五极纵轴测深法在岩溶地区的找水效果

　　【摘要】实地钻孔验证说明，五极纵轴测深法在城市地球物理勘探方面具有独特的优势，在未来的应用中必将有广阔的发展前景。文章较详细地介绍了五极极轴测深法的原理，布极特点和工作方法，并结合岩溶地区的工作实例，说明了该方法能在较复杂的地质条件下收到明显的地质效果。
　　【关键词】五极纵轴测深法,岩溶,含水破碎带,低阻异常
　　1、引言
　　岩溶是水对可溶岩石以溶蚀为主的一种地质作用,碳酸岩、石膏、岩盐等可溶岩石在地表水和地下水长期溶蚀作用下形成的各种洞穴,称为溶隙,与地下水有关的主要溶隙有溶蚀裂隙、溶洞、落水洞等。我国可溶岩层的分布极为广泛,主要是碳酸岩岩层遍及全国,约占全国总面积的三分之一,地下水主要赋存碳酸岩溶隙中。岩石结构、地质构造和可溶岩的埋深等对岩溶起主要影响作用,如在断裂带、接触带附近岩石破碎、裂隙最发育,岩石透水条件好,往往成为岩溶强烈发育地段。水文地质调查中最为常用的物探方法是电测深法。在确定含水层的分布情况,埋藏深度、厚度,查明裂隙含水层的存在情况,寻找适于贮存地下水的断层破碎带等方面,电阻率测深法有着广泛的应用。
　　2、基本方法原理
　　以地面测深点A为原点设置直角坐标系，五极纵轴电测深装置形式如图1所示,供电电极A置于地表测深点处，供电电流强度I，在其两侧分别与A相距L处设供电电极B1、B2供电－I/2。M、N为沿纵轴布置的测量电极，同一测深点A、B1、B2不动，M、N电极沿Y轴移动，逐点观测电位差V和电流I，通过研究
　　         
　                                             　图1五极纵轴电测深布置图
　　
　　电场沿纵轴的电位变化来判断测深点下不同地层电阻率的变化情况，达到测深的目的。从图1可见，五极纵轴测沈法所采用的电极装置是3个点电极的组合场源，设测深点A上供电电流强度为+I，B1、B2电流强度为-I/2，这样建立起来的电场是3个点电源电场的叠加。A点周围的等位面是以A点为中心的椭球面，地面上等位线是对称于A点的一簇同心椭园。不难求得纵轴Y方向上任一点M的电位为：
　　                  
　　式中ρ为均匀介质的电阻率；Y1、Y2分别为供电点A到观测点M、N的距离。
　　同理，N点的电位为；
　　                    
　　当地下为均匀半空间时，M、N两点间的电位差为：
　　                         
　　经移项整理，得：
　　                        
　　式中：
　　                  
　　K称为布极常数。
　　当地下介质不均 匀时：
　　                                  
　　实际工作中，装置大小确定，则K为定值。当测出了MN间的电位差及供电回路中的电流强度I之后，就可用公式（6）计算出地下介质的视电阻率。
　　在中心供电电极A四周的一定范围内，可认为电场分布规律与点电源电场的分布规律近似。因此，探测深度H（异常中心）可以近似于：
　　                       
　　式中Y1、Y2分别为测量电极M、N到测深点的距离。
　　3、测量方法技术
　　工作区为岩溶地区，为寻找岩溶水，实测采用了五极纵轴测深法，同时辅以对称四极电阻率测深法和联合剖面法等。
　　               
　　图2岩溶找水Z1、Z2点纵轴测深曲线
　　图2是为寻找岩溶水而作的纵四测深曲线结果，其中Z1点的曲线反映出在50～75m 处存在岩溶化的灰岩破碎带，125～145m，推断有含水溶洞。Z2曲线是学校教学楼前小花园的一个测深点，在30m和115～145m深处都出现明显的低阻异常，对浅部和深部的异常分别为均为含水岩溶。图3为过Z2点的联合剖面曲线，40号测点为Z2点，曲线特征呈明显的低阻反映。
　　          
　　
　　图3过Z2点的联合剖面曲线
　　1—AO=110m，MN=20m
　　2—AO=1610m，MN=20m
　　Z1点已经钻孔验证，设计孔深180m，在78m处见溶蚀破碎带，含水丰富，经抽水实验，流量达到150t/h，足以满足学校用水要求。Z2点已无需验证。
　　4、结论
　　与对称四极测深法比较，五极纵轴测深法有较强的分辨能力，它不受地层是否水平的限制，基底起伏大时也能取得较好的效果。五极纵轴测深方法装置简单、轻巧、施工方便。可投入面积性工作，特别适合岩溶地区和地基工程的勘测工作。值得注意的是，各电极的布置应尽量选在地形平坦的地方，以保证观测精度。