摘 要:現行的物探找水方法都是通過勘查含水構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的 基本問題的能力。目前,已開發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)技術探測地下水。它是 NMR技術應用的新領域,是目前唯一的直接找水的新方法。

 

  關鍵詞:核磁共振;瞬變電磁;含水層;地下水

 

  近年來,隨著工農業生產的迅速發展,需水量不斷增加,一些地方,特別是北方干旱半干旱地區,不僅工業生產、農業灌溉缺水,且有部分山區人畜用水十分困難。因此,在這些地區尋找地下水源,是解決缺水的重要環節。對發展農業、工業和城市供水以及各種基本建設項目有著十分重要的意義。近 40a來,地球物理技術在我國的地下水勘查中得到了比較多 的應用。現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。

 

  根據巖溶地區地質體的地質、物理特性,我們在巖溶地區地下水的物探應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。目前成功應用的激電參數較多,如表征巖石激發極化的極化率和充電率參數,表征巖石激發極化放電快慢的半衰時和衰減度參數,還有激發比和相對衰減時等綜合參數,這些參數的選取與不同地質體和不同的儀器有關,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構造的地球物理方法,該方法主要用于探測地層、巖性在垂直方向的電性變化,解決與深度有關的地質問題,可尋找位移穩定的含水層,確定其頂底板埋深。其中,五極縱軸測深方法在熱水資源勘探中具有廣闊的應用前景。地熱礦泉水,水溫高,水質純,富含對人體有益的多種礦物質。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,分層細等優點。 放射性α法是利用地質體的放射性特征,通過收集氡的α輻射體,并根據收集量值的大小,推斷地下構造及巖體的富水情況。

 

  現行的物探找水方法都是通過勘查含水構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的基本問題的能力。目前,已開發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)技術探測地下水。它是NMR技術應用的新領域,是目前唯一的直接找水的新方法。近20a來在國內外得到了迅速發展,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生旋進運動,其進動頻率為氫核所特有。用線圈 (框)拾取宏觀磁矩進動產生的電磁訊號,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的水含量成正比(結合水和吸附水除外),因此,構成一種直接找水技術,形成了一種新的找水方法。與傳統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點。這是一種很有發展前景的找水方法,特別是探測地下淡水時更顯示出新方法的優越性。利用研制的核磁共振找水儀可以高效率地進行區域水文地質調查,確定找水遠景區,圈定地下水的三維空間內的分布,進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的地下渦流而產生的二次電磁場的空間和時間分布,從而解決有關地質問題的時間域電磁法。利用TEM法在山區查找地下巖溶構造,進而達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,電磁法也可以應用于平臺,包括飛機和直升飛機。

 

  實際應用中,電磁法在揭示有關含水層結構及位置的同時,也能測量磁場以便繪出地下水位置及顯著的斷層和巖脈。新式的寬頻帶數字航空設備及處理系統能夠對大于200m深的含水層進行迅速而廉價的探測。計算機解釋技術能夠作出深度和含水層的電導率圖。這種資料能夠直接幫助水文地質學家識別并開發地下水。 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,若將這兩種方法結合起來使用,那將在評價地下含水層和地下水質方面收到良好的效果。 電反射系數法雖然在實際得到了廣泛的應用,但其形成機制還未得到完善,現階段K法只適應于在地形較平坦的地區內使用。因此該方法還需得到不斷的改進和完善,以更好地為生產服務。 激發極化法(簡稱IP法)無論從理論上還是方法技術上均有很大進展,它除了被廣泛地用于金屬礦的普查、勘探外,還廣泛應用于尋找地下水。

 

  常規的直流電法勘探有以下缺點:(1)地形起伏能產生假異常。(2)地表電阻率不均勻,使得視電阻率曲線復雜化,對曲線推斷解釋相當困難。 激發極化勘探能彌補直流電法勘探的缺點,地形起伏不產生假異常;地表電阻率不均勻也不產生干擾;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,因此在山區找水中受到重視。 用地球物理方法在水文地質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是基礎,物探是手段,二者能否結合是成敗的關鍵。

 

  2.1.1 進行地質調查掌握第一手資料,將收集到的地質資料 整理分析后,判斷存在構造斷裂,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,并確定構造斷裂 的位置、走向分布,異常帶的寬度,以及與地下水的關系。找構造斷裂帶是找水的先決條件,有水無水在構造,水多水少看巖性,只要能找到構造,從宏觀講就可能會找到水。

 

  2.1.2 根據已掌握的地質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,經過篩選,初選井位點。

 

  2.2.2 對初選的井位點采用激發極化五極縱軸測深法測量, 根據視電阻率曲線和二次場值曲線,繪制機井分析柱狀圖,區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 Qz、Sz、qz、Ps(或M)、PSAX(MAx值)。

 

  2.4 計算新定井的出水量 按照數學公式計算新定井的單位降深量Qx,經過比較,將qx(或Qx)的大小作為頂井的重要標準。

 

  2.5 做好資料回收工作 經物探定的井位,打成新井后,及時做好鉆孔的井型結構、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行比較分析,以檢驗物探資料的準確性,找出定井成功或失敗的原因,以指導今后的物探定井工作。

 

  3 結束語 應用物探方法尋找地下水是行之有效的,充分發揮各種物探手段本身的優勢,合理應用,可以產生較好的效果,相信隨著物探技術及其它方法的不斷發展,物探找水一定會有更加廣闊的發展前景。