物探技術在缺水地區找水中的應用探討

江新

（安徽省地球物理地球化學勘查技術院 安徽合肥 230000）

物探技術在缺水地區找水中的應用探討

江新

（安徽省地球物理地球化學勘查技術院 安徽合肥 230000）

經濟的快速增長，使生產、生活對能源需求量日益擴大，特別是水資源。由于水資源污染和氣候環境的多變，導致可用水資源急劇減少，進而出現水資源短缺現象。物探技術在缺水地找水中的應用，有效緩解了我國水資源短缺問題。本文闡述物探技術概念，分析缺水地區特征，探討物探技術在缺水地區找水中的應用。

物探技術；缺水地區特征；技術適用性

工、農業的迅速發展，增大了我國水資源用量，尤其是在干旱、缺水地區，不僅工農業生產用水短缺，人畜用水也難以供給。因此，加強缺水地區地下水資源找尋、解決缺水問題，是目前發展的重點。在缺水地區找水過程中積極應用物探技術，準確尋找水資源，保證企業生產、居民生活用水正常，推進民生項目建設進程。

1 物探技術概述

物探技術是指運用物理學原理和技術，觀察和勘探地球上所出現的各種物理構造及其變化規律，以分析地質構造、物質組成、形成及演變為基礎，研究不同形態的自然現象及變化規律，為保護環境、監測資源、能源提供可靠數據信息[1]。物探技術是一種勘探方法，是借助物理現象分析地質特征或地質構造。但目前物探技術發展還不夠成熟、穩定，為了保證勘查結果的準確性，工作中應采取多種勘查方法相結合，將結果進行分析比對，并融合地質調查方法和地質理論，確保勘查結果的準確性和有效性。

水資源多深藏于地下，肉眼無法分辨水源點，要想準確掌握地下水資源分布情況，必須清晰理解巖石的地理性質。不同種類巖石其密度、電導率、熱導率等物理性質也不同，而同一物理性質也會表現出一種或多種物理現象，我們可以借助物理現象了解巖石性質。在缺水地區找水工作中利用物探技術，能夠清楚記錄地質的物理變化情況，掌握地下巖石種類及其分布情況，進而實現水資源的有效發掘和利用。

2 缺水地區特征分析

由于地區環境和地勢不同，不同缺水地區呈出不同的特征差異。例如，華北地區缺水主要原因有：①自然環境上，該地區降水少，河流徑流量不多，降雨分布不均勻，且不同季節降雨量波動幅度大；②華北地區工農業較為發達，人口多用水量大，居民節約用水意識薄弱，造成不同程度的水資源污染和環境污染。黃土高原地區缺水，一方面是由于高原地區植被覆蓋率低，土質松散，雨水季節水土流失嚴重；另一方面耕作制度不合理，導致植被破壞，能源過度開采，土地沙漠化嚴重。西北地區氣候干燥，常年多風，且與海洋相距較遠，地下水資源無法及時補給。此外，西北地區牧民較多，過度開墾、放牧，導致西北地區水資源枯竭。

盡管地區缺水原因各有不同，但綜合來看主要受自然環境和人為使用兩個因素影響。在自然環境上，受當地氣溫變化及降水分布影響，地面水資源出現不同程度的蒸發流失，進而影響水資源使用情況。從地勢特征上來看，海拔高度和泥水沉積的阻礙，影響河流徑流量。中國早期發展以環境為代價，人類活動包括工業生產、農業發展，造成不同程度的水資源污染，如海上石油泄漏、工業廢氣排放，無疑加重了水資源短缺的難題[2]。正確分析水資源短缺原因，有利于科學治理水資源匱乏問題，為人們尋找新資源，保證日常供水。但水資源短缺問題是一個時代性的問題，為了保證用水質量，應將發展的重點放在水資源探測技術應用上（如圖1）。

3 物探技術在缺水地區找水中的應用

3.1 音頻大地電場法

音頻大地電場法以天然電磁場和交變電磁場作為場源，通過測量地面電場分量（Ex），分析巖石電阻率變化情況，進而了解地質狀況、地質構造，實現尋找地下資源、礦藏的目的。經過相關求證得到以下計算公式：

圖1 中國缺水地區分布圖

式中：Ex代表電場分量、H代表磁場分量、ρ代表介質視電阻率、f代表工作頻率，Ex/Hy表示波阻抗。若同一地區內H變量相對穩定，Ex會是隨著ρ、x、y的變化而變化。

音頻大地電場法的特點：①所需設備輕便、工作量小，一般3～5個人即可以完成勘探；②不易受測量地形影響，能準確反映地質狀況、巖層結構；③可以在短時間內獲取電位差曲線，測量人員根據曲線分布情況，判定巖層構造，包括巖石走向、寬度和傾向，節約勘查時間。

3.2 激發極化法

激發極化法以巖石、礦石的激電效應差異為基礎，實現找礦或解決水文地質問題。在缺水地區找水工作中，激發極化法往往會與音頻大地電場法相結合，同時采用對稱四極排列法，為勘查提供地電斷面變化數據信息。激發極化法實際上利用地下供電產生一次場之后，斷開電源觀察二次場，通過二次場衰減快慢推斷地下水源蘊藏點及賦存情況。測量中會得到一些數據：MS表示含水因素、r表示偏離度參數、VSP表示自然電位、ηs表示視極化率、TH表示半衰時、△U表示電位差，其中視極化率ηs=△U2/△U×100%。

激發極化法的優點：①測量參數多，但數據并不受地形和巖石性質影響；②清晰直觀的反映出地下水體深度和藏水點位置；③能夠準確區分阻體含水層和其他物質。

3.3 核磁共振法

核磁共振技術是一種可以直接找到水源的方法。核磁共振法使用核磁感應系統，通過改變激發電流脈沖幅值和持續時間，探測由淺層到深層的水源蘊含情況，快速圈定找水遠景區、低阻區，區分儲水構造。利用核磁共振技術區分水質，再通過電阻率值大小區分出咸、淡水。結合激發極化法探測數據，確定水源污染范圍和程度。

圖2 核磁共振原理

3.4 EH-4電磁法

EH-4電磁法是利用巖石導電性和導磁性物理特性，對不同介質傳播過程所呈現出來的電磁波進行研究，為尋找地下水源提供有效參考數據，進而求出電阻率，根據地區特點加以靈活運用，借助變動頻率探測水源。

EH-4電磁法具有以下優點：①設備輕便，以大地磁場為測量場，不需供電設備，通過不同頻率信號探測不同深度，增長供電導線長度就可以進行作業，大大減少了工作強度；②施工時間、地點不受限制，冬天也可施工。EH-4電磁法，電磁波穿透力較強，可以直接探測到地表深層。EH-4電磁法所使用的儀器配置了人工信號發射器，即便是在沙漠地區也可以作業；③檢測結果全自動化，無需再人工操作，減少工作量，提高勘探工作的準確性[3]。

圖2 電磁法原理圖

4 各種物探技術的適用性

音頻大地電場法所使用設備輕便，工作方法簡單，提取參數范圍大，數據清晰直觀。音頻大地場法不受時間、空間，在缺水地區找水中得到了廣泛的應用。利用此技術快速準確掌握地層構造、傾向、寬度等信息。此方法對勘探深度有一定的要求，最好保持在30～150m之間，以保證勘查數據的可靠性。

激發極化法用于測量二次場，不受地勢和圍巖電性影響，可測量參數多，找水效果十分顯著。將激發極化法與音頻大地電場法相結合，可以有效減輕巖石區找水工作量。

核磁共振法可以快速直接的找到地下水源，縮減勘探過程，大大提高了找水效率。但核磁共振法使用成本較高，在經濟條件允許的情況下，可以使用這種方法。

EH-4電磁法主要用于山前平原或平原區，不受含水層構造裂縫和溶洞極化率影響，能夠準確反映地下介質電阻變化情況。

5 結語

運用不同物探技術會有不同效果，但每種技術都會存在一定的局限性，在實際找水工作中，技術人員要靈活運用，根據自然環境、地質條件，適當調整物探技術，保證勘查工作的實效性、可靠性，努力為人們提供優質水源，保障居民生產、生活，改善我國水資源短缺現狀。

[1]張賽珍，王慶乙，羅延鐘.中國電法勘探發展概況[J].地球物理學報，1994（12）.

[2]霍明遠.地下水資源系統勘查技術與綜合評價方法[J].科學出版社，1993（03）.

[3]劉文兵，劉葆青，李春芝.電法勘探在水資源勘測及評價中的應用[J].石油儀器，2007（04）.

P641.7

A

1004-7344（2016）04-0206-02

2015-12-1