地球物理方法在地下水探测中的应用探讨

朱高群，雷善耿

中国地质大学（北京）地球物理与信息技术学院，北京 100083

1 地球物理方概述

目前可以用来实现对地下水勘测的地球物理方法有很多，其中主要包括的大类有：地面电法、电测井法、热测井、磁法。同时这些勘测的方法也可以分为主动源法和被动源法。下面就具体的方式方法进行简要的介绍：

1）地面电法

这是一类涉及范围较为广泛的勘测方法，按照被动源和主动源划分，其被动源的方法有：（1）自然电场法，即勘测地下水流向即地下水域与地表水之间的补给关系、此生层的热水范围等；（2）声频大地电场法，主要勘测的是延性接触带和构造破碎带的情况。

地面电法的主动源勘测形式还可以分为：电阻率法和激发极化法，激发极化法，主要使用在勘测岩溶发育分析，断裂构造分析，划分岩层分布等；而电阻率为机理的检测方法还有两种：（1）电测深法，这种方法可以划分近水平位，确定含水层厚度、深度。勘测基岩埋深，查明基本构造、风化壳厚度等。圈定地下热水的范围，划分咸水、淡水边界等，应用广泛，而且勘测准确，技术成熟；（2）电剖面法，这种方法在实际的应用中有，联合剖面法、对称四极剖面、中间梯度法，主要用于对断裂破碎带的勘测，基底起伏情况，探索古河道，探索各种高低阻倾斜地电体及其接触表面，勘测岩溶发育地带等；（3）高密度电阻率法，这种方法主要用于岩溶发育的勘测，断裂构造及岩层的划分等。

2）电测井法

电测井中的主动源法是电阻率测井法，这种方法可划分钻井剖面，确定岩质的电阻率参数，确定含水层的位置及淡水和咸水的分界等；被动源法是自然电位测井法，这种方法主要的勘测的是渗透层，并划分咸淡水的边界，估计地下水的电阻率等。

3）热测井法

这种方法就是温度测井，属于被动源法。其功能是勘测热水层，测定地层温度的梯度，确定井内的水位等。

4）磁法

这种方法也是一种被动源法，即地面磁测。主要是对磁场的研究，寻找具有磁性差异的地质结构，勘测圈定赋水花岗岩风化的情况和裂隙断裂带情况等。

2 地球物理方法在地下水勘测中的应用

综合的看，多种地球物理的勘测方式有其特有的应用范围和局限性，利用其中一种是不能完全达到勘测地下水的目的的，因此在实践中应当利用各种技术措施的组合和优化对地下水进行准确的勘测。下面就几种地下水分布情况的勘测进行研究和分析。

2.1 空隙水的勘测

浅层的孔隙水的勘测技术目前已经达到了成熟阶段，通常情况下采用电测法和激电测方法，通过电阻率的参数值测定来反映含水层的结构。但是在特殊干燥的地方，如沙漠地区，常规的电阻率法应用起来难度交大，电极接地电阻大、供电困难等都会局限勘测。因此采用瞬变电磁法进行勘测是较为理想的。一些浅部高度矿化的地质结构，其电阻率往往过低，因此电流大，测量的电压信号也就小，降低了勘测的精度，因此可采用大地电磁法进行探测，输入的信号阻抗较高，可以消除电阻率低而造成的观测精度下降的情况。同时一些地区因为地形环境恶劣，不利于实地工作的开展，这时可以利用物探和地面磁共振相结合的方式来获取含水层的资料。

2.2 裂隙层地下水的勘测

勘测中，浅层的裂隙水包括了构造裂隙、碎屑岩的孔隙裂隙水。构造裂隙水主要是指山区的基岩裂隙水和浅层的风化裂隙水。对山区基岩的裂隙水来说，因为地形的影响，施工难度很大，应考虑首选高精度的时变重力资料和遥感技术来进行实际的勘测，然后利用激电法或者瞬变电磁法等受地形影响小的方法进行勘测；如不能采用重力资料和遥感技术时，应选择采用电剖面法、可控制音频大地电磁法等来探明裂隙的特征，然后利用地段了解构造带下方的空间发展特性和富水性；当地质背景、地面条件相对简单的时候采用激电法勘测，通过电阻率参数就可以对构造带的岩性结构变化和激化参数，以此确定富水层；而地质条件复杂时可以采用大地电磁测深法，对整个的构造和裂隙发育进行评价，然后用核磁共振来确定内部的含水段和富水层分布。

对浅层风化裂隙水，则采用的是高密度电阻立方和探底雷达技术勘测风化壳厚度、埋深，然后结合激电法和核磁共振来判断富水层。而浅层碎屑岩孔隙裂隙水的探测则与浅层的孔隙水相似，通常利用电测深、大地电磁测深、瞬变电磁、α卡放射性等技术进行勘测。对于地质条件复杂的情况，在物理探测的技术上对重点的区域可采用地面核磁共振技术来辅助确定含水层的埋深、厚度、给水参数等。

当遇到含水层深度超过100m的时候，多种物理探测的方法都不能获得较好的探测结果，这时可以采用地震勘探的方式，对岩性构造进行全面的分析，然后再与探测深度较大且低阻目标反应灵敏的瞬变电磁法结合，就可以获得较为准确的深层低阻裂隙水的基本参数。

2.3 岩溶水勘测

同样从浅层的岩溶水进行讨论，这种岩溶水主要集中在西南地区，由于岩溶地区的地表水和地下水之间频繁的转换，地下水的空间分布极为不均匀，且情况复杂。物探勘测的属于目的是为探明岩溶的地质结构特征，但是受到规模和深度的限制，物探的方法实施难度较大。在埋深小于100m的情况下，采用核磁共振的方法较为有效，同时也可以采用可控制的原音频大地电磁法，瞬变电磁法，或者高密度电阻法等对其空间位置进行确定，有时也可用地球物理中的测井技术获得地下水的信息。当岩溶水的深度大于100m的时候，应利用瞬变电磁法和浅层的地震勘测技术进行探测。

3 结论

地下水的勘测受到地质和地形因素的影响较大，在不同的环境下采用不同的探测方法其效果也不尽相同。目前，对地下水的勘测趋向于多种方法向结合的综合勘测模式，这种方法在结合相应的评估和推定方式就会获得较为准确的地下水分布信息，为实际应用提供帮助。

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