肖 旸

（四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局109地質(zhì)隊(duì)，四川 成都 610100）

隨著工業(yè)化的發(fā)展，礦業(yè)的探采需求越來(lái)越大，礦山探采帶來(lái)了許多環(huán)境問(wèn)題，大量的探采活動(dòng)帶來(lái)了污染物的排放和堆積，而且?guī)?lái)了重金屬污染、土地退化、生物多樣性喪失和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等一系列廣泛的環(huán)境問(wèn)題。生態(tài)系統(tǒng)和景觀破壞嚴(yán)重威脅了人類(lèi)健康。地球物理勘探技術(shù)簡(jiǎn)稱(chēng)為物探技術(shù)，它的主要原理是根據(jù)地殼中各種巖、礦石間的物理性質(zhì)差異（如密度、磁性、電性、彈性、放射性差異等）為物質(zhì)基礎(chǔ)的，利用物理學(xué)的原理，通過(guò)觀測(cè)和研究因巖、礦體物理性質(zhì)差異而引起相應(yīng)的地球物理場(chǎng)（如重力場(chǎng)、地磁場(chǎng)、電場(chǎng)等）在空間上的局部變化（稱(chēng)為地球物理異常），就可以推斷地下地質(zhì)構(gòu)造或礦體的賦存狀況，達(dá)到地質(zhì)調(diào)查目的的一種應(yīng)用科學(xué)。礦業(yè)開(kāi)發(fā)和環(huán)境污染已成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的主要制約因素。

在我國(guó)，隨著環(huán)境污染的加劇，地下水的質(zhì)量正在惡化。地球物理探測(cè)技術(shù)以其低成本、高速度等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛地應(yīng)用，因此，本文介紹了地球物理方法在礦山水文地質(zhì)中的應(yīng)用。

1 礦山物理勘探的基本現(xiàn)狀

我國(guó)的地球物理勘探技術(shù)始于1920年[1]，此時(shí)中國(guó)地球物理學(xué)進(jìn)入快速發(fā)展階段，1950年，新中國(guó)地球物理勘探開(kāi)始利用磁電法在各個(gè)區(qū)域勘探鐵礦。1950年代和1970年代是地球物理勘探行業(yè)快速發(fā)展的階段[2]，地質(zhì)部門(mén)相繼成立了地球物理勘探隊(duì)伍。這一時(shí)期發(fā)現(xiàn)了大量的淺層礦山。這些礦山是第一批地方物探的試驗(yàn)點(diǎn)，基本覆蓋了全國(guó)。

1980年和1990年初期，第一次區(qū)域物探完成，物探逐漸轉(zhuǎn)向地表礦物的勘探。這一時(shí)期為我國(guó)地球物理勘探的黃金時(shí)代[3]，在改革開(kāi)放的初期階段，我國(guó)引進(jìn)了大量先進(jìn)的勘探設(shè)備。研究了物探的新方法和新技術(shù)，因此這一階段我國(guó)的礦山物理探采技術(shù)進(jìn)步飛快，這一時(shí)期也是地球物理勘探數(shù)據(jù)處理快速發(fā)展的階段。為實(shí)現(xiàn)飛躍，需要將現(xiàn)有的地球物理方法系統(tǒng)化和集成化。

1990年隨著我國(guó)改革的不斷深入，地質(zhì)勘探機(jī)構(gòu)開(kāi)始逐步向多元化、市場(chǎng)化轉(zhuǎn)型[4]，整個(gè)國(guó)內(nèi)的礦業(yè)市場(chǎng)停滯不前。然而，地球物理勘探工作顯示，這一時(shí)期發(fā)現(xiàn)了許多重要的礦床。自2003年以來(lái)，隨著全國(guó)礦業(yè)市場(chǎng)的回暖和國(guó)務(wù)院地質(zhì)工作會(huì)議的召開(kāi)，進(jìn)入了地質(zhì)勘查的春天，出現(xiàn)了多種新方法，物理勘探也發(fā)展的越來(lái)越好[5]。

2 地球物理勘探的應(yīng)用原理

經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)地球物理測(cè)井方法在礦山水文地質(zhì)勘查工作中發(fā)揮了重要作用。地球物理方法不僅可以準(zhǔn)確判斷礦井地下水水質(zhì)，還可以提供真實(shí)詳細(xì)的地層資料，使勘探人員充分了解地面水文條件的基本情況，促進(jìn)礦井有針對(duì)性、有效的開(kāi)發(fā)利用，因此分析了地球物理法勘探的基本應(yīng)用原理。

首先是明確含水層，確定含水層的具體位置、厚度等特征，要促進(jìn)水文地質(zhì)調(diào)查的順利開(kāi)展，需要進(jìn)行對(duì)比分析，主要采用的方法有：聲波測(cè)井法和油井流體電阻率測(cè)井法。

含水層的含水量可以在分析后確定，含水層的電阻率小于圍巖的電阻率，密度和孔隙度也更小，結(jié)合電阻率差異可以有效區(qū)分。確定含水量后需要測(cè)量地下水鹽度，測(cè)量地下水鹽度時(shí)一般采用自發(fā)電位記錄法。需要利用自然電位記錄曲線(xiàn)的非定常值，總結(jié)出地下水的電阻值。然后利用兩者之間的反比關(guān)系來(lái)確定地下水的礦化狀態(tài)。測(cè)量時(shí)需要注意地層阻力與地下水礦化程度之間的關(guān)系。除此之外，在地下水礦化測(cè)量的過(guò)程中，超聲曲線(xiàn)主要反映了裂縫的變化狀態(tài)，可以利用超聲曲線(xiàn)明確具體的裂縫層結(jié)構(gòu)。這種測(cè)量方法也稱(chēng)為伽馬測(cè)井。若求出自然伽馬曲線(xiàn)的幅值，則可結(jié)合曲線(xiàn)變化程度判斷水分含量。該曲線(xiàn)還可用于預(yù)測(cè)裂縫發(fā)育的狀態(tài)，裂紋越大，硬化程度越高。

在實(shí)際測(cè)量中，由于巖石的裂縫密度低，測(cè)得的電阻值小，聲時(shí)差大。據(jù)此可以確定，自然伽馬測(cè)井值越大，裂縫中含泥量越大。因此，該方法可測(cè)定巖石裂縫的含泥量。鉆井和巖石類(lèi)型分析可以判斷巖體阻抗和密度的差異，在實(shí)際勘探工作中，可以結(jié)合這種差異對(duì)不同類(lèi)型的巖石進(jìn)行準(zhǔn)確分段。通過(guò)鉆孔法，可以幫助勘探者進(jìn)一步明確鉆井剖面的具體情況，從而提高鉆井作業(yè)的效率，提高整體勘探作業(yè)質(zhì)量。另外，井溫圖可檢測(cè)礦山的水文地質(zhì)狀態(tài)，由于巖石的導(dǎo)熱系數(shù)比水體小，所以用井溫圖檢測(cè)時(shí)，巖石和水體都可以提供多種測(cè)溫曲線(xiàn)，幫助地下水勘探。

3 地球物理方法在礦山水文地質(zhì)中的應(yīng)用

3.1 激發(fā)極化判斷圍巖狀況

激發(fā)極化法主要利用礦體的激發(fā)極化反應(yīng)來(lái)進(jìn)行勘探，通過(guò)分析礦體的極化反應(yīng)頻率，記錄此時(shí)的頻率數(shù)據(jù)來(lái)分析此時(shí)礦山的地質(zhì)變化，該方法研究了電阻率隨頻率的變化，可以準(zhǔn)確反映圍巖的狀況和分布。同時(shí)打破空間限制，可同時(shí)測(cè)量各種參數(shù)。在實(shí)際水文地質(zhì)工程勘察過(guò)程中，可以將檢測(cè)效率提升到最高。

3.2 自然電場(chǎng)勘測(cè)水體深度

自然電場(chǎng)法是地球物理方法中的一種較為常見(jiàn)的方法，其主要利用了自然電場(chǎng)，記錄電場(chǎng)變化的范圍，從而得到礦山水文地質(zhì)信息，該方法起源較早，是一種古老的勘探方法。自然電場(chǎng)法將地下已經(jīng)吸水的礦物資源看成一個(gè)自然電場(chǎng)，通過(guò)減少地下水的滲透，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)礦產(chǎn)資源和巖石的吸水狀態(tài)，一旦狀態(tài)改變，其形成的電場(chǎng)范圍自然會(huì)改變，因此可以有效勘探地下水的深度和水流變化，該方法的原理圖如圖1所示。

圖1 自然電場(chǎng)法原理圖

由圖1可知，自然電場(chǎng)法不僅可用于地下水源勘探，還可用于古河流調(diào)查，被廣泛應(yīng)用于考古研究。它可以準(zhǔn)確推斷特定區(qū)域內(nèi)是否存在水資源，以及水資源隨時(shí)間的分布情況。

3.3 瞬變電磁勘探深部資源

瞬變電磁法主要是利用電磁場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)地質(zhì)勘探的，其操作的步驟簡(jiǎn)單，首先利用瞬變的電磁激發(fā)接地磁場(chǎng)，記錄磁場(chǎng)第一次接受間歇的時(shí)間，根據(jù)該間歇時(shí)間繪制出電磁曲線(xiàn)，從而進(jìn)行地質(zhì)勘探，檢測(cè)此時(shí)勘探地形的內(nèi)部是否存在礦產(chǎn)資源，除此之外，在記錄間歇時(shí)間時(shí)，如果繪制出的曲線(xiàn)呈衰減狀態(tài)，則此時(shí)地下水的分布可能較深，隨著時(shí)間的變化逐步繪制出穩(wěn)定的曲線(xiàn)圖，即可實(shí)現(xiàn)深層地質(zhì)的勘探，該方法廣泛應(yīng)用于水文地質(zhì)工程項(xiàng)目中的石油勘探、煤炭勘探、金屬勘探和地?zé)豳Y源勘探等各個(gè)領(lǐng)域，具有非常重要的勘探價(jià)值。

3.4 地面核磁共振勘探地面游離水

地面核磁共振法是地球物理方法的一種，可以用來(lái)勘探礦山中的水資源，也是目前世界上僅有的直接勘探水源的地球物理方法，地面核磁共振法主要利用了材料之間的核磁共振反應(yīng)，觀察勘探過(guò)程中的核磁共振變化從而勘探水源，該方法使用了一種勘探水儀來(lái)記錄核磁共振反應(yīng)的變化，一旦在勘探時(shí)發(fā)現(xiàn)了游離水，則勘探水儀可以立即將信號(hào)發(fā)送到勘探中心，實(shí)現(xiàn)水源的探測(cè)，但是，地面核磁共振法存在致命缺點(diǎn)，即無(wú)法探測(cè)到深部地下水，其照射范圍限制在150m以?xún)?nèi)，而且容易受到其他電磁噪聲的影響，影響勘探效率。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的逐步提高，對(duì)礦山水文地質(zhì)勘探的需求不斷增加。利用地球物理方法進(jìn)行探測(cè)，不僅可以有效提高勘探工程的整體效率和質(zhì)量，還可以大大降低勘探成本，在實(shí)際礦山水文地質(zhì)勘探工程中具有很大的適用性，地球物理要回答的問(wèn)題不能停留在物性資料的解釋上，而是要直接回答與水文地質(zhì)相關(guān)的問(wèn)題。但是現(xiàn)階段，地球物理探測(cè)技術(shù)仍存在不足，需要加強(qiáng)深入研究，進(jìn)一步提高地球物理勘探水平，提升勘探效果，為礦山水文地質(zhì)勘探工作的開(kāi)展提供有力的技術(shù)支撐，實(shí)現(xiàn)最大限度地開(kāi)采。