地球物理勘查方法在水文地质工程的应用

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摘要：我国属于水资源严重匮乏的国家，不仅水资源人均占有量低于世界平均水平，而且在地域分布上极不均匀，使得水资源成为制约我国经济社会发展的主要因素之一。对此，加强水文地质工程建设，对水资源进行合理的开发和利用，已经成为当前我国地质工作的首要任务。本文结合地球物理勘查的相关概念，对其在水文地质工程中的运用进行了研究和探讨。

关键词：地球物理勘查；水文地质工程；运用

伴随着我国工业化水平的不断提高水资源短缺问题已经成为当前时代背景下制约我国社会经济发展的重要因素，而地下含水构造的分析在环保、地下工程建设、农业以及矿产开采等方面均有着不容忽视的意义，也使得水文地质工程逐渐发展成为地质工作的一项重要任务，如何进行高精度、高效率的地下水勘查，成为地质工作者需要重点研究的课题。

1地球物理勘查的相关概念

地球物理勘查简称物探，是一种间接的勘探方法，主要是应用物理学的原理和方法，针对地球的各种物理场分布及变化进行探测，探索地球本体和近地空间介质结构、物质组成、演化特征，研究相关的各种自然现象及变化规律，在工程建设、环境保护、矿产勘探等方面均有着广泛的应用。地球物理勘探技术常用的岩石物理性质包括密度、电导率、磁导率、弹性、热导率等，因此物探方法也是多种多样的，包括重力勘探、电法勘探、磁法勘探、地震勘探、地温勘探等[1]。在进行水文地质工程勘查时，地球物理勘查方法的勘查依据包括了三个方面的内容：

（1）含水量，在地下岩层水中，含有丰富的矿物质，其自身良好的导电性会直接影响岩层的视电阻率值，可以作为判断地下水是否存在的依据；

（2）磁性，在岩层中，含有类型和数量各不相同的金属元素，也使得其在磁性方面存在着较大的差异性，一般情况下，金属元素含量越多，岩层的磁性也就越强；

（3）放射性与热辐射，在富水岩层与贫水岩层之间，放射性和热辐射的强度存在着较大的差异，以辐射温度为例，贫水岩层平均在7℃～11℃左右，远高于富水岩层。

2地球物理勘查方法在水文地质工程中的应用

2.1地面物探法

2.1.1自然电场法

这种方法主要是将地下岩石氧化还原、地下水渗透扩散、岩石颗粒吸附等作用下所形成的自然电场作为勘查依据，进行水文地质的勘查。由于天然存在的电场与地下水在岩层缝隙渗透、运动以及吸附作用密切相关，因此可以通过专业的设备对地下水电场的变化进行监测，以此来判断地下水的埋深、位置、分布及运动变化。自然电场法适用于古河道的勘查，可以准确判断地下岩层是否存在含水破碎带，并对河床、水库、堤坝存在的渗漏位置进行明确，具有良好的应用效果。

2.1.2激发极化法

激发极化法主要是分析供电极电流断开后，形成的地下岩层与地下水的放电电场衰减特点，对地下水进行勘查，结合电场的衰减度和衰减时，可以在判断是否存在地下水的同时，对放电电场的衰减特点进行反映。这里的衰减时指地下水放电电场的电位差在衰减到一定程度时花费的时间，而衰减度则能够充分体现极化电场衰减的速度。一般情况下，由于地下岩层中的水资源水分子偶极距较大，同时其放电电场的衰减速度普遍较慢，可能会导致衰减度与衰减时数值差距较大的情况。在水文地质工程中，比较常用的是激发极化测探法，可以对地下岩层的状态和分布位置进行勘探，结合勘查数据，判断是否存在地下水或者溶洞含水带，并且对地下水分布的深度进行测算。考虑到激发极化所形成的极化电场数值较小，因此这种方法并不适用于岩层厚度超过80m、或者工业分布密集区域。

2.1.3高密度电法

高密度电法的基本原理与普通电阻率法相同，在进行水文地质测量时，需要将全部的电极放置在剖面上，结合程控电极转换开关以及相应的微机工程电测仪，可以实现对不同电极排列方式和不同电极距数据的自动高效采集。相比较常规电阻率法，高密度电法的优点主要体现在四个方面：

（1）一次性完成所有电极的布设，在提升效率的同时，也可以减少电机设置过程中的故障和干扰因素；

（2）选择多种不同的电极排列方式进行测量，获得更加全面的地电断面信息；

（3）实现了数据采集的自动化或者半自动化，在提高数据采集效率的同时，也减少了人工采集的误操作；

（4）在地球物理反演方法的带动下，高密度电法中的电阻率成像技术实现了一维到二维再到三维的转变，提升了资料的解释精度。

2.1.4瞬变电磁法

即TEM法，其基本原理，是利用不接地或者接地源，向地下发送一次场，并且在一次场的间歇期间，对由地质体产生的感应电磁场随时间的变化情况进行测量。结合二次场的衰减特征曲线，可以对不同深度地质体的规模、分布和电性特征进行准确判断。考虑到瞬变电磁法是针对纯二次场进行的观测，因此消除了一次场产生的设备耦合噪声，在实际应用中，具有横向分辨率高、体积效应小、探测范围深、受旁侧地质体影响小等优点，在金属矿产、石油、煤炭、地热等地质勘查中有着广泛的应用，将其运用到水文地质工程勘查中，同样能够取得良好的勘查效果。

2.1.5地质雷达法

地质雷达简称GPR，是利用地面发射天线，将特定的电磁波送到地下，经地下目标反射后，重新被接收天线接收，并对接收到的电磁波的振幅、时频等特征进行分析，结合分析结果，对地质体的展布形态和性质进行评估和判断。电磁波的频率直接影响了雷达的穿透深度，使其无法得到突破性的增加，不过在分辨率上较高，可以达到0.05m以下。受技术条件的制约，传统的地质雷达仅仅能够探测数米范围内的目标，应用范围有限，而伴随着技术的发展，现如今地质雷达的最大探测深度已经达到100m，也因此成为水文地质工程勘察中一种非常有效的物探方法。

2.2地球物理测井法

地球物理测井法简称测井，主要是在相应的位置钻孔，然后利用能够针对电、声、热等进行测量的仪器，辨识地下岩石和流体的性质，是进行油气田勘探和开发的主要手段。不仅如此，测井法也可以针对水文地质工程中的各种参数进行测量，对含水层进行确定，然后结合钻孔剖面，做好地下岩性的分层处理，并通过钻探取芯以及水文地质勘查的方式，推测水文地质工程所处区域的地下含水层、岩溶发育带等，更能够对水文地质工程的相关地质参数进行明确。事实上，在缺乏钻进取芯的情况下，测井法是一种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结语

在水文地质工程勘察中，地球物理勘查方法有着非常广泛的应用，也发挥着不容忽视的作用，能够得到完善、准确的勘查资料，有助于实现对地下岩层水资源分布的合理分析和判断，为工程的规划建设提供良好的基础数据，应该得到足够的重视。

参考文献

[1]张艳梅.地球物理勘查方法在水文地质工程地质中的应用[J].黑龙江科技信息,2011(18):55.

[2]黄国倩.地球物理勘查方法在水文地质中的运用[J].中国科技博览,2015(24):396.

[3]王晓强.地球物理勘查方法在水文地质工程中的运用[J].环球人文地理,2015(14):62.

[4]方金火.地球物理勘查方法在水文地质工程地质中的应用研究[J].大科技,2014(36):391-392.

[5]常铮.地球物理勘查方法在水文地质工程中的应用研究[J].广东科技,2014(8):137,133.

作者：范波单位：安徽省地质实验研究所