CN115373033A - 一种喀斯特地区探测地下水的装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种喀斯特地区探测地下水的装置及其使用方法，包括探测组件，探测组件的底部固定安装有辅助组件，探测组件包括支撑柱，支撑柱的一侧固定安装有第一摆臂，第一摆臂的一侧固定安装有主摆锤。本发明通过在使用检测喀斯特地区探测地下水装置时不会带来大的摆动，使用者在检测区域按照发散的圆弧轨迹行走，观察两个装置的摆臂运动情况，以寻龙尺交点找水法是基于时变电场理论的基础上进行的，该装置由于具有灵敏度低的特征，对干扰区地下水测量效果好，对流量较大的地下岩溶管道水测量准确度更高。

Description

一种喀斯特地区探测地下水的装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及喀斯特地区地下水探测领域，具体为一种喀斯特地区探测地下水的装置及其使用方法。

背景技术

喀斯特地貌在我国的分布也十分广泛，在我国南方地区各省都有分布，其中位于我国西南地区的云贵高原是我国喀斯特地貌的最典型分布区。大面积广泛分布的石灰岩岩层，以及云贵高原充足的降水量，为喀斯特地貌的发育提供了良好的条件。在云贵高原上分布有大量处在不同发育时期的喀斯特地貌代表，喀斯特地貌的形成最初我们可以追溯到石灰岩的形成，石灰岩形成于温暖的浅海坏境，通常呈现水平沉积，后来经历地壳运动，石灰岩岩层整体抬升露出水面，在外力特别是流水的作用下逐渐侵蚀，逐渐形成各种形态喀斯特地貌。

在喀斯特地貌发育的初期，流水会在石灰岩岩层表面顺着节理，也就是裂隙侵蚀，形成石灰岩沟槽，并逐渐分割大片的石灰岩，形成石灰岩石柱和石林。比如贵州地区的思南石林和修文石林就属于此类。在喀斯特地貌发育的中期，随着流水溶蚀作用的不断加强，沟槽不断地往地下发展当深度达到100米以上的时候，则会形成“落水洞”，此时大量的水进入地下，并且开始横向侵蚀发展，逐渐形成溶洞和暗河景观。比如贵州地区绥阳县的双河溶洞、织金县的织金溶洞就属于此类。

由于喀斯特地区地形结构复杂，要方便快捷的探测地下水较为困难。“寻龙尺”作为一种常用的工具，在地下水探测中还未有深入研究，文献《论“寻龙尺”在地下水探测中的可行性》作者简介:刘松(1983-)，男，贵州都匀人，本科，工程师，研究方向：地球物理勘查，矿产地质勘查(贵州省有色金属和核工业地质勘查局物化探总队，贵州都匀558000)略有提及，但是如何具体操作并提高检测精度还有待深入研究。其原理是借用人体的磁场敏感度，将细微、精致的感应，透过棒子的物理反应外放出来，变成可见的讯号，用来寻矿脉、找水源。所以探究一种利用寻龙尺在喀斯特地区探测地下水成为极有必要。

现有的喀斯特地区探测地下水的装置存在的缺陷是：不方便对干扰区的地下水进行测量工作，影响工作人员对流量较大的地下岩溶管道水进行测量工作；不方便工作人员将喀斯特地区探测地下水的装置保持平衡，从而影响喀斯特地区探测地下水的精度。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种喀斯特地区探测地下水的装置及其使用方法。

(二)技术方案

一种喀斯特地区探测地下水的装置，包括探测组件，所述探测组件的底部固定安装有辅助组件，所述探测组件包括支撑柱，所述支撑柱的一侧固定安装有第一摆臂，所述第一摆臂的一侧固定安装有主摆锤，所述支撑柱的另一侧固定安装有第二摆臂，所述第二摆臂的另一侧固定安装有副摆锤，所述辅助组件的底部活动安装有安装组件，所述安装组件顶部的两侧皆固定设置有检测组件，所述检测组件包括存放盒，所述存放盒的顶部固定设置有存放垫，所述存放垫的顶部活动安装有水泡仪，所述探测组件的顶部固定安装有携带组件。

优选的，所述支撑柱的底部固定安装有转杆，转杆的底部固定安装有旋转轴。

优选的，所述辅助组件包括握持杆，握持杆的表面套接有防滑套。

优选的，所述安装组件包括安装板，安装板的内部贯穿安装有安装栓，安装板的顶部固定设置有安装套，安装套的表面螺纹安装有定位栓。

优选的，所述水泡仪的顶部活动安装有限位盖。

优选的，所述携带组件包括把环，把环的底部固定安装有连接座。

一种喀斯特地区探测地下水装置的使用方法，步骤如下：

(1)探测地域选择

选择地面相对平整、地面电网少、地下无电缆的区域作为探测场地；在探测场地标记横纵坐标；

(2)调试

检测喀斯特地区探测地下水装置，拨动摆臂，保证摆臂旋转顺滑无阻碍感，确认使用者情绪稳定，在使用检测喀斯特地区探测地下水装置时不会带来大的摆动；

(3)检测

由使用者双手各握持一个喀斯特地区探测地下水装置，两个装置间相互靠近但是不相接触，摆臂之间相互平行，但是不在同一平面；使用者在检测区域按照发散的圆弧轨迹行走，观察两个装置的摆臂运动情况，记录摆臂相交、散开的坐标点；

(4)校核

将摆臂相交的坐标点为圆心，在周围2-3m区域再次重复操作检测，确认摆臂相交的点即为有地下水的位置。

本发明的原理为：

如图2、3，由于地球是一个大磁体，地球的南极、北极就是一个大磁场。在地球的自传及重力作用下，液态水在不断地往低处或自西向东流动，地下水在流动过程中由于对岩石的物理化学作用，使得地下水变成了较好良导体，同时该导体在流动过程中会切割地球磁场。根据麦克斯韦微分方程:

(E为电场强度，B为磁感应强度，D为电位移，H为磁场强度)理论，结合时变场的特点：时变场中场是可以独立于场源而存在的，在时变电磁场中，即使初始的激发源已消失，电磁场仍然以波的形式在空间存在并传播。在地下水不断流动，不断地切割地球磁场作用下，在流水作用的上方某一点处，时变的磁场可以激发一个时变电场，而且该场在流水不断作用下一直产生，而且存在于地下流水上方的一定空间范围内。

运行方式(操作方法)：导体在穿过电磁场时，导体表面电子会产生定向排列带点，而且两个带有异性电荷的导体会相互吸引。地下流水在切割地球磁场后会产生时变电场，在时变电场的作用下，内部矿物会产生定向排列，流向方向一端“+”电离子聚集多，反向为“－”电离子聚集。当用两根铜质的寻龙尺垂直穿过河流上方时寻龙尺的“+”、“－”电子会产生定向排列，如图，从而导致两根寻龙尺会相互吸引而产生一个力f，f＝e×E(e自由电子的电量，E为电场强度)，当电场强度增大时这个力也会增大。假设寻龙尺在重力作用下其转动产生的摩擦力为F，那么在时变电场中，当f＞F时，两寻龙尺1和2会相互靠近或相交。

该方法在地表出露的河流上方得到了证实，本发明以寻龙尺作为喀斯特地区探测地下水装置，通过试验，质量小寻龙尺的大多在初步靠近河床边缘相交，同时也在离开河床边缘时散开。而质量大和摩擦力大的寻龙尺在河中心相交，有的甚至不相交，因此可以认为在某一固定区域内的时变场f是相对稳定的，在垂直河道上方的剖面上，河流中心的f最大，往两边逐渐减小。而对于材质相同的寻龙尺来说，质量大的摩擦力也大，F也大，反之质量小的F也小，因此质量小的寻龙尺大多在河床边缘相交，相交宽度基本为河面宽度，而质量大的寻龙尺大多在河流内相交。

本发明的有益效果：

(1)本发明以寻龙尺交点找水法是基于时变电场理论的基础上进行的，有理论依据做支撑，而非人们眼里常说的神棍迷信之说，是对于传统文化理论的再创造，也为科学化解释传统寻龙尺提供新的思路。使用中摆臂可用两根材质相当的铜条、银条、铝条、铁丝等导电性好的导体做成“7”字形即可使用，取材方便。

(2)该方法由于具有灵敏度低的特征，对干扰区地下水测量效果较好，对流量较大的地下岩溶管道水测量准确度更高。以目前应用结果来看，此法已测量地下机井12口，成功率为100％。

(3)该法只适用于面上位置的定性解释，纵向埋深上配合五级纵轴测深法进行使用，可达到半定量-定量解释的效果。

(4)本发明通过在探测组件的底部固定安装有辅助组件，能够选择地面相对平整、地面电网少、地下无电缆的区域作为探测场地，在探测场地标记横纵坐标，接着拨动第一摆臂，保证第一摆臂旋转顺滑无阻碍感，确认使用者情绪稳定，在使用检测喀斯特地区探测地下水装置时不会带来大的摆动，再由使用者双手各握持一个喀斯特地区探测地下水装置，两个装置间相互靠近但是不相接触，摆臂之间相互平行，但是不在同一平面，使用者在检测区域按照发散的圆弧轨迹行走，观察两个装置的摆臂运动情况，以寻龙尺交点找水法是基于时变电场理论的基础上进行的，有理论依据做支撑，而非人们眼里常说的神棍迷信之说，是对于传统文化理论的再创造，也为科学化解释传统寻龙尺提供新的思路，该装置由于具有灵敏度低的特征，对干扰区地下水测量效果较好，对流量较大的地下岩溶管道水测量准确度更高；

通过在安装组件顶部的两侧皆固定设置有检测组件，接着利用安装栓将安装板进行安装，然后打开限位盖，接着利用橡胶存放垫对水泡仪进行限位，然后利用水泡仪保持装置的平衡，从而提高喀斯特地区探测地下水的精度；

通过在探测组件的顶部固定安装有携带组件，能够利用连接座与支撑柱进行焊接，接着利用把环辅助工作人员将本装置进行位置转移，携带方便。

附图说明

图1为本发明的立体图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明的探测组件局部立体图；

图4为本发明的检测组件局部立体图；

图5为本发明的携带组件局部立体图。

图中：1、携带组件；101、把环；102、连接座；2、探测组件；201、主摆锤；202、第二摆臂；203、转杆；204、第一摆臂；205、支撑柱；206、副摆锤；207、旋转轴；3、辅助组件；301、握持杆；302、防滑套；4、安装组件；401、安装栓；402、安装套；403、安装板；404、定位栓；5、检测组件；501、限位盖；502、存放盒；503、水泡仪；504、存放垫。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-5所示，本发明提供一种喀斯特地区探测地下水的装置，包括探测组件2，探测组件2的底部固定安装有辅助组件3，辅助组件3包括握持杆301，握持杆301的表面套接有防滑套302，探测组件2包括支撑柱205，支撑柱205的一侧固定安装有第一摆臂204，第一摆臂204的一侧固定安装有主摆锤201，支撑柱205的另一侧固定安装有第二摆臂202，第二摆臂202的另一侧固定安装有副摆锤206，支撑柱205的底部固定安装有转杆203，转杆203的底部固定安装有旋转轴207；

具体的，如图1、图2和图3所示，使用时，通过在探测组件2的底部固定安装有辅助组件3，能够选择地面相对平整、地面电网少、地下无电缆的区域作为探测场地，在探测场地标记横纵坐标，接着拨动第一摆臂204，保证第一摆臂204旋转顺滑无阻碍感，确认使用者情绪稳定，在使用检测喀斯特地区探测地下水装置时不会带来大的摆动，再由使用者双手各握持一个喀斯特地区探测地下水装置，两个装置间相互靠近但是不相接触，摆臂之间相互平行，但是不在同一平面，使用者在检测区域按照发散的圆弧轨迹行走，观察两个装置的摆臂运动情况，记录摆臂相交、散开的坐标点，然后将摆臂相交的坐标点为圆心，在周围2-3m区域再次重复操作检测，确认摆臂相交的点即为有地下水的位置，以寻龙尺交点找水法是基于时变电场理论的基础上进行的，有理论依据做支撑，而非人们眼里常说的神棍迷信之说，是对于传统文化理论的再创造，也为科学化解释传统寻龙尺提供新的思路，该装置由于具有灵敏度低的特征，对干扰区地下水测量效果较好，对流量较大的地下岩溶管道水测量准确度更高；

辅助组件3的底部活动安装有安装组件4，安装组件4包括安装板403，安装板403的内部贯穿安装有安装栓401，安装板403的顶部固定设置有安装套402，安装套402的表面螺纹安装有定位栓404，安装组件4顶部的两侧皆固定设置有检测组件5，检测组件5包括存放盒502，存放盒502的顶部固定设置有存放垫504，存放垫504的顶部活动安装有水泡仪503，水泡仪503的顶部活动安装有限位盖501；

具体的，如图1、图2和图4所示，使用时，通过在安装组件4顶部的两侧皆固定设置有检测组件5，接着利用安装栓401将安装板403进行安装，然后打开限位盖501，接着利用橡胶存放垫504对水泡仪503进行限位，然后利用水泡仪503保持装置的平衡，从而提高喀斯特地区探测地下水的精度；

探测组件2的顶部固定安装有携带组件1，携带组件1包括把环101，把环101的底部固定安装有连接座102；

具体的，如图1和图5所示，使用时，通过在探测组件2的顶部固定安装有携带组件1，能够利用连接座102与支撑柱205进行焊接，接着利用把环101辅助工作人员将本装置进行位置转移，携带方便。

工作原理：使用时，首先，通过连接座102与支撑柱205进行焊接，接着利用把环101辅助工作人员将本装置进行位置转移；

其次，通过安装栓401将安装板403进行安装，然后打开限位盖501，接着利用橡胶存放垫504对水泡仪503进行限位，然后利用水泡仪503保持装置的平衡；

最后，通过选择地面相对平整、地面电网少、地下无电缆的区域作为探测场地，在探测场地标记横纵坐标，接着拨动第一摆臂204，保证第一摆臂204旋转顺滑无阻碍感，确认使用者情绪稳定，在使用检测喀斯特地区探测地下水装置时不会带来大的摆动，再由使用者双手各握持一个喀斯特地区探测地下水装置，两个装置间相互靠近但是不相接触，摆臂之间相互平行，但是不在同一平面，使用者在检测区域按照发散的圆弧轨迹行走，观察两个装置的摆臂运动情况，记录摆臂相交、散开的坐标点，然后将摆臂相交的坐标点为圆心，在周围2-3m区域再次重复操作检测，确认摆臂相交的点即为有地下水的位置，借用人体的磁场敏感度，将细微、精致的感应，透过棒子的物理反应外放出来，变成可见的讯号，用来寻矿脉、找水源。

本发明喀斯特地区探测地下水装置的进行水源探测时，步骤如下：

(1)探测地域选择

选择地面相对平整、地面电网少、地下无电缆的区域作为探测场地；在探测场地标记横纵坐标；

(2)调试

检测喀斯特地区探测地下水装置，拨动摆臂，保证摆臂旋转顺滑无阻碍感，确认使用者情绪稳定，在使用检测喀斯特地区探测地下水装置时不会带来大的摆动；

(3)检测

由使用者双手各握持一个喀斯特地区探测地下水装置，两个装置间相互靠近但是不相接触，摆臂之间相互平行，但是不在同一平面；使用者在检测区域按照发散的圆弧轨迹行走，观察两个装置的摆臂运动情况，记录摆臂相交、散开的坐标点；

(4)校核

将摆臂相交的坐标点为圆心，在周围2-3m区域再次重复操作检测，确认摆臂相交的点即为有地下水的位置。

具体操作时，由于场源产生是地球磁场(参考地球磁场原理)，地下水流经地层，吸收地层中的矿物离子后，具有导电性，带矿物离子的导电性较强的地下水(一般地下水均含有矿物质离子)在流动过程中，切割地球磁场，从而产生电场。

将两根铜条平行状态定位+1或-1，两铜条想吸引靠近的状态定为零；假定水流方向，持寻龙尺从水流两侧的地面垂直靠近并穿过河流(或地下水流)，当铜条相吸引即为零值时，即为所找的地下水位置。此操作需要多次来确定。

使用时注意避开人工带电场区域，比如可能带来干扰背景的大功率变电站、高压线、高耗电设备，本发明作为常见灵敏度高的电磁等物探仪器探测不准的情况下的补充工具，发现地下水效果极佳，其小巧轻便易携带；在岩溶区地下河、溶洞等区域水源探测进度高，直接涉及生产生活，有巨大的实用推广价值。在120米深以内均有效。

本发明实际使用中已有十几口井成功，贵州省王安县地下岩溶管道水探测、贵州省三都县周覃镇生态养鸽基地地下水井测量与精准定位(钻孔实测水量400m3/d)、惠水县好花红镇地下水井测量与精准定位(钻孔实测水量：220m3/d)等地使用均有准确效果。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和运用的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种喀斯特地区探测地下水的装置，包括探测组件(2)，其特征在于：所述探测组件(2)的底部固定安装有辅助组件(3)，所述探测组件(2)包括支撑柱(205)，所述支撑柱(205)的一侧固定安装有第一摆臂(204)，所述第一摆臂(204)的一侧固定安装有主摆锤(201)，所述支撑柱(205)的另一侧固定安装有第二摆臂(202)，所述第二摆臂(202)的另一侧固定安装有副摆锤(206)，所述辅助组件(3)的底部活动安装有安装组件(4)，所述安装组件(4)顶部的两侧皆固定设置有检测组件(5)，所述检测组件(5)包括存放盒(502)，所述存放盒(502)的顶部固定设置有存放垫(504)，所述存放垫(504)的顶部活动安装有水泡仪(503)，所述探测组件(2)的顶部固定安装有携带组件(1)。

2.根据权利要求1所述的一种喀斯特地区探测地下水的装置，其特征在于：所述支撑柱(205)的底部固定安装有转杆(203)，转杆(203)的底部固定安装有旋转轴(207)。

3.根据权利要求1所述的一种喀斯特地区探测地下水的装置，其特征在于：所述辅助组件(3)包括握持杆(301)，握持杆(301)的表面套接有防滑套(302)。

4.根据权利要求1所述的一种喀斯特地区探测地下水的装置，其特征在于：所述安装组件(4)包括安装板(403)，安装板(403)的内部贯穿安装有安装栓(401)，安装板(403)的顶部固定设置有安装套(402)，安装套(402)的表面螺纹安装有定位栓(404)。

5.根据权利要求1所述的一种喀斯特地区探测地下水的装置，其特征在于：所述水泡仪(503)的顶部活动安装有限位盖(501)。

6.根据权利要求1所述的一种喀斯特地区探测地下水的装置，其特征在于：所述携带组件(1)包括把环(101)，把环(101)的底部固定安装有连接座(102)。

7.一种喀斯特地区探测地下水的装置的使用方法，其特征在于，步骤如下：

(1)探测地域选择

选择地面相对平整、地面电网少、地下无电缆的区域作为探测场地；在探测场地标记横纵坐标；

(2)调试

检测喀斯特地区探测地下水装置，拨动摆臂，保证摆臂旋转顺滑无阻碍感，确认使用者情绪稳定，在使用检测喀斯特地区探测地下水装置时不会带来大的摆动；

(3)检测

由使用者双手各握持一个喀斯特地区探测地下水装置，两个装置间相互靠近但是不相接触，摆臂之间相互平行，但是不在同一平面；使用者在检测区域按照发散的圆弧轨迹行走，观察两个装置的摆臂运动情况，记录摆臂相交、散开的坐标点；

(4)校核

将摆臂相交的坐标点为圆心，在周围2-3m区域再次重复操作检测，确认摆臂相交的点即为有地下水的位置。

Images