地球物理方法在地下水探測中的應(yīng)用探討

朱高群，雷善耿

中國地質(zhì)大學(xué)（北京）地球物理與信息技術(shù)學(xué)院，北京 100083

1 地球物理方概述

目前可以用來實(shí)現(xiàn)對地下水勘測的地球物理方法有很多，其中主要包括的大類有：地面電法、電測井法、熱測井、磁法。同時(shí)這些勘測的方法也可以分為主動(dòng)源法和被動(dòng)源法。下面就具體的方式方法進(jìn)行簡要的介紹：

1）地面電法

這是一類涉及范圍較為廣泛的勘測方法，按照被動(dòng)源和主動(dòng)源劃分，其被動(dòng)源的方法有：（1）自然電場法，即勘測地下水流向即地下水域與地表水之間的補(bǔ)給關(guān)系、此生層的熱水范圍等；（2）聲頻大地電場法，主要勘測的是延性接觸帶和構(gòu)造破碎帶的情況。

地面電法的主動(dòng)源勘測形式還可以分為：電阻率法和激發(fā)極化法，激發(fā)極化法，主要使用在勘測巖溶發(fā)育分析，斷裂構(gòu)造分析，劃分巖層分布等；而電阻率為機(jī)理的檢測方法還有兩種：（1）電測深法，這種方法可以劃分近水平位，確定含水層厚度、深度?？睖y基巖埋深，查明基本構(gòu)造、風(fēng)化殼厚度等。圈定地下熱水的范圍，劃分咸水、淡水邊界等，應(yīng)用廣泛，而且勘測準(zhǔn)確，技術(shù)成熟；（2）電剖面法，這種方法在實(shí)際的應(yīng)用中有，聯(lián)合剖面法、對稱四極剖面、中間梯度法，主要用于對斷裂破碎帶的勘測，基底起伏情況，探索古河道，探索各種高低阻傾斜地電體及其接觸表面，勘測巖溶發(fā)育地帶等；（3）高密度電阻率法，這種方法主要用于巖溶發(fā)育的勘測，斷裂構(gòu)造及巖層的劃分等。

2）電測井法

電測井中的主動(dòng)源法是電阻率測井法，這種方法可劃分鉆井剖面，確定巖質(zhì)的電阻率參數(shù)，確定含水層的位置及淡水和咸水的分界等；被動(dòng)源法是自然電位測井法，這種方法主要的勘測的是滲透層，并劃分咸淡水的邊界，估計(jì)地下水的電阻率等。

3）熱測井法

這種方法就是溫度測井，屬于被動(dòng)源法。其功能是勘測熱水層，測定地層溫度的梯度，確定井內(nèi)的水位等。

4）磁法

這種方法也是一種被動(dòng)源法，即地面磁測。主要是對磁場的研究，尋找具有磁性差異的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，勘測圈定賦水花崗巖風(fēng)化的情況和裂隙斷裂帶情況等。

2 地球物理方法在地下水勘測中的應(yīng)用

綜合的看，多種地球物理的勘測方式有其特有的應(yīng)用范圍和局限性，利用其中一種是不能完全達(dá)到勘測地下水的目的的，因此在實(shí)踐中應(yīng)當(dāng)利用各種技術(shù)措施的組合和優(yōu)化對地下水進(jìn)行準(zhǔn)確的勘測。下面就幾種地下水分布情況的勘測進(jìn)行研究和分析。

2.1 空隙水的勘測

淺層的孔隙水的勘測技術(shù)目前已經(jīng)達(dá)到了成熟階段，通常情況下采用電測法和激電測方法，通過電阻率的參數(shù)值測定來反映含水層的結(jié)構(gòu)。但是在特殊干燥的地方，如沙漠地區(qū)，常規(guī)的電阻率法應(yīng)用起來難度交大，電極接地電阻大、供電困難等都會(huì)局限勘測。因此采用瞬變電磁法進(jìn)行勘測是較為理想的。一些淺部高度礦化的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，其電阻率往往過低，因此電流大，測量的電壓信號(hào)也就小，降低了勘測的精度，因此可采用大地電磁法進(jìn)行探測，輸入的信號(hào)阻抗較高，可以消除電阻率低而造成的觀測精度下降的情況。同時(shí)一些地區(qū)因?yàn)榈匦苇h(huán)境惡劣，不利于實(shí)地工作的開展，這時(shí)可以利用物探和地面磁共振相結(jié)合的方式來獲取含水層的資料。

2.2 裂隙層地下水的勘測

勘測中，淺層的裂隙水包括了構(gòu)造裂隙、碎屑巖的孔隙裂隙水。構(gòu)造裂隙水主要是指山區(qū)的基巖裂隙水和淺層的風(fēng)化裂隙水。對山區(qū)基巖的裂隙水來說，因?yàn)榈匦蔚挠绊?，施工難度很大，應(yīng)考慮首選高精度的時(shí)變重力資料和遙感技術(shù)來進(jìn)行實(shí)際的勘測，然后利用激電法或者瞬變電磁法等受地形影響小的方法進(jìn)行勘測；如不能采用重力資料和遙感技術(shù)時(shí)，應(yīng)選擇采用電剖面法、可控制音頻大地電磁法等來探明裂隙的特征，然后利用地段了解構(gòu)造帶下方的空間發(fā)展特性和富水性；當(dāng)?shù)刭|(zhì)背景、地面條件相對簡單的時(shí)候采用激電法勘測，通過電阻率參數(shù)就可以對構(gòu)造帶的巖性結(jié)構(gòu)變化和激化參數(shù)，以此確定富水層；而地質(zhì)條件復(fù)雜時(shí)可以采用大地電磁測深法，對整個(gè)的構(gòu)造和裂隙發(fā)育進(jìn)行評(píng)價(jià)，然后用核磁共振來確定內(nèi)部的含水段和富水層分布。

對淺層風(fēng)化裂隙水，則采用的是高密度電阻立方和探底雷達(dá)技術(shù)勘測風(fēng)化殼厚度、埋深，然后結(jié)合激電法和核磁共振來判斷富水層。而淺層碎屑巖孔隙裂隙水的探測則與淺層的孔隙水相似，通常利用電測深、大地電磁測深、瞬變電磁、α卡放射性等技術(shù)進(jìn)行勘測。對于地質(zhì)條件復(fù)雜的情況，在物理探測的技術(shù)上對重點(diǎn)的區(qū)域可采用地面核磁共振技術(shù)來輔助確定含水層的埋深、厚度、給水參數(shù)等。

當(dāng)遇到含水層深度超過100m的時(shí)候，多種物理探測的方法都不能獲得較好的探測結(jié)果，這時(shí)可以采用地震勘探的方式，對巖性構(gòu)造進(jìn)行全面的分析，然后再與探測深度較大且低阻目標(biāo)反應(yīng)靈敏的瞬變電磁法結(jié)合，就可以獲得較為準(zhǔn)確的深層低阻裂隙水的基本參數(shù)。

2.3 巖溶水勘測

同樣從淺層的巖溶水進(jìn)行討論，這種巖溶水主要集中在西南地區(qū)，由于巖溶地區(qū)的地表水和地下水之間頻繁的轉(zhuǎn)換，地下水的空間分布極為不均勻，且情況復(fù)雜。物探勘測的屬于目的是為探明巖溶的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征，但是受到規(guī)模和深度的限制，物探的方法實(shí)施難度較大。在埋深小于100m的情況下，采用核磁共振的方法較為有效，同時(shí)也可以采用可控制的原音頻大地電磁法，瞬變電磁法，或者高密度電阻法等對其空間位置進(jìn)行確定，有時(shí)也可用地球物理中的測井技術(shù)獲得地下水的信息。當(dāng)巖溶水的深度大于100m的時(shí)候，應(yīng)利用瞬變電磁法和淺層的地震勘測技術(shù)進(jìn)行探測。

3 結(jié)論

地下水的勘測受到地質(zhì)和地形因素的影響較大，在不同的環(huán)境下采用不同的探測方法其效果也不盡相同。目前，對地下水的勘測趨向于多種方法向結(jié)合的綜合勘測模式，這種方法在結(jié)合相應(yīng)的評(píng)估和推定方式就會(huì)獲得較為準(zhǔn)確的地下水分布信息，為實(shí)際應(yīng)用提供幫助。

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