地球物理勘查方法在水文地質工程地質中的應用

提云生

（河北省地質工程勘查院，河北 保定071051）

1 引言

隨著我國社會經濟的不斷發展和人們生活水平的提高，在新時期水資源的短缺逐漸成為制約我國經濟可持續發展的主要因素之一，嚴重影響我國經濟發展的速度，因此，在新的歷史時期，要不斷加強水資源的開發與利用。水文地質工程項目作為地質工程的一項重要內容，在礦產開采、地下工程建設以及地下水源勘測活動中有著不可或缺的作用，如何在現有技術條件下實現高效率高精確度的地下水勘查，是當前地質工程勘測的研究重點。

2 地球物理勘查的相關概念

地球物理勘查是一種間接的勘查方法，通過物理學的相關理論對地球物理場和變化情況進行監測與分析，地球物理勘測方法可以對地球本體和近地空間的物質組成、介質結構、演化特征等進行系統的分析與探索，在環境保護、工程建設、考古、地質災害、反恐以及礦產資源勘探中有十分重要的應用。此外，地球物理勘測方法也還廣泛應用于對巖石結構密度、物理成分、熱導性或者磁導性等方面的研究中，即利用物理測試方法，了解地球內部相關區域的物質成分、物質結構以及密度組成。在水文地質工程項目中，應用地球物理勘查方法可以對地下巖層含有的豐富礦物質以及含水量進行詳細勘測，測試得到地下巖層的電阻率以及電阻值從而能夠確定該位置處是否存在地下水。另外，在水文地質工程項目勘查過程中，如果缺水的巖層的溫度差異在10℃左右，則說明該地區巖層含水量比較豐富，這附近有較為充足的地下水。其次，也可以對巖層進行磁性分析來勘測當地的水文地質數據，磁性的分析有利于勘測人員確定巖層當中的物質分布情況，包括主要含有的金屬元素種類以及金屬元素含量，即利用磁性強弱探明該地的礦產情況，由此可見，地球物理勘查方法在水文地質工程項目中有十分重要的勘測價值，能夠大大提升勘測的準確度和勘測效率，保證勘測結果[1]。

3 地球物理勘查方法在水文地質工程中的應用

3.1 激發極化法

激發極化法主要是利用勘測現場巖石和礦石激發極化效應的區別進行地質問題的勘測與分析，得到當地的水文地質工程數據。激發極化法興起于20世紀50年代，隨著科學技術的不斷發展，激發極化法逐漸由早期的直流激發極化法發展為頻譜激發極化法，該方法通過研究電阻率隨頻率變化的情況，能夠準確反映出周圍的巖層情況和分布狀態。頻譜激發極化法打破了空間的限制，不會受到巖層電性不均勻以及地勢波動的影響，可以同時對多種參數進行測量，勘測速度快，效率高。在實際水文地質工程勘測過程中，一般通過激發極化法與高密度電阻率法聯合測試的方法來進行，這樣能夠更好地確定地層的含水性，避免單一方法得出的多個對實際結果的干擾和影響，提高找水的效率與成功率。同時，使用激發極化法可以有效區分地層中的泥巖和含水地層，含水砂礫巖孔隙較大，極化率也比較大，純粹泥巖極化率相對較小，則極化率小，這種極化率的差異可以間接反映巖層的孔隙情況，結合其他數據和參數可以有效推斷巖層情況和狀態，提高檢測效率[2]。

3.2 自然電場法

利用自然電場對勘測區域的水文分布情況和地質條件進行探測的方法為自然電場法，自然電場法的應用需要對地下的巖石顆粒和水滲透進行吸附，形成一種自然的電場，從而將地下水的滲透作用、自然電場狀態以及巖石顆粒吸附情況有效結合起來，并通過專業的設備反映出地下自然電場發生變化的實時情況，以有效推斷出地下水的水流動向、分布位置以及深度等。自然電場法不僅用于地下水源的勘測，而且還可以用于研究古河道的考察，在考古工作中也有十分廣泛的應用，自然電場法相對于其他方法來說精確度更高，更加靈敏，且不受時間的限制，能夠精確推斷某地區是否含水以及水資源的分布狀態等[3]。

3.3 瞬變電磁法

瞬變電磁法在使用過程中利用接地源或者不接地源，向地下發送一次場，并利用一次場的間歇時間測量地質體產生的感應電場隨時間的變化情況。根據二次場的衰減特征曲線，勘測人員可以準確判斷不同深度地質體的特征狀態、地下水分布以及相應的規模和深淺。瞬變電磁法在實際應用的過程中探測深度大、體積效應小、受到周圍巖體的干擾小，能夠保證勘測結果的準確度，瞬變電磁法勘測過程中消除了設備耦合噪聲的影響，在水文地質工程項目中應用廣泛，應用領域多樣，包括石油勘測、煤炭勘測、金屬礦產以及地熱資源勘測等，具有十分重要的經濟價值和勘測價值[4]。

3.4 地面核磁共振法

核磁共振法是目前世界上唯一用到的直接尋找水源的地球物理方法，是一種新型、發展時間較短的地物勘測方法，有巨大的應用潛力。地面核磁共振法利用不同物質原子核弛豫性質的不同，產生核磁共振效應，利用地面核磁共振的反饋找到水儀器，從而可以對地層中水質子產生的核磁共振具體變化情況和變化規律進行研究和觀測，確定地下水是否存在以及存在的區域和位置。地面核磁共振法避免了傳統間接測試方法的不足，可以直觀地反映出地下水分布情況和地下水的儲量，在水文地質工程勘測尤其是淡水勘測過程中有十分關鍵的應用價值和應用潛力。只要地下有自由水存在，便可以在勘測范圍之內的地面反饋核磁共振信號，實現信號的感應，核磁共振方法勘測幾乎不會受到地質條件的影響，能夠有效避免異常地質的干擾，大大提高勘測效率和勘測的準確性，在地下水勘查尤其是較淺區域的地下水勘查工作中有重要作用。但地面核磁共振法一個致命的不足是無法探測深度較大區域的地下水，勘測范圍只能限制在一百五十米以內，而且還容易受到其他電磁噪聲的影響，影響勘測效率。

3.5 地球物理測井法

地球物理測井法是油田勘測與開采中常用的技術之一，利用電磁、光熱等測量手段對地下流動體和巖層的屬性進行勘測，可以準確反映當地的水文地質條件。地球物理測井法首先確定巖層中的水分子情況，然后明確該地區的巖石性質，推測區域的熔巖帶和含水層，從而準確反饋當地的地質條件和水文環境。隨著科學技術的不斷發展，地球物理測井法逐漸豐富起來，在水文地質工程項目中的應用也越來越廣泛，是目前水文地質勘測各種方法中最有效的勘測方法之一，得到的數據更加精確，但相應的該方法對人員和資金的需求較大，成本較高，一般用于需要嚴格勘測水文地質環境的區域。

4 結語

綜上所述，地球物理勘查方法在水文地質工程項目勘查中的應用可以準確、完整地反映出勘測地區的水文環境和地質特點，為工程施工和災害防治提供重要的數據支持。在復雜的地質條件下進行水文地質環境勘查時，需要充分明確勘查的技術要點和指標，有針對性地選取地球物理勘查某種方法或幾種方法聯用的手段，提高勘查效率和勘查準確性。