地球物理勘查方法在水文地質(zhì)工程地質(zhì)中的應(yīng)用

提云生

（河北省地質(zhì)工程勘查院，河北 保定071051）

1 引言

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人們生活水平的提高，在新時(shí)期水資源的短缺逐漸成為制約我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的主要因素之一，嚴(yán)重影響我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度，因此，在新的歷史時(shí)期，要不斷加強(qiáng)水資源的開發(fā)與利用。水文地質(zhì)工程項(xiàng)目作為地質(zhì)工程的一項(xiàng)重要內(nèi)容，在礦產(chǎn)開采、地下工程建設(shè)以及地下水源勘測活動(dòng)中有著不可或缺的作用，如何在現(xiàn)有技術(shù)條件下實(shí)現(xiàn)高效率高精確度的地下水勘查，是當(dāng)前地質(zhì)工程勘測的研究重點(diǎn)。

2 地球物理勘查的相關(guān)概念

地球物理勘查是一種間接的勘查方法，通過物理學(xué)的相關(guān)理論對地球物理場和變化情況進(jìn)行監(jiān)測與分析，地球物理勘測方法可以對地球本體和近地空間的物質(zhì)組成、介質(zhì)結(jié)構(gòu)、演化特征等進(jìn)行系統(tǒng)的分析與探索，在環(huán)境保護(hù)、工程建設(shè)、考古、地質(zhì)災(zāi)害、反恐以及礦產(chǎn)資源勘探中有十分重要的應(yīng)用。此外，地球物理勘測方法也還廣泛應(yīng)用于對巖石結(jié)構(gòu)密度、物理成分、熱導(dǎo)性或者磁導(dǎo)性等方面的研究中，即利用物理測試方法，了解地球內(nèi)部相關(guān)區(qū)域的物質(zhì)成分、物質(zhì)結(jié)構(gòu)以及密度組成。在水文地質(zhì)工程項(xiàng)目中，應(yīng)用地球物理勘查方法可以對地下巖層含有的豐富礦物質(zhì)以及含水量進(jìn)行詳細(xì)勘測，測試得到地下巖層的電阻率以及電阻值從而能夠確定該位置處是否存在地下水。另外，在水文地質(zhì)工程項(xiàng)目勘查過程中，如果缺水的巖層的溫度差異在10℃左右，則說明該地區(qū)巖層含水量比較豐富，這附近有較為充足的地下水。其次，也可以對巖層進(jìn)行磁性分析來勘測當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)數(shù)據(jù)，磁性的分析有利于勘測人員確定巖層當(dāng)中的物質(zhì)分布情況，包括主要含有的金屬元素種類以及金屬元素含量，即利用磁性強(qiáng)弱探明該地的礦產(chǎn)情況，由此可見，地球物理勘查方法在水文地質(zhì)工程項(xiàng)目中有十分重要的勘測價(jià)值，能夠大大提升勘測的準(zhǔn)確度和勘測效率，保證勘測結(jié)果[1]。

3 地球物理勘查方法在水文地質(zhì)工程中的應(yīng)用

3.1 激發(fā)極化法

激發(fā)極化法主要是利用勘測現(xiàn)場巖石和礦石激發(fā)極化效應(yīng)的區(qū)別進(jìn)行地質(zhì)問題的勘測與分析，得到當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)工程數(shù)據(jù)。激發(fā)極化法興起于20世紀(jì)50年代，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，激發(fā)極化法逐漸由早期的直流激發(fā)極化法發(fā)展為頻譜激發(fā)極化法，該方法通過研究電阻率隨頻率變化的情況，能夠準(zhǔn)確反映出周圍的巖層情況和分布狀態(tài)。頻譜激發(fā)極化法打破了空間的限制，不會(huì)受到巖層電性不均勻以及地勢波動(dòng)的影響，可以同時(shí)對多種參數(shù)進(jìn)行測量，勘測速度快，效率高。在實(shí)際水文地質(zhì)工程勘測過程中，一般通過激發(fā)極化法與高密度電阻率法聯(lián)合測試的方法來進(jìn)行，這樣能夠更好地確定地層的含水性，避免單一方法得出的多個(gè)對實(shí)際結(jié)果的干擾和影響，提高找水的效率與成功率。同時(shí)，使用激發(fā)極化法可以有效區(qū)分地層中的泥巖和含水地層，含水砂礫巖孔隙較大，極化率也比較大，純粹泥巖極化率相對較小，則極化率小，這種極化率的差異可以間接反映巖層的孔隙情況，結(jié)合其他數(shù)據(jù)和參數(shù)可以有效推斷巖層情況和狀態(tài)，提高檢測效率[2]。

3.2 自然電場法

利用自然電場對勘測區(qū)域的水文分布情況和地質(zhì)條件進(jìn)行探測的方法為自然電場法，自然電場法的應(yīng)用需要對地下的巖石顆粒和水滲透進(jìn)行吸附，形成一種自然的電場，從而將地下水的滲透作用、自然電場狀態(tài)以及巖石顆粒吸附情況有效結(jié)合起來，并通過專業(yè)的設(shè)備反映出地下自然電場發(fā)生變化的實(shí)時(shí)情況，以有效推斷出地下水的水流動(dòng)向、分布位置以及深度等。自然電場法不僅用于地下水源的勘測，而且還可以用于研究古河道的考察，在考古工作中也有十分廣泛的應(yīng)用，自然電場法相對于其他方法來說精確度更高，更加靈敏，且不受時(shí)間的限制，能夠精確推斷某地區(qū)是否含水以及水資源的分布狀態(tài)等[3]。

3.3 瞬變電磁法

瞬變電磁法在使用過程中利用接地源或者不接地源，向地下發(fā)送一次場，并利用一次場的間歇時(shí)間測量地質(zhì)體產(chǎn)生的感應(yīng)電場隨時(shí)間的變化情況。根據(jù)二次場的衰減特征曲線，勘測人員可以準(zhǔn)確判斷不同深度地質(zhì)體的特征狀態(tài)、地下水分布以及相應(yīng)的規(guī)模和深淺。瞬變電磁法在實(shí)際應(yīng)用的過程中探測深度大、體積效應(yīng)小、受到周圍巖體的干擾小，能夠保證勘測結(jié)果的準(zhǔn)確度，瞬變電磁法勘測過程中消除了設(shè)備耦合噪聲的影響，在水文地質(zhì)工程項(xiàng)目中應(yīng)用廣泛，應(yīng)用領(lǐng)域多樣，包括石油勘測、煤炭勘測、金屬礦產(chǎn)以及地?zé)豳Y源勘測等，具有十分重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和勘測價(jià)值[4]。

3.4 地面核磁共振法

核磁共振法是目前世界上唯一用到的直接尋找水源的地球物理方法，是一種新型、發(fā)展時(shí)間較短的地物勘測方法，有巨大的應(yīng)用潛力。地面核磁共振法利用不同物質(zhì)原子核弛豫性質(zhì)的不同，產(chǎn)生核磁共振效應(yīng)，利用地面核磁共振的反饋找到水儀器，從而可以對地層中水質(zhì)子產(chǎn)生的核磁共振具體變化情況和變化規(guī)律進(jìn)行研究和觀測，確定地下水是否存在以及存在的區(qū)域和位置。地面核磁共振法避免了傳統(tǒng)間接測試方法的不足，可以直觀地反映出地下水分布情況和地下水的儲(chǔ)量，在水文地質(zhì)工程勘測尤其是淡水勘測過程中有十分關(guān)鍵的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用潛力。只要地下有自由水存在，便可以在勘測范圍之內(nèi)的地面反饋核磁共振信號(hào)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的感應(yīng)，核磁共振方法勘測幾乎不會(huì)受到地質(zhì)條件的影響，能夠有效避免異常地質(zhì)的干擾，大大提高勘測效率和勘測的準(zhǔn)確性，在地下水勘查尤其是較淺區(qū)域的地下水勘查工作中有重要作用。但地面核磁共振法一個(gè)致命的不足是無法探測深度較大區(qū)域的地下水，勘測范圍只能限制在一百五十米以內(nèi)，而且還容易受到其他電磁噪聲的影響，影響勘測效率。

3.5 地球物理測井法

地球物理測井法是油田勘測與開采中常用的技術(shù)之一，利用電磁、光熱等測量手段對地下流動(dòng)體和巖層的屬性進(jìn)行勘測，可以準(zhǔn)確反映當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)條件。地球物理測井法首先確定巖層中的水分子情況，然后明確該地區(qū)的巖石性質(zhì)，推測區(qū)域的熔巖帶和含水層，從而準(zhǔn)確反饋當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件和水文環(huán)境。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，地球物理測井法逐漸豐富起來，在水文地質(zhì)工程項(xiàng)目中的應(yīng)用也越來越廣泛，是目前水文地質(zhì)勘測各種方法中最有效的勘測方法之一，得到的數(shù)據(jù)更加精確，但相應(yīng)的該方法對人員和資金的需求較大，成本較高，一般用于需要嚴(yán)格勘測水文地質(zhì)環(huán)境的區(qū)域。

4 結(jié)語

綜上所述，地球物理勘查方法在水文地質(zhì)工程項(xiàng)目勘查中的應(yīng)用可以準(zhǔn)確、完整地反映出勘測地區(qū)的水文環(huán)境和地質(zhì)特點(diǎn)，為工程施工和災(zāi)害防治提供重要的數(shù)據(jù)支持。在復(fù)雜的地質(zhì)條件下進(jìn)行水文地質(zhì)環(huán)境勘查時(shí)，需要充分明確勘查的技術(shù)要點(diǎn)和指標(biāo)，有針對性地選取地球物理勘查某種方法或幾種方法聯(lián)用的手段，提高勘查效率和勘查準(zhǔn)確性。