电法在抗旱打井找水中的应用
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【摘要】本文主要论述了电法在抗旱打井找水中的相关问题，具体分析了电法在抗旱打井找井中的使用方法，以及使用的效果，同时，本文还论述了如何更好的提高电法在抗旱打井找水中的使用效果。
【关键】电法；抗旱打井；找水；应用
中图分类号： P631.3 文献标识码： A
一、前言
在抗旱打井的过程中，由于工作难度较大，必须要采用一些科学的技术手段，电法可以帮助抗旱打井工作的进行，令抗旱打井的过程更加的顺利，提高打井的准确度和效率。
二、天然电场选频法及电阻率测深法原理
1、天然电场选频法
天然电场选频物探法简称天然电场选频法或选频法，是利用大地电磁场作为工作场源，以地下岩矿石电阻率差异为基础，在地面上测量大地电磁场产生的几个不同频率的电场分量的变化规律来研究地下地电断面的电性变化，达到解决地质问题的一种交流电勘探方法。因为该方法测量的电场是大地电磁场的电场分量，所以称天然电场；又因为测量时选择了几个低频电场分量作为测量参数，即进行了选频，故总称天然电场选频法。研究地下地电断面的电性差异，以达到探测地下洞穴、岩溶及基岩列隙构造的一种新兴物探方法。该方法设备轻便，工作方法简单，获取信息量大，资料直观易解释，工作效率高，适应于普查工作。
天然电场选频法场源为大地电磁场及交变电磁场,在距离场源很远的地面所分布的场,可视为一平面波，其方向近似垂直于地面，场的变化规律服从麦克斯韦方程组。通过对普通型波动方程求解，可以导出波阻抗与介质交流电阻率的关系：
s=15f(ExHy)2（1）
式中：s表示交流电阻率（Ω・m）；f为工作频率（Hz）；Ex和Hy分别为电场分量和磁场分量；ExHy为波阻抗。这里不考虑Ex和Hy之间的相位差。根据平面电磁波在地层中传播时的衰减特征，电磁波在介质中穿透深度公式为
δ=503.3ρf（2）
式中δ为穿透深度（m）。由（2）式可知，电磁波的穿透深度与频率、电阻率有关。
当频率一定，电阻率越高穿透深度越大；当电阻率一定，频率越低穿透深度越大。因此，通过改变工作频率可达到改变探测深度的目的。由于在同一地区小范围内磁场分量基本稳定，可视为一常数，因而可以利用电场分量与电阻率的定性关系判断地质体的高、低阻特征。
仪器测量工作频率选用的是具有大地电磁场特征的频率。大地电磁场的频谱是相当宽的，从0.001Hz到106 Hz之间。但根据实际的地质问题需要，选用15.7～2520（Hz）10个频点的工作频率，频率间隔在对数坐标纸上均匀分布，达到探测不同深度的目的。实践得知：由理论公式计算的深度比实际深度大，所以要乘以一个改正系数，一般取1/2～1/3。
天然电场选频法主要用于寻找基岩构造、基岩裂隙、洞穴、岩溶的测量以及文物勘探中探测墓穴遗址等。垂直构造的走向布线，沿测线移动测量。
2、电阻率测深法原理
电法勘探是利用这种电性差异来解决某些工程地质问题的物探方法，利用这种电性差异的电法勘探方法较多，根据其电场性质的不同可分为电阻率法、充电法、自然电场法和激发极化法，其中电阻率法中的对称四极电测深法通过实践检验，其准确性完全能满足一般工程的需要，这种测量方法所需仪表设备少，操作简单，用电阻率来判断地基土对钢结构的腐蚀性已列入现行国家标准《岩土工程勘察规范》，而且在电力工程中根据土壤电阻率值来进行有效的接地设计，故这种电法测试技术引用前景较广泛，成为工程中一种常用的测试技术。
对称四极电测深法的工作原理不同岩层或同一岩层由于成分或结构等因素的不同，而具有不同的电阻率，通过接地电极将直流电供入地下，建立稳定的人工电场在地表观测某点在垂直方向的电阻率变化，从而了解岩层的分布特点。
三、水文地质及地球物理特征
某县出露地层代表多个不同时代特征，包括中下元古界、寒武系、石炭系、二叠系、新近系和第四系。工作区地下水类型主要为松散岩类孔隙水，低山丘陵地带分布第四系坡洪积物，该区域比较好的含水层由中更新统（Q2）、下更新统（Q1）和新近系（N）的砂砾石层、砂层及半胶结砂砾岩组成，底板埋深一般在70~200m。砂(砾)层胶结差、孔隙发育时则含水，若胶结较好，则无水或弱含水。
粘土、亚粘土具有低阻特征，砂砾石、中粗砂具有高阻特征，含水部位具有相对低阻特征，电性差异明显，具备电法找水的地球物理前提。
四、野外工作方法与技术
资料查阅和当地走访调查结果表明，工作区只有少量的水井，单井涌水量3~10m3/h，井深一般40~70m，大多数为干井。根据区内地质、水文地质的基本特征及快速定井的紧急要求，本次物探定井工作综合选用简便快捷的天然电场选频法和视电阻率测深法，先以天然电场选频法剖面，找出含水地段，再以点上视电阻率测深曲线特征，推断含水层的位置和埋深。方法有效性试验则选择已知水井和干井，从井旁综合物探曲线上确认含水特征。
天然电场选频法是一种被动源法，同其它物探方法相比，具有设备轻便简单、需用人工少、工作效率高、测线布设灵活、受施工场地限制小等特点，在快速寻找含水低阻体方面有较强的优势。
电阻率测深法观测与研究同一测点下垂直方向不同深度范围地质体电阻率的变化规律，通过对电测深曲线所反映的地电断面的分析，便可了解测点下部地质情况的垂向变化。对于松散岩类孔隙水来说，在一定范围内具有一定的成层性，因而有可能划分出含水层的厚度、埋深等。在现场对电测深数据利用斜率法进行电性分层，省略常规的内业工作，可以进一步加快现场定井速度。
五、电法在抗旱打井找水中的应用方法
1、天然电场选频法
根据相关资料分析，本次确定的含水目标层埋深为30~200m，设含水层平均电阻率变化范围为10~150Ω・m，由电磁波在介质中传播时的趋肤深度理论，并参考探测深度的经验公式，选定频率为126Hz。其它工作参数为：测量电极距MN=20m，点距dX=20m。
图1为已知水井(实线)和干井(虚线)的井旁天然电场选频法剖面曲线。
图1已知井天然电场选频法电位曲线图
从图1可以看出，水井附近天然电场选频曲线表现为低值，而干井的井旁曲线比较平直，没有明显的低值显示。
2、电阻率测深法
电阻率测深法采用对称四极测深装置，取AB:MN=5:1，工作过程中，当MN达到一定值时，MN不动，只将AB逐渐增大，以便加大勘探深度。电极距AB/2min=3m，AB/2max=300m。
图2已知井电阻率测深法视电阻率曲线图
(左实线：水井，右虚线：干井)
对获得的视电阻率数据，在形成视电阻率曲线基础上，以AB/2为横坐标，以(AB/2)/视电阻率ρs为纵坐标，生成新的曲线，并利用斜率法现场快速求出电性分层数据。水井和干井旁测深点的电性分层数据如表1和表2。
值ρ1>ρ2ρ4
从图2和表2可以看出，干井旁测点电性分层大致为4层，电阻率值ρ1>ρ2
六、结束语
总而言之，电法的使用范围很广，在今后的发展过程中，依然要不断深入的分析电法可以加以使用的地方，不断拓宽其使用的领域，进而让电法更好的造福于社会。
【参考文献】
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