Question

水文地质勘查

Answer 1

这里的水文地质勘查包括基础地质和构造地质调查、水文地质条件调查、地下水开发利用调查、与地下水开发有关的环境地质问题调查、水文地质物探调查等。

一、基础地质和构造地质调查

基础地质和构造地质调查主要利用已有的地质资料，边调查边熟悉，要求很快熟悉并掌握区域地层和岩层岩性、岩相及其分布规律，群、组、段的划分，区域构造的特征，主要断裂的展布等。在此基础上重点对勘查地区或勘查点进行详细的调查，以快速识别出勘查地区或勘查点地层的岩性、岩相及次级、次次级断裂构造的类型、规模、力学性质、活动性、胶结和充填程度、展布特征、断裂带的产状、性质、延伸情况、断裂带宽度及其变化与地下水储存、运移关系、储水构造的分布等。

鉴于本次工作的性质，根据区域地层的分布特点，我们先后在黄土、灰岩和碎屑岩地层分布区集中开展了野外调查，并测制了两条地质剖面，快速统一了有关第四系松散堆积层厚度、地层层序、时代、岩性、岩相以及基岩地层群、组、段、层序、时代、厚度、岩性、颜色、粒度成分、矿物组成、结构构造、地层接触关系、裂隙发育特征、含水层与隔水层分布组合特征、与地下水及其水质形成关系等认识，为水文地质调查、水文地质物探调查和井位的确定打下了坚实的基础。

两条地质剖面分别位于夹津口镇韵沟村和北山口镇山川村。

（一）夹津口镇韵沟村中元古界五佛山群和下寒武统实测地层剖面（图5-1至图5-5）

上覆中寒武统毛庄组

砂质页岩夹灰岩

整合接触

下寒武统馒头组 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 总厚＞130m

9.下部为紫红色页岩、灰白、灰黄色灰泥灰岩，夹竹叶状砾屑灰岩。砾屑成分主要为灰色灰泥灰岩，呈板片状、竹叶状，含量85%以上，填隙物主要为灰泥，砾屑灰岩层厚10～20cm。上部以紫红色页岩为主，自下往上存在多个紫红－灰黄－青灰沉积旋回。顶部见两条断裂斜交，走向分别为300°和235°

整合接触

下寒武统朱砂洞组 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　总厚＞27.22m

8.灰黄色钙质页岩，水平层理发育，向上颜色渐变为紫红色 　　　　　　　　　　1.61m

7.灰白色灰泥灰岩，水平纹理发育，清晰可见。风化面上因成分差异可见明显的突出条带3.25m

6.深灰色灰泥灰岩，具水平纹理，下部纹理发育，上部渐稀。发育溶蚀现象 　　　 14.65m

5.深灰色豹皮状白云质灰岩，中－厚层状，生物扰动痕迹明显，水平纹理不清晰。风化面见风化刀砍状构造，为白云质含量差异所致。发育大量溶洞和溶缝 　　　　　　　　　　　　7.71m

整合接触

下寒武统辛集组 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 总厚＞15.13m

4.深灰色泥粒灰岩，风化面上呈浅灰－灰白色，含生物碎屑，水平纹理较差 　　　　3.26m

3.深灰－灰色纹层状灰岩，纹层清晰，具水平、包卷、扰动等多种形态，为斜坡沉积环境所致。向上渐变为灰色中－厚层状灰岩，纹理不清晰 　　　　　　　　　　　　　　　　　　5.34m

2.深灰色薄层状含生物碎屑砂屑粒泥灰岩，单层厚度2～8cm，具水平纹理，夹中－薄层状细砂岩和

粉砂质白云岩。灰岩中生物碎屑小且少，指示深水低能沉积环境 　　　　　　　 6.53m

不整合接触

中元古界五佛山群马鞍山组

1.浅肉红－紫红色石英砂岩，致密块状，浅变质略呈石英岩状

该实测地层剖面的岩性与本次实施的钻孔岩心基本可以一一对应（图5-6）

图5-1 河南巩义市夹津口镇韵沟村中元古界五佛山群和下寒武统实测地层剖面图

图5-2 马鞍山组致密块状浅肉红色石英岩化砂岩，镜下见次生加大边，孔隙不发育

图5-3 辛集组灰色砂屑粒泥灰岩，灰岩中见孔隙，部分被方解石充填

图5-4 朱砂洞组豹皮状白云质灰岩大量发育的溶洞和溶缝

图5-5 馒头组中砾屑灰岩夹层，砾屑间发育孔隙，部分被方解石充填

图5-6 夹津口镇韵沟村钻孔岩心柱状图

（二）北山口镇山川村上二叠统石千峰组实测地层剖面（图5-7，图5-8和图5-9）

上覆第四系卵砾石层。

不整合接触关系

上二叠统石千峰组 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 总厚＞12 67.7m

6.紫红色中－薄层状石英砂岩，中－细粒砂质结构，具平行层理 　　　　　　　　 ＞10m

5.紫红色薄层粉砂质页岩，含钙质结核，沿层理面及垂向裂隙发育，局部见揉皱构造 10.4m

4.灰色薄－中层状石英砂岩，细粒砂质结构。裂隙发育，钙质充填 　　　　　　　 10.4m

3.紫红色薄－中层状粉砂－细砂岩，粉－细粒砂质结构，具平行层理。因受断层错动牵引影响，岩层面

略呈上翘。上覆卵砾石层，不整合面呈波浪状，卵砾石粒径多为10～50cm，含量在80%以上，

成份主要为砂岩 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　20.9m

断层接触

2.紫灰色薄－中层状石英砂岩。砂岩较破碎，地貌形态为负地形，推测为断裂破碎带 　25m

断层接触

1.紫红色中—厚层状石英砂岩，细－中粒砂质结构，局部夹粉砂质页岩。岩层裂隙发育，未见底＞50m

图5-7 河南巩义市北山口镇山川村上二叠统石千峰组实测地层剖面图

图5-8 紫红色薄-中层状粉砂－细砂岩

图5-9 灰色薄-中层状石英砂岩

二、水文地质调查

水文地质调查作用主要包括含水层空间结构调查、地下水补径排条件调查、水文地质条件变化调查、地下水开发利用调查和地下水开发有关的环境地质问题调查等。

（一）含水层空间结构调查

1）含水层的埋藏条件和分布规律，包括含水层岩性、厚度、产状、层次、分布范围、埋藏深度、水位、涌水量、水化学成分以及水文地质参数，各含水层之间的水力联系等。

2）隔水层埋深、厚度、岩性和分布范围。

3）包气带的厚度、岩性、孔隙特征、含水率及地表植被状况。

4）机井、民井的深度、结构、地层剖面、开采层位，水位、水量、水温、水质及其动态变化。

（二）地下水补给、径流和排泄条件调查

1）调查地下水的补给来源、补给方式或途径、补给区分布范围；调查地表水与地下水之间的补、排关系和补给、排泄量；调查地下水人工补给区的分布，补给方式和补给层位，补给水源类型、水质、水量，补给历史。

2）调查地下水的径流条件、径流分带规律和流向；调查不同含水层之间、地下水和地表水之间的水力联系。

3）调查地下水的排泄形式、排泄途径和排泄区（带）分布，重点调查机民井的开采量、矿坑排水量。

（三）水文地质条件变化调查

调查研究近些年来地下水的补给、径流、排泄条件、水化学条件的动态变化特征及其变化原因。

（四）地下水开发利用调查

1）调查开采井的位置、深度、成井结构、数量、密度、出水量。

2）调查统计地下水年开采总量和各含水层（组）的开采量。

3）调查统计地下水利用状况（工业用水、农业用水、生态用水和生活用水量）。

4）调查地下水开采历史，地下水开采量、水位、水质、水温的动态变化。

5）调查与地下水有关的地表水开发利用历史和现状。

（五）与地下水开发有关的环境地质问题调查

1.区域地下水位下降调查

2.地下水污染调查

调查地下水污染源类型与分布，有害组分与数量，地下水污染程度、范围、深度、方式与途径、危害程度等，预测发展趋势。耕作区要注意调查化肥、农药对地下水污染的影响及其防护措施；城市附近要注意调查工业废水与生活污水对地下水污染的影响及其防护措施；矿区附近要注意矿坑水对地下水的污染。

本次水文地质调查点共34处（表5-1），主要分布在虎山坡村、南侯村、李家窑村、新山村、水道口村、魏寨村、汇龙村、源村、神南村、后林村、五岭村、窑岭村、常封村、叶岭村、张岭村、裴峪村、韵沟村、后村等。调查点分布详见图5-10。

表5-1 水文地质点调查位置和地质条件

图5-10 水文地质调查点分布图

水文地质调查主要在十分缺水的北部黄土高坡和南部基岩山区进行（图5-11至图5-20）。由于时间非常紧张，为提高效率，我们在工作中对当时刚完工的一些深井进行了访问，详细了解并分析了有关钻孔岩性、含水层的特征、成井结构和出水量等，对下一步的勘查定井工作奠定了基础。如先后实地察看了鲁庄镇虎山坡村、西村堤东钢铁厂等刚完成的大涌水量深水井，也察看了西村堤东（山前）、张岭、米河魏寨、大峪沟新山村干深孔岩心和露头地层，分析研究了干孔的原因。

三、水文地质物探调查

根据以往找水经验，利用物探开展地下水勘查，指导寻找地下含水层位和具体井位的确定十分重要^[5～12]。但由于各地地质条件不一、地下水位埋深不一、岩层干湿程度不一等，再加之物探解译多解性，所以，正确解释并利用物探信息非常关键。我们认为物探信息必须与当地地质实际相结合才能取得好的效果。

图5-11 在北部张岭村黄土高坡地区勘查

图5-12 在西南部西村五岭地区勘查

图5-13 在南部夹津口韵沟地区勘查

图5-14 在西南部西村李家窑地区勘查

图5-15 观察西村堤东钢铁厂钻孔岩心

图5-16 观察虎山坡村钻孔岩心

图5-17 讨论西村堤东（山前）干孔原因

图5-18 分析张岭干孔的原因

图5-19 观察米河魏寨村干孔与岩心

图5-20 观察大峪沟新山村干孔与岩心

本次水文地质物探主要应用了高密度电法技术（图5-21至图5-24），此外，也应用了激电测深技术和测井技术。通过利用水文地质物探并结合水文地质条件、构造展布特征等来确定井位。

（一）高密度电法

本次高密度电法测量采用温纳装置。由于每个工区的实际地质情况和施工条件不同，为了保证采集的视电阻率数据真实可靠，电极距，电极道数，布极方向及隔离系数的选取也有所不同。室内的数据处理主要利用Surfer绘图软件绘制高密度电阻率剖面图，进行数据处理时对于极个别不合格的点予以剔除，再利用RES2DINV软件对野外实测电阻率数据进行反演，得到高密度电阻率反演剖面图，结合工区地质条件并利用高密度电阻率剖面图和高密度电阻率反演剖面图进行联合解释。

图5-21 在韵沟村布物探测线

图5-22 耐心连接找水仪器线路

图5-23 物探结合地质条件，精确确定井孔位置

图5-24 在铁匠炉村进行钻孔测井

在反演时首先要判断原始数据的可靠性。对接地条件好，数据质量高的剖面进行解释时，采用视电阻率剖面和反演剖面相结合的办法进行定量解释；对接地条件差，原始数据质量较差的数据则进行以视电阻率剖面为主，反演剖面为辅的定性解释或局部定量解释。

在资料解释时，以视电阻率剖面为主进行宏观解释，如分层、定性等；对于局部异常则以反演剖面进行范围圈定。

本次工作采用重庆地质仪器厂生产的DUK-2型电阻率高密度电法仪。道间距采用5m，120道。

（二）激电测深法

装置类型：对称四极；测量参数：保持电流、电压处于正常有效范围，对畸变点重测，以查明畸变原因，对异常点加密观测，以保证异常形态完整。

本次测量除采用常规直流电阻率参数来推测垂向地层情况外，还采用含水相关参数，可以降低仅采用电阻率值和极化率值带来的多解性。

Th：半衰时，即断电后二次场第一个取样值衰减到一半时，所对应的时间。半衰时大，代表极化介质二次场放电慢，在含水岩体上，其半衰时Th常以高值异常形式出现。

Md：衰减度，即断电后衰减的二次场在某一段时间内的积分值除二次场第一个采样值，该参数在含水岩体上也呈高值反应。

偏离度Rr：用来衡量实测衰减曲线与理想数学模型的偏差，Rr越小，岩石含水量增加。

供电电源采用干电池组，最大供电电压700V。供电导线为被复线，测量导线为胶质屏蔽线，测量电极为铜电极及硫酸铜不极化电极，通讯工具为无线电对讲机。大极距一次场电压偏低，多次重复读数压制干扰。在野外工作时，应尽量减小接地电阻，具体办法有：加深电极、增加电极根数、挖坑填土、浇盐水等。一个野外工作日或一个测深点观测完毕，操作员和记录员应逐页审查观测记录和草图或将仪器内存数据打印、转存。测量结束后及时提交物探成果。

激电测深法：直接测取视电阻率、视极化率、综合参数、半衰时及衰减度，依据各参数曲线了解深部地层结构及富水性。仪器采用D ZD-6A 多功能直流电法仪。为精确计算，测量装置适度加密，采用六分十进制对比排列。测量装置见表5-2。

表5-2 激电测深法测量装置表

（三）技术要求

正式开展工作前，须了解拟工作区域岩土的特征，对与工作区具有相似条件场地的已有物探资料进行认真分析，以指导勘探工作的正确开展，然后实测并确定区内勘测对象的有关物性参数。资料显示，（工作区及邻域的物探和测井资料获得的各岩性电性参数如下：粉土30～50Ω·m，粘土8～12Ω·m，细砂15～25Ω·m，中砂25～35Ω·m，砂砾石35～80Ω·m，泥岩40～100Ω·m，砂岩＞100Ω·m）。

电法勘探执行的技术标准为《水利水电工程物探规程》（DL5010—32），具体要求为：

1）用于电法勘探仪器供电电源的干电池，开路电压与额定值之差需小于定额值的5%，短路电流要大于额定值的2/3；供电需使用铁电极，测量需使用铜电极；导线的绝缘电阻要求大于2MΩ/L。

2）电测深点、电测深剖面及各种剖面的端点、转折点以及较大坡度的转折点、充电法充电点须测定坐标，测定结果在地形图上的平面误差不得超过2mm，高程误差不得超过0.5m。

3）测线布置应尽量垂直于地下水流向，并尽量消除地形、地物等因素的干扰影响；对于异常地段，至少应有2～3条剖面通过，且每条剖面上至少应有3～5测点表现出异常。

4）在电测深法极距的选择中，供电极距应使各电极距在双对数坐标纸上沿电极距坐标轴较均匀地分布，相邻电极距间的比值控制在1.2～1.8之间，最小供电电极距以获得第一电性层电阻率为原则，4B/2应等于1.5m，最大供电电极距的选择需满足规范要求；测量电极距与供电电极距的比值应保持在1/3～1/30之间。

5）使用激电测深法探测时，应采用MN/AB=1/3的温奈尔装置以尽可能获得大的二次场电位差，相邻电极距比值一般取得较小，以1.2为宜。

6）工作开展过程中，当仪器不稳定或V小于3mV 或I小于3mA时，须进行重复观测，重复观测不应少于3次；电测深、电剖面曲线的突变点或畸变线段，电剖面每隔10个观测点均要求进行检查观测，重复观测时，个别相差太大的读数应删去，不参加平均值计算，舍去的观测点个数须少于总观测点数的1/3；充电法测量时的电位极大点、极小点或梯度零点、曲线上的突变点、可疑点、转折点都须进行重复观测；采用激发极化测量时，当出现二次电位差 V₂小于1mV，以及观测读数前后有明显干扰现象、视激发比大于或接近视极化率、视衰减度大于或接近100%和视极化率、视激发比或半衰时测深曲线上有重要意义的异常或出现线段锯齿状等现象，应进行重复观测。

7）电极接地位置在预定跑极方向上的前后偏差不得大于该极距的1%，垂直预定方向的左右偏差不得大于该极距的5%。

8）在单个电测深点最大供电电极距、单条电剖面在工作开始、每隔10～20个测点、转移测站或工作结束、电测深电剖面曲线的畸变电、无穷远供电电极在每天开始工作或工作结束等情况中须开展漏电检查。

9）物探解译工作应在勘探现场进行，以便随时检查和区分各种干扰因素对观测结果的影响，同时解译工作须与地质相结合，严禁提交单一的物性解译成果。

10）勘探线及测点应标明在较大比例尺图上，对勘探点应采用专门手簿认真记录，并及时绘制测量草图。

11）物探工作结束后，应及时编写物探成果报告并提交物探工作布置图、勘探成果平剖面图、电测深曲线图、原始记录手簿等。

（四）测井

本次测井方法为电阻率测井法，主要是为了解第四系或岩层的岩性和厚度。基本要求是：①配合钻探取样划分地层，评价水文地质条件，为取得有关参数提供依据。②测井需在裸孔中进行。图5.25展示了铁匠炉物探测井梯度曲线。

水文地质物探完成的工作量主要有激电测深点5个，高密度电法10m电极距945个点，约9.34km，高密度电法5m电极距150个点，约740m（表5-3）。

事实表明，本次采用的高密度电阻率法和激电测深法技术帮助寻找地下水取得了十分好的效果，并为在该地区今后开展寻找地下水的工作积累了经验。

表5-3 巩义县抗旱主要物探工作量

图5-25 铁匠炉物探测井梯度曲线图

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