物探技术在缺水地区找水中的应用探讨

2016-08-09江新

大科技 2016年4期

关键词：激发极化缺水物探

江新

（安徽省地球物理地球化学勘查技术院安徽合肥 230000）

物探技术在缺水地区找水中的应用探讨

江新

（安徽省地球物理地球化学勘查技术院安徽合肥 230000）

经济的快速增长，使生产、生活对能源需求量日益扩大，特别是水资源。由于水资源污染和气候环境的多变，导致可用水资源急剧减少，进而出现水资源短缺现象。物探技术在缺水地找水中的应用，有效缓解了我国水资源短缺问题。本文阐述物探技术概念，分析缺水地区特征，探讨物探技术在缺水地区找水中的应用。

物探技术；缺水地区特征；技术适用性

工、农业的迅速发展，增大了我国水资源用量，尤其是在干旱、缺水地区，不仅工农业生产用水短缺，人畜用水也难以供给。因此，加强缺水地区地下水资源找寻、解决缺水问题，是目前发展的重点。在缺水地区找水过程中积极应用物探技术，准确寻找水资源，保证企业生产、居民生活用水正常，推进民生项目建设进程。

1 物探技术概述

物探技术是指运用物理学原理和技术，观察和勘探地球上所出现的各种物理构造及其变化规律，以分析地质构造、物质组成、形成及演变为基础，研究不同形态的自然现象及变化规律，为保护环境、监测资源、能源提供可靠数据信息[1]。物探技术是一种勘探方法，是借助物理现象分析地质特征或地质构造。但目前物探技术发展还不够成熟、稳定，为了保证勘查结果的准确性，工作中应采取多种勘查方法相结合，将结果进行分析比对，并融合地质调查方法和地质理论，确保勘查结果的准确性和有效性。

水资源多深藏于地下，肉眼无法分辨水源点，要想准确掌握地下水资源分布情况，必须清晰理解岩石的地理性质。不同种类岩石其密度、电导率、热导率等物理性质也不同，而同一物理性质也会表现出一种或多种物理现象，我们可以借助物理现象了解岩石性质。在缺水地区找水工作中利用物探技术，能够清楚记录地质的物理变化情况，掌握地下岩石种类及其分布情况，进而实现水资源的有效发掘和利用。

2 缺水地区特征分析

由于地区环境和地势不同，不同缺水地区呈出不同的特征差异。例如，华北地区缺水主要原因有：①自然环境上，该地区降水少，河流径流量不多，降雨分布不均匀，且不同季节降雨量波动幅度大；②华北地区工农业较为发达，人口多用水量大，居民节约用水意识薄弱，造成不同程度的水资源污染和环境污染。黄土高原地区缺水，一方面是由于高原地区植被覆盖率低，土质松散，雨水季节水土流失严重；另一方面耕作制度不合理，导致植被破坏，能源过度开采，土地沙漠化严重。西北地区气候干燥，常年多风，且与海洋相距较远，地下水资源无法及时补给。此外，西北地区牧民较多，过度开垦、放牧，导致西北地区水资源枯竭。

尽管地区缺水原因各有不同，但综合来看主要受自然环境和人为使用两个因素影响。在自然环境上，受当地气温变化及降水分布影响，地面水资源出现不同程度的蒸发流失，进而影响水资源使用情况。从地势特征上来看，海拔高度和泥水沉积的阻碍，影响河流径流量。中国早期发展以环境为代价，人类活动包括工业生产、农业发展，造成不同程度的水资源污染，如海上石油泄漏、工业废气排放，无疑加重了水资源短缺的难题[2]。正确分析水资源短缺原因，有利于科学治理水资源匮乏问题，为人们寻找新资源，保证日常供水。但水资源短缺问题是一个时代性的问题，为了保证用水质量，应将发展的重点放在水资源探测技术应用上（如图1）。

3 物探技术在缺水地区找水中的应用

3.1 音频大地电场法

音频大地电场法以天然电磁场和交变电磁场作为场源，通过测量地面电场分量（Ex），分析岩石电阻率变化情况，进而了解地质状况、地质构造，实现寻找地下资源、矿藏的目的。经过相关求证得到以下计算公式：

图1 中国缺水地区分布图

式中：Ex代表电场分量、H代表磁场分量、ρ代表介质视电阻率、f代表工作频率，Ex/Hy表示波阻抗。若同一地区内H变量相对稳定，Ex会是随着ρ、x、y的变化而变化。

音频大地电场法的特点：①所需设备轻便、工作量小，一般3～5个人即可以完成勘探；②不易受测量地形影响，能准确反映地质状况、岩层结构；③可以在短时间内获取电位差曲线，测量人员根据曲线分布情况，判定岩层构造，包括岩石走向、宽度和倾向，节约勘查时间。

3.2 激发极化法

激发极化法以岩石、矿石的激电效应差异为基础，实现找矿或解决水文地质问题。在缺水地区找水工作中，激发极化法往往会与音频大地电场法相结合，同时采用对称四极排列法，为勘查提供地电断面变化数据信息。激发极化法实际上利用地下供电产生一次场之后，断开电源观察二次场，通过二次场衰减快慢推断地下水源蕴藏点及赋存情况。测量中会得到一些数据：MS表示含水因素、r表示偏离度参数、VSP表示自然电位、ηs表示视极化率、TH表示半衰时、△U表示电位差，其中视极化率ηs=△U2/△U×100%。

激发极化法的优点：①测量参数多，但数据并不受地形和岩石性质影响；②清晰直观的反映出地下水体深度和藏水点位置；③能够准确区分阻体含水层和其他物质。

3.3 核磁共振法

核磁共振技术是一种可以直接找到水源的方法。核磁共振法使用核磁感应系统，通过改变激发电流脉冲幅值和持续时间，探测由浅层到深层的水源蕴含情况，快速圈定找水远景区、低阻区，区分储水构造。利用核磁共振技术区分水质，再通过电阻率值大小区分出咸、淡水。结合激发极化法探测数据，确定水源污染范围和程度。

图2 核磁共振原理

3.4 EH-4电磁法

EH-4电磁法是利用岩石导电性和导磁性物理特性，对不同介质传播过程所呈现出来的电磁波进行研究，为寻找地下水源提供有效参考数据，进而求出电阻率，根据地区特点加以灵活运用，借助变动频率探测水源。

EH-4电磁法具有以下优点：①设备轻便，以大地磁场为测量场，不需供电设备，通过不同频率信号探测不同深度，增长供电导线长度就可以进行作业，大大减少了工作强度；②施工时间、地点不受限制，冬天也可施工。EH-4电磁法，电磁波穿透力较强，可以直接探测到地表深层。EH-4电磁法所使用的仪器配置了人工信号发射器，即便是在沙漠地区也可以作业；③检测结果全自动化，无需再人工操作，减少工作量，提高勘探工作的准确性[3]。