物探方法在尋找地下水方面的應(yīng)用

陳 永，肖國(guó)慶

(克東縣宏圖市政工程有限責(zé)任公司，黑龍江克東164800)

近年來(lái)，我國(guó)許多省、市相繼發(fā)生缺水的危機(jī)。如何運(yùn)用有效的物探手段來(lái)查找地下水，已經(jīng)成為一個(gè)日益緊迫的社會(huì)問(wèn)題。

物探是利用地球物理的原理，根據(jù)各種巖石之間的密度、磁性、電性、彈性、放射性等物理性質(zhì)的差異，選用不同的物理方法和物探儀器，測(cè)量工程區(qū)的地球物理場(chǎng)的變化，以了解其水文地質(zhì)和工程地質(zhì)條件的勘探和測(cè)試方法。

常規(guī)的物探找水方法是通過(guò)勘查含水構(gòu)造和層位來(lái)間接找水，目前常用于找水的物探方法有電阻率聯(lián)合剖面法、對(duì)稱四極測(cè)深法、激發(fā)極化法、瞬變電磁法及核磁共振法等。

1 常用的物探找水方法

1.1 電阻率聯(lián)合剖面法

電阻率聯(lián)合剖面法勘探是由兩組三極裝置聯(lián)合進(jìn)行探測(cè)的視電阻率測(cè)量方法，它在大范圍內(nèi)查找低阻體(構(gòu)造破碎帶是造成低阻體反應(yīng)的一種地質(zhì)體)位置非?？焖佟?zhǔn)確。具有分辨能力高、異常明顯的優(yōu)點(diǎn)。它主要是對(duì)地下同一深度的地層電阻率進(jìn)行測(cè)量，如果聯(lián)剖曲線中出現(xiàn)低阻正交點(diǎn)，則說(shuō)明該處巖石電阻率比周圍巖石的電阻率低，通過(guò)電阻率曲線的分析，即可知地下同一深度視電阻率值的高低。通常構(gòu)造破碎帶由于巖體不完整或含水等原因而成為低阻異常。低阻正交點(diǎn)正是聯(lián)合剖面法所要查找的異常部位，它是存在構(gòu)造破碎帶的重要特征。因此聯(lián)合剖面法在水文地質(zhì)和工程地質(zhì)調(diào)查中獲得廣泛的應(yīng)用，是山區(qū)找水常用的、效果顯著的方法。

1.2 對(duì)稱四極測(cè)深法

對(duì)稱四極測(cè)深法是常規(guī)直流電阻率法勘探中較常用的一種方法，在同一點(diǎn)上通過(guò)逐次擴(kuò)大供電電極距及測(cè)量電極距使探測(cè)深度逐漸加深，觀測(cè)測(cè)點(diǎn)處垂直方向由淺到深的電阻率變化，并依據(jù)地下目的層與相鄰層的電阻率差異來(lái)探測(cè)地下介質(zhì)分布，經(jīng)過(guò)資料解釋進(jìn)行地下分層。利用對(duì)稱四極測(cè)深法找水，同樣是尋找相對(duì)低阻異常。此異常一般在曲線上表現(xiàn)為下降，平緩等形式，一般水位以下低阻異常越明顯，裂隙越發(fā)育，水量越大。

1.3 激發(fā)極化法

激發(fā)極化法(或稱激電法)就是以巖、礦石激發(fā)效應(yīng)的差異為基礎(chǔ)，通過(guò)觀測(cè)和研究大地激電效應(yīng)來(lái)探查地下地質(zhì)情況或解決某些水文地質(zhì)問(wèn)題的一類電法勘探方法。采用直流電或交流電都可以研究地下介質(zhì)的激電效應(yīng)，前者稱為時(shí)間域激發(fā)極化法，后者稱為頻率域激發(fā)極化法。

激發(fā)極化法的野外工作方法和其它物探方法類似，是在事先布置好的測(cè)網(wǎng)上逐點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，來(lái)尋找各種類型的儲(chǔ)水構(gòu)造。理論和實(shí)踐表明，激發(fā)極化法不受地形起伏和圍巖電性不均勻的影響，因此很適合用來(lái)尋找地下水，劃分富水地段。

1.4 瞬變電磁法

瞬變電磁法(TEM)是利用不接地回線或接地電極向地下發(fā)送脈沖式一次電磁場(chǎng)，用線圈或接地電極觀測(cè)由該脈沖電磁場(chǎng)感應(yīng)的地下渦流而產(chǎn)生的二次電磁場(chǎng)的空間和時(shí)間分布，從而解決有關(guān)地質(zhì)問(wèn)題的時(shí)間域電磁法。瞬變電磁野外工作中一般是用線圈觀測(cè)感應(yīng)電壓，根據(jù)實(shí)測(cè)電壓衰減曲線，可繪制不同時(shí)間道的視電阻率斷面圖，以此推斷地下異常分布情況。瞬變電磁法在揭示有關(guān)含水層結(jié)構(gòu)及位置的同時(shí)，也能測(cè)量磁場(chǎng)以便繪出地下水位置及顯著的斷層和巖脈。計(jì)算機(jī)解釋技術(shù)能夠作出深度和含水層的電導(dǎo)率圖。這種資料能夠直接幫助水文地質(zhì)學(xué)家識(shí)別并開(kāi)發(fā)地下水。

1.5 核磁共振法

核磁共振(NMR)技術(shù)探測(cè)地下水的前提條件是水中氫核的順磁性，其磁矩不為零。在穩(wěn)定地磁場(chǎng)的作用下，具有一定磁矩的氫核以旋進(jìn)頻率fL(拉莫爾頻率，與地磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān))繞地磁場(chǎng)旋進(jìn)。向鋪在地面上的線圈中通入頻率為拉莫爾頻率的交變電流，在地層中形成的交變磁場(chǎng)激發(fā)下，地下水中的氫核產(chǎn)生能量躍遷，斷電后高能級(jí)的氫核釋放出大量的具有拉莫爾頻率的能量，用地面接收線圈接收由不同激發(fā)脈沖矩所激發(fā)產(chǎn)生的NMR信號(hào)，不同激發(fā)脈沖矩的接收信號(hào)幅度大小反映了不同深度氫核的數(shù)量即含水量的多寡，據(jù)此可探測(cè)不同深度地下水的含量。結(jié)合NMR信號(hào)衰減時(shí)間可分析含水層的出水難易程度。

野外工作首先根據(jù)測(cè)點(diǎn)周圍的干擾源特征選擇合適的線圈形狀鋪設(shè)線圈，然后測(cè)量測(cè)點(diǎn)的地磁場(chǎng)強(qiáng)度，確定激發(fā)頻率fL，設(shè)置采集參數(shù)，試驗(yàn)確定該點(diǎn)的激發(fā)脈沖矩。第三按設(shè)定脈沖矩激發(fā)地磁場(chǎng)，接收NMR信號(hào)。

目前核磁共振找水法反演的模型是一維的，對(duì)含水地層呈水平層狀且與發(fā)射/接收線圈平行的情況，核磁共振找水法可以直接圈定含水層的深度、層厚、計(jì)算含水百分比，進(jìn)而指導(dǎo)打井孔位，設(shè)計(jì)打井深度和估算成井涌水量是可行的。對(duì)于石灰?guī)r地區(qū)的裂隙水和巖溶水，可以利用核磁共振找水儀接收NMR信號(hào)算出線圈范圍內(nèi)探測(cè)深度內(nèi)的含水量。

2 應(yīng)用實(shí)例

2009年8月我單位采用物探方法在黑龍江省阿城市大嶺鄉(xiāng)開(kāi)展物探找水工作，勘探工作的主要目的是尋找并確定含水破碎帶的位置。

本次采用聯(lián)合剖面和對(duì)稱四極測(cè)深相結(jié)合的方法來(lái)進(jìn)行找水工作。

本次聯(lián)合剖面法和對(duì)稱四極測(cè)深均使用重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所生產(chǎn)的WDJD—3型多功能數(shù)字電測(cè)儀。

聯(lián)合剖面法在工作區(qū)內(nèi)布置了1條勘探線，測(cè)線采用AO =90 m、AO=70 m兩種極距，點(diǎn)距20 m;對(duì)稱四極測(cè)深在工作區(qū)進(jìn)行了一個(gè)測(cè)深點(diǎn)勘探，兩種方法均采用磁盤記錄，微機(jī)資料整理。

圖1為本次聯(lián)合剖面測(cè)線的聯(lián)剖曲線圖，由該圖可看出出:低阻正交點(diǎn)位于樁號(hào)37.5 m處，低阻正交點(diǎn)兩側(cè)曲線分異很大，是由斷層破碎帶含水所致，斷層深度較大，含水層也較厚，斷層傾向大號(hào)點(diǎn)一側(cè)。由此推斷樁號(hào)37.5 m處為含水最佳位置。

圖2為本次所做測(cè)深點(diǎn)通過(guò)電腦擬合解釋得到的測(cè)深曲線成果圖，從圖可看出，曲線為H型，深度70～90 m為富水區(qū)間。

通過(guò)兩種物探方法綜合分析對(duì)比，測(cè)線的37.5 m處確定的低阻異常帶反映較好，最終確定為井位，建議打井深度70～90 m為宜。

3 結(jié)束語(yǔ)

在野外實(shí)際找水工作中，為了提高成功率，我們常常采用幾種物探方法相結(jié)合的方式，每種物探方法都有一定的局限性，只有取長(zhǎng)補(bǔ)短，相互對(duì)照，才能更準(zhǔn)確的定好井位，為我們的生活、生產(chǎn)提供更好更多的水源。

［1］長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院水文物探編寫(xiě)組.水文地質(zhì)工程地質(zhì)物探教程［M］.北京:地質(zhì)出版社，1980.

［2］鄧一謙，雷宛.工程與環(huán)境物探［M］.成都:成都理工大學(xué)信息工程學(xué)院，2003.

［3］黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.黑龍江省阿城市大嶺鄉(xiāng)物探找水報(bào)告［R］.哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2009.

圖1 電阻率聯(lián)合剖面曲線圖

圖2 對(duì)稱四極電測(cè)深曲線擬合成果圖