物探方法在水文與環(huán)境地質(zhì)領(lǐng)域的應用簡(jiǎn)述

  摘要：本文簡(jiǎn)述了地球物理探測方法在現代水文工程地質(zhì)環(huán)境領(lǐng)域的應用。進(jìn)而, 簡(jiǎn)略介紹了水文與環(huán)境物探常用方法解釋地質(zhì)問(wèn)題的能力及工作步驟。

 

  關(guān)鍵詞：物探方法 水文與環(huán)境地質(zhì) 應用簡(jiǎn)述工作步驟

 

  當代地球科學(xué)已從學(xué)科高度分化為主體轉向學(xué)科間大跨度交叉滲透的綜合化、整體化。地球物理與水文、工程、環(huán)境學(xué)的交叉滲透分別形成了水文地球物理、工程地球物理、環(huán)境地球物理等。地球物理學(xué)與水文、工程、環(huán)境學(xué)的交叉滲透是地球物理學(xué)與現代地球科學(xué)的一小部分學(xué)科的交叉, 并形成相應的交叉科學(xué)。這樣一來(lái), 發(fā)展了水文、工程、環(huán)境學(xué)科, 同時(shí)也拓寬了地球物理學(xué)。地球物理學(xué)是研究地球科學(xué)的“千里眼”和“探針”。

 

  水文與環(huán)境地球物理勘探主要用于確定人類(lèi)活動(dòng)頻繁區域的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件和地下水污染空間分布特征調查。地面物探工作布置根據待查的水文地質(zhì)條件而定，重點(diǎn)布置在地面調查難以判斷而又需要解決問(wèn)題的地段，鉆探困難或僅需初步探測的地段。其探測深度應大于鉆探深度。  根據其所研究地球物理場(chǎng)的不同，物探方法通?？煞譃橐韵聨状箢?lèi)：

 

  (1)以介質(zhì)彈性差異為基礎，研究波場(chǎng)變化規律的地震勘探和聲波探測；

 

  (2)以介質(zhì)電性差異為基礎，研究天然或人工電場(chǎng)(或電磁場(chǎng))的變化規律的電法勘探；

 

  (3)以介質(zhì)密度差異為基礎，研究重力場(chǎng)變化規律的重力勘探；

 

  （4）以介質(zhì)磁性差異為基礎，研究地磁場(chǎng)變化規律的磁法勘探；

 

  (5)以介質(zhì)中放射性元素種類(lèi)及含量差異為基礎，研究輻射場(chǎng)變化特征的核地球物理勘探；

 

  (6)以地下熱能分布和介質(zhì)導熱性為基礎，研究地溫場(chǎng)變化的地熱勘探等。

 

  在水文地質(zhì)方面所用的物探方法有：地震，電法，重力勘探和磁法，電磁法，放射性，地溫測量的方法。以下分別進(jìn)行介紹：

 

  1、 地震

 

  折射波法和反射波法仍是主要方法，淺層橫波反射法等高分辨率方法受到人們重視；為提高分辨率，并能在現場(chǎng)及時(shí)提交成果，近年來(lái)又出現了陸上極小偏移距高寬頻反射連續剖面法(陸地聲納)；在港口碼頭、橋位、海底和江底堆積層及淤積等的探查方面，淺地層剖面法等電聲方法發(fā)揮了作用；聲波法在巖體探查、巖土物理力學(xué)參數測定等方面得到廣泛應用；面波勘探，鉆孔透射CT，跨孔法也是有特效和前景的方法。其中穩態(tài)和瞬態(tài)法面波勘探，利用瑞雷波的頻散以及面波波長(cháng)與深度相關(guān)的特點(diǎn)，在淺層勘探和洞穴探查方面的實(shí)踐中效果良好，正受到人們的青睞；利用天然微震，測量場(chǎng)地地基振動(dòng)頻譜及卓越周期，也是建筑工程勘察的內容之一。地震勘探在水文地質(zhì)勘查中主要通過(guò)地震了解地層構造情況來(lái)查明地熱、地下水等。

 

  2、 電法

 

  當地質(zhì)單元含有地下水后, 其電導率與含水飽和度、礦化度、地層孔隙度、滲透率等諸多因素相關(guān)。通常, 含水層相對隔水層或低飽和地層呈現明顯的高導電性, 因此電導率異常是地下水地球物理電法勘探的主要依據。

 

  除了傳統的電測深、電剖面法外，近年來(lái)，高密度電法從理論到應用都有很好的進(jìn)展，高密度電法實(shí)際上是集中了電剖面法和電測深法,它采用在剖面或面積上布置小間距的多個(gè)電極并進(jìn)行快速的采集，通過(guò)資料整理，可變換成多種裝置形式，并作剖面上不同深度或平面成圖，提高了分辨率，某些新的裝置形式增大了它的探查能力，如用于探查溶洞洞穴頂底深度的五級縱軸測深法、可探測幾十米深度內的幾十厘米厚薄層的微分電測深法等；滲透電場(chǎng)法在探查水庫、水壩漏水及地下水流向方面效果良好。

 

  在探查地下水方面，激發(fā)極化法是有特效的方法，目前多用時(shí)間域法，并利用不同性質(zhì)含水層在不同大小的激發(fā)電流時(shí)有不同的激發(fā)極化能力的特點(diǎn)，發(fā)展出二次時(shí)差法，頻率域的方法在探查地下水方面也有好的實(shí)例，如雙頻或多頻激發(fā)極化法展現了好的前景。

 

  在水文電法勘探中，高密度電法和激發(fā)激化法是最有效的方法之一?？紤]到高密度電法分辨率不高，如果將激發(fā)極化法和高密度電法結合起來(lái)尋找地下水資源, 效果會(huì )較好。

 

  3、 重力勘探和磁法

 

  重力勘探在水、工、環(huán)地質(zhì)調查中的作用，主要是用來(lái)配合解決有關(guān)地質(zhì)構造問(wèn)題，如斷層，基巖起伏和隱伏構造等。有時(shí)也可用來(lái)直接解決某些水文、工程地質(zhì)問(wèn)題，如探測溶洞、空洞、儲熱層、地面塌陷等。  磁法勘探是利用地殼內各種巖（礦）石間的磁性差異所引起的磁場(chǎng)變化（磁異常）來(lái)尋找有用礦產(chǎn)資源和查明地下地質(zhì)構造的一種物探方法。過(guò)去磁法勘探多用來(lái)研究大地構造和尋找磁性礦體。隨著(zhù)工農業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要，今年來(lái)磁法勘探在水、工、環(huán)領(lǐng)域應用越來(lái)越廣泛。比如在探測地下熱源、含水破碎帶、地下管線(xiàn)等方面均取得了良好的效果。

 

  4、電磁法

 

  電磁法除較早使用的甚低頻法、音頻大地電場(chǎng)法、頻率測深和多頻地面電磁法外，瞬變電磁法開(kāi)始嶄露頭角。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。利用鉆孔無(wú)線(xiàn)電波透視做孔間巖體的視吸收系數剖面進(jìn)行巖溶探查，是使用較廣的有效方法。近年來(lái)，探地雷達愈益引起人們的關(guān)注，它不僅具有很強的抗干擾性、極高的采樣率，而且由于數據處理技術(shù)的高度開(kāi)發(fā)，其探測成果已具有嶄新的高精度表現能力，它在淺層探查巖溶方面的前景被看好。此外地下管網(wǎng)探查的許多儀器和方法，也是以電磁法為基礎的。

 

  5、 放射性

 

  在地質(zhì)勘查中，g測量、a卡法、a杯法、氡氣測量等是地質(zhì)填圖、查找斷裂構造的常用方法；用于對g量子和熱中子的吸收或散射，反映了物質(zhì)的質(zhì)量和含水量、含氫量，因此是工程質(zhì)量檢測的好方法之一，在混凝土質(zhì)量無(wú)損檢測、填土碾壓質(zhì)量檢測、瀝青路面質(zhì)量檢測等方面得到廣泛應用；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。

 

  6、地溫測量

 

  在大面積地熱調查中，可以用紅外掃描方法來(lái)圈定地熱異常的范圍。但區域的或局部的地熱調查通常都要在鉆孔或淺孔中進(jìn)行。此法可以圈定地熱異常區，并大致推斷地下水的分布范圍。

 

  從上面的介紹可以看出，各種物探方法在水文與環(huán)境調查中應用十分廣泛，水文與環(huán)境物探常用方法及解釋地質(zhì)問(wèn)題能力如下圖1所示  在水文與環(huán)境勘查中，地質(zhì)是基礎,物探是手段,二者能否結合是成敗的關(guān)鍵。工作步驟為：首先要進(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,根據已掌握的地質(zhì)情況考慮用什么物探方法,需要做多大工作量。進(jìn)行物探工作時(shí)要充分研究第一手資料并結合各種信息進(jìn)行分析。最后將物探資料與后期實(shí)際鉆孔資料等進(jìn)行比較分析,以檢驗物探資料的準確性,找出成功或失敗的原因,以指導今后的物探工作。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)生更好的效果。

 

  可以預料，隨著(zhù)經(jīng)濟建設和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，物探工作應用的廣度和深度必將進(jìn)一步的擴大和加強，并將得到更加廣泛的應用。