湾龙屯—陆军村—二长村一带，呈南北走向，延长约14km，宽3～5m，断层性质不明，测区附近切割C2d、C1d、C1y、D3r等地层，该断层导水性较差，其下盘次级揉皱及次级小裂隙发育，具一定的富水性。

六力村—洪江村—樟村背斜，分布于湾龙屯北西向约3～6km处，轴向南北，轴部出露泥盆系D3r地层，两翼出露石炭系C1d、C1y地层，两翼岩层倾角35°～50°。该褶曲延长约25km，宽3～5km。背斜东翼南侧于湾龙屯一带被F1断裂错断，其中部地段已被多条断层破坏。

2.2.4 含水岩组及其富水性

根据测区地层岩性、岩层组合及地下水赋存条件，可划分为：

（1）松散岩类孔隙含水岩组。岩性主要为棕色—黄褐色残积层粘土，分布面积较广、厚度较大，其透水性和含水性差。富水性属水量贫乏。

（2）裸露型碳酸盐岩裂隙溶洞含水岩组。测区附近及周边丘陵、残峰一带地层为C1d、C1y、D3r，岩性以灰岩为主，局部夹硅质灰岩、白云质灰岩。村屯东侧F1断层以西，泉水枯季流量一般1～10L/s，富水性属水量贫乏；村屯东侧F1断层以东，有1条NNE走向地下河，沿地下河有多个泉点出露，泉水枯季流量一般10～50L/s，其富水性属水量中等。

2.2.5 地下水类型及埋藏条件

根据地下水的赋存条件、水理性质、水力特征及各含水岩组的空间分布状况，场区地下水类型分为：

由于颈椎结构差异很大，需要采用不同的单元进行模拟：皮质骨和终板采用厚度为0.5 mm的壳单元；松质骨、髓核和纤维环采用实体单元；由于韧带是纤维组织，在载荷条件下只能承受张力，故采用受拉的truss单元.完整模型共有24 961个节点，121 978个单元.如图1所示.为模拟小关节接触的复杂问题，采用无摩擦压力过盈来模拟关节之间的关系，其中初始间隙为0.5 mm.由于椎体各个部分的材料属性差异性较大，根据颈椎的解剖结构特点以及文献[5-6]，设定不同的材料属性.如表1所示.

（1）松散岩类孔隙水：其赋存含水岩组的岩性主要为粘土，分布于浅表层，水量贫乏。

（2）裸露型碳酸盐岩裂隙溶洞水：其主要赋存于碳酸盐岩的岩溶管道、溶洞及岩溶裂隙中。含水层深度一般在40～100m之间，静水位埋深一般小于10m，年升降幅度一般在3～5m之间。

2.2.6 地下水补给、径流、排泄特征

测区属溶蚀准平原与丘陵交界地貌，位于区域地下水分水岭北西侧。测区地下水的补给面积不大，地下水主要接受大气降水的补给，部份为上游元旦水库水补给，地下水主要赋存于地下河、溶洞、溶蚀裂隙、层间裂隙中，在溶洞中做管道流，或在层间裂隙、岩溶裂隙中做面流运动。测区地下岩溶管道、裂隙发育，地下水总体上沿测区东部的地下河由南往北径流，经里化村、高安村排泄于黔江河。

2.2.7 地下水动态变化特征

测区地下水动态变化具有比较明显的季节性特征，动态变化与降雨量有较密切的关系。在雨季时地下水水位较高、变幅较大而且变化比较迅速，在枯季时，地下水位低，水量变化比较小且变化缓慢。据了解，村民所施工的民井及旧机井在大雨后水位上升较快，且水质变浑浊，说明岩土接触带风化裂隙较发育，易于受地表下渗影响。

2.2.8 含水层位置及含水介质特征

测区所处为六力村—洪江村—樟村背斜东翼南侧与F1断层叠加部位，受区域地质构造叠加的影响，岩层较破碎，形成有一定富水性的岩溶体。测区附近地下岩溶管道、裂隙发育，沿地下河两侧于丰水期常见泉点出露。测区属于碳酸盐岩类型溶洞裂隙水地区，地下水资源较丰富，含水层深度一般在40～100m之间，静水位埋深一般小于10m。从地下水径流途径看，元旦水库下游是一条比较明确的地下水渗流带。因此在本区寻找地下水可行，基本满足打井的水文地质条件要求，可以进行打井施工作业。

3 物探工作

3.1 物探工作布置

根据补充水文地质调查及分析，重新圈定了物探测量范围，物探测线布设大体上垂直或大角度相交于地下水渗流方向。根据场地环境等条件，每个井位处的物探勘查布置电剖面测量2～3条。根据对复旦村湾龙屯的实地勘察，在有利于成井的地段，往往有着环境条件限制而难以采用常规的电阻率法、高密电法等方法，如井位邻近有水田或地处狭小山坳之中、建筑物阻挡等情况。因此本次物探勘察所采用仪器为JK-E型天然电场选频物探测量仪。

剖面测量：用JK-E仪器的3个工作频率（25Hz、67Hz、170Hz）进行剖面测量工作。测量时保持极距MN不变，移动方向为同一方向。其目的是确定异常点在平面上分布的位置。根据场地环境等条件，拟选井位处的物探勘查布置电剖面测量3条，剖面测量极距MN=10m，点距一般为5～10m。

测深工作：在剖面测量工作所确定的天然电位差ΔV异常点处进行电测深测量工作。测量时改变电极距MN的大小以探测不同的深度，电极M、N移动方向相反。主要目的是确定该井位处天然电位差ΔV（含水层）有几层，以及每层所处的深度，并依据此结果作为设计钻孔深度的主要依据，如图2所示。

图2 自然电场法测量工作示意图

电测深点距M2-M1以及N2-N1一般为5m，当点距5m时所测曲线反映不明显，而该处是很有限的可供选址时，采用1m的点距以细化测量工作。

3.2 数据采集技术

数据采集的技术：本次物探勘查所用仪器为JK-E型全自动天然电场选频物探测量仪；野外工作完成后，可通过USB接口把数据导出，利用电子表格软件进行整理、制图。

工作精度：

电位差测量的最小分辨率：0.001mV；

电剖面测量极距MN=10m，点距M2-M1以及N2-N1一般为5～10m，少数需要加密的情况时采用1～2m。

电测深点距M2-M1以及N2-N1：一般为5m，少数需要加密的情况时采用1m。

野外测量遇明显的V形同步低时，重复测1～3次，如果重测结果与原来的测量结果基本相同时，予以保存、记录数据。如果重测结果与原来的测量结果差异很大时，分析具体情况后予以保存、记录数据，或剔除非正常的极大值、极小值。

3.3 物探成果解读方法

根据我单位2013年5月至2014年11月采用JK-E物探仪测量定点82口的成功经验，对自然电场法测量成果采用以下方法进行解读。

（1）对于物探剖面测量曲线：

① 平缓剖面曲线中3个频率出现V形同步低，同时多半都是该频率曲线上的最小值：说明该点位处地下有渗流带经过。

② 承压水剖面曲线中出现2个频率同步低，低频25Hz出现反相峰值：岩溶水从基岩渗流入冲积层。凸形三频同步高：浅层（孔隙/网状裂隙）地下水受承压水明显的越流补给，地下水出现明显的自下向上的流动。

（2）对于物探测深曲线：

① 深测曲线一般应是直线型呈光滑的双曲正切图形，而且不同频率的测深直线或曲线是互相平行的：地下无异常体（无水区）。

② 测深曲线明显出现（一般至少2个）三频V形同步低；或频率曲线出现缓坡台阶，这是有水孔的测深曲线特征。

4 物探推断与钻探实例验证

2015年5月16～18日笔者对武宣县复旦村湾龙屯补充水文地质调查工作并重新进行物探工作测定井位。经采用天然电场法测量，测量电极采用铜棒，极距一般采用10m，点距一般采用10m，对于主要异常地段采用5～2m点距逐渐加密测量。其中第二条剖面测量成果见图3，对其中的第10测点的深度测量成果见图4，推测含水层主要位于深度40～50m、70～90m。

图3 验证案例的剖面测量曲线

实际钻探于深度52m见水，水质很快便抽清；终孔后出水量持续稳定不小于5m3/h。成井后投入运行至今2年多，水井工作正常，无间歇性断流、水量变小等不良情况。对比分析表明：①利用自然电场法在天然电位差ΔV突变异常地段，与测区地层与岩性、区域构造线、地下水径流向等相结合进行综合分析判断，是寻找推荐含水岩溶发育带，打中地下水通道、含水体的较有效的方法；②自然电场法测深M、N极距与其探测深度H一般可按对应关系MN/H≈1。

笔者于2014年12月进入厅局找水办专家组到广西崇左市等地检查其他单位施工成井情况时发现，部份水井在成井之前用了高密度电法等方法进行物探勘查，并钻了1～3个无水孔，后因施工成本、工期等压力而外聘找水专家，对部份井孔补充水文地质调查及采用自然电场法等仪器进行物探测量，从而才解决了成井问题。

由此也可观察到，物探工作应在做好水文地质调查的基础上才能进行，水文地质技术人员也应适当地参与物探工作，共同研究确定井点位置；单纯地依赖先进的物探仪器来测定井位是不可取的，即使有部份井位可能只靠仪器就能测出，但更可能是大部份情况测不出好的井位，尤其在干旱山区中。这也就是水文地质调查与物探综合应用的必要性。

图4 验证案例的测深曲线与地质柱状图

5 结束语

通过成功完成广西“十二五”农村饮水安全工程找水打井项目82口井的找水打井任务，物探工作在做好水文地质调查的基础上才能更有效地进行，水文地质技术人员也应适当地参与物探工作，共同研究确定井点位置；单纯地依赖先进的物探仪器来测定井位是不可取的。笔者采用水文地质调查与物探（自然电场法）综合应用定点的成井命中率64.5%。自然电场法仪器轻便，工作效率高，所需人力物力小，适用于在地形狭小、地貌复杂的干旱山区工作。该方法通过采用测剖面及测深法2种工作方式探测地表电位异常来寻找适当的井位，只要加强水文地质调查研究以及物探测量成果解读方面的工作，其成果准确可靠，今后可扩大其在地下水勘查、涉及地下水的地质灾害勘查以及矿产勘查等方面的应用。

根据对大量水井的测井位实践，表明自然电场法测深M、N极距与其探测深度H一般可按对应关系MN/H≈1进行处理。

由于实际工作中水文地质情况以及工作环境复杂多变，自然电场法的电剖面法、电测深曲线的形态特征及其与地层岩性、富水性之间的关系等等，将是今后要加强研究和探讨的问题。

[1] 杨天春，等.天然电场选频法在充水岩溶勘查中的试验应用与分析[J].煤田地质与勘探，2014(2):71-75.

[2] 梁竞，韦启锋，洪卷，等.自然电场法在岩溶地区找水打井中的应用[J].工程勘察,2016,44(2):68-78.

[3] 广西二七三地质队.武宣县禄新乡复旦村湾龙屯水源地水文地质勘察报告[R].

[4] 中国水利电力物探科技信息网.工程物探手册[M].中国水利水电出版社，2011：136-145.

[5] 中国地质调查局.水文地质手册[M].地质出版社，2013：350-357.