地面物探方法在水文地质调查中的应用

物探方法在水文地质调查中的作用~

在水文地质调查的各个阶段，特别是普查和详查阶段，物探方法可以用来解决的主要地质问题有：查明第四系孔隙含水层的分布、厚度及埋藏深度，寻找古河道，区分并圈定咸淡水的范围；探测基岩的起伏和埋深，确定隐伏构造的位置，查明断层破碎带及岩溶的发育规律；查明控制地下热水泄漏的断裂构造，圈定热水的分布范围；测定地下水的流速流向，分析地下水的补给、排泄和径流条件；划分钻井地质剖面和咸淡水界线，确定地下水矿化度，研究地下水的活动规律；测定岩石的物理力学参数等。

进行水文地质调查所使用的基本方法手段或工种主要有10种：即水文地质测绘、水文地质钻探、水文地质物探、水文地质野外试验、地下水动态长期观测、室内分析测定与实验、同位素技术在水文地质调查中的应用、全球定位系统（GPS）的应用、遥感（RS）技术的应用、地理信息系统（GIS）的应用等。任何一项水文地质调查，基本上都是采用这些方法手段，通过这些方法手段的有机配合而组织起来的，这些方法手段（或工种）的精度直接决定了勘查成果的质量。近年来，航卫片地质水文地质解译、GPS技术、地理信息系统（GIS）、地下水同位素测试技术、核磁共振技术、水文地质参数的直接测定方法等新的技术方法已用于水文地质调查中，大大提高了水文地质调查的精度和工作效率。
1.水文地质测绘
水文地质测绘就是按一定的精度要求，对区内地质、水文地质界线和现象进行实地的观察、测量、描述、调查，并将它们绘制成图件，总结出一个地区的水文地质规律。水文地质测绘是认识一个地区水文地质条件的第一步，也是全部水文地质工作的基础。目前，航卫片解译等遥感技术，正广泛地成为水文地质测绘中的现代化有效手段。
2.水文地质钻探
水文地质钻探是勘探地下水的直接手段，同时，也是开采地下水的主要方法。由于它具有效率高、勘探深度大等特点，因而是一项主要的勘探工作。为了得到较好的效果，水文地质钻探必须建立在水文地质测绘等项工作的基础上。另外，在只需揭露近地表的地下水露头或与地下水有关联的一些地层、构造现象时，可直接使用坑、槽探。
3.水文地质物探
物探是水文地质勘探的重要手段之一，它与水文地质测绘和钻探相结合，可以有效地查明许多地质和水文地质问题，从而节省其他工种的工作量。需要着重说明，各种物探方法都有局限性，其结果具有多解性，使用中，应根据具体地质条件，进行分析、对比、综合研究，使解译结果真实的反映客观情况。水文地质工作中应用的主要物探方法有：电法、磁法、地震方法、放射性方法等，近年来，地质雷达、地球物理层析成像技术（CT）、核磁共振（NMR）等新技术、新方法也得到了广泛应用。
4.水文地质试验
在野外调查工作中，为取得各种水文地质参数或解决某些水文地质问题需进行相关的水文地质试验工作。水文地质野外试验主要包括：抽水试验、注水试验、渗水试验、地下水流速流向测定试验、连通试验、弥散试验等。根据调查工作需要，应合理布置这些试验。
5.地下水动态观测
由于地下水是变化的，为寻找其变化规律性，就需要对区内主要含水层中地下水的动态（包括水位、水量、水质、水温）进行长期的观测工作。依据观测结果，对区内地下水的形成和变化规律，水质、水量和水位进行正确地评价和预测。
6.室内实验、分析鉴定
实验室内实验、分析、鉴定等工作，主要是取得地下水质、岩石的水理学性质，岩石破坏及溶蚀机理，含水层的颗粒成分，地下水运动情况以及地下水年龄等资料。
7.同位素技术在水文地质调查中的应用
地下水在形成和运移过程中，各种化学组分的同位素成分都会进入水中，这些同位素踪迹便可为研究地下水及其与环境介质之间的关系提供重要信息。环境同位素能对地下水起着标记作用和记时作用。因此被广泛应用于水文地质调查工作中。目前在水文地质调查中应用同位素技术主要解决下列问题：①利用放射性环境同位素测定地下水年龄；②利用稳定环境同位素研究地下水的起源与形成过程；③利用放射性环境同位素研究包气带水的运动；④利用环境稳定同位素研究水中化学组分的来源；⑤利用放射性同位素示踪研究地下水运动及水文地质过程。
8.全球定位系统（GPS）技术的应用
全球定位系统（Global Positioning system，简写为GPS），也称全球卫星定位系统。GPS具有全球性、全天候、连续的三维测速、导航、定位与授时能力，而且具有良好的抗干扰性和保密性。目前，GPS已成为一种全天候、高精度的连续定位系统，且具有定位精度高、自动化、速度快、仪器操作简便、高效实用、方法灵活多样等特点。近十几年来，GPS在水文地质工程地质领域也得到了广泛应用。
GPS在水文地质工作中主要用于以下几个方面：①确定各种地质点（地质构造、地貌、第四纪地质、岩性点、采样点等）的位置及坐标（或经度、纬度），并可确定其走向或倾向；②确定井孔、泉、地下暗河等各种水文地质点的位置及坐标；③确定各类地质点及井、孔、泉水等水文地质点的高程；④确定各类地质点、水文地质点之间的距离；⑤地图功能、导航功能等；⑥确定勘探线方向或水文地质剖面线的方位；⑦查找地图上有关信息点、兴趣点；⑧数据存储、记忆功能，可建立数据库，并对数据进行下载和转换等。
9.遥感（RS）技术在水文地质调查中的应用
遥感（Remote Sensing，简称RS）就是“遥远的感知”，它是应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特征记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。换言之，遥感技术是根据电磁波理论，用装置在飞机或人造卫星等各种飞行器上的专门仪器，接收地面上各种地质体发射或反射的各种波谱信息，由于不同的地质—水文地质体发射、吸收、反射、散射和透射的电磁波波长和频率不同，从而解译判定出被测地区的地貌、地质、水文地质条件，并可绘制成各种图件。其特点是调查面积大，周期快，应用面广，在提高调查质量，加快调查进度、减少测绘和勘探工作量，减轻体力劳动等方面独具优越性。
遥感技术（RS）有许多种类，目前在水文地质调查中常用的是航空摄影、红外探测和多波段测量。利用航空照片可以解译含水层和含水构造，查明区域水文地质条件，圈定富水地段，划分汇水面积等。红外遥感技术在寻找浅层地下水方面（如寻找古河道，找出地下水露头的位置、大小、数量、探测地下热水，研究岩溶区的水文地质条件等）具有良好效果。利用地球卫星图像可对地球资源进行调查和进行环境监测，可解译出区域的地貌形态、地层岩性及地质构造，同时还可圈定冲积含水层，寻找泉及地下水溢出带、浅层地下水分布区，以及用于调查地表水资源和监测环境污染等。
10.地理信息系统（GIS）在水文地质调查中的应用
地理信息系统（Geographical Information System，简写为GIS），是对各种地理信息或空间信息进行获取、处理、分析和应用的计算机技术系统。
地理信息系统（GIS）已开始用于地下水研究中。地理信息系统（GIS）在水文地质调查中的应用主要有以下几个方面：①建立地下水数据库及模拟系统。②识别含水层，合理开发利用地下水资源。③进行地下水水质研究。④进行地下水资源管理。⑤编制水文地质图。⑥地下水模拟及可视化。
全球定位系统（GPS）、遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS），简称“3S”技术。“3S”技术是从20世纪60年代逐渐发展起来的、现已日渐成熟的空间信息处理技术。由于“3S”技术的日渐成熟，澳大利亚、美国、加拿大等国20世纪80年代就已开始运用“3S”技术进行数字化地质填图，从而实现了地质填图的计算机化和信息化，极大地提高了工作效率。我国数字化地质填图工作起步于20世纪90年代。目前，以“3S”技术为基础的数字化地质填图，正在地质、水文地质调查工作中逐步推广应用。

地面物探方法的种类很多，目前在水文地质调查中应用最普遍的是电法，磁法、放射性探测法和声波探测法也经常使用。这些物探方法是探测地层岩性、构造和寻找地下水及判定某些水文地质现象的有效手段，但多数的物探方法都是间接的勘查和找水方法。

电法勘探是通过研究天然和人工电场，解决某些地质、水文地质问题的一种方法。电法又可分为很多种，在水文地质工作中的应用亦各有侧重（表4-1），其中直流电法应用较多。

1.电阻率法

电阻率法是当前水文地质物探工作中使用最广，效果较好的方法。该法所测定的电阻率（ρ_S）可达10⁵Ω·m，超过目前其他任何物探仪器。它可以用来探测含水层的分布及厚度和圈定咸淡水界面等等。目前，电阻率法在我国水文地质物探工作中约占80%以上。

前已述及，视电阻率（ρ_S）是在探测电场分布范围内各种岩石电阻率的综合效应和影响。在第四纪松散沉积物地区，岩石的颗粒越粗，孔隙越大，透水性越好，地下水循环迅速，矿化度一般较低，因而电阻就高。透水性不好的岩石，矿化度一般较高，所以电阻率就低。即砾石、粗砂的电阻率较高，中细砂次之，粘土最低。在坚硬的基岩地区，岩浆岩的电阻率一般高于沉积岩，致密岩石的电阻率高于松散或破碎（节理、断裂发育）且含水的岩石，脆性岩石（如灰岩、火成岩等）的电阻率高于柔性、塑性岩石（如泥岩、页岩、片岩等）。

表4-1 电法分类及应用情况

图4-1为某地采用四极对称剖面法垂直河道走向实测的一条古河道剖面图。古河道被砂砾石充填，砂砾石电阻率（ρ₁）大于下部隔水的粘土层的电阻率（ρ₂），当选用的供电极距（

）所对应的勘探深度大于砂砾石厚度（h）时，在电测剖面线上，古河道以相对的高阻异常反映出来。若把垂直古河道走向的多条剖面线所测结果，绘制成ρ_S平面等值线图（图4-2），可从等值线呈条带状的特点来确定古河道的延伸方向及分布范围。

电测深法是探测某测点地下介质垂向上电阻率的变化。主要用于探测具有电性差异、层位近水平的地质问题。图4-3为云南某地某测线的电测探综合剖面图。该区第四纪（Q）为冲洪积—湖积粘土和砂砾石层，下伏第三纪泥灰岩，砂砾石呈透镜体分布，埋藏较浅，电阻率为40～75Ω·m，是本区的主要含水层，粘土电阻率较低，一般为15Ω·m或更小，泥灰岩电阻率为20～25Ω·m。用电测深圈定的砂砾石的分布范围和厚度，如图4-3所示，以后的钻探结果证明电测深的成果是可靠的。

2.激发极化法

激发极化法是根据供电极断电后，由电化学作用引起的岩石和地下水放电电场（即二次场）的衰减特征来勘查和寻找地下水。二次场的衰减特征可用视极化率（η_S）、视频散率（P_S）、衰减度（D）、衰减时（t）表示。通常t和D是勘测地下水效果较好的参数。t是二次场电位差（ΔU_Z）衰减到某一规定数值时（通常规定为50%）所需的时间（单位为s），D亦是反映极化电场（即二次场）衰减快慢的一种测量参数。由于岩石中的含水或富水地段水分子的极化能力较强，又因二次场一般衰减慢，故D和t值相对较大。

图4-1 四极对称剖面电测曲线与古河道剖面对比图

图4-2 用对称四极剖面法追索古河道的_S剖面平面图

1—测线；2—ρ_S曲线；3—推断的古河道

激发极化法和电阻率法一样，分为测深法、剖面法等。其中，激发极化测深法用得最多，主要用于寻找层状或似层状的含水层、含水带，确定其地下水分布范围、埋藏深度等。还可根据含水因素和已知钻孔涌水量的相关关系，大致估计设计钻孔的涌水量。

由于激发极化所产生的二次场值小，故这种方法不适用于覆盖较厚（如大于20m）和工业放散电流较强的地区。这种方法的不足之处是电源笨重，工作效率较低，成本较高。

3.自然电场法

自然电场法是以地下存在的天然电场作为场源。自然电场的产生主要与地下水通过岩石孔隙、裂隙时的渗透作用及地下水中离子的扩散、吸附作用有关。例如，岩石固体颗粒吸附了固定的负离子层，而在运动的地下水中集中了较多的正离子，从而形成了在水流方向上为正电位（高电位），相反方向为负电位（低电位）的电场，这种电场称为渗透电场（或称过滤电场），它是自然电场的主要部分。另外，水溶液的浓度差或成分差会形成扩散电场，氧化还原作用也会产生自然电场。因此，可根据在地面测量到的地下天然存在的电场变化情况，查明地下水的埋藏、分布和运动状况。这种方法主要用于寻找掩埋的古河道，基岩中的含水破碎带，及确定水库、河床及堤坝的渗漏通道及隐伏的上升泉，测定抽水钻孔的影响半径等。

自然电场法的使用条件，主要决定于地下水渗透作用所形成的过滤电场的强度。一般只有在地下水埋藏较浅、水力坡度较大和所形成的过滤电位强度较大时，才能在地面测量到较明显的自然电位异常。

图4-4是利用自然电场法确定地下水和地表水关系的实例。当地下水补给地表水时，在地面上能观测到自然电位的正异常，图4-4（a）为灰岩和花岗岩接触带的上升泉，观测到明显的正异常；相反，当地表水补给地下水时，则观测到自然电位负异常，如图4-4（b）为水库渗漏地点上出现的负电异常。

4.交变电磁场法

图4-3 电测深综合剖面图

（a）ρ_S剖面曲线图（

=25m）；（b）等ρ_S断面图；（c）地质断面图

1—粘土；2—砂砾石；3—泥灰岩

交变电磁场法简称电磁法，它是以岩、矿石的导电性、导磁性及介电性的差异为基础，通过对以上物理空间和时间分布特征的研究，从而查明有关地质问题和地下水的电探方法。电磁法的种类很多，目前在生产中使用的有甚低频电磁法（利用超长波通讯电台发射的电磁波为场源）、频率测深法（以改变电磁场频率来测得不同深度的岩性）、地质雷达法（利用高频电磁波束在地下电性界面上的反射来达到探测地质对象的目的）、无线电波透视法（通过研究钻孔或坑道间电磁波被介质吸收的情况来研究充水溶洞等地质对象的分布范围和产状等）、核磁找水法［也称核磁共振法（NMR），在一定强度和频率的人工磁场作用下，水分子就会产生核磁共振现象，测定其磁振动频率发出的迅号强度，就可确定出地下水埋深和富集程度］。其中，甚低频法对确定低阻体（如断裂带、岩溶发育带和含水裂隙带）比较有效，而地质雷达则具较高的分辨率（可达数厘米），可测出地下目的物的形状、大小及空间位置，核磁共振找水法是能直接寻找地下水的新方法，该法可获得含水层厚度、埋深、孔隙度、含水量等信息，有较高的准确性，缺点是探测深度比较小（100m左右），抗干扰能力差，仪器昂贵等。

5.放射性探测法（天然放射性找水法）

放射性探测法是利用地壳岩石中天然放射性元素及种类的差异，或在人工放射源激发下岩石核辐射特征的不同，通过测量其放射性活度来研究和勘查地质、水文地质问题的一种物探方法。

放射性探测法主要适用于寻找基岩地下水，因为：①不同类型岩石，由于其放射性元素含量不同，其放射性强度常有差异；②岩石中断裂带和裂隙发育带，常是放射性气体运移和聚积的场所，故可形成放射性异常带；③在地下水流动过程中，特别是在出露地段，由于水文地球化学条件的突然改变，可导致水中某些放射性元素的沉淀或富集，从而形成放射性异常。

由于地下水中所含放射性物质甚微，所以利用天然放射性找水，并非直接测定地下水的放射性，而是通过测定岩石的放射性差异去判断有无含水的岩层，有无可供地下水赋存的断裂、裂隙（通道）构造。水文地质勘查中所使用的放射性探测方法多为天然放射性方法，主要方法有γ测量法和α测量法。

图4-4 用自然电场法确定地下水与地表水的补给关系

（a）地下水补给地表水；（b）地表水补给地下水

（1）γ测量法：也称γ总量测量，它是利用仪器（闪烁辐射仪）测量岩层中铀、钍、钾等放射性核素所辐射出的γ射线总强度，根据射线强度（或能量）的变化，发现γ异常或γ射线强度（或能量）的增高地段，从而查明地质、水文地质问题。本方法使用的仪器轻便、工作效率高，对查明岩层分界线和破碎带有一定效果，但其异常显示不够明显，覆盖层厚度较大时效果不佳。

（2）α测量法：α测量法是通过测量氡及衰变子体产生的α粒子的数量来勘查地质、水文地质问题。在水文地质工作中用的较多的是α径迹测量和α卡法，前者所测得的α射线是氡和其他放射性元素共同产生的，而后者所测的仅是氡及其子体所产生的α射线强度，两种方法的工作原理也基本相同。α测量法用于确定富水构造裂隙带效果较好。

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黎城县17362189625： 水文地质测水方法?？
都闵乙酰：近年来,调查与研究地下水所采用的技术方法有很大发展.其总的发展趋势是定量化、自动化.除了应用历史较长的地球物理勘探方法以外,在水文地质调查与研究中引入了遥感技术、数学地质及同位素技术.这些新的技术方法,不仅能使地下...

黎城县17362189625： 如何利用物探测井方法判断定含水层 - ？
都闵乙酰： 在解决含水层层位 及 含 水性 等 水 文 地 质 问题 时 ,一 般使用 电测井方法 中的井液 电阻率测井 法 ,原 理是利用 与地下水物 理性质不 同的特殊溶 液在地 下水中的扩散 现象 ,即观 察其特殊溶液 物理量随 时 间的变化情 况 ,判断地 下水 的运...

黎城县17362189625： 哪种性质的水是水文地质工作者研究的主要对象 - ？
都闵乙酰： 水文地质工作者研究方面很广:水文地质普查(研究地下水储存情况及量),地下水灾害防治(地下水污染),地热水也是研究的对象等等. 我们其实就是起辅助作用,为其他行业的实施奠定基础,查明地下水的赋存及量,补径排情况,预算出工程实施后地下水的变化情况,保证工程安全实施和再不污染地下水的情况下就行.

黎城县17362189625： 如何利用地面物探方法寻找地下水 - ？
都闵乙酰： 传统方法)有:(1)电法勘探;(2)电法测井等.在工程地质调查中主要使用的物探方法(传统方法)有:(1)电法勘探;(2)地震勘探;(3)声波探测等.

黎城县17362189625： 内江水文水资源勘测局下属的水文监测站有哪些? - ？
都闵乙酰： 查所在流域的水文资料 有水文站、水位站、降雨、蒸发、径流、泥沙等资料 比较齐全

黎城县17362189625： 论述水文地质调查任务、原则及方法? - ？
都闵乙酰： (1)进行矿区水文地质调查.查明影响矿山正常生产和建设的水文他质因素;(2)分析矿区充水条件,预测核定矿坑涌水量,提出矿山防治水方案预处理措施;(3)开展矿山日常水文地质观测工作.研究矿区地下水的动态并及时预报,以便指导采掘施工,防止地下水害,实现安全生产;(4)通过对地下水水质动态观测分析.研究对地下水资源及环境的保护,研究和解决矿供水水源以及矿坑水的综合利用;(5)建立健全水文地质观测资料台账、固件以及水文地质图,做到规范化、标推化,及时提供给生产部门使用.

黎城县17362189625： 地球物理勘探在资源勘查中的作用(举例)? - ？
都闵乙酰： 地球物理勘探＂简称物探,即用物理的原理研究地质构造和解决找矿勘探中问题的方法,它是以各种岩石和矿石的密度,磁性,电性,弹性,放射性等物理性质的差异为研究基础.用不同的物理方法和物探仪器,探测天然的或人工的地球物理场的变化.通过分析,研究所获得的物探资料,推断,解释地质构造和矿产分布情况.目前主要的物探方法有:重力勘探、磁法勘探、电法勘探、震勘探、放射性物探等.依据工作空间的不同又可分为:地面物探航空物探、海洋物探、钻井物探等.在覆盖地区,它可以弥补普查勘探工程手段的不足,利于综合普查找矿和地质填图,遥感遥测技术的发展,为地球物理勘探开辟了新的途径.

黎城县17362189625： 物探方法怎样找水 - ？
都闵乙酰： 物探找水主要是依据含水层与围岩的物性差异来做的,现在主要的方法有: 磁法 是地球物理勘探方法之一.自然界的岩石和矿石具有不同磁性,可以产生各不相同的磁场,它使地球磁场在局部地区发生变化,出现地磁异常.利用仪器发现和研...

黎城县17362189625： 水文地质分析的方法有哪些 - ？
都闵乙酰： 1.应用的技术手段:⑴调查、钻探、地球物理勘探和遥感技术;⑵各种观测和试验技术(水位、流量等的观测;抽水试验、示踪试验和弥散试验等);⑶各种地下水模拟技术(数值模拟用的较多);⑷同位素技术等.随着科学技术水平的不断提...