地球物理勘探方法在水文地质工作中的应用

2016-04-14王德文

地球 2016年5期

关键词：水文地质水文电场

■王德文

（辽宁工程勘察设计院辽宁锦州121000）

地球物理勘探方法在水文地质工作中的应用

■王德文

（辽宁工程勘察设计院辽宁锦州121000）

伴随着我国科学技术的不断发展，地球物理勘探方法的重要性就显得日益突出，尤其在水文地质的勘探工作中，已经广泛使用地球物理勘探方法。所以，清楚并熟练应用地球勘探方法，对水文地质工作的建设及发展都有重要的意义。本文详尽的对地球物理勘探方法进行分析，简述其勘探依据及在水文地质工作中的应用。

水文地质地球物理勘探方法应用

地球物理勘探，简称物探，是利用岩石之间的密度、弹性、电性、磁性、放射性等物理差异性及地球物理的原理，通过选用不同的物探仪器和物理方法测量工程区地球物理场的变化，来解决地质问题的一种物理勘探技术。当地下岩层含有地下水时，含水饱和度、渗透率、地层孔隙度、矿化度等因素都将影响其电导率。另外，弹性波阻抗异常、磁异常、放射异常等均可在实际的水文地质工作中得到应用。

1 水文地质勘探对物探技术的需求

水文地质勘探的目是探明和揭露深部水文地质条件，它是以水文地质的测绘为基础来对水文地质条件进行研究的主要手段之一。在实际工作中，应根据勘探区的水文地质勘探类型，结合地貌、自然地理条件，合理地选择地球物理勘探、钻探、浅井、坑探等多种勘探手段，查明矿井开采的水文地质条件。地球物理勘探具有深度深，效率高等优势，在现代化水文地质勘探工作中起着特殊的重要作用，已成为不可缺少的技术手段。

2 地球物理勘探技术及其在水文地质工作中的应用

地球物理勘探方法在水文地质中的应用方法主要分为两个类别：地面物理勘探法及地球物理测井法。应用地球物理勘探方法中的这两个分类可以很好的解决水文地质勘探中的大多数问题，为水文地质的勘探工作提供了方便。

2.1 地面物理勘探法在水文地质工作中的应用

绝大多数的物理勘探方法是针对地下岩石层、裂缝及空洞的物理特性进行检测，从而分析判断出地下岩石层中是否含有地下水资源或富水岩石。在水文地质的应用方面，许多勘探应用技术在物理特性上有明显的差异性、并可以稳定的、强烈的进行显示，并不受环境与人为条件的干扰。在地面物理勘探法中，比较常用的有：自然电磁场法、激发极化法、交变电场法及放射物勘探法。

2.1.1 自然电场法及其在水文地质工作中的应用

自然电场法指的是应用地下岩石层及地下矿石的氧化还原反应、地下水的渗透情况、岩石颗粒之间的扩散运动或吸附运用的作用从而产生自然电磁场来开展水文地质的勘探工作。由于天然形成的电磁场具地下水资源有一定的缝隙，地下裂缝使水资源会发生渗漏，吸附周围离子运动，发生电磁反应。

应用：在水文地质勘测工作中可以利用地面监测水资源电场的方法进行地下水文地质的勘探工作，监测地下水的位置、埋深及运动状态。这种自然电场法可以很好的用于古河道或表面岩石层含水率的勘测工作中，进而分析出河道、水库或防护堤坝的渗漏方向，决定使用什么半径的钻孔机进行钻孔工作。

2.1.2 激发极化法及其在水文地质工作中的应用

激发极化法指的是对断开电源后地下岩石层同地下水所形成的放电电场效果降低的特点进行分析，得出勘探地下水资源的一种监测方法。通过对效果降低的数值及降低时间进行计算可以判断出地下水的位置及电场效能。效果的降低时间指的是地下水进行放电过程中，电位值下降到规定数值所用的时间。效果降低的数值可以反应地下水放电的速度。因为地下岩石层中富含的水分子之间矩力在不断增加，而且一般地下水在放电过程中其效果降低数值都偏低，所以会产生效果降低数值同降低时间存在数值差。

应用：地质学家应用比较广泛的水文勘测方法就是激发极化法，主用运用在勘探地下岩石层的结构、周边溶洞的富水带上，推断出地下水资源的分布及深度。由于激发极化法产生的电场数值比较小，因此在岩石层厚度超过8000cm或工业生产建筑比较集中的地区不适宜用这种方法。激发极化法还存在电源质量重、工作效率低、成本投入高等缺点。

2.1.3 交变电场法及其在水文地质工作中的应用

交变电场法指的是利用勘探岩石层、矿物质及地下水资源的良好导电性、介电性在物理空间及时间上分布的差异，进而检测出藏在地下岩石层中的水资源。交变电场法是近些年地质勘探专家们新研制出的一种物理探测方法。

应用：在水文地质勘探过程中，普遍应用的交变电场法包括：电场频率检测法、低频电场勘探法及地质雷达勘探法等。电场频率检测法应用于对地下岩石层及地下水中游离电子的检测，进而发现地下水资源；低频电场勘探法可以准确的检测出岩石及地下水等低电阻的物体；地质雷达勘探法应用于辨别岩石层、水资源的物理性能，例如其结构形状、面积及分布等。

2.1.4 放射物勘探法及其在水文地质工作中的应用

地下岩石层及地下水中富含丰富的放射性元素，主要包括U、Ra、Rn、Th和K等。自然界中放射性元素在进行衰变时通常对放射出α、β、γ等射线。

应用：水文地质勘探时，可以对其辐射射线的强度进行检测，从而确定出水资源的地理位置。特别要注意的是，当前水文勘探工作主要勘测的放射性元素为Rn，其它元素所产生的射线因其强度低，所以起到的作用相对较小。

2.2 地球物理测井法在水文地质工作中的应用

地球物理测井法可以很有效的检测地球的水文地质数值，从而勘探出地下水的位置及流向等。地球物理测井法主要对地下岩石进行分层钻孔，对钻孔的深度及以往周边水文地质勘探资料进行整理、分析，从而推断出地下富水带、咸淡水的边界、岩石熔浆的发育带及周边水文参数。地球物理探井法在没有钻芯或钻芯不深的情境下是不可替代的水文勘探方法，其对水文地质的勘探准确度远远强于地面物理勘探法。