摘要：本文簡述了地球物理探測方法在現(xiàn)代水文工程地質(zhì)環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用。進(jìn)而, 簡略介紹了水文與環(huán)境物探常用方法解釋地質(zhì)問題的能力及工作步驟。

 

  關(guān)鍵詞：物探方法 水文與環(huán)境地質(zhì) 應(yīng)用簡述工作步驟

 

  當(dāng)代地球科學(xué)已從學(xué)科高度分化為主體轉(zhuǎn)向?qū)W科間大跨度交叉滲透的綜合化、整體化。地球物理與水文、工程、環(huán)境學(xué)的交叉滲透分別形成了水文地球物理、工程地球物理、環(huán)境地球物理等。地球物理學(xué)與水文、工程、環(huán)境學(xué)的交叉滲透是地球物理學(xué)與現(xiàn)代地球科學(xué)的一小部分學(xué)科的交叉, 并形成相應(yīng)的交叉科學(xué)。這樣一來, 發(fā)展了水文、工程、環(huán)境學(xué)科, 同時(shí)也拓寬了地球物理學(xué)。地球物理學(xué)是研究地球科學(xué)的“千里眼”和“探針”。

 

  水文與環(huán)境地球物理勘探主要用于確定人類活動(dòng)頻繁區(qū)域的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件和地下水污染空間分布特征調(diào)查。地面物探工作布置根據(jù)待查的水文地質(zhì)條件而定，重點(diǎn)布置在地面調(diào)查難以判斷而又需要解決問題的地段，鉆探困難或僅需初步探測的地段。其探測深度應(yīng)大于鉆探深度。  根據(jù)其所研究地球物理場的不同，物探方法通常可分為以下幾大類：

 

  (1)以介質(zhì)彈性差異為基礎(chǔ)，研究波場變化規(guī)律的地震勘探和聲波探測；

 

  (2)以介質(zhì)電性差異為基礎(chǔ)，研究天然或人工電場(或電磁場)的變化規(guī)律的電法勘探；

 

  (3)以介質(zhì)密度差異為基礎(chǔ)，研究重力場變化規(guī)律的重力勘探；

 

  （4）以介質(zhì)磁性差異為基礎(chǔ)，研究地磁場變化規(guī)律的磁法勘探；

 

  (5)以介質(zhì)中放射性元素種類及含量差異為基礎(chǔ)，研究輻射場變化特征的核地球物理勘探；

 

  (6)以地下熱能分布和介質(zhì)導(dǎo)熱性為基礎(chǔ)，研究地溫場變化的地?zé)峥碧?/a>等。

  在水文地質(zhì)方面所用的物探方法有：地震，電法，重力勘探和磁法，電磁法，放射性，地溫測量的方法。以下分別進(jìn)行介紹：

 

  1、 地震

 

  折射波法和反射波法仍是主要方法，淺層橫波反射法等高分辨率方法受到人們重視；為提高分辨率，并能在現(xiàn)場及時(shí)提交成果，近年來又出現(xiàn)了陸上極小偏移距高寬頻反射連續(xù)剖面法(陸地聲納)；在港口碼頭、橋位、海底和江底堆積層及淤積等的探查方面，淺地層剖面法等電聲方法發(fā)揮了作用；聲波法在巖體探查、巖土物理力學(xué)參數(shù)測定等方面得到廣泛應(yīng)用；面波勘探，鉆孔透射CT，跨孔法也是有特效和前景的方法。其中穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)法面波勘探，利用瑞雷波的頻散以及面波波長與深度相關(guān)的特點(diǎn)，在淺層勘探和洞穴探查方面的實(shí)踐中效果良好，正受到人們的青睞；利用天然微震，測量場地地基振動(dòng)頻譜及卓越周期，也是建筑工程勘察的內(nèi)容之一。地震勘探在水文地質(zhì)勘查中主要通過地震了解地層構(gòu)造情況來查明地?zé)?/a>、地下水等。

 

  2、 電法

 

  當(dāng)地質(zhì)單元含有地下水后, 其電導(dǎo)率與含水飽和度、礦化度、地層孔隙度、滲透率等諸多因素相關(guān)。通常, 含水層相對隔水層或低飽和地層呈現(xiàn)明顯的高導(dǎo)電性, 因此電導(dǎo)率異常是地下水地球物理電法勘探的主要依據(jù)。

 

  除了傳統(tǒng)的電測深、電剖面法外，近年來，高密度電法從理論到應(yīng)用都有很好的進(jìn)展，高密度電法實(shí)際上是集中了電剖面法和電測深法,它采用在剖面或面積上布置小間距的多個(gè)電極并進(jìn)行快速的采集，通過資料整理，可變換成多種裝置形式，并作剖面上不同深度或平面成圖，提高了分辨率，某些新的裝置形式增大了它的探查能力，如用于探查溶洞洞穴頂?shù)咨疃鹊奈寮壙v軸測深法、可探測幾十米深度內(nèi)的幾十厘米厚薄層的微分電測深法等；滲透電場法在探查水庫、水壩漏水及地下水流向方面效果良好。

 

  在探查地下水方面，激發(fā)極化法是有特效的方法，目前多用時(shí)間域法，并利用不同性質(zhì)含水層在不同大小的激發(fā)電流時(shí)有不同的激發(fā)極化能力的特點(diǎn)，發(fā)展出二次時(shí)差法，頻率域的方法在探查地下水方面也有好的實(shí)例，如雙頻或多頻激發(fā)極化法展現(xiàn)了好的前景。

 

  在水文電法勘探中，高密度電法和激發(fā)激化法是最有效的方法之一?？紤]到高密度電法分辨率不高，如果將激發(fā)極化法和高密度電法結(jié)合起來尋找地下水資源, 效果會(huì)較好。

 

  3、 重力勘探和磁法

 

  重力勘探在水、工、環(huán)地質(zhì)調(diào)查中的作用，主要是用來配合解決有關(guān)地質(zhì)構(gòu)造問題，如斷層，基巖起伏和隱伏構(gòu)造等。有時(shí)也可用來直接解決某些水文、工程地質(zhì)問題，如探測溶洞、空洞、儲(chǔ)熱層、地面塌陷等。  磁法勘探是利用地殼內(nèi)各種巖（礦）石間的磁性差異所引起的磁場變化（磁異常）來尋找有用礦產(chǎn)資源和查明地下地質(zhì)構(gòu)造的一種物探方法。過去磁法勘探多用來研究大地構(gòu)造和尋找磁性礦體。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要，今年來磁法勘探在水、工、環(huán)領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛。比如在探測地下熱源、含水破碎帶、地下管線等方面均取得了良好的效果。

 

  4、電磁法

 

  電磁法除較早使用的甚低頻法、音頻大地電場法、頻率測深和多頻地面電磁法外，瞬變電磁法開始嶄露頭角。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(shí)間分布,從而解決有關(guān)地質(zhì)問題的時(shí)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。利用鉆孔無線電波透視做孔間巖體的視吸收系數(shù)剖面進(jìn)行巖溶探查，是使用較廣的有效方法。近年來，探地雷達(dá)愈益引起人們的關(guān)注，它不僅具有很強(qiáng)的抗干擾性、極高的采樣率，而且由于數(shù)據(jù)處理技術(shù)的高度開發(fā)，其探測成果已具有嶄新的高精度表現(xiàn)能力，它在淺層探查巖溶方面的前景被看好。此外地下管網(wǎng)探查的許多儀器和方法，也是以電磁法為基礎(chǔ)的。

 

  5、 放射性

 

  在地質(zhì)勘查中，g測量、a卡法、a杯法、氡氣測量等是地質(zhì)填圖、查找斷裂構(gòu)造的常用方法；用于對g量子和熱中子的吸收或散射，反映了物質(zhì)的質(zhì)量和含水量、含氫量，因此是工程質(zhì)量檢測的好方法之一，在混凝土質(zhì)量無損檢測、填土碾壓質(zhì)量檢測、瀝青路面質(zhì)量檢測等方面得到廣泛應(yīng)用；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。

 

  6、地溫測量

 

  在大面積地?zé)?/a>調(diào)查中，可以用紅外掃描方法來圈定地?zé)?/a>異常的范圍。但區(qū)域的或局部的地?zé)?/a>調(diào)查通常都要在鉆孔或淺孔中進(jìn)行。此法可以圈定地?zé)岙惓^(qū)，并大致推斷地下水的分布范圍。

 

  從上面的介紹可以看出，各種物探方法在水文與環(huán)境調(diào)查中應(yīng)用十分廣泛，水文與環(huán)境物探常用方法及解釋地質(zhì)問題能力如下圖1所示  在水文與環(huán)境勘查中，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。工作步驟為：首先要進(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,根據(jù)已掌握的地質(zhì)情況考慮用什么物探方法,需要做多大工作量。進(jìn)行物探工作時(shí)要充分研究第一手資料并結(jié)合各種信息進(jìn)行分析。最后將物探資料與后期實(shí)際鉆孔資料等進(jìn)行比較分析,以檢驗(yàn)物探資料的準(zhǔn)確性,找出成功或失敗的原因,以指導(dǎo)今后的物探工作。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)生更好的效果。

 

  可以預(yù)料，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，物探工作應(yīng)用的廣度和深度必將進(jìn)一步的擴(kuò)大和加強(qiáng)，并將得到更加廣泛的應(yīng)用。