綜合地球物理勘探方法原理及應用

[摘 要] 綜合地球物理勘探在內容上主要涵蓋了重、磁、電及地震勘探方法，現(xiàn)今應用較為廣泛的技術主要包括了地質雷達、核磁共振、音頻大地電磁測深等，著重從以上三個方面介紹綜合地球物理勘探方法的原理及應用。

[關 鍵 詞] 物理勘探；核磁共振；原理

[中圖分類號] P631 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）18-0168-01

綜合地球物理勘探是針對特定的勘探對象和勘探任務，為達到最佳勘探效果，采用的地球物理方法的組合。它可以有效地降低單一地球物理勘探方法在解釋方面存在的多解性問題，提高地球物理勘探解釋的可靠性。

一、地質雷達

地質雷達，一種用于確定地下介質分布的廣譜（1MHz-1GHz）電磁技術。它利用一個天線發(fā)射高頻電磁波，另一個天線接收來自地下介質界面的反射回波。因為電磁波在介質中傳播時，其路徑、電磁場強度和波形隨所通過的介質的電性質及幾何形態(tài)而變化，所以根據(jù)接收到的波的旅行時間、幅度與波形資料，可以推斷介質的結構。在這一過程中對原始接受資料的處理以及解釋至關重要。

地質雷達是近幾十年發(fā)展起來的對地下目標有效探測的一種手段。與電阻率法、低頻電磁感應法及地震法等常規(guī)的地下探測方法相比，探地雷達具有探測速度快、探測過程連續(xù)、分辨率高、操作方便靈活、探測費用低、探測范圍廣等優(yōu)越性。因此，近年來探地雷達一直是國際學術界的熱點之一。地質雷達目前在國防、公安、城市建設、公路、鐵路、機場、水利、運輸、礦山、隧道、考古等許多領域都表現(xiàn)出強勁的生命力和廣闊的應用前景，對國民經濟的發(fā)展有十分重要的意義。

二、地面核磁共振

地面核磁共振是一種估計來自磁共振測量的水文地質參數(shù)的地球物理方法，它基于核磁共振原理對水中的氫質子的探測。地面核磁共振，是目前唯一能直接探測地下水的地球物理方法，但是測量深度有限，僅能達到150m。

（一）基本原理

在地磁場作用下，水中的氫核進行旋進運動，產生沿地磁場方向的磁化強度。當人工激發(fā)一個脈沖矩q，地面以下某一深度區(qū)域內氫質子的自旋方向由平衡狀態(tài)發(fā)生傾斜。從小到大選擇合適的一系列脈沖矩q，可由淺到深地實現(xiàn)探測地下各深度位置的含水層分布。在每次測量過程中，記錄核磁共振響應信號，通過疊加和濾波方法處理數(shù)據(jù)后，提取信號參數(shù)，獲得NMR信號的初始振幅E0、衰減時間常數(shù)、初始相位等參數(shù)。因為NMR信號強弱直接與含水層中氫質子的數(shù)量、含水層孔隙大小有關，即初始振幅E0的大小與地下被測區(qū)域內的氫質子（即水分子）數(shù)量成正比，這就是地面核磁共振找水方法的依據(jù)。所以，經過一套脈沖矩q的測量后，則得到對應的初始振幅E0，經過反演解釋便獲得測量區(qū)域內地下含水層的含水量分布圖。

（二）地面核磁共振方法技術

地面核磁共振系統(tǒng)對地下水信息反映比較靈敏，由于在地面交變磁場激發(fā)下，使地下水中氫核通過吸收交變電磁場的能量，使氫核旋進運動，產生核磁共振現(xiàn)象，如果有地下水存在，大量氫核會產生核磁共振產生NMR信號，在切斷電流脈沖后可接收到該信號，NMR信號包絡線呈指數(shù)規(guī)律衰減，信號強弱或衰減快慢直接與水中質子的數(shù)量有關。如果沒有地下水賦存時，沒有氫核被激發(fā)產生NMR信號，所以就接收不到NMR信號，只有噪音。

三、音頻大地電磁測深

音頻大地電磁測深法在五十年代初期被提出，在對地面天然電磁場分布規(guī)律進行分析的基礎上，研究地下巖礦石電阻率分布規(guī)律的一種地球物理勘探方法。音頻大地電磁法的場源主要為遠處的雷電活動，它通過在地面上觀測頻率大于1Hz的天然電磁場信號用以研究淺層的地質問題。明確地下巖礦石電阻率與地面天然電磁場之間存在的關系是應用這種方法的關鍵。

音頻大地電磁測探采集電場和磁場數(shù)據(jù)，經過處理可以得到視電阻率曲線圖。通過反演進一步得到其視電阻率擬斷面圖，對其進行分析，不僅可以有效地圈定地下礦產、斷裂構造位置，同時通過對勘探區(qū)域內其他地質資料、鉆井資料等物性資料進行分析，并結合電法勘探得到的視電阻率斷面圖，還可以進行綜合解釋等。廣泛應用于橋梁、隧道工程的勘查及地熱、地下水、天然氣水合物等勘探中。

總之，針對復雜的地理、地質情況，以及不同的研究目標，任何單一的地球物理方法，都不能很好的研究地下構造、礦產分布情況，因此應用綜合地球物理勘探方法對巖石圈范圍可以進行不同層次的探測，對查明礦產資源、油氣藏賦存規(guī)律以及地質災害的發(fā)生機制具有重要意義。

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