地球物理勘查方法在水文地質工程中的運用

王曉強

摘要：我國是一個水資源嚴重匱乏的國家，很多的城市和山區都是依靠長期過量抽取地下水維持日常所需，多數山區及西北地區因為缺水而影響了經濟的發展速度。 水資源短缺已成為制約社會發展和國民經濟的重要因素。水資源的需求與保障能力之間的矛盾日益突出，地下水的高精度、高效率勘查就成為水資源研究中首先要解決的課題。因此，水文地質的勘查技術的重要性日益突出，地球物理勘查方法已經深入應用到水文地質當中。因此，了解并熟悉地球物理勘查方法，對水文地質工程的建設和發展十分必要。本文將詳細分析研究地球物理勘查方法在水文地質中的應用情況。

關鍵詞：地球物理勘查方法；水文地質；應用

1、地球物理勘查方法的勘查依據

地球物理勘查方法在水文地質的應用當中，需要對地下巖層在物理上的差異性進行勘查與分析，正因為有這些差異性的存在，地球物理勘查方法可以有效的探明地下巖層的水文地質條件。在水文地質的實際應用當中，需要借助一系列的地球物理勘查測試儀器來監測地下巖層以及水體各方面的物理與特征變化，從而對地下巖層的巖性、結構以及巖層含水性能等多方面的變化進行分析與推測。在勘查的過程中主要的勘查依據主要有以下三方面：

第一、地下巖層含水量。地下巖層的水資源含有豐富的礦物質，存在一定的礦化度，并且有較好的導電性，能較大的影響地下巖石的視電阻率值。例如當測試儀器勘查到的是厚層石灰巖并且是無水的狀態，儀器上顯示的ps值往往高于500?·m，遠高于水地段。

第二、地下巖層的磁性。巖石之間由于含有不同種類和數量的金屬元素，在磁性方面會有較大的差別，例如絕大多數的巖漿巖含有豐富的金屬元素，然而擁有較強的磁性；反之，較多的沉積巖缺少金屬元素，導致其磁性較弱。因此，當磁性的測試儀器在這兩種巖石過渡時，儀器表會有明顯的磁力差異波動。

第三、地下巖層的放射性強度與熱輻射強度。對地下巖層之間不同類型的巖石，會有不同強度的放射性和熱輻射，特別在富水和貧水的巖石之間，會表現出較為明顯的差異性。一般來說，斷裂兩側貧水巖石地帶的輻射溫度要高于斷裂富水的巖石地帶，平均在7～11℃之間。

2、地球物理勘查方法在水文地質中的應用

地球物理勘查方法在水文地質的應用中使用的勘查方法主要分為兩類：一是地面物探方法；另一個是地球物理測井。運用地球物理勘查方法中的這兩種方法可以解決水文地質勘查絕大部分問題。

2.1地面物探方法

勘查地下水資源。大多數的物探方法是對地下巖石、裂隙與空洞的物理性質進行勘查，從而間接判斷出地下巖層是否存在含水層或富水帶。在水文地質的應用方面，較多應用在物理性質有明顯差異性，并能穩定、強烈顯示的，不易受到環境與人為因素干擾方面的地下巖石。地面物探方法在水文地質工程中常運用的有以下幾種方法。

（1）自然電場法。是指利用地下巖石或礦石的氧化還原、地下水滲透、擴散與巖石顆粒間的吸附等作用而形成的自然電場進行水文地質勘查的方法。因為天然存在的電場與地下水資源在巖層間隙、裂縫時的滲透以及離子運動、吸附等作用有關。所以，可在地面監測地下水的電場變化狀況，從而勘查出地下水的埋藏深度、位置分布以及運動狀態。這種方法有利于勘查古河道以及表面巖層是否存在含水破碎帶，從而推斷河床、水庫、及堤壩的滲漏位置和方向，判斷使用什么半徑的抽水鉆孔。

（2） 激發極化法。是通過分析斷開供電極的電流后所形成的地下巖石與水資源的放電電場衰減特點，從而勘查出地下水的一種方法。衰減度與衰減時可科學的推測是否存在地下水以及反映地下水放電電場的衰減特點。衰減時是指地下水放電電場的電位差下降到一定數值所用的時間。衰減度能體現出極化電場的衰減速度。由于地下巖層中存在水分子偶極矩增大的含水帶，并且普遍的地下水放電電場的衰減速度慢，會造成衰減度與衰減時的數值相差較大。日常中使用較多的是激發極化測深法，主要用于勘查地下巖層的巖層狀態與分布位置是否存在地下水或者較大的溶洞含水帶，從而推測地下水分布的深度。因為激發極化形成的極化電場值較小，所以不適用于巖層厚于80m和工業分布密集的區域。這種方法的缺點在于電源較重、工作效率低與成本高。

（3） 交變電磁場法。是通過監測巖層、礦物以及地下水的良導性、介電性以及導磁性在物理空間與時間分布特點上的差異性，從而勘查出隱藏的地質體與地下水。電磁法是近代最新研究出的一種物探方法。在生產的過程中，實際使用的方法主要有頻率測深法、甚低頻電磁法、地質雷達法等。甚低頻法能有效的確定巖石和地下水等物質的低阻體；地質雷達能有效并較高的分辨出巖石和地下水等物質的物理特征，如形狀、體積及其分布空間。

（4） 放射性探測法。放射性元素廣泛分布在巖石和水中，主要的放射性元素有鈾、鐳、氡、釷和鉀。自然界中的放射性元素在衰變的過程中會釋放出α、β、γ射線。水文地質勘查時，可借助核輻射探測儀器來監測這些射線的強度。必須指出的是，目前所探測的射線主要由氡元素放出的，是主要的勘查對象，其他元素放出的射線所起到的作用較小。放射性探測法對勘查基巖地下水十分適用。

2.2地球物理測井法

地球物理測井法可以有效的測定水文地質參數和確定含水層，是對鉆孔剖面的地下巖性分層，并結合鉆探取芯以及水文地質勘查資料進行深入分析，從而推測地下含水層、咸淡水的分界部位、巖溶發育帶以及測定水文地質參數等。物探測井在無芯鉆進或當鉆進取芯不足的情況，是必不可少的勘查方法。地球物理測井方法勘查水文地質的精度遠高于地面物探方法。在某些情況下，這種方法中的鉆孔對確定地下巖層的巖層分界部位與出水裂隙帶的準確性以及勘查精度會高于鉆探取芯。

3、結語

水文地質在對地下巖層的勘查過程中，地球物理勘查方法必不可少，其有利于科學的分析和推測地下巖層的水資源以及后期的總體規劃和建設。因此，我們必須要深入的了解地球物理勘查方法，并應用到水文地質的勘查當中。

參考文獻：

[1]呂英. 《物探方法在水文地質詳查中的應用》 [J].山西水利科技，2012

[2]崔建設.《水文地質物探方法研究》[J].華章，2012