地球物理勘查方法在水文地質(zhì)工程中的運(yùn)用研究

范波

（安徽省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究所安徽合肥230000）

地球物理勘查方法在水文地質(zhì)工程中的運(yùn)用研究

范波

（安徽省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究所安徽合肥230000）

我國(guó)屬于水資源嚴(yán)重匱乏的國(guó)家，不僅水資源人均占有量低于世界平均水平，而且在地域分布上極不均勻，使得水資源成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的主要因素之一。對(duì)此，加強(qiáng)水文地質(zhì)工程建設(shè)，對(duì)水資源進(jìn)行合理的開發(fā)和利用，已經(jīng)成為當(dāng)前我國(guó)地質(zhì)工作的首要任務(wù)。本文結(jié)合地球物理勘查的相關(guān)概念，對(duì)其在水文地質(zhì)工程中的運(yùn)用進(jìn)行了研究和探討。

地球物理勘查；水文地質(zhì)工程；運(yùn)用

伴隨著我國(guó)工業(yè)化水平的不斷提高水資源短缺問(wèn)題已經(jīng)成為當(dāng)前時(shí)代背景下制約我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，而地下含水構(gòu)造的分析在環(huán)保、地下工程建設(shè)、農(nóng)業(yè)以及礦產(chǎn)開采等方面均有著不容忽視的意義，也使得水文地質(zhì)工程逐漸發(fā)展成為地質(zhì)工作的一項(xiàng)重要任務(wù)，如何進(jìn)行高精度、高效率的地下水勘查，成為地質(zhì)工作者需要重點(diǎn)研究的課題。

1　地球物理勘查的相關(guān)概念

地球物理勘查簡(jiǎn)稱物探，是一種間接的勘探方法，主要是應(yīng)用物理學(xué)的原理和方法，針對(duì)地球的各種物理場(chǎng)分布及變化進(jìn)行探測(cè)，探索地球本體和近地空間介質(zhì)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)組成、演化特征，研究相關(guān)的各種自然現(xiàn)象及變化規(guī)律，在工程建設(shè)、環(huán)境保護(hù)、礦產(chǎn)勘探等方面均有著廣泛的應(yīng)用。地球物理勘探技術(shù)常用的巖石物理性質(zhì)包括密度、電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、彈性、熱導(dǎo)率等，因此物探方法也是多種多樣的，包括重力勘探、電法勘探、磁法勘探、地震勘探、地溫勘探等[1]。

在進(jìn)行水文地質(zhì)工程勘查時(shí)，地球物理勘查方法的勘查依據(jù)包括了三個(gè)方面的內(nèi)容：（1）含水量，在地下巖層水中，含有豐富的礦物質(zhì)，其自身良好的導(dǎo)電性會(huì)直接影響巖層的視電阻率值，可以作為判斷地下水是否存在的依據(jù)；（2）磁性，在巖層中，含有類型和數(shù)量各不相同的金屬元素，也使得其在磁性方面存在著較大的差異性，一般情況下，金屬元素含量越多，巖層的磁性也就越強(qiáng)；（3）放射性與熱輻射，在富水巖層與貧水巖層之間，放射性和熱輻射的強(qiáng)度存在著較大的差異，以輻射溫度為例，貧水巖層平均在7℃～11℃左右，遠(yuǎn)高于富水巖層。

2　地球物理勘查方法在水文地質(zhì)工程中的應(yīng)用

2.1地面物探法

2.1.1自然電場(chǎng)法

這種方法主要是將地下巖石氧化還原、地下水滲透擴(kuò)散、巖石顆粒吸附等作用下所形成的自然電場(chǎng)作為勘查依據(jù)，進(jìn)行水文地質(zhì)的勘查。由于天然存在的電場(chǎng)與地下水在巖層縫隙滲透、運(yùn)動(dòng)以及吸附作用密切相關(guān)，因此可以通過(guò)專業(yè)的設(shè)備對(duì)地下水電場(chǎng)的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以此來(lái)判斷地下水的埋深、位置、分布及運(yùn)動(dòng)變化。自然電場(chǎng)法適用于古河道的勘查，可以準(zhǔn)確判斷地下巖層是否存在含水破碎帶，并對(duì)河床、水庫(kù)、堤壩存在的滲漏位置進(jìn)行明確，具有良好的應(yīng)用效果。

2.1.2激發(fā)極化法

激發(fā)極化法主要是分析供電極電流斷開后，形成的地下巖層與地下水的放電電場(chǎng)衰減特點(diǎn)，對(duì)地下水進(jìn)行勘查，結(jié)合電場(chǎng)的衰減度和衰減時(shí)，可以在判斷是否存在地下水的同時(shí)，對(duì)放電電場(chǎng)的衰減特點(diǎn)進(jìn)行反映。這里的衰減時(shí)指地下水放電電場(chǎng)的電位差在衰減到一定程度時(shí)花費(fèi)的時(shí)間，而衰減度則能夠充分體現(xiàn)極化電場(chǎng)衰減的速度。一般情況下，由于地下巖層中的水資源水分子偶極距較大，同時(shí)其放電電場(chǎng)的衰減速度普遍較慢，可能會(huì)導(dǎo)致衰減度與衰減時(shí)數(shù)值差距較大的情況。在水文地質(zhì)工程中，比較常用的是激發(fā)極化測(cè)探法，可以對(duì)地下巖層的狀態(tài)和分布位置進(jìn)行勘探，結(jié)合勘查數(shù)據(jù)，判斷是否存在地下水或者溶洞含水帶，并且對(duì)地下水分布的深度進(jìn)行測(cè)算。考慮到激發(fā)極化所形成的極化電場(chǎng)數(shù)值較小，因此這種方法并不適用于巖層厚度超過(guò)80m、或者工業(yè)分布密集區(qū)域[3]。

2.1.3高密度電法

高密度電法的基本原理與普通電阻率法相同，在進(jìn)行水文地質(zhì)測(cè)量時(shí)，需要將全部的電極放置在剖面上，結(jié)合程控電極轉(zhuǎn)換開關(guān)以及相應(yīng)的微機(jī)工程電測(cè)儀，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同電極排列方式和不同電極距數(shù)據(jù)的自動(dòng)高效采集。相比較常規(guī)電阻率法，高密度電法的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在四個(gè)方面：（1）一次性完成所有電極的布設(shè)，在提升效率的同時(shí)，也可以減少電機(jī)設(shè)置過(guò)程中的故障和干擾因素；（2）選擇多種不同的電極排列方式進(jìn)行測(cè)量，獲得更加全面的地電斷面信息；（3）實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集的自動(dòng)化或者半自動(dòng)化，在提高數(shù)據(jù)采集效率的同時(shí)，也減少了人工采集的誤操作；（4）在地球物理反演方法的帶動(dòng)下，高密度電法中的電阻率成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一維到二維再到三維的轉(zhuǎn)變，提升了資料的解釋精度。

2.1.4瞬變電磁法

即TEM法，其基本原理，是利用不接地或者接地源，向地下發(fā)送一次場(chǎng)，并且在一次場(chǎng)的間歇期間，對(duì)由地質(zhì)體產(chǎn)生的感應(yīng)電磁場(chǎng)隨時(shí)間的變化情況進(jìn)行測(cè)量。結(jié)合二次場(chǎng)的衰減特征曲線，可以對(duì)不同深度地質(zhì)體的規(guī)模、分布和電性特征進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。考慮到瞬變電磁法是針對(duì)純二次場(chǎng)進(jìn)行的觀測(cè)，因此消除了一次場(chǎng)產(chǎn)生的設(shè)備耦合噪聲，在實(shí)際應(yīng)用中，具有橫向分辨率高、體積效應(yīng)小、探測(cè)范圍深、受旁側(cè)地質(zhì)體影響小等優(yōu)點(diǎn)，在金屬礦產(chǎn)、石油、煤炭、地?zé)岬鹊刭|(zhì)勘查中有著廣泛的應(yīng)用，將其運(yùn)用到水文地質(zhì)工程勘查中，同樣能夠取得良好的勘查效果[4]。

2.1.5地質(zhì)雷達(dá)法

地質(zhì)雷達(dá)簡(jiǎn)稱GPR，是利用地面發(fā)射天線，將特定的電磁波送到地下，經(jīng)地下目標(biāo)反射后，重新被接收天線接收，并對(duì)接收到的電磁波的振幅、時(shí)頻等特征進(jìn)行分析，結(jié)合分析結(jié)果，對(duì)地質(zhì)體的展布形態(tài)和性質(zhì)進(jìn)行評(píng)估和判斷。電磁波的頻率直接影響了雷達(dá)的穿透深度，使其無(wú)法得到突破性的增加，不過(guò)在分辨率上較高，可以達(dá)到0.05m以下。受技術(shù)條件的制約，傳統(tǒng)的地質(zhì)雷達(dá)僅僅能夠探測(cè)數(shù)米范圍內(nèi)的目標(biāo)，應(yīng)用范圍有限，而伴隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)如今地質(zhì)雷達(dá)的最大探測(cè)深度已經(jīng)達(dá)到100m，也因此成為水文地質(zhì)工程勘察中一種非常有效的物探方法。

2.2地球物理測(cè)井法

地球物理測(cè)井法簡(jiǎn)稱測(cè)井，主要是在相應(yīng)的位置鉆孔，然后利用能夠針對(duì)電、聲、熱等進(jìn)行測(cè)量的儀器，辨識(shí)地下巖石和流體的性質(zhì)，是進(jìn)行油氣田勘探和開發(fā)的主要手段。不僅如此，測(cè)井法也可以針對(duì)水文地質(zhì)工程中的各種參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，對(duì)含水層進(jìn)行確定，然后結(jié)合鉆孔剖面，做好地下巖性的分層處理，并通過(guò)鉆探取芯以及水文地質(zhì)勘查的方式，推測(cè)水文地質(zhì)工程所處區(qū)域的地下含水層、巖溶發(fā)育帶等，更能夠?qū)λ牡刭|(zhì)工程的相關(guān)地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行明確。事實(shí)上，在缺乏鉆進(jìn)取芯的情況下，測(cè)井法是一種非常有效的勘查方法，相比于地面物探而言，具有更高的勘查精度[5]。

3　結(jié)語(yǔ)

在水文地質(zhì)工程勘察中，地球物理勘查方法有著非常廣泛的應(yīng)用，也發(fā)揮著不容忽視的作用，能夠得到完善、準(zhǔn)確的勘查資料，有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)地下巖層水資源分布的合理分析和判斷，為工程的規(guī)劃建設(shè)提供良好的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，應(yīng)該得到足夠的重視。

[1]張艷梅.地球物理勘查方法在水文地質(zhì)工程地質(zhì)中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息,2011(18):55.

[2]黃國(guó)倩.地球物理勘查方法在水文地質(zhì)中的運(yùn)用[J].中國(guó)科技博覽,2015(24):396.

[3]王曉強(qiáng).地球物理勘查方法在水文地質(zhì)工程中的運(yùn)用[J].環(huán)球人文地理,2015(14):62.

[4]方金火.地球物理勘查方法在水文地質(zhì)工程地質(zhì)中的應(yīng)用研究[J].大科技,2014(36):391-392.

[5]常錚.地球物理勘查方法在水文地質(zhì)工程中的應(yīng)用研究[J].廣東科技,2014(8):137,133.