地球物理勘探方法在水文地質工作中的應用分析

周文亞　焦杰松

【摘 要】伴隨著我國科學技術的不斷發(fā)展，地球物理勘探方法的重要性就顯得日益突出，尤其在水文地質的勘探工作中，已經廣泛使用地球物理勘探方法。所以，清楚并熟練應用地球勘探方法，對水文地質工作的建設及發(fā)展都有重要的意義。本文詳盡的對地球物理勘探方法進行分析，簡述其勘探依據(jù)及在水文地質工作中的應用。

【關鍵詞】地球物理勘探方法；水文地質工作；應用分析

地球物理勘探在水文地質方面的勘探工作屬于工程物理勘探，是依據(jù)勘探反應對地下巖石層在物理上的不同表現(xiàn)，如電磁性能、密度、彈性及放射性等數(shù)據(jù)，應用相關儀器及物理方法，對地球水文地質進行勘探工作。水文地質的勘探工作，就是應用地球物理勘探方法，對所勘探位置的水文條件進行檢測，并予以科學的評估方法對該區(qū)域可利用的地下水資源進行開發(fā)與利用，進而便于對該地區(qū)進行總體規(guī)劃及建立水源地。伴隨著我國科技水平的不斷提高，地球物理勘探的方法及技術逐漸增多，許多新技術、新設備、新思路被廣泛應用到地球的水文地質勘探工作中。因此，對水文地質的勘探工作來說，就應該深入了解地球的物理勘探方法，并結合實際，應用科學方法合理有效的利用資源。

一、地球物理勘探技術的依據(jù)

地球物理勘探技術在水文地質工作的應用中，需要對地下巖石層在物理方面的差異特性進行調查與分析，因為這些差異的存在，所以地球物理勘探的方法才可以進行地下巖石層水文地質的工作。在水文地質的一般勘測中，需要依靠一些列物理勘測儀器對地下的巖石層及水文條件進行測定工作，進而對地下巖石層的特性、結構及含水量進行分析與推斷。在勘探過程中主要應用的數(shù)據(jù)表現(xiàn)為以下三個方面：其一，地下巖石層的含水率。地下巖石層的水資源富含眾多的礦物質，發(fā)生了一系列的礦化作用，并具有良好的導電性能，對地下巖石的電阻率上產生力較大的影響。例如：在探測儀器勘探到巖石層較厚并且沒有水資源的情況時，儀器的儀表盤上顯示的ps值應該不低于500Ω.m，遠遠大于含水地域的數(shù)值反應。其二，地下巖石層的電磁性能。因為巖石結構之間含有不同數(shù)量與類別的金屬離子，因此其表現(xiàn)的電磁特性也有很大的區(qū)別。例如：大多數(shù)巖石漿體中富含大量的金屬離子，表現(xiàn)為很強的電磁性能；相反，一些沉積巖中缺乏金屬離子，因而在檢測中不會有電磁的波動現(xiàn)象。其三，地下巖石層的放射熱性能。對地下巖石層之間不同種類的巖石來說，其表現(xiàn)的放射性能及熱輻射性能都有很大差別，尤其在富水及貧水的巖石之間，變現(xiàn)的差異性更加明顯。一般說來，斷裂巖石層周邊的貧水地帶表現(xiàn)的放射熱性能要高于斷裂巖石層富水地區(qū)，平均在7℃-10℃之間。

二、地球物理勘探技術及其在水文地質工作中的應用

地球物理勘探方法在水文地質中的應用方法主要分為兩個類別：地面物理勘探法及地球物理測井法。應用地球物理勘探方法中的這兩個分類可以很好的解決水文地質勘探中的大多數(shù)問題，為水文地質的勘探工作提供了方便。

（一）地面物理勘探法在水文地質工作中的應用

絕大多數(shù)的物理勘探方法是針對地下巖石層、裂縫及空洞的物理特性進行檢測，從而分析判斷出地下巖石層中是否含有地下水資源或富水巖石。在水文地質的應用方面，許多勘探應用技術在物理特性上有明顯的差異性、并可以穩(wěn)定的、強烈的進行顯示，并不受環(huán)境與人為條件的干擾。在地面物理勘探法中，比較常用的有：自然電磁場法、激發(fā)極化法、交變電場法及放射物勘探法。

1.自然電場法及其在水文地質工作中的應用

自然電場法指的是應用地下巖石層及地下礦石的氧化還原反應、地下水的滲透情況、巖石顆粒之間的擴散運動或吸附運用的作用從而產生自然電磁場來開展水文地質的勘探工作。由于天然形成的電磁場具地下水資源有一定的縫隙，地下裂縫使水資源會發(fā)生滲漏，吸附周圍離子運動，發(fā)生電磁反應。

應用：在水文地質勘測工作中可以利用地面監(jiān)測水資源電場的方法進行地下水文地質的勘探工作，監(jiān)測地下水的位置、埋深及運動狀態(tài)。這種自然電場法可以很好的用于古河道或表面巖石層含水率的勘測工作中，進而分析出河道、水庫或防護堤壩的滲漏方向，決定使用什么半徑的鉆孔機進行鉆孔工作。

2.激發(fā)極化法及其在水文地質工作中的應用

激發(fā)極化法指的是對斷開電源后地下巖石層同地下水所形成的放電電場效果降低的特點進行分析，得出勘探地下水資源的一種監(jiān)測方法。通過對效果降低的數(shù)值及降低時間進行計算可以判斷出地下水的位置及電場效能。效果的降低時間指的是地下水進行放電過程中，電位值下降到規(guī)定數(shù)值所用的時間。效果降低的數(shù)值可以反應地下水放電的速度。因為地下巖石層中富含的水分子之間矩力在不斷增加，而且一般地下水在放電過程中其效果降低數(shù)值都偏低，所以會產生效果降低數(shù)值同降低時間存在數(shù)值差。

應用：地質學家應用比較廣泛的水文勘測方法就是激發(fā)極化法，主用運用在勘探地下巖石層的結構、周邊溶洞的富水帶上，推斷出地下水資源的分布及深度。由于激發(fā)極化法產生的電場數(shù)值比較小，因此在巖石層厚度超過8000cm或工業(yè)生產建筑比較集中的地區(qū)不適宜用這種方法。激發(fā)極化法還存在電源質量重、工作效率低、成本投入高等缺點。

3.交變電場法及其在水文地質工作中的應用

交變電場法指的是利用勘探巖石層、礦物質及地下水資源的良好導電性、介電性在物理空間及時間上分布的差異，進而檢測出藏在地下巖石層中的水資源。交變電場法是近些年地質勘探專家們新研制出的一種物理探測方法。

應用：在水文地質勘探過程中，普遍應用的交變電場法包括：電場頻率檢測法、低頻電場勘探法及地質雷達勘探法等。電場頻率檢測法應用于對地下巖石層及地下水中游離電子的檢測，進而發(fā)現(xiàn)地下水資源；低頻電場勘探法可以準確的檢測出巖石及地下水等低電阻的物體；地質雷達勘探法應用于辨別巖石層、水資源的物理性能，例如其結構形狀、面積及分布等。

4.放射物勘探法及其在水文地質工作中的應用

地下巖石層及地下水中富含豐富的放射性元素，主要包括U、Ra、Rn、Th和K等。自然界中放射性元素在進行衰變時通常對放射出α、β、γ等射線。

應用：水文地質勘探時，可以對其輻射射線的強度進行檢測，從而確定出水資源的地理位置。特別要注意的是，當前水文勘探工作主要勘測的放射性元素為Rn，其它元素所產生的射線因其強度低，所以起到的作用相對較小。放射物勘探法是勘探巖石基層及地下水資源的有力方法。

（二）地球物理測井法在水文地質工作中的應用

地球物理測井法可以很有效的檢測地球的水文地質數(shù)值，從而勘探出地下水的位置及流向等。地球物理測井法主要對地下巖石進行分層鉆孔，對鉆孔的深度及以往周邊水文地質勘探資料進行整理、分析，從而推斷出地下富水帶、咸淡水的邊界、巖石熔漿的發(fā)育帶及周邊水文參數(shù)。地球物理探井法在沒有鉆芯或鉆芯不深的情境下是不可替代的水文勘探方法。地球物理探井法對水文地質的勘探準確度遠遠強于地面物理勘探法。地球物理測井法可分為電法測井、聲波測井、放射性測井、地層傾角測井及地層測試測井。電法測井主要包含電阻率測井、微電極測井、側向測井、感應測井、介電測井及自然電位測井等。聲波測井又分為聲速測井、聲幅測井、聲波變密度測井及聲波電視測井等。

三、總結

在水文地質的勘探過程中，地球物理勘探方法是不可或缺的檢測方法，其有助于對水文地質環(huán)境的了解，從而推斷出地下巖石層結構及地下水資源，并為未來的建設及規(guī)劃提供了全面的數(shù)據(jù)支持。所以，地球物理勘探方法在水文地質工作中的應用值得相關工作者進行探討與推廣。

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