地球物理方法在地下水勘查中的应用

刘辉　 蔡洋洋

摘要：水是生命之源，是人民大众赖以生活的宝贵资源，如果地表可用水资源越来越少，就必须对地下水进行开发和利用，因此对地下水资源寻找方法的探究也就尤为重要，多了解净化处理水资源的原理和方法，充分利用科学技术，一定可以探究出更加丰富而有效的解决措施。

关键词：地下水；地球物理；勘查

随着经济的快速发展，人们对水资源的需求越来越大，在科学不断发展的今天，专家们研究寻找水资源的一个大趋势是根据不同种类的地下水分析其特点特征，使用多种方法结合更有效的达到寻找水资源、处理地下水的目的。本文主要介绍各种地球物理方法，进一步介绍最新的科学技术。

1 常规的地球物理方法概述

1.1 激电法

利用激电二次场的衰弱快慢和大小的不同，来推断出岩体的含水状况，这是激电法的最大特点。而直观反映岩溶裂隙水的水位埋深与相对富水带、受地形影响小，是激电法的最大优点。就目前而言，表征岩石激发极化放电快慢的衰减度和半衰时的参数、表征岩石激发极化的充电率和极化率参数、激发比和相对衰减时等综合参数，是应用较为成功的激电参数。不同的仪器与不同的地质体，影响着这些激电参数的选取。经大量的实验表明，要进行溶岩地下水的勘察，衰减度（D）、半衰时（TH）、极化率（G）有良好的效果。

1.2 放射性ɑ法

通过利用地质体的放射性特性对地质体中氡的A辐射体进行收集，同时根据收集到的A辐射体的量值大小，来推测勘探的岩体富水情况和地质体的地下构造，这就是放射性ɑ法。

1.3 电测深法

电测深法主要用于勘测岩性、地层在垂直方向上的电性变化、寻找位移变化较为稳定的含水层、解决和富水层深度相关的地质问题、确定含水层的顶底板埋深，其属于研究垂直地质构造的地球物理方法。而在勘探热水资源的电测深法中，五级纵轴测深法拥有十分广阔的应用前景。在确定热水井位时，使用分层细、异常明显、野外施工受场地条件限制较小的对称四极测深法。

1.4 瞬变电磁法

瞬变电磁法（TEM）是利用接地电机（或是不接地回线）向地下发射脉冲式一次电磁场，然后利用接地电极（或是线圈）对装置发射的脉冲电磁场感应到的地下涡流而产生的二次电磁场的时间、空间分布情况进行观测，是一种时间域电磁法。

在地形情况复杂的山区寻找地下岩溶构造，可以利用工作效率高、测试工作简单、方便迅速解决问题的瞬变电磁法来查找地下浅层岩溶水。

在实际的应用当中，瞬变电磁法在直升飞机、飞机的各个平台中同样适用，其在向勘测人员揭示相关的含水层位置和结构及测量出勘探区的磁场以帮助勘测人员绘出地下岩溶水位置的岩脉和显著断层方面优势突出。目前最新的宽频带数字处理设备和航空设备可以廉价且快速的对>200m深的含水层进行勘探测量。加上计算机的解释说明技术可以绘制出岩层中的含水层的深度和电导率图，这对于对地下水源的识别了解及开发利用是非常重要的。

2 地球物理方法在地下水勘察中的应用新技术

随着现代科学技术的不断发展，最近一、二十年里，在地下水勘察领域也出现了如高分辨率浅层地震法、核磁共振法这些找水的新方法新技术。

2.1 高分辨率浅层地震法

2.1.1 高分辨率浅层地震法的核心原理

反射地震法是目前应用最多的水文勘探地震方法。不同岩层弹性参数之间的差异是该地震勘探法的物探依据。高分辨率浅层地震法能够满足地震勘测人员在地下水勘察过程中对地层划分、地质构造、岩性对比和地层富水性等相关水文地质方面数据资料需要。

通常情况下，如果底层分界面的反射系数比较小，那么在地震剖面上显示的振幅能也较为微弱。但是围岩分界面与含水层的顶底界面中的发射系数往往超过反射界面的系数，其主要原因是其是一个波阻抗面，非常容易形成具有极强反射振幅的亮点。

2.1.2 高分辨率浅层地震法的技术特点

高分辨的浅层地震法拥有4大特点：①勘察深度浅到几十米，深达数千米，范围较大；②拥有分辨能力强、定深精度高的优点；③比电磁法要受电磁干扰要小，但是劳动强度要比电磁法大；④拥有成熟的数据资料处理解释手段，能够预测基岩构造裂隙的富水性和含水层的孔隙度。

2.2 核磁共振法

目前，核磁共振法（NMR）不仅应用于水文地质勘察工作，还应用于矿物质成分检测、测井和医疗等领域当中，涉及行业十分广泛。通过已有的国外研究资料，我们了解到核磁共振法开创了地球物理方法应用于地下水勘察的先例，并且在工程地质监测、地下水勘察、油田管道漏水和煤矿探测等领域由于十分广阔的发展前景。

2.2.1 核磁共振法找水的核心原理

该方法找水的核心原理主要体现在以下几方面：（1）地下水的氢核由于具有极其微弱的磁性而可以显示出核子的顺磁性，在恒定的地磁场的作用之下，产生宏观磁矩M；（2）在垂直于地磁场的方向施加一交变磁场脉冲，使质子在磁场当中进动的拉摩尔频率和交变磁场的频率相等，则交变磁场的脉冲宽度W和交变磁场振幅2T的乘积和下述关系一致：vTW=θ，其中，θ表示M和地磁场之间的夹角，通过对T或（W）进行调整，使θ=π/2，这种情况下，M将代替交变磁场脉冲垂直于地磁场的方向，而交变磁场脉冲停止，宏观磁矩M将绕地磁场作进动，从而在地面上产生最强的自由进动信号（FID）；（3）这个脉冲将把π/2称作脉冲，信号会在θ的取值发生改变的情况下减弱。通过调整改变脉冲参数，并且对自由进动信号进行全面记录，根据自由进动信号的振幅和弛豫时间，通过计算，我们就可以对地下不同深度处的渗透率、孔隙度和含水量等情况进行了解及掌握。

2.2.2 核磁共振法的技术特点

核磁共振法具有以下6大技术特点：①地下水的勘探深度较浅；②属于寻找淡水的直接找水法；③适合于西北等地表干燥的区域使用；④容易受到电磁噪声的干扰；⑤费用低廉；⑥信息量十分的丰富。

综上所述，激电法、放射性ɑ法、电测身法和瞬变电磁法是目前地下水勘察方面应用较广的地球物理方法，也出现了如高分辨率浅层地震法、核磁共振法之类的新技术。

参考文獻：

[1]严正.地球物理方法在地下水勘察中的应用[J].地质科学，2016（04）.