物探找水方法綜述

  摘 要:現行的物探找水方法都是通過(guò)勘查含水構造和層位來(lái)間接找水,不具備解決何處有水、有多少水等一些與地下水緊密相關(guān)的 基本問(wèn)題的能力。目前,已開(kāi)發(fā)出一種新的地球物理方法直接探測地下水,即利用核磁共振(NMR)技術(shù)探測地下水。它是 NMR技術(shù)應用的新領(lǐng)域,是目前唯一的直接找水的新方法。

 

  關(guān)鍵詞:核磁共振;瞬變電磁;含水層;地下水

 

  近年來(lái),隨著(zhù)工農業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展,需水量不斷增加,一些地方,特別是北方干旱半干旱地區,不僅工業(yè)生產(chǎn)、農業(yè)灌溉缺水,且有部分山區人畜用水十分困難。因此,在這些地區尋找地下水源,是解決缺水的重要環(huán)節。對發(fā)展農業(yè)、工業(yè)和城市供水以及各種基本建設項目有著(zhù)十分重要的意義。近 40a來(lái),地球物理技術(shù)在我國的地下水勘查中得到了比較多 的應用?，F將找水的主要方法綜述如下:

 

  1 方法綜述 物探找尋地下水的方法很多,主要包括激電法、視電阻率法、放射法、甚低頻法等。

 

  根據巖溶地區地質(zhì)體的地質(zhì)、物理特性,我們在巖溶地區地下水的物探應用中主要選用激電法、電測深法、放射性α法。

 

  激電法是利用激電二次場(chǎng)的大小與衰減快慢的不同推斷巖體的含水情況,其最大的優(yōu)點(diǎn)是受地形影響小,對巖溶裂隙水的水位埋深和相對富水帶反映都比較直觀(guān)。目前成功應用的激電參數較多,如表征巖石激發(fā)極化的極化率和充電率參數,表征巖石激發(fā)極化放電快慢的半衰時(shí)和衰減度參數,還有激發(fā)比和相對衰減時(shí)等綜合參數,這些參數的選取與不同地質(zhì)體和不同的儀器有關(guān),實(shí)驗表明,極化率(η)、半衰時(shí)(TH)、衰減度(D)對巖溶地下水勘查具有較好的效果。

 

  電測深法是研究垂向地質(zhì)構造的地球物理方法,該方法主要用于探測地層、巖性在垂直方向的電性變化,解決與深度有關(guān)的地質(zhì)問(wèn)題,可尋找位移穩定的含水層,確定其頂底板埋深。其中,五極縱軸測深方法在熱水資源勘探中具有廣闊的應用前景。地熱礦泉水,水溫高,水質(zhì)純,富含對人體有益的多種礦物質(zhì)。因水的熱量來(lái)自增溫地層,所以熱水層埋藏較深。在使用對稱(chēng)四極測深法確定熱水井位時(shí),具有野外施工受場(chǎng)地限制影響小,異常明顯,分層細等優(yōu)點(diǎn)。 放射性α法是利用地質(zhì)體的放射性特征,通過(guò)收集氡的α輻射體,并根據收集量值的大小,推斷地下構造及巖體的富水情況。

 

  現行的物探找水方法都是通過(guò)勘查含水構造和層位來(lái)間接找水,不具備解決何處有水、有多少水等一些與地下水緊密相關(guān)的基本問(wèn)題的能力。目前,已開(kāi)發(fā)出一種新的地球物理方法直接探測地下水,即利用核磁共振(NMR)技術(shù)探測地下水。它是NMR技術(shù)應用的新領(lǐng)域,是目前唯一的直接找水的新方法。近20a來(lái)在國內外得到了迅速發(fā)展,它是利用一定的方法使地下水中氫核形成宏觀(guān)的磁矩,這一宏觀(guān)磁矩在地磁場(chǎng)中產(chǎn)生旋進(jìn)運動(dòng),其進(jìn)動(dòng)頻率為氫核所特有。用線(xiàn)圈 (框)拾取宏觀(guān)磁矩進(jìn)動(dòng)產(chǎn)生的電磁訊號,即可探測地下水的 存在。因為NMR訊號的幅值與所研究空間內的水含量成正比(結合水和吸附水除外),因此,構成一種直接找水技術(shù),形成了一種新的找水方法。與傳統的地球物理勘測地下水的方法相比具有高分辨力、高效率、信息量豐富和解唯一性等優(yōu)點(diǎn)。這是一種很有發(fā)展前景的找水方法,特別是探測地下淡水時(shí)更顯示出新方法的優(yōu)越性。利用研制的核磁共振找水儀可以高效率地進(jìn)行區域水文地質(zhì)調查,確定找水遠景區,圈定地下水的三維空間內的分布,進(jìn)而可靠地選定水井位置等。

 

  瞬變電磁法(TEM)是利用不接地回線(xiàn)或接地電極向地下發(fā)送脈沖式一次電磁場(chǎng),用線(xiàn)圈或接地電極觀(guān)測由該脈沖電磁場(chǎng)感應的地下渦流而產(chǎn)生的二次電磁場(chǎng)的空間和時(shí)間分布,從而解決有關(guān)地質(zhì)問(wèn)題的時(shí)間域電磁法。利用TEM法在山區查找地下巖溶構造,進(jìn)而達到查找地下淺層巖溶水,該方法測試工作簡(jiǎn)單,工作效率較高,能夠快速、方便地解決問(wèn)題,不失為一種找水的好方法。另外,電磁法也可以應用于平臺,包括飛機和直升飛機。

 

  實(shí)際應用中,電磁法在揭示有關(guān)含水層結構及位置的同時(shí),也能測量磁場(chǎng)以便繪出地下水位置及顯著(zhù)的斷層和巖脈。新式的寬頻帶數字航空設備及處理系統能夠對大于200m深的含水層進(jìn)行迅速而廉價(jià)的探測。計算機解釋技術(shù)能夠作出深度和含水層的電導率圖。這種資料能夠直接幫助水文地質(zhì)學(xué)家識別并開(kāi)發(fā)地下水。 核磁共振方法是目前可用于直接探測淡水的唯一物探方法,而時(shí)間域電磁法(TDEM)則是探測地下咸水十分有效的方法,2種方法具有很強的互補性,若將這兩種方法結合起來(lái)使用,那將在評價(jià)地下含水層和地下水質(zhì)方面收到良好的效果。 電反射系數法雖然在實(shí)際得到了廣泛的應用,但其形成機制還未得到完善,現階段K法只適應于在地形較平坦的地區內使用。因此該方法還需得到不斷的改進(jìn)和完善,以更好地為生產(chǎn)服務(wù)。 激發(fā)極化法(簡(jiǎn)稱(chēng)IP法)無(wú)論從理論上還是方法技術(shù)上均有很大進(jìn)展,它除了被廣泛地用于金屬礦的普查、勘探外,還廣泛應用于尋找地下水。

 

  常規的直流電法勘探有以下缺點(diǎn):(1)地形起伏能產(chǎn)生假異常。(2)地表電阻率不均勻,使得視電阻率曲線(xiàn)復雜化,對曲線(xiàn)推斷解釋相當困難。 激發(fā)極化勘探能彌補直流電法勘探的缺點(diǎn),地形起伏不產(chǎn)生假異常;地表電阻率不均勻也不產(chǎn)生干擾;能充分利用激電場(chǎng)的時(shí)間(頻率)特性。由于該方法不受地形起伏和圍巖不均勻的影響,因此在山區找水中受到重視。 用地球物理方法在水文地質(zhì)方面尋找地下水已有多年,但直接探測含水層來(lái)說(shuō),電阻率法一直有效,但相對來(lái)說(shuō)較費時(shí),且費用昂貴。

 

  2 物探定井步驟

 

  2.1 宏觀(guān)控制

 

  在物探找水工作中地質(zhì)是基礎,物探是手段,二者能否結合是成敗的關(guān)鍵。

 

  2.1.1 進(jìn)行地質(zhì)調查掌握第一手資料,將收集到的地質(zhì)資料 整理分析后,判斷存在構造斷裂,則可利用r輻射儀、自然電場(chǎng)法作控制性物探后,以證實(shí)判斷的正確性,并確定構造斷裂 的位置、走向分布,異常帶的寬度,以及與地下水的關(guān)系。找構造斷裂帶是找水的先決條件,有水無(wú)水在構造,水多水少看巖性,只要能找到構造,從宏觀(guān)講就可能會(huì )找到水。

 

  2.1.2 根據已掌握的地質(zhì)情況考慮用什么方法,需要做多大 工作量。

 

  2.1.3 由已知到未知,參照已有資料分析解釋新定井的物探 曲線(xiàn)。

 

  2.2 物探工作

 

  2.2.1 利用四極(或三極)測深法、四極測深剖面法測量,了 解地層的垂向和橫向變化,確定是否有成井條件,經(jīng)過(guò)篩選,初選井位點(diǎn)。

 

  2.2.2 對初選的井位點(diǎn)采用激發(fā)極化五極縱軸測深法測量, 根據視電阻率曲線(xiàn)和二次場(chǎng)值曲線(xiàn),繪制機井分析柱狀圖,區分出含水破碎帶的埋深、厚度。

 

  2.3 對已知井測試和抽水 選擇與新定井地質(zhì)條件相似的井為已知井,并對已知井測試和抽水,使物探資料與已知井的資料掛起勾,求得參數 Qz、Sz、qz、Ps(或M)、PSAX(MAx值)。

 

  2.4 計算新定井的出水量 按照數學(xué)公式計算新定井的單位降深量Qx,經(jīng)過(guò)比較,將qx(或Qx)的大小作為頂井的重要標準。

 

  2.5 做好資料回收工作 經(jīng)物探定的井位,打成新井后,及時(shí)做好鉆孔的井型結構、抽水等資料的回收工作,然后將物探資料與實(shí)際鉆孔資料進(jìn)行比較分析,以檢驗物探資料的準確性,找出定井成功或失敗的原因,以指導今后的物探定井工作。

 

  3 結束語(yǔ) 應用物探方法尋找地下水是行之有效的,充分發(fā)揮各種物探手段本身的優(yōu)勢,合理應用,可以產(chǎn)生較好的效果,相信隨著(zhù)物探技術(shù)及其它方法的不斷發(fā)展,物探找水一定會(huì )有更加廣闊的發(fā)展前景。