地球物理勘查方法在水文地質工程的應用

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摘要：我國屬于水資源嚴重匱乏的國家，不僅水資源人均占有量低于世界平均水平，而且在地域分布上極不均勻，使得水資源成為制約我國經濟社會發展的主要因素之一。對此，加強水文地質工程建設，對水資源進行合理的開發和利用，已經成為當前我國地質工作的首要任務。本文結合地球物理勘查的相關概念，對其在水文地質工程中的運用進行了研究和探討。

關鍵詞：地球物理勘查；水文地質工程；運用

伴隨著我國工業化水平的不斷提高水資源短缺問題已經成為當前時代背景下制約我國社會經濟發展的重要因素，而地下含水構造的分析在環保、地下工程建設、農業以及礦產開采等方面均有著不容忽視的意義，也使得水文地質工程逐漸發展成為地質工作的一項重要任務，如何進行高精度、高效率的地下水勘查，成為地質工作者需要重點研究的課題。

1地球物理勘查的相關概念

地球物理勘查簡稱物探，是一種間接的勘探方法，主要是應用物理學的原理和方法，針對地球的各種物理場分布及變化進行探測，探索地球本體和近地空間介質結構、物質組成、演化特征，研究相關的各種自然現象及變化規律，在工程建設、環境保護、礦產勘探等方面均有著廣泛的應用。地球物理勘探技術常用的巖石物理性質包括密度、電導率、磁導率、彈性、熱導率等，因此物探方法也是多種多樣的，包括重力勘探、電法勘探、磁法勘探、地震勘探、地溫勘探等[1]。在進行水文地質工程勘查時，地球物理勘查方法的勘查依據包括了三個方面的內容：

（1）含水量，在地下巖層水中，含有豐富的礦物質，其自身良好的導電性會直接影響巖層的視電阻率值，可以作為判斷地下水是否存在的依據；

（2）磁性，在巖層中，含有類型和數量各不相同的金屬元素，也使得其在磁性方面存在著較大的差異性，一般情況下，金屬元素含量越多，巖層的磁性也就越強；

（3）放射性與熱輻射，在富水巖層與貧水巖層之間，放射性和熱輻射的強度存在著較大的差異，以輻射溫度為例，貧水巖層平均在7℃～11℃左右，遠高于富水巖層。

2地球物理勘查方法在水文地質工程中的應用

2.1地面物探法

2.1.1自然電場法

這種方法主要是將地下巖石氧化還原、地下水滲透擴散、巖石顆粒吸附等作用下所形成的自然電場作為勘查依據，進行水文地質的勘查。由于天然存在的電場與地下水在巖層縫隙滲透、運動以及吸附作用密切相關，因此可以通過專業的設備對地下水電場的變化進行監測，以此來判斷地下水的埋深、位置、分布及運動變化。自然電場法適用于古河道的勘查，可以準確判斷地下巖層是否存在含水破碎帶，并對河床、水庫、堤壩存在的滲漏位置進行明確，具有良好的應用效果。

2.1.2激發極化法

激發極化法主要是分析供電極電流斷開后，形成的地下巖層與地下水的放電電場衰減特點，對地下水進行勘查，結合電場的衰減度和衰減時，可以在判斷是否存在地下水的同時，對放電電場的衰減特點進行反映。這里的衰減時指地下水放電電場的電位差在衰減到一定程度時花費的時間，而衰減度則能夠充分體現極化電場衰減的速度。一般情況下，由于地下巖層中的水資源水分子偶極距較大，同時其放電電場的衰減速度普遍較慢，可能會導致衰減度與衰減時數值差距較大的情況。在水文地質工程中，比較常用的是激發極化測探法，可以對地下巖層的狀態和分布位置進行勘探，結合勘查數據，判斷是否存在地下水或者溶洞含水帶，并且對地下水分布的深度進行測算。考慮到激發極化所形成的極化電場數值較小，因此這種方法并不適用于巖層厚度超過80m、或者工業分布密集區域。

2.1.3高密度電法

高密度電法的基本原理與普通電阻率法相同，在進行水文地質測量時，需要將全部的電極放置在剖面上，結合程控電極轉換開關以及相應的微機工程電測儀，可以實現對不同電極排列方式和不同電極距數據的自動高效采集。相比較常規電阻率法，高密度電法的優點主要體現在四個方面：

（1）一次性完成所有電極的布設，在提升效率的同時，也可以減少電機設置過程中的故障和干擾因素；

（2）選擇多種不同的電極排列方式進行測量，獲得更加全面的地電斷面信息；

（3）實現了數據采集的自動化或者半自動化，在提高數據采集效率的同時，也減少了人工采集的誤操作；

（4）在地球物理反演方法的帶動下，高密度電法中的電阻率成像技術實現了一維到二維再到三維的轉變，提升了資料的解釋精度。

2.1.4瞬變電磁法

即TEM法，其基本原理，是利用不接地或者接地源，向地下發送一次場，并且在一次場的間歇期間，對由地質體產生的感應電磁場隨時間的變化情況進行測量。結合二次場的衰減特征曲線，可以對不同深度地質體的規模、分布和電性特征進行準確判斷。考慮到瞬變電磁法是針對純二次場進行的觀測，因此消除了一次場產生的設備耦合噪聲，在實際應用中，具有橫向分辨率高、體積效應小、探測范圍深、受旁側地質體影響小等優點，在金屬礦產、石油、煤炭、地熱等地質勘查中有著廣泛的應用，將其運用到水文地質工程勘查中，同樣能夠取得良好的勘查效果。

2.1.5地質雷達法

地質雷達簡稱GPR，是利用地面發射天線，將特定的電磁波送到地下，經地下目標反射后，重新被接收天線接收，并對接收到的電磁波的振幅、時頻等特征進行分析，結合分析結果，對地質體的展布形態和性質進行評估和判斷。電磁波的頻率直接影響了雷達的穿透深度，使其無法得到突破性的增加，不過在分辨率上較高，可以達到0.05m以下。受技術條件的制約，傳統的地質雷達僅僅能夠探測數米范圍內的目標，應用范圍有限，而伴隨著技術的發展，現如今地質雷達的最大探測深度已經達到100m，也因此成為水文地質工程勘察中一種非常有效的物探方法。

2.2地球物理測井法

地球物理測井法簡稱測井，主要是在相應的位置鉆孔，然后利用能夠針對電、聲、熱等進行測量的儀器，辨識地下巖石和流體的性質，是進行油氣田勘探和開發的主要手段。不僅如此，測井法也可以針對水文地質工程中的各種參數進行測量，對含水層進行確定，然后結合鉆孔剖面，做好地下巖性的分層處理，并通過鉆探取芯以及水文地質勘查的方式，推測水文地質工程所處區域的地下含水層、巖溶發育帶等，更能夠對水文地質工程的相關地質參數進行明確。事實上，在缺乏鉆進取芯的情況下，測井法是一種非常有效的勘查方法，相比于地面物探而言，具有更高的勘查精度。

3結語

在水文地質工程勘察中，地球物理勘查方法有著非常廣泛的應用，也發揮著不容忽視的作用，能夠得到完善、準確的勘查資料，有助于實現對地下巖層水資源分布的合理分析和判斷，為工程的規劃建設提供良好的基礎數據，應該得到足夠的重視。

參考文獻

[1]張艷梅.地球物理勘查方法在水文地質工程地質中的應用[J].黑龍江科技信息,2011(18):55.

[2]黃國倩.地球物理勘查方法在水文地質中的運用[J].中國科技博覽,2015(24):396.

[3]王曉強.地球物理勘查方法在水文地質工程中的運用[J].環球人文地理,2015(14):62.

[4]方金火.地球物理勘查方法在水文地質工程地質中的應用研究[J].大科技,2014(36):391-392.

[5]常錚.地球物理勘查方法在水文地質工程中的應用研究[J].廣東科技,2014(8):137,133.

作者：范波單位：安徽省地質實驗研究所