核磁共振法與高密度電法在廣西某地水文地質調查中的應用效果

黃祖描

（廣西水文地質工程地質勘察院 廣西柳州 545005）

核磁共振法與高密度電法在廣西某地水文地質調查中的應用效果

黃祖描

（廣西水文地質工程地質勘察院 廣西柳州 545005）

在水文地質調查中，常規單一的水源勘查的手段往往受到地形、地層巖性等因素的限制，致使物探解釋結果不精確。核磁共振法是目前唯一可直接探測地下水的地球物理方法，本文介紹高密度電法與核磁共振法（NMR）相結合在廣西某地水文地質調查中的應用效果。

核磁共振法；高密度電法；水文地質調查

引言

地下水資源對人類的生產生活都十分重要，有些地區利用單一的、常規的物探方法找尋地下水的成效并不顯著，很難解決有關的水文地質問題。在廣西灰巖地區水文地質調查中，高密度電法是常用物探方法，適用于查找覆蓋層厚度和巖溶發育段深度范圍，具有分辨率高、效率高等特點。核磁共振法適用于查明150m深度范圍內含水層的深度、厚度、單位體積含水量、含水層平均孔隙度的信息。采用兩種物探方法相結合可取得較好的效果。

1 方法原理簡介

1.1 高密度電法

高密度電法是通過電極陣列技術同時實現電測深和電剖面測量，獲得二維或三維的電阻率分布，進而研究解決相關問題的電阻率法。根據場地條件和地質條件選取一種或多種裝置進行數據采集，由專用軟件進行地形校正、數據濾波、反演計算等一系列處理后，繪制物探剖面視電阻率斷面圖和反演圖，根據圖中視電阻率分布形態，了解地下一定深度范圍內橫向電性變化情況和垂向電性的變化特征，再綜合分析判斷異常體的位置及規模。

1.2 核磁共振方法

該方法是利用地磁場中地下水中氫原子核與周圍介質的馳豫特性差異，用拉摩爾頻率的交變電流脈沖對地下水激發，原子核系統吸收電磁能量而產生核磁共振。在電流脈沖間歇期間，觀測和研究核磁共振信號的變化規律，進而探測地下水信息的方法。通過數據處理、反演計算可確定出含水層的深度、厚度、單位體積含水量，并可提供含水層平均孔隙度的信息。

NUMISPLUS系統由直流電源、DC/DC轉換器、發射機、發射/接收天線、調諧單元、接收機、外接計算機及部分輔助連線構成，野外工作裝置連線見圖1。

2 工程地質概況及地球物理特征

2.1 工程地質概況

工區處于廣西桂東-桂南系列緊依升降侵蝕-溶蝕中低山巖溶盆（谷）地地貌中北區，地勢西北高，東南低。出露地層隸屬華南地層大區中的東南地層區，地層出露比較齊全，巖性以礫巖、砂巖、灰巖、白云巖、白云質灰巖為主，局部還有泥巖夾頁巖、硅質巖等。區內斷裂構造極為發育，性質以壓性和壓扭性為主，格局復雜，主要以北北西向和北西西向為主，是多期活動斷層組。根據含水層的水理性質、地下水的賦存條件和水力特征，區內地下水類型可劃分為孔隙水、巖溶水、孔隙裂隙水、基巖裂隙水四大類型。測區屬平原區，巖溶發育在一定深度范圍內相對均勻。

圖1 NUMISPLUS系統野外工作裝置連線框圖

2.2 地球物理特征

第四系覆蓋層、巖溶發育、裂隙發育帶、與完整巖石之間有著較大的物性差異（如介電常數、電阻率等），巖石風化程度的不同亦有一定的物性差異，存在明顯的物性界面，為電法勘探提供了良好的地球物理前提。在核磁共振法的實際工作中，在每個NMR測點上是通過由小到大依次改變激發脈沖矩來探測由淺到深的含水層的賦存狀態。常見介質物性參數見表1，核磁共振法測量參數和反演解釋獲得的水文地質參數見表2。

表1 常見介質物性參數

表2 測量參數與水文地質參數關系表

3 應用實例

3.1 工作方法及資料解釋

測區選在村口開闊的耕地，地形平坦，局部基巖出露，無埋藏管道、高壓線，物探施工條件較好。根據已有的水文地質調查成果，近南北向斜交構造布設一條高密度電法測線，再以高密度電法異常點為中心鋪設核磁共振法線圈對含水層進行測試。高密度電法探測儀器采用重慶奔騰數控技術研究所生產的WGMD-4型高密度電法系統及多電路轉換器。測量采用施倫貝謝爾排列及矩形AMN排列、MNB滾動排列裝置進行連續滾動掃描，測量點距10m，滾動層數25層。核磁共振法探測儀器采用法國IRIS公司核磁共振系統（NUMISPLUS），主要測試參數：回線類型為方形（邊長100m），激發頻率1962Hz，地磁場感應強度45967.16nT，電磁噪聲干擾水平5629.89nV，激發脈沖矩個數16個，疊加次數32次，記錄長度1000ms，信號幅值范圍20000。

高密度電法通過數據處理后繪制測線視電阻率等值斷面圖及聯合剖面曲線圖，核磁共振法通過NUMIS系統自帶的軟件對測點數據進行反演處理，獲取測點垂向范圍內的水文地質參數并成圖，選取單位體積含水直方圖和滲透率隨深度變化曲線圖做分析。高密度電法斷面，在物探點號1725～1745低阻異常，異常帶相對較窄，其電阻率值200～500Ω·m，背景值800～1600Ω·m，在AB/2=90處提取聯合剖面曲線，在物探點號1745出現正交點，推測1725～1745段為構造影響帶，巖體破碎，巖溶發育。聯合剖面曲線及視電阻率等值線斷面圖見圖2。

核磁共振法測點含水量直方圖，橫坐標為單位體積含水量（%），縱坐標為深度（m），由圖3所示含水量直方圖可知，主要有2個含水層，第1個含水層位于4.5～13.5m，該段主要為地表水。第2個含水層位于32.5～57.5m，主要賦存巖溶裂隙水，其T1*＞600ms。在58m處T1*出現明顯分界面，說明巖石性質存在差異，衰減時間在300～600ms之間，根據衰減時間與巖石關系實驗可判斷該含水層以礫石為主。

3.2 水文地質鉆探驗證

圖2 高密度電法聯剖曲線及視電阻率等值線圖

圖3 核磁共振法結果與水文鉆孔對比圖

高密度電法與核磁共振法的工作結果表明，在物探測線1740點存在導水構造帶，建議布置水文鉆孔。地質設計孔深120m，在設計的鉆孔位置進行鉆探。鉆探結果表明，孔內26.30m處以下漏水，在29.80～31.00m、42.8～58.70m 見溶蝕現象，孔深 58.70～62.30m、65.50～65.90m、74.20～75.20m、78.00～80.00m、81.80～82.50m、92.30～95.10m、97.40～98.60m段巖芯較破碎。抽水試驗結果表明該孔出水量約143.7T/d。

4 結論

（1）兩種物探方法實測反演結果與水文鉆孔資料基本吻合，但核磁共振法僅適用于找水遠景區，不能精確確定孔位，應充分考慮當地的地質、水文情況以及物性資料并結合其他勘探手段提高鉆探命中率。

（2）核磁共振法在廣西灰巖地區應用尚不廣泛，受測試深度、地形地貌、電磁干擾較明顯，噪聲水平普遍比較高，應采取有效措施壓制干擾，提高其資料解釋的可靠性，應進一步深入研究。

（3）區域性水文地質調查可在常規物探手段的基礎上適當增加核磁共振法測點。核磁共振法亦可在滑坡、考古、堤壩隱患、地下熱水、地下水污染評價等多方面應用，加以推廣。

[1]袁照令.核磁共振法的應用效果[J].中國地質大學學報，1999（03）.

[2]袁照令.核磁共振法在貧水地區找地下水的效果[J].應用科學學報，2000（09）：19～3.

[3]王 魯.萊蕪市開展大規模環境水文地質勘查[J].山東地質，2011（05）：42～43.

P631.3

A

1004-7344（2016）06-0161-02

2016-2-10

黃祖描（1987-），男，廣西貴港人，助理工程師，本科，主要從事工程物探方面的工作。