一種基于電阻率成像技術(shù)的地下水量測(cè)量方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種基于電阻率成像技術(shù)的地下水量測(cè)量方法，采用高密度電阻率法，對(duì)成一線(xiàn)的測(cè)井做連井電測(cè)試驗(yàn)，繪制ρs等值線(xiàn)斷面圖；同時(shí)利用地球物理測(cè)井方法及聲波法等測(cè)量方法，依據(jù)地層與電性層的對(duì)應(yīng)關(guān)系，采取地面與井中測(cè)量相結(jié)合的系統(tǒng)觀測(cè)方法，繪制研究區(qū)三維視電阻率成像圖，將傳統(tǒng)方法的散點(diǎn)精確值提高至連線(xiàn)剖面精確值，據(jù)此計(jì)算地下水含量，可較大地提高地下水量測(cè)量的準(zhǔn)確度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】 一種基于電阻率成像技術(shù)的地下水量測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于電阻率成像技術(shù)的地下水量測(cè)量方法，屬于地下水水量測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]地下水資源是自然界水循環(huán)系統(tǒng)的重要組成部分，地下水資源量的勘測(cè)對(duì)分析研究區(qū)水文地質(zhì)條件和水資源配置及評(píng)價(jià)都有著重要意義。地下水評(píng)價(jià)最常使用的方法是水均衡法，但水均衡法只能反映地下水的補(bǔ)給和排泄量，不能反映出地下水資源的實(shí)際總量，不少地下水勘測(cè)工程，如地鐵、隧洞、建筑等開(kāi)挖工程地下水量計(jì)算、山丘區(qū)找水工程的水量估算等往往需要分析研究區(qū)地下水的總儲(chǔ)量，這需要運(yùn)用水文地質(zhì)物探和水文地質(zhì)鉆探勘測(cè)方法。
[0003]水文地質(zhì)物探用途廣泛，具有成本低、速度快等優(yōu)點(diǎn)，主要用于探測(cè)研究區(qū)巖體構(gòu)造及含水性能等。水文地質(zhì)物探方法種類(lèi)很多，常用的有地面物探和地球物理測(cè)井兩類(lèi)，其中，地面物探中的電阻率法由于成本低、適應(yīng)性強(qiáng)，成為了水文地質(zhì)地面物探中最普遍使用的方法。電阻率法通過(guò)測(cè)量巖石的電阻率，分析推斷地質(zhì)體的水文地質(zhì)特征，但該法僅能對(duì)地質(zhì)條件作粗略描述，多用于干旱地區(qū)及山丘區(qū)找水；地球物理測(cè)井是將地球物理勘探方法用于井孔中，研究井孔剖面和井孔周?chē)牡刭|(zhì)情況，可用于鉆孔剖面的巖性分層，校正鉆孔資料，判斷含水帶及確定水文地質(zhì)參數(shù)等。水文地質(zhì)鉆探是地下水勘測(cè)最直接的勘探手段，但由于該法布孔復(fù)雜，施工困難，耗時(shí)長(zhǎng)，成本高，在應(yīng)用時(shí)需要特別慎重。
[0004]目前地下水儲(chǔ)量測(cè)量的常用方法是工程物探和開(kāi)采試驗(yàn)法，先用物探電阻率法查看地質(zhì)狀況，再鉆井確認(rèn)，根據(jù)鉆井抽水試驗(yàn)運(yùn)用克里金法插值擬合分析地下水資源儲(chǔ)量。由于物探電阻率法的精確度不高，不能準(zhǔn)確反映研究區(qū)的地質(zhì)情況，通常僅用作在鉆井測(cè)量前對(duì)研究區(qū)地質(zhì)狀況的定性分析，并不能用于地下水含水量的分析計(jì)算；抽水試驗(yàn)的精度較高，但成本高過(guò)程復(fù)雜，需要大量的準(zhǔn)備工作，鉆井的局部性也使得地下水含水量的計(jì)算多為散點(diǎn)估算值，不能從整體上反映地下水的分布狀況，另外，常用的地下水量測(cè)量方法沒(méi)有考慮孔隙率對(duì)地下水量的影響，地下水量測(cè)量精度不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于電阻率成像技術(shù)的地下水量測(cè)量方法，該方法經(jīng)濟(jì)易行，可較大地提高地下水量測(cè)量的準(zhǔn)確度。
[0006]技術(shù)方案:一種基于電阻率成像技術(shù)的地下水量測(cè)量方法，盡量利用研究區(qū)內(nèi)已有測(cè)井，如果測(cè)井?dāng)?shù)量不夠不能反映整個(gè)研究區(qū)的地質(zhì)情況，則考慮新增鉆井。根據(jù)已有測(cè)井和新增測(cè)井的鉆孔巖芯資料，初步判斷測(cè)井區(qū)的地質(zhì)分布情況。
[0007]采取地面與井中測(cè)量相結(jié)合的系統(tǒng)觀測(cè)方法。
[0008]地面測(cè)量系統(tǒng)采用高密度電阻率法。
[0009]采用高密度電阻率法對(duì)成一線(xiàn)的測(cè)井做連井電測(cè)試驗(yàn)，繪制P 3等值線(xiàn)斷面圖。高密度電阻率法原理與電阻率法相同，但是該法在觀測(cè)中設(shè)置了較高密度的觀測(cè)點(diǎn)，采用多電位電極系，并增設(shè)了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，測(cè)量裝置按電極排列方式的不同一般分為對(duì)稱(chēng)四極裝置、偶極裝置和差分裝置等，在測(cè)量方法和儀器上也采取了一些措施，使得數(shù)據(jù)的精度高，抗干擾性強(qiáng)。在連井電測(cè)實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)已知的地質(zhì)資料選擇適當(dāng)?shù)碾姌O距(測(cè)量電極距一般可取I?5m，根據(jù)電阻率成像情況可作適當(dāng)調(diào)整，對(duì)于常用的對(duì)稱(chēng)四極裝置，供電電極距一般選取覆蓋層厚度的5?10倍，測(cè)量電極距一般選取供電電極距的1/3?1/5)，在測(cè)井連接線(xiàn)上直線(xiàn)布置多電位電機(jī)系，用多芯電纜把電極連接至接線(xiàn)盤(pán)，通過(guò)程控式電極自動(dòng)轉(zhuǎn)換器和增強(qiáng)型數(shù)字電阻率儀逐級(jí)觀測(cè)，并用計(jì)算機(jī)和繪圖儀，即可繪制出測(cè)井連線(xiàn)剖面的03剖面圖和P 3等值線(xiàn)斷面圖。
[0010]井中測(cè)量系統(tǒng)采用電測(cè)井法和聲波法。
[0011]采用電測(cè)井法測(cè)量已有測(cè)井的視電阻率P s，通過(guò)絞車(chē)、井口滑輪等儀器裝備沿井軸放入供電電極和測(cè)量電極，測(cè)出電極之間電位差Δυ和供電電流I,根據(jù)電學(xué)性質(zhì)計(jì)算所測(cè)視電阻率P s的大小，繪制測(cè)井視電阻率P s曲線(xiàn)，根據(jù)測(cè)井視電阻率P s曲線(xiàn)劃分地層，與鉆孔巖芯資料相互驗(yàn)證，得到較為精確的測(cè)井地層劃分圖像和視電阻率Ps曲線(xiàn)，并以此作為確定的邊界條件調(diào)整高密度電阻率法的P s等值線(xiàn)斷面圖，對(duì)不合理的視電阻率P s曲線(xiàn)進(jìn)行平移和擬合，確保視電阻率Ps曲線(xiàn)在邊界處平滑銜接。
[0012]在電測(cè)法測(cè)量之后，利用電測(cè)法井上裝置將聲速測(cè)井的井下儀器放入井軸中，根據(jù)聲波傳播速度在巖石、巖石骨架和孔隙液體中的不同，通過(guò)測(cè)量在巖石、巖石骨架和孔隙液體等不同地層中聲波發(fā)射器發(fā)出聲波到接收器接收到聲波所用的時(shí)間，計(jì)算地下水含水層的孔隙率Φ。
[0013]在研究區(qū)布設(shè)若干條交叉的連線(xiàn)測(cè)井，使測(cè)井覆蓋整個(gè)研究區(qū)，采取相同的勘測(cè)方法繪制整個(gè)研究區(qū)的三維P s等值線(xiàn)斷面圖，各類(lèi)巖石的視電阻率P s數(shù)值范圍可在勘探手冊(cè)上查得，地下水會(huì)造成巖層Ps值的明顯減小，根據(jù)P3等值線(xiàn)斷面圖上低阻區(qū)的分布范圍即可判斷含水層的厚度h和范圍A，由此計(jì)算出地下水含水層的體積V，從而得出地下水含量Vs = V.Φ.η,其中η為地下水承壓系數(shù)，對(duì)于潛水層n =1，對(duì)于承壓含水層η為高出承壓層上頂?shù)膲毫λ^高度U)。
[0014]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的基于電阻率成像技術(shù)的地下水量測(cè)量方法，利用水文地質(zhì)物探方法中的高密度電阻率法、地球物理測(cè)井方法及聲波法等測(cè)量方法，依據(jù)地層與電性層的對(duì)應(yīng)關(guān)系，采取地面與井中測(cè)量相結(jié)合的系統(tǒng)觀測(cè)方法，繪制研究區(qū)三維視電阻率成像圖，改進(jìn)了傳統(tǒng)以點(diǎn)定面的測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)以線(xiàn)定面，同時(shí)，采用聲波法測(cè)量地下含水層的孔隙率Φ，根據(jù)地下水承壓情況計(jì)算承壓系數(shù)Π，從而得出區(qū)域地下水含量Vs = V.Φ.η。據(jù)此計(jì)算地下水含量，可較大地提高地下水量測(cè)量的準(zhǔn)確度，且方法經(jīng)濟(jì)易行，需用的測(cè)量時(shí)間和人力少，能極大地降低測(cè)量成本。此外，結(jié)合井孔抽水試驗(yàn)資料，可進(jìn)一步評(píng)價(jià)區(qū)域可開(kāi)采地下水資源。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為基于電阻率成像技術(shù)的地下水量測(cè)量方法流程圖；
[0016]圖2為對(duì)稱(chēng)四極、偶極和差分3種電極排列方式下測(cè)量裝置原理圖；
[0017]圖3為研究區(qū)地面測(cè)線(xiàn)及測(cè)井位置分布圖；[0018]圖4為高密度電阻率法實(shí)測(cè)的研究區(qū)P s剖面圖；
[0019]圖5為連井電測(cè)試驗(yàn)及電測(cè)井法所得含邊界P s等值線(xiàn)斷面圖；
[0020]圖6為研究區(qū)三維P s等值線(xiàn)斷面圖；
[0021]圖7為研究區(qū)含水層三維成像圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0023]如圖1所示，基于電阻率成像技術(shù)的地下水量測(cè)量方法，盡量利用研究區(qū)內(nèi)已有測(cè)井，如果測(cè)井?dāng)?shù)量不夠不能反映整個(gè)研究區(qū)的地質(zhì)情況，則考慮新增鉆井。根據(jù)已有測(cè)井和新增測(cè)井的鉆孔巖芯資料，初步判斷測(cè)井區(qū)的地質(zhì)分布情況。
[0024]采取地面與井中測(cè)量相結(jié)合的系統(tǒng)觀測(cè)方法。
[0025]地面測(cè)量系統(tǒng)采用高密度電阻率法。
[0026]采用高密度電阻率法，對(duì)成一線(xiàn)的測(cè)井做連井電測(cè)試驗(yàn)，繪制P 3等值線(xiàn)斷面圖。高密度電阻率法原理與電阻率法相同，但是該法在觀測(cè)中設(shè)置了較高密度的觀測(cè)點(diǎn)，采用多電位電極系，并增設(shè)了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在測(cè)量方法和儀器上也采取了一些措施，使得數(shù)據(jù)的精度高，抗干擾性強(qiáng)。在連井電測(cè)實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)已知的地質(zhì)資料選擇適當(dāng)?shù)碾姌O距，在測(cè)井連接線(xiàn)上直線(xiàn)布置多電位電機(jī)系，用多芯電纜把電極連接至接線(xiàn)盤(pán)，通過(guò)程控式電極自動(dòng)轉(zhuǎn)換器和增強(qiáng)型數(shù)字電阻率儀等設(shè)備逐級(jí)進(jìn)行觀測(cè)，并用計(jì)算機(jī)和繪圖儀，即可繪制出測(cè)井連線(xiàn)剖面的Ps剖面圖和P3等值線(xiàn)斷面圖。
[0027]井中測(cè)量系統(tǒng)采用電測(cè)井法和聲波法。
[0028]采用電測(cè)井法測(cè)量已有測(cè)井的視電阻率P s，通過(guò)絞車(chē)、井口滑輪等儀器裝備沿井軸放入供電電極和測(cè)量電極，測(cè)出測(cè)量電極之間電位差A(yù)U和供電電流I，根據(jù)電學(xué)性質(zhì)計(jì)算所測(cè)視電阻率P s的大小，繪制測(cè)井視電阻率P s曲線(xiàn)，根據(jù)測(cè)井視電阻率P s曲線(xiàn)劃分地層，與鉆孔巖芯資料相互驗(yàn)證，并以此作為確定的邊界條件調(diào)整高密度電阻率法的P s等值線(xiàn)斷面圖。
[0029]可在電測(cè)法測(cè)量之后，利用電測(cè)法井上裝置將聲速測(cè)井的井下儀器放入井軸中，通過(guò)測(cè)量在巖石、巖石骨架和孔隙液體等不同地層中聲波發(fā)射器發(fā)出聲波到接收器接收到聲波所用的時(shí)間，計(jì)算地下水含水層的孔隙率Φ。
[0030]在研究區(qū)布設(shè)若干條交叉的連線(xiàn)測(cè)井，使測(cè)井覆蓋整個(gè)研究區(qū)，采取相同的勘測(cè)方法繪制整個(gè)研究區(qū)的三維P s等值線(xiàn)斷面圖，各類(lèi)巖石的視電阻率P s數(shù)值范圍可在勘探手冊(cè)上查得，地下水會(huì)造成巖層Ps值的明顯減小，根據(jù)等Ps斷面圖上低阻區(qū)的分布范圍即可判斷含水層的厚度h和范圍A，由此計(jì)算出地下水含水層的體積V。根據(jù)地下水承壓情況計(jì)算承壓系數(shù)n，對(duì)于潛水層n=i，對(duì)于承壓含水層n為高出承壓層上頂?shù)膲毫λ^高度(m),從而得出地下水含量Vs = V.Φ.η。
[0031]高密度電阻率法測(cè)量裝置按電極排列方式的不同一般分為對(duì)稱(chēng)四極裝置、偶極裝置和差分裝置等，其工作原理如圖2中各分圖所示。圖2中Cp C2為供電電極，P1, P2為測(cè)量電極，實(shí)際測(cè)量過(guò)程中通過(guò)供電電極Cp C2向地下供電，通過(guò)測(cè)量各電極之間的距離及電位差，代人點(diǎn)源電場(chǎng)電位表達(dá)公式
【權(quán)利要求】
1.一種基于電阻率成像技術(shù)的地下水量測(cè)量方法，其特征在于: 采取地面與井中測(cè)量相結(jié)合的系統(tǒng)觀測(cè)方法；地面測(cè)量系統(tǒng)采用高密度電阻率法； 采用高密度電阻率法對(duì)成一線(xiàn)的測(cè)井做連井電測(cè)試驗(yàn)，繪制Ps等值線(xiàn)斷面圖；在連井電測(cè)實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)已知的地質(zhì)資料選擇適當(dāng)?shù)碾姌O距，在測(cè)井連接線(xiàn)的直線(xiàn)上布置多電位電機(jī)系，用多芯電纜把電極連接至接線(xiàn)盤(pán)，通過(guò)程控式電極自動(dòng)轉(zhuǎn)換器和增強(qiáng)型數(shù)字電阻率儀設(shè)備逐級(jí)進(jìn)行觀測(cè)，并用計(jì)算機(jī)和繪圖儀，即可繪制出測(cè)井連線(xiàn)剖面的P s剖面圖和Ps等值線(xiàn)斷面圖； 所述適當(dāng)?shù)碾姌O距的選擇具體為:測(cè)量電極距可取I?5m，根據(jù)電阻率成像情況可作適當(dāng)調(diào)整，對(duì)于常用的對(duì)稱(chēng)四極裝置，供電電極距一般選取覆蓋層厚度的5?10倍，測(cè)量電極距一般選取供電電極距的1/3?1/5。
2.如權(quán)利要求1所述的基于電阻率成像技術(shù)的地下水量測(cè)量方法，其特征在于:在高密度電阻率法的基礎(chǔ)上，井中測(cè)量系統(tǒng)采用電測(cè)井法和聲波法； 采用電測(cè)井法測(cè)量測(cè)井的視電阻率P s，沿井軸放入供電電極和測(cè)量電極，測(cè)出測(cè)量電極之間電位差A(yù)U和供電電流I，根據(jù)電學(xué)性質(zhì)計(jì)算所測(cè)視電阻率Ps的大小，繪制測(cè)井視電阻率P s曲線(xiàn)，根據(jù)測(cè)井視電阻率P s曲線(xiàn)劃分地層，與鉆孔巖芯資料相互驗(yàn)證，得到較為精確的測(cè)井地層劃分圖像和視電阻率Ps曲線(xiàn)，并以此作為確定的邊界條件調(diào)整高密度電阻率法的Ps等值線(xiàn)斷面圖，對(duì)不合理的視電阻率Ps曲線(xiàn)進(jìn)行平移和擬合，確保視電阻率Ps曲線(xiàn)在邊界處平滑銜接。
3.如權(quán)利要求1所述的基于電阻率成像技術(shù)的地下水量測(cè)量方法，其特征在于:在電測(cè)法測(cè)量之后，利用電測(cè)法井上裝置將聲速測(cè)井的井下儀器放入井軸中，根據(jù)聲波傳播速度在巖石、巖石骨架和孔隙液體中的不同，通過(guò)測(cè)量在巖石、巖石骨架和孔隙液體等不同地層中聲波發(fā)射器發(fā)出聲波到接收器接收到聲波所用的時(shí)間，計(jì)算地下水含水層的孔隙率Φ。
4.如權(quán)利要求3所述的基于電阻率成像技術(shù)的地下水量測(cè)量方法，其特征在于:在研究區(qū)布設(shè)若干條交叉的連線(xiàn)測(cè)井，使測(cè)井覆蓋整個(gè)研究區(qū)，采取相同的系統(tǒng)勘測(cè)方法繪制整個(gè)研究區(qū)的三維Ps等值線(xiàn)斷面圖，各類(lèi)巖石的視電阻率Ps數(shù)值范圍可在勘探手冊(cè)上查得，地下水會(huì)造成巖層Ps值的明顯減小，根據(jù)Ps等值線(xiàn)斷面圖上低阻區(qū)的分布范圍即可判斷含水層的厚度h和范圍A，由此計(jì)算出地下水含水層的體積V ;判斷含水層的承壓情況，計(jì)算地下水承壓系數(shù)n，對(duì)于潛水層n=i，對(duì)于承壓含水層n為高出承壓層上頂?shù)膲毫λ^高度(m),從而得出地下水含量Vs = V.Φ.η。
【文檔編號(hào)】G01V11/00GK103487843SQ201310469670
【公開(kāi)日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月10日
【發(fā)明者】徐爍, 方國(guó)華, 張宏兵, 張文喆, 劉芹 申請(qǐng)人:河海大學(xué)