地球物理勘查方法在水文地质工程中的运用分析

2018-03-29

四川水泥 2018年1期

(四川省地质矿产勘查开发局一〇九地质队，四川成都 610000)

1 地球物理勘查概述

对地球物理场分布与变化采取间接的勘探的方法叫做地球物理勘查，又称为“物探”。此种勘探方法采用的是物理学原理与方法进行的勘探，主要探究地球本体、近地空间介质的结构、物质组成、演化等现象、规律和特点，可以应用于工程、环保、矿产等方面的勘探。可以说物探法的应用范围非常广泛。

由于物探技术会用在探究岩石的物理性质，如岩石的密度、电导率、磁导率、弹性、热导率等，不同的勘探要求采取不同的物探方法，这就出现了很多种物探方法，例如勘探地质体的展布形态和性质所用的是地质雷达法（GPR），用于勘探油气田的地下岩石和流体性质的地球物理测井法，还有自然电场法、激发极化法等。

物探法通常会根据三方面的依据今夏勘查，具体有含水量、岩层磁性、放射性与热辐射。岩层中是否含有地下水，就需要根据岩层中丰富的矿物质的导电性来进行判断，岩层矿物质的导电性对岩层的视电阻率值产生直接影响；岩层中的金属元素也是多种多样，数量有所不同，由此会使得各金属元素的磁性存在差异，当具有较多的金属元素的岩层，其磁性会更强；岩层中的富水岩层与贫水岩层之间会存在较大的放射性和热辐射强度差异，例如当贫水岩层的温度为 7℃～11℃时，那么贫水岩层的辐射温度要远比富水岩层的辐射温度高。

2 地球物理勘查方法的水文地质工程的应用

1）高密度电阻率法

岩石中的水的矿化度、孔隙度、颗粒结构、矿物成分等因素决定了岩石电阻率，当某层岩石中是否含水会极大地决其定电阻率的数值。高密度电阻率物探法是在剖面上放上所有的电极，与程控电极进行结合来转换开关，并要结合相关的微机工程电测仪，这就完成了对各种电极排列方式、电极距数据的采集，这是一种高效的自动化的对岩层中水分的数据采集过程。与常规电阻率法相比，该电阻率法的优势体现在:a仅需要一次就完成全部的电极布设，极大地提高了效率，还减少电机设置的故障以及其他干扰；b测量时可以选用不同的电极排列方式，这样有助于电断面信息得到全面有效的收集；c能够自动化或者半自动化地采集数据，促进了数据采集效率的提高，避免了人工数据信息采集错误；d通过地球物理反演方法，使得高密度电阻率成像技术转变为一、二、三维的成像，确保资料得到高精度的解释。

2）自然电场法

通过地下岩层在岩石氧化还原、地下水渗透扩散、岩石颗粒吸附等一系列作用下，岩层会产生自然电场，这正是地面物探法中的自然电场法的勘查依据。地下水电场能够在专业设备的监测下得到地下水的诸如埋深、位置、分布以及运动变化等信息。通常情况下，在勘查古河道的时候，就可以用到自然电场法，该法对于岩层中的含水破碎带的存在与否可以进行准确断定，同时还可以明确定位河床、水库、堤坝等的渗漏点，定位效果显著。

3）激发极化法

当供电极电流断开后，岩层与地下水的放电电场衰减时就会形成一定的特点和规律，此时结合电场的衰减度和衰减规律与特点，然后对地下水的存在与否进行分析判断。当电场衰减时，地下水放电电场在电位差的衰减过程中需要一段时间，其时间上的衰减变化程度是极化电场衰减速度的体现。根据岩层内的水分子存在较大的偶极距，而放电电场的衰减速度实际上很慢，最终形成了衰减度与衰减时数值之间的差距。勘探岩层的状态和分布位置时，通常都会用到激发极化测探法，该勘探法对于地下水或者溶洞含水带的存在与否能够做出准确判断，还能测算出地下水分布的深度。在实际探测过程中，激发极化测探法的极化电场数值往往很小，限制了该法在超过80m厚的岩层的水文地质的勘探，对于工业分布密集区域的水文地质的勘探也同样如此。

4）瞬变电磁法（TEM法）

该法是在不接地或者接地源中发送一次场到地下，而发送一次场的中间时间内，地质体的感应电磁场会不断变化，此时对感应电磁场变化的测量得出的数据，和二次场的衰减特征曲线相结合来判断各种深度的地质体的规模、分布以及电性特征。TEM法主要是观测纯二次场，从而将一次场中设备的耦合噪声进行了消除，对于实际的勘探策略具有很多优势，即较高的横向分辨率，较小的体积效应和可以进行较深范围的探测，且不容易会受到旁侧地质体的影响，对于勘查金矿、石油、煤炭、地热等都非常适用，最终的勘查效果非常好。

5）地质雷达法（GPR法）

GPR法是通过发射天线，为地下岩层发送特定的电磁波，而地下目标反射后，天线会接收到新的电磁波，然后对新的电磁波进行振幅、时频特点的分析，得出相应的结果，从而判断和评估地质体的展布形态与性质。雷达穿透深度直接受到电磁波频率的影响，由此雷达穿透深度不会有突破性的增加，然而会得到较高的0.05m 以下的分辨率。使用传统的地质雷达只能对几米以内的地质体目标进行探测，而使用技术先进的现代化的地质雷达，能够对100m深度的地质体进行探测，拓展了地质雷达的应用范围。

2.2 地球物理测井法

此测井法是现在对应位置钻孔，利用有关仪器测量出钻进中的电、声、热等信息，达到对地下岩石和流体性质的辨识，主要应用于油气田勘探和开发中。此外，测井法还能测量出水文地质工程中的多种参数，以此明确含水层，通过钻孔剖面来区别地下岩性的分层。此法还结合了钻探取芯、水文地质勘查方式，将工程区域的地下含水层、岩溶发育带的有关信息进行推测，确定各种地质参数。和地面物探法相比，在没有钻进取芯的测井法对于水文地质的勘查精度会更高、更有效。