地球物理勘查方法在水文地质工程的运用

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【摘要】我国人均水资源保有量较低，水资源分布极不平衡，总的来说我国是一个水资源短缺的国家，因此，加强水资源的勘测以及水资源合理的开发与利用是十分必要的。论文主要针对地球物理勘查方法在水文地质工程中的应用情况进行探讨，介绍了目前应用比较广泛的几种主要地球地理勘查方法，希望能够为水文地质工程的勘查工作和开发工作提供一定的参考。

【关键词】地球物理；勘查方法；水文地质工程

1引言

随着我国社会经济的不断发展和人们生活水平的提高，在新时期水资源的短缺逐渐成为制约我国经济可持续发展的主要因素之一，严重影响我国经济发展的速度，因此，在新的历史时期，要不断加强水资源的开发与利用。水文地质工程项目作为地质工程的一项重要内容，在矿产开采、地下工程建设以及地下水源勘测活动中有着不可或缺的作用，如何在现有技术条件下实现高效率高精确度的地下水勘查，是当前地质工程勘测的研究重点。

2地球物理勘查的相关概念

地球物理勘查是一种间接的勘查方法，通过物理学的相关理论对地球物理场和变化情况进行监测与分析，地球物理勘测方法可以对地球本体和近地空间的物质组成、介质结构、演化特征等进行系统的分析与探索，在环境保护、工程建设、考古、地质灾害、反恐以及矿产资源勘探中有十分重要的应用。此外，地球物理勘测方法也还广泛应用于对岩石结构密度、物理成分、热导性或者磁导性等方面的研究中，即利用物理测试方法，了解地球内部相关区域的物质成分、物质结构以及密度组成。在水文地质工程项目中，应用地球物理勘查方法可以对地下岩层含有的丰富矿物质以及含水量进行详细勘测，测试得到地下岩层的电阻率以及电阻值从而能够确定该位置处是否存在地下水。另外，在水文地质工程项目勘查过程中，如果缺水的岩层的温度差异在10℃左右，则说明该地区岩层含水量比较丰富，这附近有较为充足的地下水。其次，也可以对岩层进行磁性分析来勘测当地的水文地质数据，磁性的分析有利于勘测人员确定岩层当中的物质分布情况，包括主要含有的金属元素种类以及金属元素含量，即利用磁性强弱探明该地的矿产情况，由此可见，地球物理勘查方法在水文地质工程项目中有十分重要的勘测价值，能够大大提升勘测的准确度和勘测效率，保证勘测结果[1]。

3地球物理勘查方法在水文地质工程中的应用

3.1激发极化法

激发极化法主要是利用勘测现场岩石和矿石激发极化效应的区别进行地质问题的勘测与分析，得到当地的水文地质工程数据。激发极化法兴起于20世纪50年代，随着科学技术的不断发展，激发极化法逐渐由早期的直流激发极化法发展为频谱激发极化法，该方法通过研究电阻率随频率变化的情况，能够准确反映出周围的岩层情况和分布状态。频谱激发极化法打破了空间的限制，不会受到岩层电性不均匀以及地势波动的影响，可以同时对多种参数进行测量，勘测速度快，效率高。在实际水文地质工程勘测过程中，一般通过激发极化法与高密度电阻率法联合测试的方法来进行，这样能够更好地确定地层的含水性，避免单一方法得出的多个对实际结果的干扰和影响，提高找水的效率与成功率。同时，使用激发极化法可以有效区分地层中的泥岩和含水地层，含水砂砾岩孔隙较大，极化率也比较大，纯粹泥岩极化率相对较小，则极化率小，这种极化率的差异可以间接反映岩层的孔隙情况，结合其他数据和参数可以有效推断岩层情况和状态，提高检测效率[2]。

3.2自然电场法

利用自然电场对勘测区域的水文分布情况和地质条件进行探测的方法为自然电场法，自然电场法的应用需要对地下的岩石颗粒和水渗透进行吸附，形成一种自然的电场，从而将地下水的渗透作用、自然电场状态以及岩石颗粒吸附情况有效结合起来，并通过专业的设备反映出地下自然电场发生变化的实时情况，以有效推断出地下水的水流动向、分布位置以及深度等。自然电场法不仅用于地下水源的勘测，而且还可以用于研究古河道的考察，在考古工作中也有十分广泛的应用，自然电场法相对于其他方法来说精确度更高，更加灵敏，且不受时间的限制，能够精确推断某地区是否含水以及水资源的分布状态等[3]。

3.3瞬变电磁法

瞬变电磁法在使用过程中利用接地源或者不接地源，向地下发送一次场，并利用一次场的间歇时间测量地质体产生的感应电场随时间的变化情况。根据二次场的衰减特征曲线，勘测人员可以准确判断不同深度地质体的特征状态、地下水分布以及相应的规模和深浅。瞬变电磁法在实际应用的过程中探测深度大、体积效应小、受到周围岩体的干扰小，能够保证勘测结果的准确度，瞬变电磁法勘测过程中消除了设备耦合噪声的影响，在水文地质工程项目中应用广泛，应用领域多样，包括石油勘测、煤炭勘测、金属矿产以及地热资源勘测等，具有十分重要的经济价值和勘测价值[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寻找水源的地球物理方法，是一种新型、发展时间较短的地物勘测方法，有巨大的应用潜力。地面核磁共振法利用不同物质原子核弛豫性质的不同，产生核磁共振效应，利用地面核磁共振的反馈找到水仪器，从而可以对地层中水质子产生的核磁共振具体变化情况和变化规律进行研究和观测，确定地下水是否存在以及存在的区域和位置。地面核磁共振法避免了传统间接测试方法的不足，可以直观地反映出地下水分布情况和地下水的储量，在水文地质工程勘测尤其是淡水勘测过程中有十分关键的应用价值和应用潜力。只要地下有自由水存在，便可以在勘测范围之内的地面反馈核磁共振信号，实现信号的感应，核磁共振方法勘测几乎不会受到地质条件的影响，能够有效避免异常地质的干扰，大大提高勘测效率和勘测的准确性，在地下水勘查尤其是较浅区域的地下水勘查工作中有重要作用。但地面核磁共振法一个致命的不足是无法探测深度较大区域的地下水，勘测范围只能限制在一百五十米以内，而且还容易受到其他电磁噪声的影响，影响勘测效率。

3.5地球物理测井法

地球物理测井法是油田勘测与开采中常用的技术之一，利用电磁、光热等测量手段对地下流动体和岩层的属性进行勘测，可以准确反映当地的水文地质条件。地球物理测井法首先确定岩层中的水分子情况，然后明确该地区的岩石性质，推测区域的熔岩带和含水层，从而准确反馈当地的地质条件和水文环境。随着科学技术的不断发展，地球物理测井法逐渐丰富起来，在水文地质工程项目中的应用也越来越广泛，是目前水文地质勘测各种方法中最有效的勘测方法之一，得到的数据更加精确，但相应的该方法对人员和资金的需求较大，成本较高，一般用于需要严格勘测水文地质环境的区域。

【参考文献】

【1】张赛珍，王庆乙，罗延钟．中国电法勘探发展概况[J]．地球物理学报，1994，37（增刊1）：408-424.

【2】李金铭．电法勘探方法发展概况[J]．物探与化探，1996，20（4）:250-258.

【3】李金铭．激发极化法找水基础理论研究[M]．北京：地质出版社，1994.

【4】董浩斌，王传雷．高密度电法的发展与应用[J]．地学前缘（中国地质大学），2003，10（1）:113-115.

作者:提云生 单位:河北省地质工程勘查院