摘 要:現(xiàn)行的物探找水方法都是通過勘查含水構(gòu)造和層位來間接找水,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 基本問題的能力。目前,已開發(fā)出一種新的地球物理方法直接探測(cè)地下水,即利用核磁共振(NMR)技術(shù)探測(cè)地下水。它是 NMR技術(shù)應(yīng)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,隨著工農(nóng)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(qū),不僅工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)灌溉缺水,且有部分山區(qū)人畜用水十分困難。因此,在這些地區(qū)尋找地下水源,是解決缺水的重要環(huán)節(jié)。對(duì)發(fā)展農(nóng)業(yè)、工業(yè)和城市供水以及各種基本建設(shè)項(xiàng)目有著十分重要的意義。近 40a來,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(yīng)用。現(xiàn)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(jù)巖溶地區(qū)地質(zhì)體的地質(zhì)、物理特性,我們?cè)趲r溶地區(qū)地下水的物探應(yīng)用中主要選用激電法、電測(cè)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(duì)巖溶裂隙水的水位埋深和相對(duì)富水帶反映都比較直觀。目前成功應(yīng)用的激電參數(shù)較多,如表征巖石激發(fā)極化的極化率和充電率參數(shù),表征巖石激發(fā)極化放電快慢的半衰時(shí)和衰減度參數(shù),還有激發(fā)比和相對(duì)衰減時(shí)等綜合參數(shù),這些參數(shù)的選取與不同地質(zhì)體和不同的儀器有關(guān),實(shí)驗(yàn)表明,極化率(η)、半衰時(shí)(TH)、衰減度(D)對(duì)巖溶地下水勘查具有較好的效果。

 

  電測(cè)深法是研究垂向地質(zhì)構(gòu)造的地球物理方法,該方法主要用于探測(cè)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)問題,可尋找位移穩(wěn)定的含水層,確定其頂?shù)装迓裆睢Ｆ渲?五極縱軸測(cè)深方法在熱水資源勘探中具有廣闊的應(yīng)用前景。地?zé)?/a>礦泉水,水溫高,水質(zhì)純,富含對(duì)人體有益的多種礦物質(zhì)。因水的熱量來自增溫地層,所以熱水層埋藏較深。在使用對(duì)稱四極測(cè)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(xì)等優(yōu)點(diǎn)。 放射性α法是利用地質(zhì)體的放射性特征,通過收集氡的α輻射體,并根據(jù)收集量值的大小,推斷地下構(gòu)造及巖體的富水情況。

 

  現(xiàn)行的物探找水方法都是通過勘查含水構(gòu)造和層位來間接找水,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)的基本問題的能力。目前,已開發(fā)出一種新的地球物理方法直接探測(cè)地下水,即利用核磁共振(NMR)技術(shù)探測(cè)地下水。它是NMR技術(shù)應(yīng)用的新領(lǐng)域,是目前唯一的直接找水的新方法。近20a來在國內(nèi)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的磁矩,這一宏觀磁矩在地磁場(chǎng)中產(chǎn)生旋進(jìn)運(yùn)動(dòng),其進(jìn)動(dòng)頻率為氫核所特有。用線圈 (框)拾取宏觀磁矩進(jìn)動(dòng)產(chǎn)生的電磁訊號(hào),即可探測(cè)地下水的 存在。因?yàn)镹MR訊號(hào)的幅值與所研究空間內(nèi)的水含量成正比(結(jié)合水和吸附水除外),因此,構(gòu)成一種直接找水技術(shù),形成了一種新的找水方法。與傳統(tǒng)的地球物理勘測(cè)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(cè)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(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查,確定找水遠(yuǎn)景區(qū),圈定地下水的三維空間內(nèi)的分布,進(jìn)而可靠地選定水井位置等。

 

  瞬變電磁法(TEM)是利用不接地回線或接地電極向地下發(fā)送脈沖式一次電磁場(chǎng),用線圈或接地電極觀測(cè)由該脈沖電磁場(chǎng)感應(yīng)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)問題的時(shí)間域電磁法。利用TEM法在山區(qū)查找地下巖溶構(gòu)造,進(jìn)而達(dá)到查找地下淺層巖溶水,該方法測(cè)試工作簡(jiǎn)單,工作效率較高,能夠快速、方便地解決問題,不失為一種找水的好方法。另外,電磁法也可以應(yīng)用于平臺(tái),包括飛機(jī)和直升飛機(jī)。

 

  實(shí)際應(yīng)用中,電磁法在揭示有關(guān)含水層結(jié)構(gòu)及位置的同時(shí),也能測(cè)量磁場(chǎng)以便繪出地下水位置及顯著的斷層和巖脈。新式的寬頻帶數(shù)字航空設(shè)備及處理系統(tǒng)能夠?qū)Υ笥?00m深的含水層進(jìn)行迅速而廉價(jià)的探測(cè)。計(jì)算機(jī)解釋技術(shù)能夠作出深度和含水層的電導(dǎo)率圖。這種資料能夠直接幫助水文地質(zhì)學(xué)家識(shí)別并開發(fā)地下水。 核磁共振方法是目前可用于直接探測(cè)淡水的唯一物探方法,而時(shí)間域電磁法(TDEM)則是探測(cè)地下咸水十分有效的方法,2種方法具有很強(qiáng)的互補(bǔ)性,若將這兩種方法結(jié)合起來使用,那將在評(píng)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(shù)法雖然在實(shí)際得到了廣泛的應(yīng)用,但其形成機(jī)制還未得到完善,現(xiàn)階段K法只適應(yīng)于在地形較平坦的地區(qū)內(nèi)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IP法)無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(yīng)用于尋找地下水。

 

  常規(guī)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,使得視電阻率曲線復(fù)雜化,對(duì)曲線推斷解釋相當(dāng)困難。 激發(fā)極化勘探能彌補(bǔ)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(qū)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(cè)含水層來說,電阻率法一直有效,但相對(duì)來說較費(fèi)時(shí),且費(fèi)用昂貴。

 

  2 物探定井步驟

 

  2.1 宏觀控制

 

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

 

  2.1.1 進(jìn)行地質(zhì)調(diào)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(gòu)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(gòu)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(gòu)造斷裂帶是找水的先決條件,有水無水在構(gòu)造,水多水少看巖性,只要能找到構(gòu)造,從宏觀講就可能會(huì)找到水。

 

  2.1.2 根據(jù)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。

 

  2.2 物探工作

 

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

 

  2.2.2 對(duì)初選的井位點(diǎn)采用激發(fā)極化五極縱軸測(cè)深法測(cè)量, 根據(jù)視電阻率曲線和二次場(chǎng)值曲線,繪制機(jī)井分析柱狀圖,區(qū)分出含水破碎帶的埋深、厚度。

 

  2.3 對(duì)已知井測(cè)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(duì)已知井測(cè)試和抽水,使物探資料與已知井的資料掛起勾,求得參數(shù) Qz、Sz、qz、Ps(或M)、PSAX(MAx值)。

 

  2.4 計(jì)算新定井的出水量 按照數(shù)學(xué)公式計(jì)算新定井的單位降深量Qx,經(jīng)過比較,將qx(或Qx)的大小作為頂井的重要標(biāo)準(zhǔn)。

 

  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(jié)構(gòu)、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(yàn)物探資料的準(zhǔn)確性,找出定井成功或失敗的原因,以指導(dǎo)今后的物探定井工作。

 

  3 結(jié)束語 應(yīng)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(shì),合理應(yīng)用,可以產(chǎn)生較好的效果,相信隨著物探技術(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。