物探方法在寻找地下水方面的应用

2012-04-13肖国庆

黑龙江水利科技 2012年4期

关键词：激发极化四极含水

陈永，肖国庆

(克东县宏图市政工程有限责任公司，黑龙江克东164800)

近年来，我国许多省、市相继发生缺水的危机。如何运用有效的物探手段来查找地下水，已经成为一个日益紧迫的社会问题。

物探是利用地球物理的原理，根据各种岩石之间的密度、磁性、电性、弹性、放射性等物理性质的差异，选用不同的物理方法和物探仪器，测量工程区的地球物理场的变化，以了解其水文地质和工程地质条件的勘探和测试方法。

常规的物探找水方法是通过勘查含水构造和层位来间接找水，目前常用于找水的物探方法有电阻率联合剖面法、对称四极测深法、激发极化法、瞬变电磁法及核磁共振法等。

1 常用的物探找水方法

1.1 电阻率联合剖面法

电阻率联合剖面法勘探是由两组三极装置联合进行探测的视电阻率测量方法，它在大范围内查找低阻体(构造破碎带是造成低阻体反应的一种地质体)位置非常快速、准确。具有分辨能力高、异常明显的优点。它主要是对地下同一深度的地层电阻率进行测量，如果联剖曲线中出现低阻正交点，则说明该处岩石电阻率比周围岩石的电阻率低，通过电阻率曲线的分析，即可知地下同一深度视电阻率值的高低。通常构造破碎带由于岩体不完整或含水等原因而成为低阻异常。低阻正交点正是联合剖面法所要查找的异常部位，它是存在构造破碎带的重要特征。因此联合剖面法在水文地质和工程地质调查中获得广泛的应用，是山区找水常用的、效果显著的方法。

1.2 对称四极测深法

对称四极测深法是常规直流电阻率法勘探中较常用的一种方法，在同一点上通过逐次扩大供电电极距及测量电极距使探测深度逐渐加深，观测测点处垂直方向由浅到深的电阻率变化，并依据地下目的层与相邻层的电阻率差异来探测地下介质分布，经过资料解释进行地下分层。利用对称四极测深法找水，同样是寻找相对低阻异常。此异常一般在曲线上表现为下降，平缓等形式，一般水位以下低阻异常越明显，裂隙越发育，水量越大。

1.3 激发极化法

激发极化法(或称激电法)就是以岩、矿石激发效应的差异为基础，通过观测和研究大地激电效应来探查地下地质情况或解决某些水文地质问题的一类电法勘探方法。采用直流电或交流电都可以研究地下介质的激电效应，前者称为时间域激发极化法，后者称为频率域激发极化法。

激发极化法的野外工作方法和其它物探方法类似，是在事先布置好的测网上逐点进行观测，来寻找各种类型的储水构造。理论和实践表明，激发极化法不受地形起伏和围岩电性不均匀的影响，因此很适合用来寻找地下水，划分富水地段。

1.4 瞬变电磁法

瞬变电磁法(TEM)是利用不接地回线或接地电极向地下发送脉冲式一次电磁场，用线圈或接地电极观测由该脉冲电磁场感应的地下涡流而产生的二次电磁场的空间和时间分布，从而解决有关地质问题的时间域电磁法。瞬变电磁野外工作中一般是用线圈观测感应电压，根据实测电压衰减曲线，可绘制不同时间道的视电阻率断面图，以此推断地下异常分布情况。瞬变电磁法在揭示有关含水层结构及位置的同时，也能测量磁场以便绘出地下水位置及显著的断层和岩脉。计算机解释技术能够作出深度和含水层的电导率图。这种资料能够直接帮助水文地质学家识别并开发地下水。

1.5 核磁共振法

核磁共振(NMR)技术探测地下水的前提条件是水中氢核的顺磁性，其磁矩不为零。在稳定地磁场的作用下，具有一定磁矩的氢核以旋进频率fL(拉莫尔频率，与地磁场强度有关)绕地磁场旋进。向铺在地面上的线圈中通入频率为拉莫尔频率的交变电流，在地层中形成的交变磁场激发下，地下水中的氢核产生能量跃迁，断电后高能级的氢核释放出大量的具有拉莫尔频率的能量，用地面接收线圈接收由不同激发脉冲矩所激发产生的NMR信号，不同激发脉冲矩的接收信号幅度大小反映了不同深度氢核的数量即含水量的多寡，据此可探测不同深度地下水的含量。结合NMR信号衰减时间可分析含水层的出水难易程度。

野外工作首先根据测点周围的干扰源特征选择合适的线圈形状铺设线圈，然后测量测点的地磁场强度，确定激发频率fL，设置采集参数，试验确定该点的激发脉冲矩。第三按设定脉冲矩激发地磁场，接收NMR信号。

目前核磁共振找水法反演的模型是一维的，对含水地层呈水平层状且与发射/接收线圈平行的情况，核磁共振找水法可以直接圈定含水层的深度、层厚、计算含水百分比，进而指导打井孔位，设计打井深度和估算成井涌水量是可行的。对于石灰岩地区的裂隙水和岩溶水，可以利用核磁共振找水仪接收NMR信号算出线圈范围内探测深度内的含水量。