基于電法勘探的礦區污染地水文地質勘察方法研究

黃 錦

（江西有色地質礦產勘查開發院，江西 南昌 330000）

水文地質勘查技術無論是在基礎工程設計、建筑物持力層研究、礦井挖掘地質預防等方面都具有非常重要的意義。水文勘測工作會直接關系整個工程規劃建設的科學性，也是整個項目穩定和安全的基礎保證。為了能夠有效的保證地下水環境評估和水文勘測效果，我們對其具體的服務功能進行了研究，同時還對與之相關的方法進行了介紹。

1 電法勘探的概述

1.1 電法勘探的含義

電法勘探，指的是根據地殼中不同礦體、巖層的電磁學特性和電化學傳感器特性二者之間的不同，利用對自然電場、人工電場、電化學場、電磁場的時序特征及其空間分布變化規律等的調查、考察，尋找各種形式的有用礦藏資源，并加以地質結構查明、地質問題處理等的地球物理勘查方式。

1.2 電法勘探的理論基礎

地殼是由各種的巖層、礦體及其不同地質物理構造而形成，它有著不同的傳導性、導磁性、介電性和電物理化學等特征。而通過利用上述特征，包括空間分布規律和時序特征，我們就能夠推測礦體及其地質物理構造的賦存情況(形式、尺寸、方位、產狀和埋設深淺)及其天然物性基本參數等，以便于實現探測的目的[1]。電法勘探具備使用物性參數多，場源、設備型式多，探測內容及檢測要求多及使用廣泛等優點。電法勘探使用巖土、礦石等的物理性質參數，一般有電阻率溫度系數(ρ)、磁導率(μ)、極化特征(人工體極化率η和面極化系數λ、天然極化的電位躍變Δε)和介電常數(ε)。

1.3 勘探方法

電法探測的方法根據不同的方法加以分類，主要可劃分如下幾種類型，①按探測空間可劃分為大地電法、航空電法、地下水電法等；②按形成特殊電磁場分析的因素，可劃分為感應類電法、傳遞類電法；③按場源探測的方式，按場源特點可劃分個人工場法(主動源法)、自然場法(被動源法)；④按檢測信息內容可劃分綜合場法、純異常場法；⑤按電磁場運動的時限特點可劃分時間域電法(直流電法)、頻率域電法(交流電法)、脈動瞬時變化場法(過渡過程法)等。目前在中國比較普遍的探測技術包括，電磁感應法、自然電場法、充電法、大地電磁測深技術等[2]。

2 礦區污染地水文地質勘查中存在的問題

2.1 礦區污染地地下水環境的滯后性

因為地下水條件的隱蔽性，所以對其進行勘探與研究必須經過較長的時期才能得到確切的結果，也可能出現污染源消除，但是地下水環境污染仍沒有發現的情況，造成了對其勘察工作的滯后性[3]。同時，對地下水污染狀況的處理與整治，也需較長的時期。

2.2 礦區污染地下水環境的隱蔽性

就中國現階段經濟而言，制造業的極速成長導致很多公司一味注重企業效益，沒有對自然環保的認識與行動，大量工業垃圾、工業廢棄物和工業生產廢料的集中焚燒處理的行為，使得地下水環境受到了很大的破壞；另外，在農業領域，殺蟲劑的持續滲透也對地下水資源產生了破壞。因為地下水所在的部位是地下水相對較深的，隱藏很高，就算地下水受到了環境污染，勘探工作人員也不易發現，即使發覺了也無法確切掌握其環境污染的情況，需要借助地下水深度施工才能掌握有關資料[4]。而地下水深度作業不但施工難度大，同時所配套的勘探儀器要求高，這又增加了勘探的時間、物質投入。

2.3 地下水環境影響評價工作專業性強

地下水環境的重要性不言而喻，但正是因為它所處在的獨特地點，才導致了勘探工作難度的提高，這也就導致了對勘探工作人員專業性需求的增加。對勘察的技術人員來說，必須達到一定的學術能力，同時職業素養也需要滿足一定的要求，知識的造作能力需要過硬。

3 研究區域概況

在進行地下水資源監測和實地調查之后，有關部門需要對地下水的開發情況做出研究，并對相關的數據做出整理。通過調查數據的收集，對地下水的分布、地層傾斜和沉降及環境變遷的問題進行數據解釋，對監測區內地下水條件進行比較合理的評估，并對有關問題的處理方法作出解釋，以達到地下水資源管理環境保護目標的進一步提高。在本文的研究中，研究礦區的整體概況為一條寬300m、長600m的剪切應力破碎區域密集裂隙帶礦區，在該區域之內，裂隙規模較大的情況是很少出現的，但是，序次較低且規模較小的次級構造裂隙都是十分發育的，巖石的蝕變反應整體表現的是較弱的，而礦化作用是十分強烈的，面狀鉀化現象的出現是一種主要的現象。再加上地下水補給、排水等，都會受到多種自然條件的限制和影響，因此，在不同的礦區，由于其地質條件的不同，其地下水類型也就會表現出明顯的差異，而在實際進行該礦區污染地影響水文地質勘察的過程中，需要及時關注到水文地質調查、滲水試驗、水的理化性質研究、整理和審閱水文地質材料、抽水試驗、地下水環境的監測以及水理化性質分析與水文地質的勘察評價等多個勘察方式的有效利用，這樣才能夠保證勘察結果的準確性。而在本研究區域之中，想要勘察場地污染的實際情況，就需要該區域的污染程度，進行有效的評估與分析，并將污染系數與評估分析結果進行及時的結合，這樣才能夠保證污染治理方案的確定與相應措施的落實。

4 礦區污染地影響水文地質勘察的方法

4.1 水文地質調查

水文勘查，也叫“水文地質勘測”。是指為了查清某個區域的水文狀況，而開展的水文地質勘測工作項目。用以了解地下水與地表水的起源、位置，以及活動規律。為科學地合理開發與利用水資源，并及時開展基礎建設、打樁等項目的工程設計與實施，提供了重要依據[5]。一般分為：地下水和磨碎水文地質勘測兩個領域。地下水的勘測重點在于，查明了解地下水在全年各個階段內的水位變化規律、運動方式、化學成分和現象，查清地下水的埋藏情況及其侵蝕力，評價地下水對基礎建設實施與利用過程中所引起的影響和危害程度，并提供合理預防意見。

在水文地質勘查項目中，不僅僅是把握好測量準確度，最關鍵的是要選取合理的探測方式。從觀察路徑的選取來說，通常應選擇溝谷、河谷或低洼地區的觀察路徑線；選定好監測路線后，要合理布局觀察點，在布置觀測點時，上下游均須設有取樣點；同時，還須設有水位監控點，以利于對地下水位有更準確的監測，在通常情況下，水位監控點一般采取十字相交的方法加以布設。

4.2 滲水試驗

滲水實驗時，必須按照項目的平面圖，提前布置好實驗的地點。一般情況下，包括煤礦生產區的絞車房、工廠的油罐室等可能有污染地下水的廠區和車間，都是滲水試驗點位的絕佳選點。除了要選取合適的實驗點以外，在具體的實驗過程中，還應按照有關規定，采用水環滲透實驗法等常規測試方法進行實驗作業。但值得注意的是，無論實驗點的選定，還是在實際進行實地的實驗過程中，都絕不能單純依靠經驗開展實驗工作，依常規作業才是保證滲水測試結果正確的唯一原則[6]。在開展滲水實驗的過程中，大致上可采取這樣三種方法：

（1）試坑法：即在表層的干砼上，鑿一相當深(30-50cm)的長方形或零點五圓形試坑，坑底應距潛水位3到5m公尺，坑內墊上2到3cm厚的反濾粗砂，往試坑中灌水，同時必須保證試坑內的水位始終高于坑內的十公分。為方便觀察坑內溫度，在坑底還應安裝一個標尺。求出在單位時間內向基坑下滲入的流水量Q，再乘以在基坑內的建筑面積F，即可得到平均下滲透速率V=Q/F。而在通過基坑的水柱長度較小(小于10cm)時，即可發現水頭梯度近于一，因而K(滲透系數)=v。這種辦法較適合于對測定毛細壓力影響不大的砂類土壤，如用在高黏性土壤中，則所測出的滲透系數偏高。

（2）雙環法：是在基坑內嵌入二個鐵環，再加上一個電流內環，構成同心協力環，外環直徑可取0.5m，內環直徑可取0.25m。在實驗時向鐵環內灌水，用馬利奧特瓶控制外環與內環的水柱高度都保持在同一個標高上，(例如10cm)。根據所內環取得的資料，按以上辦法確定了疏松層、巖石中的滲透系數值。因為電流內環中的水流只產生在垂直方向的滲透性，從而消除了側向線性滲流帶來的偏差，所以，比試坑法和單環法準確度最高。因為內部環間所滲到的水流，一般是由側向散流和毛細管吸引，而電流內環中則是由松散層和巖石產生在垂直方向上的實際滲透。

當滲透性測量進行至滲入量趨于穩定之后，便可根據以下公式精確測量的滲透性系數(充分考慮了毛細壓力的增加因素)：

K(滲透系數 )= QL/ F(H+Z+L)。

公式中：

Q-穩定的滲入量為(立方厘米/分)；

F-試坑內環的滲水體積為(平方厘米)；

Z-試坑內環中的水層數為(厘米)；

H-毛細管壓力(一般等于巖土毛細上升高度的一半)(厘米)；

L-試驗完成后水的實際浸入深度(試驗后開挖確定)(厘米)。

（3）單環法：是在基坑內嵌入一條高20cm，口徑為35.75cm的鐵環，該鐵環所圈定的土壤體積為1000cm2。將鐵環壓入坑底約10cm深度，環壁與土壤要緊密對接，鐵環內墊2cm～3cm深的反濾粗沙。當試驗進行時，用馬利奧特瓶調節環內水柱，并保持在10cm高程上。當試驗一直進行到滲透水量Q恒定或不變為止時，也可按下式估算滲透速率：v=Q/F，所得到的滲透速率即是對該松散層、巖體的滲透系數值。

4.3 水的理化性質研究

除了上面所說的幾種水文勘測工作的方式以外，關于水質的理化特性研究也是水文勘測工作中主要的一項內容。從水的理化特性研究上來說，受其專業操作影響的影響，經筆者提議，能夠組織或成立專門的研究隊伍，同時完善有關技術和測試裝置，這樣才有可能有科學、正確的科研結論。

4.4 整理和審閱水文地質材料

為了開展科學、正確的水文勘查工作，需要對有關區域的水文狀況有全面的認識。在實際勘查工作時，能夠向當地水文局收集有關水文材料，并對其有充分的認識和分析。經過梳理和審查有關水文材料，能夠提高水文勘查工作的準確度和專業程度。

4.5 抽水試驗

抽水試驗，包括從抽水井吸取相應水分并在某距離的試驗井測定不同時期地下水位變化的情況，根據試驗數據通過各種地下水流動理論方程或其他方法計算抽水實驗的成果。水文參數是分析地下水流動情況最有力的資料基礎。在實際操作過程中，必須按照勘察的目的，對泵送試驗的各種類型作出恰當、正確的選定，同時根據一定的試驗方法，確定有關水文的主要參數，從而對地下水的滲透深度、含水層、隔水層等滲透系數作出正確的評價。在抽水試驗開展過程中，必須適時對抽水實驗的基礎檢測資料——抽水流速(Q)、水位降深(S)及抽水延續時間(t)進行實地測試和匯總，并繪出有關規定的影響曲線?，F場數據收集的主要目的有：①準確了解抽水測量工作能否按時無誤地完成，以及水位與流速的監測結果中是否存在異?；蝈e誤，并剖析異?；虺鲥e現象產生的原因。必須及時糾正技術錯誤，并采取補救措施，包括及時返料和延長泵送試驗時間等，以提高泵送試驗的順利進行。②利用圖所描繪的各種水位、流速和時間有關曲線以及與典型有關曲線之間的比較，確定實際抽水曲線能否滿足水文參數估算的需要，從而判斷實際抽水試驗是否必須減少、延期或停止，從而為水文參數估算提供了基本的可信的原始資料。

4.6 地下水環境的監測

地下水環境監測，是指地下水監管單位通過對轄區內地下水溫度、質量等信息的監控，從而準確了解動態變化狀況，對地下水資源實施持續的有效保護。地下水監控系統主要由以下四個部分構成：監測中心、通訊系統、微功率測控終端、水位監控記錄儀。要精確掌握地下水的水位狀況，進行對地下水水質狀況的實時監控，對進行地下水環境的檢測也是至關重要的。通過對地下水環境的檢測，不但可以掌握地下水的流動狀況，同時也可以更精確了解地下水的分布狀況以及有關化學成分，從而保證了地下水環境評估的科學化與準確度。

4.7 水理化性質分析與水文地質的勘察評價

水的理化性質研究對于勘查工作的進行，也有至關重要的影響，在對其進行檢測的過程中，需要組建優秀的檢測團隊，引進專業的監測設備，以保證檢測結果的準確性。而在完成水文勘查任務后，要對水文處理提出正確、科學的依據，還針對勘查的成果開展相應的考核檢查。值得注意的是，在勘察評價時，要嚴格按照相應的規范與流程實施勘察評估。同時，對成果應用進行認真、全面的檢查，以此提高水文地質勘查評估的準確度。

5 結論

本文針對電法勘探的含義、理論基礎、勘探方法、礦區污染地影響水文地質勘察的相關工作內容、礦區污染地水文地質勘察中存在的問題以及礦區污染地影響水文地質勘察的方法等多個方面，進行了詳細的分析與論述，旨在強調基于電法勘探的水文地質勘察方法，對于礦物污染地下水保護的關鍵性作用，希望能夠為相關行業的發展，提供相應的借鑒。