地球物理勘查方法在水文地質工程中的運用分析

(四川省地質礦產勘查開發局一〇九地質隊， 四川 成都 610000)

1 地球物理勘查概述

對地球物理場分布與變化采取間接的勘探的方法叫做地球物理勘查，又稱為“物探”。此種勘探方法采用的是物理學原理與方法進行的勘探，主要探究地球本體、近地空間介質的結構、物質組成、演化等現象、規律和特點，可以應用于工程、環保、礦產等方面的勘探。可以說物探法的應用范圍非常廣泛。

由于物探技術會用在探究巖石的物理性質，如巖石的密度、電導率、磁導率、彈性、熱導率等，不同的勘探要求采取不同的物探方法，這就出現了很多種物探方法，例如勘探地質體的展布形態和性質所用的是地質雷達法（GPR），用于勘探油氣田的地下巖石和流體性質的地球物理測井法，還有自然電場法、激發極化法等。

物探法通常會根據三方面的依據今夏勘查，具體有含水量、巖層磁性、放射性與熱輻射。巖層中是否含有地下水，就需要根據巖層中豐富的礦物質的導電性來進行判斷，巖層礦物質的導電性對巖層的視電阻率值產生直接影響；巖層中的金屬元素也是多種多樣，數量有所不同，由此會使得各金屬元素的磁性存在差異，當具有較多的金屬元素的巖層，其磁性會更強；巖層中的富水巖層與貧水巖層之間會存在較大的放射性和熱輻射強度差異，例如當貧水巖層的溫度為 7℃～11℃時，那么貧水巖層的輻射溫度要遠比富水巖層的輻射溫度高。

2 地球物理勘查方法的水文地質工程的應用

1）高密度電阻率法

巖石中的水的礦化度、孔隙度、顆粒結構、礦物成分等因素決定了巖石電阻率，當某層巖石中是否含水會極大地決其定電阻率的數值。高密度電阻率物探法是在剖面上放上所有的電極，與程控電極進行結合來轉換開關，并要結合相關的微機工程電測儀，這就完成了對各種電極排列方式、電極距數據的采集，這是一種高效的自動化的對巖層中水分的數據采集過程。與常規電阻率法相比，該電阻率法的優勢體現在:a僅需要一次就完成全部的電極布設，極大地提高了效率，還減少電機設置的故障以及其他干擾；b測量時可以選用不同的電極排列方式，這樣有助于電斷面信息得到全面有效的收集；c能夠自動化或者半自動化地采集數據，促進了數據采集效率的提高，避免了人工數據信息采集錯誤；d通過地球物理反演方法，使得高密度電阻率成像技術轉變為一、二、三維的成像，確保資料得到高精度的解釋。

2）自然電場法

通過地下巖層在巖石氧化還原、地下水滲透擴散、巖石顆粒吸附等一系列作用下，巖層會產生自然電場，這正是地面物探法中的自然電場法的勘查依據。地下水電場能夠在專業設備的監測下得到地下水的諸如埋深、位置、分布以及運動變化等信息。通常情況下，在勘查古河道的時候，就可以用到自然電場法，該法對于巖層中的含水破碎帶的存在與否可以進行準確斷定，同時還可以明確定位河床、水庫、堤壩等的滲漏點，定位效果顯著。

3）激發極化法

當供電極電流斷開后，巖層與地下水的放電電場衰減時就會形成一定的特點和規律，此時結合電場的衰減度和衰減規律與特點，然后對地下水的存在與否進行分析判斷。當電場衰減時，地下水放電電場在電位差的衰減過程中需要一段時間，其時間上的衰減變化程度是極化電場衰減速度的體現。根據巖層內的水分子存在較大的偶極距，而放電電場的衰減速度實際上很慢，最終形成了衰減度與衰減時數值之間的差距。勘探巖層的狀態和分布位置時，通常都會用到激發極化測探法，該勘探法對于地下水或者溶洞含水帶的存在與否能夠做出準確判斷，還能測算出地下水分布的深度。在實際探測過程中，激發極化測探法的極化電場數值往往很小，限制了該法在超過80m厚的巖層的水文地質的勘探，對于工業分布密集區域的水文地質的勘探也同樣如此。

4）瞬變電磁法（TEM法）

該法是在不接地或者接地源中發送一次場到地下，而發送一次場的中間時間內，地質體的感應電磁場會不斷變化，此時對感應電磁場變化的測量得出的數據，和二次場的衰減特征曲線相結合來判斷各種深度的地質體的規模、分布以及電性特征。TEM法主要是觀測純二次場，從而將一次場中設備的耦合噪聲進行了消除，對于實際的勘探策略具有很多優勢，即較高的橫向分辨率，較小的體積效應和可以進行較深范圍的探測，且不容易會受到旁側地質體的影響，對于勘查金礦、石油、煤炭、地熱等都非常適用，最終的勘查效果非常好。

5）地質雷達法（GPR法）

GPR法是通過發射天線，為地下巖層發送特定的電磁波，而地下目標反射后，天線會接收到新的電磁波，然后對新的電磁波進行振幅、時頻特點的分析，得出相應的結果，從而判斷和評估地質體的展布形態與性質。雷達穿透深度直接受到電磁波頻率的影響，由此雷達穿透深度不會有突破性的增加，然而會得到較高的0.05m 以下的分辨率。使用傳統的地質雷達只能對幾米以內的地質體目標進行探測，而使用技術先進的現代化的地質雷達，能夠對100m深度的地質體進行探測，拓展了地質雷達的應用范圍。

2.2 地球物理測井法

此測井法是現在對應位置鉆孔，利用有關儀器測量出鉆進中的電、聲、熱等信息，達到對地下巖石和流體性質的辨識，主要應用于油氣田勘探和開發中。此外，測井法還能測量出水文地質工程中的多種參數，以此明確含水層，通過鉆孔剖面來區別地下巖性的分層。此法還結合了鉆探取芯、水文地質勘查方式，將工程區域的地下含水層、巖溶發育帶的有關信息進行推測，確定各種地質參數。和地面物探法相比，在沒有鉆進取芯的測井法對于水文地質的勘查精度會更高、更有效。

3 結語

本文重點介紹了包括高密度電阻率法、自然電場法、激發極化法、瞬變電磁法、地質雷達法等地面物探法和地球物理測井法兩大類物探法在水文地質工程中的應用，對于不同的工程如何選擇地球物理勘查方法提供一點參考。

[1]地球物理勘查方法在水文地質工程中的運用分析[J]. 王洋,李宇陽. 云南化工. 2017(07)

[2]中國煤礦水文地質類型劃分與特征分析[J]. 陸樹飛. 中小企業管理與科技(上旬刊). 2017(09)