专利名称：一种找水方法
技术领域：
本发明属水文地质领域，特别涉及一种用电测参数评价地下水资源的找水方法。
在国外，苏联、美国等国最早在50年代就已开始了电测找水的研究，但由于机理尚不清楚又无专用仪器，到现在仍然采用传统的电阻率法找水，此法对在复杂的条件下的找水工作受到限制。
在国内，曾几度掀起“电测找水热”，但受直接找水的错误提法影响，便物探界对电测找水技术持否定态度。到现在才研究出系列找水仪器，但由于许多方面还缺乏系统性，找水成功率并不很高。
本发明的目的在于提供一种在高矿化区寻找低矿化带，在贫水区寻找富水带，能显著提高找水成井率的方法。
本发明的技术解决方案可依如下方式实现本发明所述方法可按如下步骤依次进行A、踏勘富水地段，选取探测目标；B、以选取探测目标为原点，采用电子自动补偿仪或积分电位仪，布设十字剖面，追索目的层段；C、采用电子自动补偿仪或积分电位仪，用电测深对测区内所有井进行测试；D、发现异常用电测深定位，先在异常点处布设十字电测深，再用五极电测深进行地质分层，确定含水层层位及最佳井位柱状图；E、根据井旁测深资料建立预测数学模型，寻找最佳富水区。
在基岩地区可选用联合剖面法布置十字剖面；第四系地区布设电测深十字剖面。
到一地区后，先在基岩出露及附近进行水文地质踏勘，用地质力学的方法分析构造的位置、性质和富水状况，初步选出适宜打井的地点，再布置电测深，依测深曲线解释资料定井。在基岩覆盖地区，同样先作水文地质踏勘和调查，了解测井和其它工程开挖的基岩情况，为布置电测工作打好基础。根据调查分析的结果，先用电剖面扫面，根据电性异常，圈出裂隙的位置，产状和范围，推断异常点，布置电测深，了解基岩裂隙深部发育状况，结合地下水的埋深确定井位。
本发明所述方法能在高矿化区寻找到低矿化带；划分富水性分区，在贫水区可准确找到富水带，大大提高了找水的成井率。
下面结合附图详述本发明的最佳实施方式
图1为本发明所述方法工作原理框2为联合剖面法装置原理3-12为各种地层联合剖面异常解释13为本发明测量视电阻率装置原理14为本发明Ps与W散点分布图本发明的技术解决方案可依如下方式实施A、踏勘选点预测富水地段，或据用户需要确定勘查地段，选取探测目标；B、以选取探测目标为原点，采用DDC-2B型电子自动补偿仪或JJ-2型积分电位仪布设十字剖面，追索有意义的目的层段。基岩地区选用联合剖面法布置十字剖面，第四系地区布设电测深十字剖面；当十字剖面布设较多时，可选取立方体进行观察研究富水情况；C、采用DDC-2B型电子自动补偿仪或积分电位仪，用电测深(含五极电测深)对测区内所有井进行测试，以取得直接对比资料以便进行富水预测及分区；D、发现异常用电测深定位，先在异常点处布设十字电测深，再用五极电测深进行地质分层，确定含水层层位及最佳井位柱状图；根据井旁测深资料建立预测数学模型1)应用地面电阻率和地下水矿化度建立相关曲线和回归方程预测地下水水质，取井旁测深视电阻率和含水层段化验资料(矿化度值)，建立预测模型，在高矿化区寻找低矿化带。
2)应用地面电阻率和地下水涌水量建立相关曲线和回归方程，预测地下水涌水量。在勘探区内选择已成井的地面视电阻率值和抽水试验资料(单井日涌水量)建立回归方程式，主要解决的问题是在贫水区寻找富水带。
3)应用模糊聚类分析进行地下水富水性分区，在勘探区内选取代表性的曲线和井旁测深进行聚类分析，实现了多条曲线的定量对比与划分，为地下水资源评价提供了有效的分区方法。
4)地下水分区的灰色聚类法，利用模糊聚类分区结果，对电测资料进行整理，确定已知电测资料情况下所属的地下水分区类别，排除了地下局部不均匀地质体。
在基岩地区找水要特别注意电极距的选择。如图2所示AO＝BO＞3-5倍的覆盖层厚度，CO＝7-10AO，MN＝10-20米＝点距，效果较好。根据联合剖面曲线的总体特征，结合水文地质条件和电测深进行综合分析，可较快得出裂隙在面上的展布情况和深部发育情况。但因岩性不同，构造裂隙发育差异很大，加之覆盖层的厚薄，地下水位的深浅，使联合剖面曲线对构造裂隙的反映也各有特点。在石灰岩、砂页岩、石英岩地区有以下几种形态(1)低阻正交点如图3，构成陡立低阻薄层。出现了幅度较明显，两支分离好的低阻正交异常。当低阻区较宽，并且异常升降幅度大时，如图4，这反映了岩溶发育强烈，范围宽阔。这种情况定井时，要定在正交点上。
(2)PsA、PsB同时下降，呈低阻凹斗异常。这种情况有两种反映，第一种是在复盖层薄或断层破碎带窄，多是只有一个测点视电阻率最低，如图5。它呈尖底异常。这时定井要定在尖底上；第二种是在覆盖层厚时，则有两个以上的测点，电阻率最低，呈平底凹斗异常如图6。这种情况定井时，定在几个最低点的中间位置上。
(3)PsA、PsB同时降低的宽阔低阻区段，如图7。这种情况多为断层带或大的岩溶破碎带。若异常带左右两支，升降幅度大，说明岩溶发育强烈。这种情况定井时，要定在低阻区中心最低处(4)PsA、PsB同时下降呈窄条状，如图8，这种情况反映了岩溶(或层间)发育好，但不宽阔。用不同极距测量时，窄条内出现了正交点，表明岩石极破碎。若小极距出现正交点，说明岩溶埋藏的浅。反之，大极距出现正交点，岩溶带埋藏的深。这种情况定井时，多作几个不同极距剖面，打在有正交点的位置上。若交点不好，就打在低阻点上。
(5)上述低阻凹斗的前后又出现了不明显的正交点，如图9。这种不明显的正交点是裂隙带窄，发育浅，电性与围岩差异不大，或是电极距和测线选择方向不当，也可能是受不均匀体的影响致使正交点偏离。所以定井时，要是在凹斗异常最低处。
(6)低阻正交点成麻花状出现，如图10。这种情况，曲线正、反连续相交或凹斗，交点相续出现。对于这种曲线是断层破碎带的反映。但因破碎带宽，带内岩石由于受构造作用，软硬变化大频繁，从而造成了曲线反复相交，这种情况定井时，应定在第一个出现正交点的位置上。
(7)高阻正交点，如图11。这种情况一般是岩脉的反映，也有的是地下埋藏的较深，上部干裂隙电阻率高所致。
(8)左右两支近似对称，分离较好的低阻正交点，如图12。这种情况是两盘岩层电性差异不大的断层裂隙或较厚的低阻岩脉的反映。左右两支分离不好，且有不对称的低阻正交点。在操作时，采用MN＝1/3AB等比活动装置，适当的密极距，对某一极距点，一次观测失败后，要间隔5-10分钟左右，等残留地下的电场基本消失不致造成干扰时，再重新观测。建立数学模型1.视电粗率Ps＝KΔV/IK＝2π÷(1/AM-1/AN-1/BM+1/BN)K为装置参数2.激发极化法的参数1)极化率ηη＝ΔV2/ΔV1×100％式中ΔV1——一次场电位差；ΔV2——二次场电位差；2)衰减度DD=ΔV-2/ΔV2×100%]]>式中ΔV-2=∫0.255.25ΔV2(t)dt5]]>
D反映2次场衰减的快慢3)激发比JJ=η·D=ΔV-2/ΔV1×100%]]>根据电法勘探原理选取，Ps、η、D、J四个参数，对地下水水量、水质进行分区研究和预测。D、J、η、Ps必须是含水层段的数据。
A)建立地下水水量预测数学模型在勘探区内选择已成井的地面视电阻率值和抽水试验资料(单井日涌水量)建立回归直线方程式W＝a+bPs，便可在测区进行水量须报，为打井提供决策方案。(Ps为井旁测深曲线所得；W为单井的涌水量；a.b为待定系数)a.b可用最小二乘法原理求得b＝LPsW/LPsPsr=LPsWLPsPs·LWW]]>S=LW-LPsW·b]]>P-s=1nΣi=1nPsi]]>W-=1nΣi=1nWi]]>LPsPs=Σi=1nPsi2-1nΣi=1n(Psi)2]]>LPsW=Σi=1nPsiWi-1nΣi=1nPsiΣi=1nWi]]>LWW=Σi=1nWi2-1nΣi=1n(Wi)2]]>举例在砂页岩区选择Ps、W，10组数据进行统计分析，数据见下表<ta
>1.将视电阻率Ps(ΩM)，单井日涌水量W(m3)总体数据点绘到坐的纸上。如图14。2.根据上述公式LPsPs＝64605.95-1/10×(745.3)2＝9058.741LPsw＝1/10×745.3×2190＝34106.7Lww＝608900-1/10×21902＝129290
回归方程式W＝499.60839-3.765059626Ps相关系数r＝-0.99665574标准差S＝10.465663623.结论|5|＝0.996605574近于1，用W、Ps建立的回归方程有意义，回归方程确定之后，便可在测区内进行水量预报。
B)建立地下水矿化度的预测数学模型建立回归方程主要应用电阻率的测深法，同时配备单井化验资料(含水层段的矿化度值)。用电测深测出电阻率，化验得出矿化度。即有一电阻率与之对应有一矿化度的值，将这些数据进行数学运算，将上述相关关系矿化度和电阻率两上变量用C和Ps表示，对应划在直角坐标系上，得到观察值的散点图。从散点图上可以看出变量关系的统计规律性。
这里X＝LnPs，y＝Lnc下面给出相关直线的计算公式y＝+x；b^=(Σi=1nxiyi-nx-y-)/(Σi=1nxi2-nx-2)]]>＝g-x；x-=1nΣi=1nxi;]]>y-=1nΣi=1nyi;]]>相关系数r^=Σi=1nxiyi-nx-y-Σi=1n(xi2-nx-2)(Σi=1n(y2-ny-z))]]>用数学方法算出的视电阻率与矿化度加回归方程能够指导打井实践旨在，打井先必须先搞电测，将含水段的视电阻率代入回归方程，得出矿化度值。
C)模糊聚类划分地下水分区在电测深曲线解释中，仅知每个孤立点地面以下地层结构及相对富水性，彼此之间缺乏相互联系。为搞清测区地下水埋藏分布并选择最佳井位，提出模糊聚类分析划分地下水分区的方法，实现了电测深曲线定量对比与划分提高了解释精度和成井率。根据相关系数法公式R=rij=Ση=1m|(Xik-X-i)||(Xjk-X-j)|Σk=1m(Xik-X-i)2·Σk=1m(XjkD-X-j)2]]>建立模糊相容关系，得到模糊矩阵如下R·R＝R2，R2·R2＝R4直至Rn·Rn＝R2n，经过传递闭包运算求得模糊等价矩阵，由此进行分类，确定富水区及贫水区。
D)地下水分区中的灰色聚类法灰色聚类法，用于激电测深资料整理方法，以确定在已知电测深曲线各参数下所属分区类别。
数学方法概述k＝1.2………为典型类别i＝I、II………为聚类元素j＝1#、2#……为聚类指标dij表示第i类之类元素，第j类指标的实际样本值，i∈{I、II………}，j∈{1#、2#…}①确定功效函数Ykj(x)={ykj(x)∈(λkj(2),∝)akj(x)∈(o,λkj(2))]]>②定标准权ηij=λkj(2)/Σi=1#n#λkj(2)]]>③确定实际权求聚类系数6ik=Σi=1#n#ykj(dij)ηkj]]>构造聚类向量6(i)④划分类别6ik=Mkax{6ik}]]>由模糊聚类结果，确定分区界限，将Ps、η、D、J四个参数的一组数据，编程上机计算，代入所测点位电参数，确定此点位所属分区类别计算实例勘探区面积250亩，仅有一眼供水井，干旱季节，大片禾苗枯萎，为寻找富水带，我们在测区开展了对称四极激电测深工作，选出10条测深曲线，解释参数见下表
根据相关系数法公式，计算相似系数rii，建立模糊相容关系，得到模糊矩阵R，经过传递闭包求得模糊等价矩阵R16＝R8·R8，据此进行分类，取λ＝0.99993时，可分为三类，即一{1}，二{2，3，4}，三{5，6，7，8，9，10}。一区为富水区，涌水量为800-100m3/d；二区为中等富水区，涌水量为300-800m3/d；三区为贫水区无水。含水层埋深在10-15m左右。
打井验证，在测区内测3点其数据为1Ps＝100，η＝1.46％，D＝0.6％，J＝0.6％；2Ps＝300，η＝1.55％，D＝42％，J＝0.7％；3Ps＝340，η＝1.2％，D＝35％，J＝0.42％。试求这三种情况分别属于哪一类富水级别。把上述数据输入计算机运算，其计算结果为D(1，1)为0.9587。最佳井位为1号点(这是利用灰色聚类计算的)打井后实际涌水量为950米3/日，说明了用聚类分析解决水文地质问题有效性和实用性。
实例①，阜新县泡子镇巨将屯村稻田井测定及成井施工。
巨将屯村前，东南土地平坦，有利于稻麦开发。它的西南方向大约1公里处是丘陵地带。按积雨面积及水流方向，按西南，东北方向布设两条勘测线，按电测联剖低阻正交点选定三个井位并施工，每个井位最小影响半径150m，西南向东北依次排列1.2.3号井，1号井井径0.5m，井深26m，单孔涌水量90m3/h，稳定水位6米。2号井井径0.5m，井深24m，单孔涌水量90m3/h稳定水位8m。3号井井径0.5m，井深18m，单孔涌水量90m3/h，稳定水位12m。联剖曲线异常见图9，实例2，阜新县西园公墓生活用水井的确定及实施东、西、南、北纵横各布置两条勘测线，建立十字剖面骨架，以控制全区。根据测深曲线解释及水文地质条件，确定了井位中型，并进行施工。水井由人工开挖，直径4m，进深9米。0-0.3m为亚砂土，0.3-9m为弱风化安山岩。水深7.5m，通过孔抽水试验，稳定水位7m，单孔日涌水量为168m3/h，从而解决了公墓的生活，绿化及其它用水。联剖曲线异常，见图5。
权利要求
1.一种找水方法，其特征在于按如下步骤依次进行A、踏勘富水地段，选取探测目标；B、以选取探测目标为原点，采用电子自动补偿仪或积分电位仪，布设十字剖面，追索目的层段；C、采用电子自动补偿仪或积分电位仪，用电测深对测区内所有井进行测试；D、发现异常用电测深定位，先在异常点处布设十字电测深，再用五极电测深进行地质分层，确定含水层层位及最佳井位柱状图；E、根据井旁测深资料建立预测数字模型，寻找最佳富水区。
2.根据权利要求1所述的找水方法，其特征在于在基岩地区选用联合剖面布置十字剖面；第四系地区布设电测深十字剖面。
全文摘要
本发明属水文地质领域,特别涉及一种用电测参数找水方法。其特点是:踏勘富水地段,选取探测目标;以选取探测目标为原点,布设十字剖面,追索目的层段;用电测深对测区内所有井进行测试;发现异常用电测深定位;根据井旁测深资料建立预测数字模型,寻找最佳富水区。本方法操作简便,能在贫水区寻找富水带,可用于水文地质领域。
文档编号G01V3/08GK1253293SQ98114438
公开日2000年5月17日 申请日期1998年11月9日 优先权日1998年11月9日
发明者张贵轩, 杨哲旭, 康君田, 韩福顺, 陈洪江, 阎舜皆, 茹树青 申请人:张贵轩