任純瑋

（廣西水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì) 廣西柳州 545006）

小議地下水中地球物理勘察技術(shù)的應(yīng)用

任純瑋

（廣西水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì) 廣西柳州 545006）

地球物理勘察技術(shù)應(yīng)用對于地下水勘探工作有著十分重要的意義。通過有效的物探技術(shù)能夠準(zhǔn)確尋找地下水源，甚至能夠有效分析水質(zhì)情況，提高人們對地下水的綜合管控能力。本文就高密度電法、核磁共振法、低頻法以及天然電場選頻法在地下水勘探中應(yīng)用進(jìn)行了分析，也就勘探技術(shù)的未來發(fā)展做了展望。

地下水；地球物理勘察；核磁共振法；天然電場選頻法

引言

在如今的地下水勘察尋找的工作中已經(jīng)大量的使用地球物理勘察技術(shù)，并且由于地球物理勘查技術(shù)的應(yīng)用有效提高了地下水勘察的準(zhǔn)確性；不僅能夠準(zhǔn)確的對含水層隔水層進(jìn)行劃分，還能夠有效的對地下構(gòu)造和水質(zhì)情況進(jìn)行判別和分析，尋找地下水的走向并有效作用于地下水利用中，其對地下水合理開發(fā)和應(yīng)用起著至關(guān)重要的作用。并且隨著地球物理勘查技術(shù)的發(fā)展，如今使用的手段越來越有效，設(shè)備精度和效能越來越高，發(fā)展速度也較快。高密度電法、核磁共振法、低頻法以及天然電場選頻法都是地下水勘探過程中最為常用的幾種物探方法，針對不同地區(qū)和實(shí)際勘探情況的不同可以選擇合適方法，從而有效提高勘察水平。

1 合理選擇地球物理模型

地球物理勘探技術(shù)的應(yīng)用離不開物理模型的建立，通過對物理勘察技術(shù)資料的推理總結(jié)，從而確定觀測數(shù)據(jù)與模型之間存在的函數(shù)關(guān)系，就能夠把實(shí)際勘察過程中得到的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)放到模型中去進(jìn)行反演解釋，從而得到科學(xué)合理的勘查結(jié)果，為后續(xù)工作打好基礎(chǔ)。不同的地球物理勘察技術(shù)根據(jù)其不同的技術(shù)特點(diǎn)，需要選擇不同的物理模型進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析計(jì)算，而模型的選擇建立是準(zhǔn)確處理勘察資料，綜合解釋勘查結(jié)果的前提。

2 地下水中常用物探技術(shù)的應(yīng)用和對比分析

2.1 高密度電法

高密度電法是在原有的電測深法和聯(lián)合剖面法找水的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，其也被稱作是“直流高密度電阻率法”，一般在野外進(jìn)行測量時(shí)一般在待測地域進(jìn)行電極陣列，把全部的電極置于測點(diǎn)上，然后利用程控電極轉(zhuǎn)換開關(guān)和微機(jī)工程電測儀就能夠開展探測和數(shù)據(jù)采集。一般來說電極的間距和電極數(shù)量需要根據(jù)場地的地層厚度進(jìn)行選擇，電極間隔也需要根據(jù)設(shè)備不同進(jìn)行選擇。使用設(shè)備時(shí)必須要考慮測量深度和設(shè)備允許的最大間隔系數(shù)，在設(shè)備允許的工作性能范圍內(nèi)工作。其工作原理示意圖如圖1所示。

圖1 高密度電法野外勘測示意圖

高密度電法的應(yīng)用有效提高了地下水勘探的準(zhǔn)確性，其使用有這樣一些優(yōu)點(diǎn)：①高密度電法使用過程中所有的電極都一次性的布置完成從而減少了電極受到干擾的可能性；②高密度電法作為一種野外半自動或全自動測量方法，數(shù)據(jù)采集效率高且有效避免了人工手工操作可能導(dǎo)致的誤差，同時(shí)測量的深度能夠達(dá)到300～600m；③如今的高密度電法可以直接結(jié)合三維成像技術(shù)確保地電資料解釋的準(zhǔn)確性和直觀性。但是高密度電法使用必須依賴外部電源，高密度的電極布置雖然豐富了地電信息但也給資料分析造成了新的難度。例如圖2宜州市懷遠(yuǎn)鎮(zhèn)拉外村坡羅屯高密度電法的應(yīng)用案例。

圖2 宜州市懷遠(yuǎn)鎮(zhèn)拉外村坡羅屯高密度電法視電阻率等值線圖

在物探點(diǎn)號137.5/WT2處，進(jìn)行鉆探施工驗(yàn)證，打中巖溶含水層，經(jīng)抽水試驗(yàn)，靜、動水位分別為6.16m、8.06m，日涌水量達(dá)163.68t，成井安泵抽水可以解決285人的人畜飲水問題。充分證明適合找淺層地下水，相比其他方法準(zhǔn)確率較高，是目前找水打井主要的物探方法，但需要場地較寬，適合在野外工作；在城市中進(jìn)行物探找水易受場地限制。

2.2 核磁共振法

在如今的地下水勘探過程中核磁共振技術(shù)也是應(yīng)用最為直接廣泛的一種先進(jìn)物探技術(shù)，其原理如圖3所示。

也就是通過核磁共振技術(shù)進(jìn)行地下探測時(shí)，只要有水就會出現(xiàn)核磁共振技信號，并且信號強(qiáng)弱或衰減快慢直接與水中質(zhì)子的數(shù)量有關(guān)，即核磁共振信號的幅值與所探測空間內(nèi)自由水含量成正比。因此能夠快速準(zhǔn)確的判斷地下水源位置且有效的找水。而核磁共振方法能夠探測出含水層的孔隙度、滲透率、含水率、埋深、厚度等眾多參數(shù)，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的找水。但是核磁共振法也存在不足，在實(shí)際應(yīng)用過程中需要的設(shè)備相對復(fù)雜，而且進(jìn)行地下水資料分析時(shí)還需要計(jì)算機(jī)設(shè)備語氣建立分析系統(tǒng)，成本相對較高。圖4為廣西南寧市邕寧水利樞紐工程中的核磁共振技術(shù)應(yīng)用。

圖3 核磁共振法工作原理示意圖

圖4 核磁共振應(yīng)用示意圖

2.3 低頻法

低頻法也被稱作是“甚低頻法”，其工作原理就是通過長波電臺發(fā)射電磁渡作為場源，通過對甚低頻各種參數(shù)和畸度的測量就能夠獲得地下良導(dǎo)體的情況，從而對地下水情況進(jìn)行判斷。低頻法能夠地下的含水構(gòu)造帶和隱伏構(gòu)造進(jìn)行準(zhǔn)確的測量。低頻法在實(shí)際勘測過程中能夠體現(xiàn)出良好的實(shí)用性，因?yàn)樽鳛樽詈唵蔚囊环N電磁方法并不需要自己建立場源，勘測的成本較低，并且有著良好的經(jīng)濟(jì)性，設(shè)備輕便成本相對低廉，能夠在固體礦產(chǎn)、巖溶、地下暗河、斷層、含水破碎帶的勘測尋找中都起到良好作用。圖5為廣西榮譽(yù)軍人康復(fù)醫(yī)院地下水源熱泵系統(tǒng)工程項(xiàng)目中甚低頻電磁法的應(yīng)用。

圖5 甚低頻電磁法Ex曲線圖

物探點(diǎn)號在25m和60m位置同步低值，異常帶寬且深，推斷為巖溶發(fā)育。

2.4 天然電場選頻法

天然電場選頻發(fā)主要就是通過直接利用大地的電磁場及交變電電磁場作為場源，通過對測量電磁場在地面產(chǎn)生的電場變化特征來對地下電斷面的電性差異進(jìn)行測量，有效的對地下水情況進(jìn)行分析，有著極高的準(zhǔn)確性，如今的使用也越來越廣泛。天然電場選頻法使用設(shè)備體積小，設(shè)備的使用簡單且高效，投資小而不會收到場地的限制和干擾。但是作為最新型的技術(shù)之一，其也存在著對深度探測進(jìn)步不足且場源不穩(wěn)定的不足，未來還需要在實(shí)際應(yīng)用中加以改進(jìn)，提高其適用性。圖6為廣西榮譽(yù)軍人康復(fù)醫(yī)院地下水源熱泵系統(tǒng)工程項(xiàng)目中天然電場選頻法的應(yīng)用。

物探點(diǎn)號6～8段和10～12段均為低阻異常段，6～8段中25Hz和67Hz異常曲線呈“V”形低值含水裂隙帶異常，但170Hz異常不明顯；10～12段中25Hz、67Hz和170Hz異常曲線均呈“V”形物探低阻異常。物探解釋與鉆探結(jié)果吻合，地質(zhì)選取QJ2作為施工抽水井，經(jīng)實(shí)測抽水試驗(yàn)，滿足成井要求。

圖6 天然電場選頻法△VS″曲線圖

3 有關(guān)未來地下水勘探的展望

未來地下水勘察過程中必然會應(yīng)用更加先進(jìn)的地球物理勘查技術(shù)，技術(shù)在革新，但是數(shù)據(jù)處理分析和管理工作也應(yīng)該成為未來地下水勘測工作的重點(diǎn)。建立物探數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，對不同勘探實(shí)驗(yàn)都應(yīng)該進(jìn)行總結(jié)分析，國家應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對地球物理勘察的管控，利用好勘察結(jié)果為公共事業(yè)服務(wù)。尤其是在地下水勘察工作中，物探技術(shù)并不能夠簡單局限于“找水”的應(yīng)用，還必須要加強(qiáng)物探技術(shù)在地下水水質(zhì)分析，地下水污染，地下水變化等著眾多方面的應(yīng)用；充分發(fā)揮地球物理勘探技術(shù)在地下水勘察工作中的效能，取長補(bǔ)短綜合利用不同的勘察技術(shù)，從而提高我國地下水勘察工作的整體水平。

4 結(jié)束語

地下水勘察工作對于水資源利用和保護(hù)，環(huán)境資源保護(hù)，甚至是國家發(fā)展戰(zhàn)略都有著重要的意義。而先進(jìn)的地球物理勘察技術(shù)是地下水勘察工作的基礎(chǔ)，充分了解物探技術(shù)的工作原理，性能優(yōu)劣對于技術(shù)的合理應(yīng)用也起著至關(guān)重要的作用。未來還必須要不斷對地下水勘探中物探技術(shù)實(shí)踐的研究，更好的利用這些技術(shù)。

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A

1004-7344（2016）03-0170-02

2016-1-10

任純瑋（1987-），男，遼寧鐵嶺人，助理工程師，本科，主要從事工程物探方便的工作。