地球物理勘查方法在水文地質工程地質中的應用

肖 銳

（新疆維吾爾自治區地質礦產勘查開發局地球物理化學探礦大隊，新疆 昌吉 831100）

近年來，伴隨經濟社會高速發展，人們生活水平日漸提升，在水資源方面的需求量也在快速增長，但是與此同時，用水緊張問題卻變得越發突出起來，水資源短缺成為阻礙新時期經濟社會可持續發展最為重要的因素之一，對我國的經濟社會發展造成巨大影響。所以在新的歷史發展時期，應當進一步加強水資源的開發和利用。水文地質工程項目作為地質工程的重要組成部分，在地下水資源勘測、建設地下工程、開采礦產資源方面發揮著非常重要的作用，如何將當前的技術手段充分利用，保證高精度，高效率的地下水勘測，是目前地質工程勘測工作當中的重點。下文當中分析了地球物理勘察有關概念，并就地球物理方法在水文地質工程勘查中的應用予以分析探討，以供參考[1]。

1 地球物理勘查的相關概念

地球物理勘察是一種娟姐的勘查手段，在物理學有關理論知識基礎之上，來監測分析地球物理場及其變化情況，地球物理勘探方法能夠有效探測地球本體以及近體空間具有的物質組成演化特征與介質結構，展開全面的分析和研究，在地質災害、考古、工程建設、以及環境保護、勘探資源方面發揮著非常重要的作用。而且地球物理勘探技術在巖石結構密度勘探，分析物理成分，研究磁導性，熱導性方面發揮著非常重要的作用。通過物理測試方法能夠對地球內部物質結構及其成分密度等進行全面的分析和了解。一些水文地質項目，運用地球物理勘探方法，可以詳細的勘測地下巖層具有的豐富礦產物質和含水量，對地下巖層電阻率與電阻值是否有地下水存在進行相應的測試。另外在勘測水文地質工程項目過程當中，倘若巖層缺水溫度達到10℃差異以上，證實區內巖層有著豐富的含水量，地下水在區內分布比較充足。而且可以通過詞性來判斷巖層，對當地水文地質信息數據進行勘測，分析磁性，對于勘測人員，明確巖層物質分布具有非常重要的意義，主要包括金屬元素含量以及金屬元素種類，通過磁性強弱來對區內的礦產情況進行探測，通過這些不難看出，在水文地質工程勘察過程當中，地球物理勘查方法發揮著非常重要的作用，可以使勘察效率和精度得到大幅提升，確保勘察數據的精準性。

2 地球物理勘查方法在水文地質工程中的應用

2.1 高密度電阻率法

很多因素都會對巖石的電阻率造成影響，如水的礦化度以及含水量、礦物成分、顆粒結構以及空隙度都會影響到巖石電阻率，在相同的巖層當中，如果不含水，會對電阻力數值造成很大限制。通過電阻力物探技術方法應用勘察水文地質，這便是利用測定含水層的電阻率與其空間分布規律，來勘探含水巖層空間分布以及儲水條件，完成水文地質勘察，這種方法是一種間接的找水方法。高密度電法是電測深法和電剖面法共同組合形成的，該方法原理相同于普通電阻率法，以此為基礎來有效應對各種地質問題的重要勘探方法。當將一些脈沖流共入地下之后，如果在不改變供電電流情況下，便可以對地面上兩個測量電極電位差隨時的進行觀測，使其更加趨于飽和值，斷開供電電流之后，會有電極間電位差急速的發生衰減，在衰減帶一定數值當中，如果衰減速度逐漸變慢，在歷經一點時間之后，其衰減為零，此類放電與充電現象，形成的附加電磁現象，便是激發極化效應。

在具體地質應用方面，機電法在初期應用時主要對硫化金屬礦床進行勘察，后來隨著該項技術的不斷發展，在很多領域也得到了很好的應用，特別是勘察氧化礦床，非金屬礦床以及工程地質問題等發揮了很大作用。伴隨科學技術不斷提升，在找水方面，激電法的優勢更加突出，被稱之為現代新型找水技術手段，而且地層含水性可以通過激電法進行確定，將這一方法聯合高密度電阻率法，便可以大大提高找水成功率，控制和減少地球物理勘探多解性問題[2,3]。

2.2 激發極化法

對于現場巖石礦石進行勘測過程當中，激發極化法發揮著很大作用，能夠對地質問題進行勘測和分析，獲取當地水文地質工程數據。該方法在20世紀50年代初開始興起，并在科學技術快速推進下，激發極化法逐漸有過去直流激發極化法向頻譜激發極化法轉變，這一方法是對電阻率在頻率方面的改變情況，將作為巖層及其分布情況充分的反映出來。頻譜激發極化法使空間限制被打破，不會由于不均勻的巖層電性和地勢波動造成的影響，可以同時的測量各種參數，具有高效的勘測速度與效率。在勘測水文地質工程當中，通常聯合應用激發極化法以及高密度電阻率法，這樣能夠對地層含水性有效確定，以免單一方法干擾和影響具體結果，使得早水效率與成功率得到大幅提高。而且發揮激發極化法的優勢，可以對地層當做泥巖含水地層展開詳細區分，含水砂礫巖有著比較大的空隙，極化率也相對較大，而你眼極化率比較小，通過這種極化力的差異性，便可以將巖層的空隙情況充分反應出來，與其他數據和參數充分結合，便可以對巖層情況狀態進行全面的分析和研究，保證監測效率。

2.3 自然電場法

通過自然電場法對研究區域水文地質情況展開勘測，或者探測地質條件方法稱之為自然電場法，應用自然電場法需要吸附地下巖石顆粒以及水滲透，產生自然電場，進而有效結合巖石顆粒吸附、自然電場狀態和滲透作用等，并利用先進的設備，將自然電場在地下情況充分的反映出來，對地下水的流向、分布狀況和深度等展開詳細探測。在地下水資源勘查中，自然電場法發揮著非常重要的作用，而且該項技術在考古工作當中也有著非常廣泛的應用，該方法與其他方法相比，有著更高的精確度與靈敏度，對于時間的限制比較小，可以對某些區域含水情況以及水資源分布情況做出精準判斷。

2.4 瞬變電磁法

在應用瞬變電磁法過程當中，通過接地源或者不接地源向地下進行一次場發送，并將一次場具有的間歇時間進行詳細測量，并對地質體產生的感應電場伴隨時間的變化進行測量。結合二次場衰減特征曲線，工作人員便能夠對地質體在不同深度具體的特征，分布地下水情況，和規模深淺作出準確的判斷，實際應用瞬變電磁法過程當中，不僅體積小，探測深度度高，而且周圍巖石不會對其造成較大干擾，可以大幅提高勘測的精準性，運用瞬變電磁法進行勘察時，將設備耦合噪聲影響有效消除，在水文地質工程項目當中具有非常廣泛的應用，而且也有著非常多樣的應用領域，可以有效的勘探煤炭，勘探石油，還能用于地熱資源勘查勘查，礦產資源等，其勘察效益非常高，而且具有非常突出的經濟價值。

2.5 地面核磁共振法

當前在世界上直接尋找水源的地球物理方法核磁共振法，這種技術非常的先進，而且發展時間比較短，應用潛力也非常的大。地面核磁共振法，將各種物質原子核具有的不同弛豫性質，引發核磁共振效應，將地面核磁共振充分利用并進行反饋找到水儀器，便能研究與觀測水質子在地層當中產生的改變和相應的變化規律進行研究，對地下水存在的愈合位置做出準確判斷。用地面核磁共振法可以有效應對各種堅決測試方法存在的不足，將地下水的分布狀況以及地下水儲量更加詳細直觀的體現出來，在勘測水文地質工程當中，特別是勘測淡水資源過程當中，此項技術應用潛力非常巨大。只要自由水存在于地下，便能通過地面反饋核磁共振信號針對勘測范圍信息進行收集，信號感應準確判斷地下水分布情況。應用核磁共振法進行勘探過程當中，地質條件不會對其造成不良影響，可以控制和減少異常地址引發的干擾問題，使得勘察效率和勘察精準性得到大幅提高，在勘測地下水資源，特別是一些較淺區域水資源勘測過程當中，利用此項技術進行地下水資源勘察，發揮著非常重要的作用。然而就地面核磁共振法而言，也有一些不足存在，難以對較大區域地下水進行探測，范圍只能在150m范圍之內，電磁噪聲會對其勘察造成不良影響，降低勘查效率和質量，所以在實際勘察工作當中必須要引起足夠的重視，采取切實有效的方法控制和減少此類干擾造成的不利影響。

2.6 地球物理測井法

在油田勘測以及開采開發過程當中，地球物理測井法是一種應用普遍的技術方法，通過光熱，電磁等測量技術手段，便可以有效勘測地下巖層屬性以及地下流動體特征，對當地的水文地質條件展開全面的分析和研究，運用地球物理測井法進行勘測過程當中，首先對巖層當中的水分子情況進行確定，同時對區域的巖石性質進行確定，并對該區的容顏帶以及含水層準確的進行推測，對當地的水文環境地質條件展開精準反饋，伴隨科學技術高速發展，地球物理測井方法變得越加豐富起來，越來越被廣泛的應用于水文地質工程項目勘察工作當中，成為勘察水文地質工作當中效果最好的一種重要的勘測技術手段，獲取的數據更加的全面和精準，然而利用在該方法進行勘察過程當中也存在一些缺點，特別是利用這一方法進行勘察時，不僅人緣投資大，而且還需要大量的資金投入，這些極大地增加了勘察成本，應當對水文地質環境區域嚴格的進行勘察。

2.7 地質雷達

地質雷達作為一種重要的地球物理勘探方法，在實際勘察過程當中，電磁波通過地面發射天線向地下傳輸，通過地下目標體反射，之后利用地面接收天線進行接收，對電磁波的接收振幅以及時頻進行接收分析之后，便能對地質體的性質以及整部形態做出準確的評價，因雷達穿透深度，和電磁波頻率發射存在非常密切的聯系，電磁波穿透深度有限，但卻有非常高的分辨率，能夠達到0.05m以下。地質雷達在早期發展階段僅可以對幾米當中的目標體展開探測，具有比較狹窄的應用范圍，然而隨著此項技術的不斷發展，目前該項技術能夠對100m以下的深度展開精準探測，因此在水文地質工程勘察過程當中，該項技術有了更加普遍的應用，由于地質雷達具有非常高的分辨率，獲取的信息成果非常的全面和詳細，特別是用于一些淺層地質勘探發揮的作用越來越大，今后還應當進一步推廣此項技術，使其發揮更大的作用[4,5]。

3 結語

總之，在水文地質工程勘察過程當中，地球物理勘探技術方法發揮著越來越重要的作用，能夠對研究區域的水溫，環境情況展開精準的勘察與分析，了解和掌握勘查區域的完整準確地質情況，指導工程施工以及防治災害。面對復雜的水文地質條件，在勘測水文地質環境過程當中，應當對其技術指標于要點展開精細的勘察，并科學合理的應用地球物理勘探方法，在綜合利用的基礎上保證勘察效率和勘察質量。