地球物理勘查方法在水文地質(zhì)工程中的運(yùn)用

王曉強(qiáng)

摘要：我國(guó)是一個(gè)水資源嚴(yán)重匱乏的國(guó)家，很多的城市和山區(qū)都是依靠長(zhǎng)期過量抽取地下水維持日常所需，多數(shù)山區(qū)及西北地區(qū)因?yàn)槿彼绊懥私?jīng)濟(jì)的發(fā)展速度。 水資源短缺已成為制約社會(huì)發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要因素。水資源的需求與保障能力之間的矛盾日益突出，地下水的高精度、高效率勘查就成為水資源研究中首先要解決的課題。因此，水文地質(zhì)的勘查技術(shù)的重要性日益突出，地球物理勘查方法已經(jīng)深入應(yīng)用到水文地質(zhì)當(dāng)中。因此，了解并熟悉地球物理勘查方法，對(duì)水文地質(zhì)工程的建設(shè)和發(fā)展十分必要。本文將詳細(xì)分析研究地球物理勘查方法在水文地質(zhì)中的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：地球物理勘查方法；水文地質(zhì)；應(yīng)用

1、地球物理勘查方法的勘查依據(jù)

地球物理勘查方法在水文地質(zhì)的應(yīng)用當(dāng)中，需要對(duì)地下巖層在物理上的差異性進(jìn)行勘查與分析，正因?yàn)橛羞@些差異性的存在，地球物理勘查方法可以有效的探明地下巖層的水文地質(zhì)條件。在水文地質(zhì)的實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，需要借助一系列的地球物理勘查測(cè)試儀器來監(jiān)測(cè)地下巖層以及水體各方面的物理與特征變化，從而對(duì)地下巖層的巖性、結(jié)構(gòu)以及巖層含水性能等多方面的變化進(jìn)行分析與推測(cè)。在勘查的過程中主要的勘查依據(jù)主要有以下三方面：

第一、地下巖層含水量。地下巖層的水資源含有豐富的礦物質(zhì)，存在一定的礦化度，并且有較好的導(dǎo)電性，能較大的影響地下巖石的視電阻率值。例如當(dāng)測(cè)試儀器勘查到的是厚層石灰?guī)r并且是無水的狀態(tài)，儀器上顯示的ps值往往高于500?·m，遠(yuǎn)高于水地段。

第二、地下巖層的磁性。巖石之間由于含有不同種類和數(shù)量的金屬元素，在磁性方面會(huì)有較大的差別，例如絕大多數(shù)的巖漿巖含有豐富的金屬元素，然而擁有較強(qiáng)的磁性；反之，較多的沉積巖缺少金屬元素，導(dǎo)致其磁性較弱。因此，當(dāng)磁性的測(cè)試儀器在這兩種巖石過渡時(shí)，儀器表會(huì)有明顯的磁力差異波動(dòng)。

第三、地下巖層的放射性強(qiáng)度與熱輻射強(qiáng)度。對(duì)地下巖層之間不同類型的巖石，會(huì)有不同強(qiáng)度的放射性和熱輻射，特別在富水和貧水的巖石之間，會(huì)表現(xiàn)出較為明顯的差異性。一般來說，斷裂兩側(cè)貧水巖石地帶的輻射溫度要高于斷裂富水的巖石地帶，平均在7～11℃之間。

2、地球物理勘查方法在水文地質(zhì)中的應(yīng)用

地球物理勘查方法在水文地質(zhì)的應(yīng)用中使用的勘查方法主要分為兩類：一是地面物探方法；另一個(gè)是地球物理測(cè)井。運(yùn)用地球物理勘查方法中的這兩種方法可以解決水文地質(zhì)勘查絕大部分問題。

2.1地面物探方法

勘查地下水資源。大多數(shù)的物探方法是對(duì)地下巖石、裂隙與空洞的物理性質(zhì)進(jìn)行勘查，從而間接判斷出地下巖層是否存在含水層或富水帶。在水文地質(zhì)的應(yīng)用方面，較多應(yīng)用在物理性質(zhì)有明顯差異性，并能穩(wěn)定、強(qiáng)烈顯示的，不易受到環(huán)境與人為因素干擾方面的地下巖石。地面物探方法在水文地質(zhì)工程中常運(yùn)用的有以下幾種方法。

（1）自然電場(chǎng)法。是指利用地下巖石或礦石的氧化還原、地下水滲透、擴(kuò)散與巖石顆粒間的吸附等作用而形成的自然電場(chǎng)進(jìn)行水文地質(zhì)勘查的方法。因?yàn)樘烊淮嬖诘碾妶?chǎng)與地下水資源在巖層間隙、裂縫時(shí)的滲透以及離子運(yùn)動(dòng)、吸附等作用有關(guān)。所以，可在地面監(jiān)測(cè)地下水的電場(chǎng)變化狀況，從而勘查出地下水的埋藏深度、位置分布以及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這種方法有利于勘查古河道以及表面巖層是否存在含水破碎帶，從而推斷河床、水庫(kù)、及堤壩的滲漏位置和方向，判斷使用什么半徑的抽水鉆孔。

（2） 激發(fā)極化法。是通過分析斷開供電極的電流后所形成的地下巖石與水資源的放電電場(chǎng)衰減特點(diǎn)，從而勘查出地下水的一種方法。衰減度與衰減時(shí)可科學(xué)的推測(cè)是否存在地下水以及反映地下水放電電場(chǎng)的衰減特點(diǎn)。衰減時(shí)是指地下水放電電場(chǎng)的電位差下降到一定數(shù)值所用的時(shí)間。衰減度能體現(xiàn)出極化電場(chǎng)的衰減速度。由于地下巖層中存在水分子偶極矩增大的含水帶，并且普遍的地下水放電電場(chǎng)的衰減速度慢，會(huì)造成衰減度與衰減時(shí)的數(shù)值相差較大。日常中使用較多的是激發(fā)極化測(cè)深法，主要用于勘查地下巖層的巖層狀態(tài)與分布位置是否存在地下水或者較大的溶洞含水帶，從而推測(cè)地下水分布的深度。因?yàn)榧ぐl(fā)極化形成的極化電場(chǎng)值較小，所以不適用于巖層厚于80m和工業(yè)分布密集的區(qū)域。這種方法的缺點(diǎn)在于電源較重、工作效率低與成本高。

（3） 交變電磁場(chǎng)法。是通過監(jiān)測(cè)巖層、礦物以及地下水的良導(dǎo)性、介電性以及導(dǎo)磁性在物理空間與時(shí)間分布特點(diǎn)上的差異性，從而勘查出隱藏的地質(zhì)體與地下水。電磁法是近代最新研究出的一種物探方法。在生產(chǎn)的過程中，實(shí)際使用的方法主要有頻率測(cè)深法、甚低頻電磁法、地質(zhì)雷達(dá)法等。甚低頻法能有效的確定巖石和地下水等物質(zhì)的低阻體；地質(zhì)雷達(dá)能有效并較高的分辨出巖石和地下水等物質(zhì)的物理特征，如形狀、體積及其分布空間。

（4） 放射性探測(cè)法。放射性元素廣泛分布在巖石和水中，主要的放射性元素有鈾、鐳、氡、釷和鉀。自然界中的放射性元素在衰變的過程中會(huì)釋放出α、β、γ射線。水文地質(zhì)勘查時(shí)，可借助核輻射探測(cè)儀器來監(jiān)測(cè)這些射線的強(qiáng)度。必須指出的是，目前所探測(cè)的射線主要由氡元素放出的，是主要的勘查對(duì)象，其他元素放出的射線所起到的作用較小。放射性探測(cè)法對(duì)勘查基巖地下水十分適用。

2.2地球物理測(cè)井法

地球物理測(cè)井法可以有效的測(cè)定水文地質(zhì)參數(shù)和確定含水層，是對(duì)鉆孔剖面的地下巖性分層，并結(jié)合鉆探取芯以及水文地質(zhì)勘查資料進(jìn)行深入分析，從而推測(cè)地下含水層、咸淡水的分界部位、巖溶發(fā)育帶以及測(cè)定水文地質(zhì)參數(shù)等。物探測(cè)井在無芯鉆進(jìn)或當(dāng)鉆進(jìn)取芯不足的情況，是必不可少的勘查方法。地球物理測(cè)井方法勘查水文地質(zhì)的精度遠(yuǎn)高于地面物探方法。在某些情況下，這種方法中的鉆孔對(duì)確定地下巖層的巖層分界部位與出水裂隙帶的準(zhǔn)確性以及勘查精度會(huì)高于鉆探取芯。

3、結(jié)語(yǔ)

水文地質(zhì)在對(duì)地下巖層的勘查過程中，地球物理勘查方法必不可少，其有利于科學(xué)的分析和推測(cè)地下巖層的水資源以及后期的總體規(guī)劃和建設(shè)。因此，我們必須要深入的了解地球物理勘查方法，并應(yīng)用到水文地質(zhì)的勘查當(dāng)中。

參考文獻(xiàn)：

[1]呂英. 《物探方法在水文地質(zhì)詳查中的應(yīng)用》 [J].山西水利科技，2012

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