工程物探

各種物探方法比較

  目前國內(nèi)外地下水、地質(zhì)勘探主要有:地質(zhì)目測、鉆探、地面物探等方法。地面物探方法主要有電、磁、重、震、放射性等5種方法,使用最多的是電法,其次有放射性探測法、甚低頻磁法等。自20世紀(jì)30年代外國人在中國用電法找礦(水)以來,到目前為止,就探水方面就有許多方法:
 
  (1)電法
 
  電法分:直流電法和交流電法,后者有音頻電磁法、瞬變電磁法等。以直流電法為例,可分為電測深與電剖面法,分別測量縱深方向的地質(zhì)變化和某一深度沿剖面方向的地質(zhì)變化。電法的共同點是:在人工電場作用下進(jìn)行測量。由于電法探水是從找礦物探引用而來的,礦產(chǎn)是靜態(tài)的,其所測到的一般是來自地下的靜態(tài)信息;以致在其探測結(jié)果曲線中無法分清探測信息來自靜態(tài)的礦產(chǎn)還是流動的地下水,存在物探成果的多解性。簡單講就是電法測到的信息可能是水也可能是地下礦產(chǎn)、淤泥、塌陷的松土等等,理論的準(zhǔn)確率約50%,實際應(yīng)用中總結(jié)的準(zhǔn)確率約30%。
 
  (2)放射性探水法
 
  它是利用天然放射性元素氟在巖石裂隙中富集造成放射性異常,儀器可測到異常帶,但這個裂隙帶可以是充填的,張開的,是否有水流動仍然不知,所以與地質(zhì)目測斷層探水差不多,仍然是多解的,失敗的實例很多。
 
  (3)甚低頻磁法
 
  它是采用甚低頻探測儀測地下磁場隨空間變化的方法,由于受現(xiàn)代電子、電氣、通訊等設(shè)備產(chǎn)生的強(qiáng)電磁干擾影響,很難在城市、郊區(qū)、生產(chǎn)廠區(qū)開展探測工作。
 
  (4)三維地震
 
  三維地震勘探是用反射波法進(jìn)行的,三維反射波法與二維反射波法在基礎(chǔ)原理上有許多相似之處,二者所不同的是三維地震采用高密度(即在12.5米×12.5米的面積內(nèi)便采集一個數(shù)據(jù))的各種形式的面積觀測系統(tǒng),所以三維地震又叫面積觀測法。
 
  上述方法的共同點是把尋找固體礦產(chǎn)的物探方法應(yīng)用在找地下水上。地面儀器測量值反映的是地質(zhì)體物性綜合值,屬于靜態(tài)信息。這個物理量所顯示的是固體礦產(chǎn)還是地下水,全憑測試分析人員的主觀或其累積實踐經(jīng)驗所決定。所以上述方法的探水成功率只有40~50%,其根源在物探曲線的多解性。這些方法只能夠知道地下是否為低阻區(qū),至于地下是否有水、水量有多大等信息是難以準(zhǔn)確知道的。
 
  如何有效地將地下水與地下的固體礦產(chǎn)資源區(qū)分開來,目前尚未發(fā)現(xiàn)有成功的解決方法及相應(yīng)的探測儀器。近年來,雖然提出將核磁共振(NMR)、地質(zhì)雷達(dá)等技術(shù)用于地下水勘測,但由于使用成本、探測范圍及條件等因素的限制,未能推廣普及。
 
  多年實踐證明,只是在第四系中適用含水層與隔水層概念,在白堊紀(jì)以前的堅硬巖石中,國家認(rèn)可的二十萬分之一水文地質(zhì)圖圈定的含水層如:灰?guī)r、砂巖、礫巖。當(dāng)鉆孔或巷道穿過時,有 70% 的鉆孔無水,直到現(xiàn)在還可以看到;在石灰?guī)r中打十多個孔沒有找到水,地下巷道中也是幾十米,數(shù)百米才發(fā)現(xiàn)一個出水點。這說明在基巖中含水層的概念不能有效指導(dǎo)地下水勘探工作。地層不等于含水層,地下水在基巖中不是層狀分布的,所以要用地下水系統(tǒng),尤其是要用地下水動態(tài)分布系統(tǒng)來反映地下水資源分布形狀最為準(zhǔn)確,才有利于提高勘探效率。
 
  怎樣才能使物探結(jié)果由多解上升到唯一解?
 
  只要細(xì)心觀察一下上述地質(zhì)體與水的共性和差異就可以找到答案。以上金屬礦等地質(zhì)體都是固體,在地下處于靜態(tài),而水與它們的共同點是低阻,但地下水是動態(tài)的,它不僅傳遞靜態(tài)信息,而且還能傳遞動態(tài)信息,地下水低阻、良導(dǎo)體、滲透流動、流量隨時間變化。如果用三維能確定固體礦產(chǎn)的位置,那么確定地下水就要用四維方法。其中時間(頻率的倒數(shù))因素是關(guān)鍵。尤其是針對地下存在的含水溶洞或空區(qū),在不同的時間內(nèi)其補(bǔ)給、儲存的水量不斷地變化,引入時間因素監(jiān)控老空區(qū)、溶洞對礦區(qū)生產(chǎn)有很強(qiáng)的實用指導(dǎo)意義。由于地下磁流體的瞬變電磁波是平面波方式傳播,在一般三維探礦技術(shù)的基礎(chǔ)上引入時間因素,形成地下水的動態(tài)四維定位方法。該探水方法所定孔位精度高,地面誤差不超過一米;其它方法很難達(dá)到這個精度。地下水、天然氣、石油,都是地下存在的流體,其中只有地下水是良導(dǎo)體,在地磁場中地下水在巖石裂縫、溶洞、老空區(qū)中運動就要切割磁力線,按前述原理,會在地下形成不斷發(fā)出瞬變電磁波的場源。
 
  這樣在地磁場中,地下有地下水分布系統(tǒng)(流場)地面就可以測到一個相匹配的瞬變電磁波,由于是平面波,二者是正投影關(guān)系。因此,探測系統(tǒng)的任務(wù)就是測出瞬變電磁波場的分布形狀及場源的深度,在這個場內(nèi)確定地下水源的位置及深度。
 
  該方法探測深度可達(dá)1500m,找到的是地下水集中徑流帶,已流動數(shù)百萬年,因此,抽水后水質(zhì)好,且不會產(chǎn)生抽水后對地表環(huán)境造成影響等問題,比傳統(tǒng)物探方法優(yōu)越很多,水質(zhì)也是地下水系統(tǒng)中最好的部分。  另該儀器配套專用分析管理軟件,收集的數(shù)據(jù)通過電腦分析可立即獲得直觀的測試結(jié)果。地下水及地下裂隙(或空區(qū))信息在軟件上顯示的圖形是準(zhǔn)確且唯一的,只要測試過程中有出現(xiàn)此波形信號,則表示該位置地下存在水或裂隙(或空區(qū))。