物探方法在水文与环境地质领域的应用简述

  摘要：本文简述了地球物理探测方法在现代水文工程地质环境领域的应用。进而, 简略介绍了水文与环境物探常用方法解释地质问题的能力及工作步骤。

 

  关键词：物探方法 水文与环境地质 应用简述工作步骤

 

  当代地球科学已从学科高度分化为主体转向学科间大跨度交叉渗透的综合化、整体化。地球物理与水文、工程、环境学的交叉渗透分别形成了水文地球物理、工程地球物理、环境地球物理等。地球物理学与水文、工程、环境学的交叉渗透是地球物理学与现代地球科学的一小部分学科的交叉, 并形成相应的交叉科学。这样一来, 发展了水文、工程、环境学科, 同时也拓宽了地球物理学。地球物理学是研究地球科学的“千里眼”和“探针”。

 

  水文与环境地球物理勘探主要用于确定人类活动频繁区域的地质、水文地质条件和地下水污染空间分布特征调查。地面物探工作布置根据待查的水文地质条件而定，重点布置在地面调查难以判断而又需要解决问题的地段，钻探困难或仅需初步探测的地段。其探测深度应大于钻探深度。  根据其所研究地球物理场的不同，物探方法通常可分为以下几大类：

 

  (1)以介质弹性差异为基础，研究波场变化规律的地震勘探和声波探测；

 

  (2)以介质电性差异为基础，研究天然或人工电场(或电磁场)的变化规律的电法勘探；

 

  (3)以介质密度差异为基础，研究重力场变化规律的重力勘探；

 

  （4）以介质磁性差异为基础，研究地磁场变化规律的磁法勘探；

 

  (5)以介质中放射性元素种类及含量差异为基础，研究辐射场变化特征的核地球物理勘探；

 

  (6)以地下热能分布和介质导热性为基础，研究地温场变化的地热勘探等。

 

  在水文地质方面所用的物探方法有：地震，电法，重力勘探和磁法，电磁法，放射性，地温测量的方法。以下分别进行介绍：

 

  1、 地震

 

  折射波法和反射波法仍是主要方法，浅层横波反射法等高分辨率方法受到人们重视；为提高分辨率，并能在现场及时提交成果，近年来又出现了陆上极小偏移距高宽频反射连续剖面法(陆地声纳)；在港口码头、桥位、海底和江底堆积层及淤积等的探查方面，浅地层剖面法等电声方法发挥了作用；声波法在岩体探查、岩土物理力学参数测定等方面得到广泛应用；面波勘探，钻孔透射CT，跨孔法也是有特效和前景的方法。其中稳态和瞬态法面波勘探，利用瑞雷波的频散以及面波波长与深度相关的特点，在浅层勘探和洞穴探查方面的实践中效果良好，正受到人们的青睐；利用天然微震，测量场地地基振动频谱及卓越周期，也是建筑工程勘察的内容之一。地震勘探在水文地质勘查中主要通过地震了解地层构造情况来查明地热、地下水等。

 

  2、 电法

 

  当地质单元含有地下水后, 其电导率与含水饱和度、矿化度、地层孔隙度、渗透率等诸多因素相关。通常, 含水层相对隔水层或低饱和地层呈现明显的高导电性, 因此电导率异常是地下水地球物理电法勘探的主要依据。

 

  除了传统的电测深、电剖面法外，近年来，高密度电法从理论到应用都有很好的进展，高密度电法实际上是集中了电剖面法和电测深法,它采用在剖面或面积上布置小间距的多个电极并进行快速的采集，通过资料整理，可变换成多种装置形式，并作剖面上不同深度或平面成图，提高了分辨率，某些新的装置形式增大了它的探查能力，如用于探查溶洞洞穴顶底深度的五级纵轴测深法、可探测几十米深度内的几十厘米厚薄层的微分电测深法等；渗透电场法在探查水库、水坝漏水及地下水流向方面效果良好。

 

  在探查地下水方面，激发极化法是有特效的方法，目前多用时间域法，并利用不同性质含水层在不同大小的激发电流时有不同的激发极化能力的特点，发展出二次时差法，频率域的方法在探查地下水方面也有好的实例，如双频或多频激发极化法展现了好的前景。

 

  在水文电法勘探中，高密度电法和激发激化法是最有效的方法之一。考虑到高密度电法分辨率不高，如果将激发极化法和高密度电法结合起来寻找地下水资源, 效果会较好。

 

  3、 重力勘探和磁法

 

  重力勘探在水、工、环地质调查中的作用，主要是用来配合解决有关地质构造问题，如断层，基岩起伏和隐伏构造等。有时也可用来直接解决某些水文、工程地质问题，如探测溶洞、空洞、储热层、地面塌陷等。  磁法勘探是利用地壳内各种岩（矿）石间的磁性差异所引起的磁场变化（磁异常）来寻找有用矿产资源和查明地下地质构造的一种物探方法。过去磁法勘探多用来研究大地构造和寻找磁性矿体。随着工农业生产发展的需要，今年来磁法勘探在水、工、环领域应用越来越广泛。比如在探测地下热源、含水破碎带、地下管线等方面均取得了良好的效果。

 

  4、电磁法

 

  电磁法除较早使用的甚低频法、音频大地电场法、频率测深和多频地面电磁法外，瞬变电磁法开始崭露头角。瞬变电磁法(TEM) 是利用不接地回线或接地电极向地下发送脉冲式一次电磁场,用线圈或接地电极观测由该脉冲电磁场感应的地下涡流而产生的二次电磁场的空间和时间分布,从而解决有关地质问题的时间域电磁法。利用TEM法在山区查找地下岩溶构造,进而达到查找地下浅层岩溶水,该方法测试工作简单,工作效率较高,能够快速、方便地解决问题,不失为一种找水的好方法。利用钻孔无线电波透视做孔间岩体的视吸收系数剖面进行岩溶探查，是使用较广的有效方法。近年来，探地雷达愈益引起人们的关注，它不仅具有很强的抗干扰性、极高的采样率，而且由于数据处理技术的高度开发，其探测成果已具有崭新的高精度表现能力，它在浅层探查岩溶方面的前景被看好。此外地下管网探查的许多仪器和方法，也是以电磁法为基础的。

 

  5、 放射性

 

  在地质勘查中，g测量、a卡法、a杯法、氡气测量等是地质填图、查找断裂构造的常用方法；用于对g量子和热中子的吸收或散射，反映了物质的质量和含水量、含氢量，因此是工程质量检测的好方法之一，在混凝土质量无损检测、填土碾压质量检测、沥青路面质量检测等方面得到广泛应用；放射性α法是利用地质体的放射性特征,通过收集氡的α辐射体,并根据收集量值的大小,推断地下构造及岩体的富水情况。

 

  6、地温测量

 

  在大面积地热调查中，可以用红外扫描方法来圈定地热异常的范围。但区域的或局部的地热调查通常都要在钻孔或浅孔中进行。此法可以圈定地热异常区，并大致推断地下水的分布范围。

 

  从上面的介绍可以看出，各种物探方法在水文与环境调查中应用十分广泛，水文与环境物探常用方法及解释地质问题能力如下图1所示  在水文与环境勘查中，地质是基础,物探是手段,二者能否结合是成败的关键。工作步骤为：首先要进行地质调查掌握第一手资料,将收集到的地质资料整理分析后,根据已掌握的地质情况考虑用什么物探方法,需要做多大工作量。进行物探工作时要充分研究第一手资料并结合各种信息进行分析。最后将物探资料与后期实际钻孔资料等进行比较分析,以检验物探资料的准确性,找出成功或失败的原因,以指导今后的物探工作。充分发挥各种物探手段本身的优势,合理应用,可以产生更好的效果。

 

  可以预料，随着经济建设和科学技术的不断发展，物探工作应用的广度和深度必将进一步的扩大和加强，并将得到更加广泛的应用。