地球物理方法在地下水勘查中的應用

劉輝　 蔡洋洋

摘要：水是生命之源，是人民大眾賴以生活的寶貴資源，如果地表可用水資源越來越少，就必須對地下水進行開發和利用，因此對地下水資源尋找方法的探究也就尤為重要，多了解凈化處理水資源的原理和方法，充分利用科學技術，一定可以探究出更加豐富而有效的解決措施。

關鍵詞：地下水；地球物理；勘查

隨著經濟的快速發展，人們對水資源的需求越來越大，在科學不斷發展的今天，專家們研究尋找水資源的一個大趨勢是根據不同種類的地下水分析其特點特征，使用多種方法結合更有效的達到尋找水資源、處理地下水的目的。本文主要介紹各種地球物理方法，進一步介紹最新的科學技術。

1 常規的地球物理方法概述

1.1 激電法

利用激電二次場的衰弱快慢和大小的不同，來推斷出巖體的含水狀況，這是激電法的最大特點。而直觀反映巖溶裂隙水的水位埋深與相對富水帶、受地形影響小，是激電法的最大優點。就目前而言，表征巖石激發極化放電快慢的衰減度和半衰時的參數、表征巖石激發極化的充電率和極化率參數、激發比和相對衰減時等綜合參數，是應用較為成功的激電參數。不同的儀器與不同的地質體，影響著這些激電參數的選取。經大量的實驗表明，要進行溶巖地下水的勘察，衰減度（D）、半衰時（TH）、極化率（G）有良好的效果。

1.2 放射性ɑ法

通過利用地質體的放射性特性對地質體中氡的A輻射體進行收集，同時根據收集到的A輻射體的量值大小，來推測勘探的巖體富水情況和地質體的地下構造，這就是放射性ɑ法。

1.3 電測深法

電測深法主要用于勘測巖性、地層在垂直方向上的電性變化、尋找位移變化較為穩定的含水層、解決和富水層深度相關的地質問題、確定含水層的頂底板埋深，其屬于研究垂直地質構造的地球物理方法。而在勘探熱水資源的電測深法中，五級縱軸測深法擁有十分廣闊的應用前景。在確定熱水井位時，使用分層細、異常明顯、野外施工受場地條件限制較小的對稱四極測深法。

1.4 瞬變電磁法

瞬變電磁法（TEM）是利用接地電機（或是不接地回線）向地下發射脈沖式一次電磁場，然后利用接地電極（或是線圈）對裝置發射的脈沖電磁場感應到的地下渦流而產生的二次電磁場的時間、空間分布情況進行觀測，是一種時間域電磁法。

在地形情況復雜的山區尋找地下巖溶構造，可以利用工作效率高、測試工作簡單、方便迅速解決問題的瞬變電磁法來查找地下淺層巖溶水。

在實際的應用當中，瞬變電磁法在直升飛機、飛機的各個平臺中同樣適用，其在向勘測人員揭示相關的含水層位置和結構及測量出勘探區的磁場以幫助勘測人員繪出地下巖溶水位置的巖脈和顯著斷層方面優勢突出。目前最新的寬頻帶數字處理設備和航空設備可以廉價且快速的對>200m深的含水層進行勘探測量。加上計算機的解釋說明技術可以繪制出巖層中的含水層的深度和電導率圖，這對于對地下水源的識別了解及開發利用是非常重要的。

2 地球物理方法在地下水勘察中的應用新技術

隨著現代科學技術的不斷發展，最近一、二十年里，在地下水勘察領域也出現了如高分辨率淺層地震法、核磁共振法這些找水的新方法新技術。

2.1 高分辨率淺層地震法

2.1.1 高分辨率淺層地震法的核心原理

反射地震法是目前應用最多的水文勘探地震方法。不同巖層彈性參數之間的差異是該地震勘探法的物探依據。高分辨率淺層地震法能夠滿足地震勘測人員在地下水勘察過程中對地層劃分、地質構造、巖性對比和地層富水性等相關水文地質方面數據資料需要。

通常情況下，如果底層分界面的反射系數比較小，那么在地震剖面上顯示的振幅能也較為微弱。但是圍巖分界面與含水層的頂底界面中的發射系數往往超過反射界面的系數，其主要原因是其是一個波阻抗面，非常容易形成具有極強反射振幅的亮點。

2.1.2 高分辨率淺層地震法的技術特點

高分辨的淺層地震法擁有4大特點：①勘察深度淺到幾十米，深達數千米，范圍較大；②擁有分辨能力強、定深精度高的優點；③比電磁法要受電磁干擾要小，但是勞動強度要比電磁法大；④擁有成熟的數據資料處理解釋手段，能夠預測基巖構造裂隙的富水性和含水層的孔隙度。

2.2 核磁共振法

目前，核磁共振法（NMR）不僅應用于水文地質勘察工作，還應用于礦物質成分檢測、測井和醫療等領域當中，涉及行業十分廣泛。通過已有的國外研究資料，我們了解到核磁共振法開創了地球物理方法應用于地下水勘察的先例，并且在工程地質監測、地下水勘察、油田管道漏水和煤礦探測等領域由于十分廣闊的發展前景。

2.2.1 核磁共振法找水的核心原理

該方法找水的核心原理主要體現在以下幾方面：（1）地下水的氫核由于具有極其微弱的磁性而可以顯示出核子的順磁性，在恒定的地磁場的作用之下，產生宏觀磁矩M；（2）在垂直于地磁場的方向施加一交變磁場脈沖，使質子在磁場當中進動的拉摩爾頻率和交變磁場的頻率相等，則交變磁場的脈沖寬度W和交變磁場振幅2T的乘積和下述關系一致：vTW=θ，其中，θ表示M和地磁場之間的夾角，通過對T或（W）進行調整，使θ=π/2，這種情況下，M將代替交變磁場脈沖垂直于地磁場的方向，而交變磁場脈沖停止，宏觀磁矩M將繞地磁場作進動，從而在地面上產生最強的自由進動信號（FID）；（3）這個脈沖將把π/2稱作脈沖，信號會在θ的取值發生改變的情況下減弱。通過調整改變脈沖參數，并且對自由進動信號進行全面記錄，根據自由進動信號的振幅和弛豫時間，通過計算，我們就可以對地下不同深度處的滲透率、孔隙度和含水量等情況進行了解及掌握。

2.2.2 核磁共振法的技術特點

核磁共振法具有以下6大技術特點：①地下水的勘探深度較淺；②屬于尋找淡水的直接找水法；③適合于西北等地表干燥的區域使用；④容易受到電磁噪聲的干擾；⑤費用低廉；⑥信息量十分的豐富。

綜上所述，激電法、放射性ɑ法、電測身法和瞬變電磁法是目前地下水勘察方面應用較廣的地球物理方法，也出現了如高分辨率淺層地震法、核磁共振法之類的新技術。

參考文獻：

[1]嚴正.地球物理方法在地下水勘察中的應用[J].地質科學，2016（04）.