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地下水,即利用核磁共振(NMR)技術(shù)探測地下水。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,我們在巖溶地區(qū)地下水的物探應(yīng)用中主要選用激電法、電測深法、放射性α法。

 

  激電法是利用激電二次場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)點是受地形影響小,對巖溶裂隙水的水位埋深和相對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和衰減度參數(shù),還有激發(fā)比和相對衰減時等綜合參數(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),實驗表明,極化率(η)、半衰時(TH)、衰減度(D)對巖溶地下水勘查具有較好的效果。

 

  電測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?。其?五極縱軸測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。在使用對稱四極測深法確定熱水井位時,具有野外施工受場地限制影響小,異常明顯,分層細(xì)等優(yōu)點。 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地下水,即利用核磁共振(NMR)技術(shù)探測地下水。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中產(chǎn)生旋進(jìn)運動,其進(jìn)動頻率為氫核所特有。用線圈 (框)拾取宏觀磁矩進(jìn)動產(chǎn)生的電磁訊號,即可探測地下水的 存在。因為NMR訊號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。這是一種很有發(fā)展前景的找水方法,特別是探測地下淡水時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,用線圈或接地電極觀測由該脈沖電磁場感應(yīng)的地下渦流而產(chǎn)生的二次電磁場的空間和時間分布,從而解決有關(guān)地質(zhì)問題的時間域電磁法。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,該方法測試工作簡單,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,包括飛機和直升飛機。

 

  實際應(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,也能測量磁場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)行迅速而廉價的探測。計算機解釋技術(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)家識別并開發(fā)地下水。 核磁共振方法是目前可用于直接探測淡水的唯一物探方法,而時間域電磁法(TDEM)則是探測地下咸水十分有效的方法,2種方法具有很強的互補性,若將這兩種方法結(jié)合起來使用,那將在評價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)法雖然在實際得到了廣泛的應(yīng)用,但其形成機制還未得到完善,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:(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,對曲線推斷解釋相當(dāng)困難。 激發(fā)極化勘探能彌補直流電法勘探的缺點,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;能充分利用激電場的時間(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,但直接探測含水層來說,電阻率法一直有效,但相對來說較費時,且費用昂貴。

 

  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、自然電場法作控制性物探后,以證實判斷的正確性,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)測深法、四極測深剖面法測量,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。

 

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

 

  2.3 對已知井測試和抽水 選擇與新定井地質(zhì)條件相似的井為已知井,并對已知井測試和抽水,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 計算新定井的出水量 按照數(shù)學(xué)公式計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際鉆孔資料進(jìn)行比較分析,以檢驗物探資料的準(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,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,物探找水一定會有更加廣闊的發(fā)展前景。