地球物理方法在地下水探測中的應用探討

朱高群，雷善耿

中國地質大學（北京）地球物理與信息技術學院，北京 100083

1 地球物理方概述

目前可以用來實現對地下水勘測的地球物理方法有很多，其中主要包括的大類有：地面電法、電測井法、熱測井、磁法。同時這些勘測的方法也可以分為主動源法和被動源法。下面就具體的方式方法進行簡要的介紹：

1）地面電法

這是一類涉及范圍較為廣泛的勘測方法，按照被動源和主動源劃分，其被動源的方法有：（1）自然電場法，即勘測地下水流向即地下水域與地表水之間的補給關系、此生層的熱水范圍等；（2）聲頻大地電場法，主要勘測的是延性接觸帶和構造破碎帶的情況。

地面電法的主動源勘測形式還可以分為：電阻率法和激發極化法，激發極化法，主要使用在勘測巖溶發育分析，斷裂構造分析，劃分巖層分布等；而電阻率為機理的檢測方法還有兩種：（1）電測深法，這種方法可以劃分近水平位，確定含水層厚度、深度。勘測基巖埋深，查明基本構造、風化殼厚度等。圈定地下熱水的范圍，劃分咸水、淡水邊界等，應用廣泛，而且勘測準確，技術成熟；（2）電剖面法，這種方法在實際的應用中有，聯合剖面法、對稱四極剖面、中間梯度法，主要用于對斷裂破碎帶的勘測，基底起伏情況，探索古河道，探索各種高低阻傾斜地電體及其接觸表面，勘測巖溶發育地帶等；（3）高密度電阻率法，這種方法主要用于巖溶發育的勘測，斷裂構造及巖層的劃分等。

2）電測井法

電測井中的主動源法是電阻率測井法，這種方法可劃分鉆井剖面，確定巖質的電阻率參數，確定含水層的位置及淡水和咸水的分界等；被動源法是自然電位測井法，這種方法主要的勘測的是滲透層，并劃分咸淡水的邊界，估計地下水的電阻率等。

3）熱測井法

這種方法就是溫度測井，屬于被動源法。其功能是勘測熱水層，測定地層溫度的梯度，確定井內的水位等。

4）磁法

這種方法也是一種被動源法，即地面磁測。主要是對磁場的研究，尋找具有磁性差異的地質結構，勘測圈定賦水花崗巖風化的情況和裂隙斷裂帶情況等。

2 地球物理方法在地下水勘測中的應用

綜合的看，多種地球物理的勘測方式有其特有的應用范圍和局限性，利用其中一種是不能完全達到勘測地下水的目的的，因此在實踐中應當利用各種技術措施的組合和優化對地下水進行準確的勘測。下面就幾種地下水分布情況的勘測進行研究和分析。

2.1 空隙水的勘測

淺層的孔隙水的勘測技術目前已經達到了成熟階段，通常情況下采用電測法和激電測方法，通過電阻率的參數值測定來反映含水層的結構。但是在特殊干燥的地方，如沙漠地區，常規的電阻率法應用起來難度交大，電極接地電阻大、供電困難等都會局限勘測。因此采用瞬變電磁法進行勘測是較為理想的。一些淺部高度礦化的地質結構，其電阻率往往過低，因此電流大，測量的電壓信號也就小，降低了勘測的精度，因此可采用大地電磁法進行探測，輸入的信號阻抗較高，可以消除電阻率低而造成的觀測精度下降的情況。同時一些地區因為地形環境惡劣，不利于實地工作的開展，這時可以利用物探和地面磁共振相結合的方式來獲取含水層的資料。

2.2 裂隙層地下水的勘測

勘測中，淺層的裂隙水包括了構造裂隙、碎屑巖的孔隙裂隙水。構造裂隙水主要是指山區的基巖裂隙水和淺層的風化裂隙水。對山區基巖的裂隙水來說，因為地形的影響，施工難度很大，應考慮首選高精度的時變重力資料和遙感技術來進行實際的勘測，然后利用激電法或者瞬變電磁法等受地形影響小的方法進行勘測；如不能采用重力資料和遙感技術時，應選擇采用電剖面法、可控制音頻大地電磁法等來探明裂隙的特征，然后利用地段了解構造帶下方的空間發展特性和富水性；當地質背景、地面條件相對簡單的時候采用激電法勘測，通過電阻率參數就可以對構造帶的巖性結構變化和激化參數，以此確定富水層；而地質條件復雜時可以采用大地電磁測深法，對整個的構造和裂隙發育進行評價，然后用核磁共振來確定內部的含水段和富水層分布。

對淺層風化裂隙水，則采用的是高密度電阻立方和探底雷達技術勘測風化殼厚度、埋深，然后結合激電法和核磁共振來判斷富水層。而淺層碎屑巖孔隙裂隙水的探測則與淺層的孔隙水相似，通常利用電測深、大地電磁測深、瞬變電磁、α卡放射性等技術進行勘測。對于地質條件復雜的情況，在物理探測的技術上對重點的區域可采用地面核磁共振技術來輔助確定含水層的埋深、厚度、給水參數等。

當遇到含水層深度超過100m的時候，多種物理探測的方法都不能獲得較好的探測結果，這時可以采用地震勘探的方式，對巖性構造進行全面的分析，然后再與探測深度較大且低阻目標反應靈敏的瞬變電磁法結合，就可以獲得較為準確的深層低阻裂隙水的基本參數。

2.3 巖溶水勘測

同樣從淺層的巖溶水進行討論，這種巖溶水主要集中在西南地區，由于巖溶地區的地表水和地下水之間頻繁的轉換，地下水的空間分布極為不均勻，且情況復雜。物探勘測的屬于目的是為探明巖溶的地質結構特征，但是受到規模和深度的限制，物探的方法實施難度較大。在埋深小于100m的情況下，采用核磁共振的方法較為有效，同時也可以采用可控制的原音頻大地電磁法，瞬變電磁法，或者高密度電阻法等對其空間位置進行確定，有時也可用地球物理中的測井技術獲得地下水的信息。當巖溶水的深度大于100m的時候，應利用瞬變電磁法和淺層的地震勘測技術進行探測。

3 結論

地下水的勘測受到地質和地形因素的影響較大，在不同的環境下采用不同的探測方法其效果也不盡相同。目前，對地下水的勘測趨向于多種方法向結合的綜合勘測模式，這種方法在結合相應的評估和推定方式就會獲得較為準確的地下水分布信息，為實際應用提供幫助。

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