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摘要:随着时代的发展,日常生活中人们对于水资源的需求也越来越大,因而在当下水资源日益紧缺时候,水文的地质勘探工作就显得非常重要,它关乎到人民生活的质量和一系列的民生问题,本文主要介绍了以下几种方法,仅供参考。
关键词:物探方法;找水原理;应用
中图分类号:B026文献标识码: A
引言
根据相关的研究表明,我国现在人均淡水量少于2200立方米,而在三十年之后,人均淡水量会不断下降,达到人均不足1700立方米的水平,虽然我国地大物博,疆土辽阔,但是对于淡水的需求量也随着人口的增加不断增多,因而我们需要不断的更新技术科技手段,通过各种现代的水文地质勘探的手段来寻找水源,从而减轻各个缺水地区的供水问题,除了政策上的“南水北调”之外,我们还必须依赖科技手段来不断的开拓新水源。
一、高密度电法
高密度电法实际上是集中了电剖面法和电测深法,其原理与普通电阻率法相同。测量系统由多功能直流电法仪和多路电极转换器组成,基于常规电阻率法勘探原理并利用多路转换器的供电,测量电极的自动转换,配合常规电阻率的测量方法及电阻率成像(CT)等高新技术来进行高分辩、高效率电法勘探。尤其温纳装置在高密度测量分辨率相对较高。
高密度电法野外测量时将全部电极(几十至上百根)置于剖面上,利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现剖面中不同电极距、不同电极排列方式的数据快速自动采集。与常规电阻率法相比,高密度电法具以下优点:(1)电极布置一次性完成,不仅减少了因电极设置引起的故障和干扰,并且提高了效率;(2)能够选用多种电极排列方式进行测量,可以获得丰富的有关地电断面信息;(3)野外数据采集实现了自动化和半自动化,提高了数据采集速度,避免了手工误操作。此外,随着地球物理反演方法的发展,高密度电法资料的电阻率成像技术也从一维和二维发展到三维,极大的提高了地电资料的解释精度。
高密度电法的温纳装置是不同深度对称的四极剖面装置,电极间距为5m根据场地上覆地层厚度选择不同的电极数和采集剖面层数。设备允许的最大隔离系数为32。数据处理工作采用G3RTomo5.0软件完成,先进行突变点剔除工作,再根据需要,进行数据圆滑处理和地形改正,最后通过剖面反演,绘制出视电阻率断面等值线图。
二、激发极化法
激发极化法电测深基本原理是基于岩石的激发极化效应,是岩石颗粒含水后在外电场作用下的一种电化学反映,因此,它必然和岩石中的水有关,如果没有水,也就没有激发极化效应。但激发极化效应也并非与岩石的含水量成正比,而是与一定的颗粒结构有关系,饱含水分的粘土就没有强的激发极化效应。实践表明,古河道、古洪积扇、岩溶溶洞水、砂岩裂隙水、粘土和充水的断层破碎带等有开采价值的含水层,都有明显的极发激化效应。激发极化法电测深一般测量四个参数:视电阻率ρs、激化率ηs、激发激化比J、衰减度D等。其中ηs、J、D它们都是用来反映激发极化效应特征的参数。当激电测深未反映这些含水层时,激发极化参数值一般都有很小,而当反映含水层时,这些参数(ηs、J、D)往往相对背景值同时增大,增大倍数与水量大致成正比,因而进行激发极化法电测深时,综合考虑这些参数随极距变化,来判断地下有无地下水及地下水富集情况。
三、瞬变电磁法
所谓瞬变电磁法(TEM)即是用接地电极或不接地的回线对地下进行脉冲式一次电磁场的发送,并利用接地电极或线圈对该磁场由于地下涡流影响而得到的二次电磁场的空间时间布局进行观测,以便使与地质问题有关的空间域电磁法得到解决。对TEM法进行充分利用,可对山区等恶劣条件进行地下岩溶结构的查找,进而对地下浅層岩溶水进行很快的查找,该方法具有简便快速,效率高的特点。
另外,电磁法也可在平台上进行利用,例如直升机和飞机。在电磁法的应用过程中,电磁法不仅能对含水层的位置以及结构进行揭示,而且能对磁场进行测量并进而对地下水的位置进行绘制。现在最新一代的宽频带数字航空设备以及处理系统对水深200m左右的含水层均可进行准确而低廉的观测。利用计算机及其相关软件可作出其含水层以及深度的电导率图。利用此数据地质工作者可方便的进行地下水的识别和开发。
四、高分辨率浅层地震找水法
1、高分辨率浅层地震法的理论依据
目前常见的用于地质找水的方法主要是反射地震法。应用地震勘察的理论依据主要是对岩层弹性参数进行充分利用。所谓高分辨率浅层地震也就是以一般的地震勘查为基础,但是对分辨率进行大的改善提高来对地质中存在的一些问题进行细致的解决。在地下水的勘探中,高分辨率浅层地震法的作用主要是提供地下水文地质的详细参数,如地层的划分、地质的构造以及富水性等方面的信息。
因为地层分界面的反射系数通常很小,这就会导致地震剖面上的振幅能量比较弱。但是含水层的顶端或底端在其与围岩的界面上却是一个波阻抗面,反射系数要比地层分界面要大得多,比一般反射界面的反射系数也要大。这种界面很容易产生较强的反射振幅点,所以在地下水的勘探中,可以依靠平点反射和亮点对基岩裂隙和地层的含水与否进行很好地解释。
2、高分辨率浅层地震的特点
高分辨率浅层地震法的特点可以归纳为以下几点:(1)高分辨率浅层地震法进行精准的定深,并且具有较高的分辨率;(2)在实际应用中的勘察范围也很大,在几十米到几千米之间;(3)方法应用的比较成熟,可程序化的对资料进行解释以及处理,并能够对基岩构造裂隙的富水性和含水层的孔隙度进行预测;(4)相较于电磁法,高分辨率浅层地震法受电磁影响较小。
五、地质雷达法
地质雷达法与探空雷达技术相似,利用宽带高频时域电磁脉冲波的反射探测目标体,只是频率相对较低,用于解决地质问题,又称“探地雷达”将雷达技术用于地质探测,早在1910年就已经提出,在随后的60年中该方法多限于对波吸收很弱的盐、冰等介质中。直到20世纪70年代以后,地质雷达才得到迅速推广应用。
地质雷达是由地面的反发射天线将电磁波送入地下,经地下目标体反射被地面接收天线所接收,通过分析所接收到电磁波的时频、振幅特性,可以评价地质体的展布形态和性质。由于雷达穿透深度与发射的电磁波频率有关,使其穿透深度有限,但分辨率很高,可达0.05m以下。早期地质雷达只能探测儿米内的目标,应用范围比较窄。此外,地质雷达与地震反射原理相似,一些地震资料处理解释方法可以借用。目前,地质雷达探测深度最大可达100 m,使之成为水文和工程地质勘查中有效的地球物理方法。
六、电法勘探方法在水文和工程地质勘探领域有着广泛的应用
高密度电法由于其高效率,深探测和精确的地电剖面成像,成为水文和工程地质勘查中最有效的方法。考虑到该方法分辨率不高,在具体的应用中可以结合其他电法勘探、电测井等方法,达到精细地质解释的目的。
在水文勘探中,激发极化法和可控源音频大地电磁法是首选的电法勘探方法,如果将激发极化法和高密度电法结合起来寻找地下水资源,效果会更好。
瞬变电磁法在水文地质和工程地质勘探中都有着广泛的应用,尤其是大功率瞬变电磁仪不仅可以在深部地质勘探中发挥作用,还具有较高分辨能力。如果将该方法与高密度电法结合使用,有望解决深部精细地质勘探问题。
地质雷达主要用于各类工程地质勘探,是工程地质勘探首选的电法勘探方法。同时,该方法可以借用地震勘探中已有的资料处理和解释技术,使其迅速发展,可以在更多领域发挥作用。
结束语
水资源缺乏是当今面临的一大难题,如何进行有效地地质找水是摆在每个地质工作者面前的一大难题。本文就一些找水的常规方法以及新方法进行了介绍,可以为水文地质工作者提供一些借鉴,以便能更好地找水。随着经济科技的快速发展,以后肯定会找到更有效的找水方法,通过所有地质工作者一同努力,这一天的来临也许并不会很遥远。
参考文献
[1]谢建平.综合物探方法在水资源勘探中的应用[J].中国煤田地质,2011,13(1).
[2]唐慧杰,陈冬君,黄海玲.物探找水方法综述[J].黑龙江水利科技,2013(1).
[3]程丽.地面核磁共振找水技术含水量计算[D].吉林大学,2010.
[4]中国地质调查局.严重缺水地区地下水勘查论文集[A].北京:地质出版社,2013.
关键词:物探方法;找水原理;应用
中图分类号:B026文献标识码: A
引言
根据相关的研究表明,我国现在人均淡水量少于2200立方米,而在三十年之后,人均淡水量会不断下降,达到人均不足1700立方米的水平,虽然我国地大物博,疆土辽阔,但是对于淡水的需求量也随着人口的增加不断增多,因而我们需要不断的更新技术科技手段,通过各种现代的水文地质勘探的手段来寻找水源,从而减轻各个缺水地区的供水问题,除了政策上的“南水北调”之外,我们还必须依赖科技手段来不断的开拓新水源。
一、高密度电法
高密度电法实际上是集中了电剖面法和电测深法,其原理与普通电阻率法相同。测量系统由多功能直流电法仪和多路电极转换器组成,基于常规电阻率法勘探原理并利用多路转换器的供电,测量电极的自动转换,配合常规电阻率的测量方法及电阻率成像(CT)等高新技术来进行高分辩、高效率电法勘探。尤其温纳装置在高密度测量分辨率相对较高。
高密度电法野外测量时将全部电极(几十至上百根)置于剖面上,利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现剖面中不同电极距、不同电极排列方式的数据快速自动采集。与常规电阻率法相比,高密度电法具以下优点:(1)电极布置一次性完成,不仅减少了因电极设置引起的故障和干扰,并且提高了效率;(2)能够选用多种电极排列方式进行测量,可以获得丰富的有关地电断面信息;(3)野外数据采集实现了自动化和半自动化,提高了数据采集速度,避免了手工误操作。此外,随着地球物理反演方法的发展,高密度电法资料的电阻率成像技术也从一维和二维发展到三维,极大的提高了地电资料的解释精度。
高密度电法的温纳装置是不同深度对称的四极剖面装置,电极间距为5m根据场地上覆地层厚度选择不同的电极数和采集剖面层数。设备允许的最大隔离系数为32。数据处理工作采用G3RTomo5.0软件完成,先进行突变点剔除工作,再根据需要,进行数据圆滑处理和地形改正,最后通过剖面反演,绘制出视电阻率断面等值线图。
二、激发极化法
激发极化法电测深基本原理是基于岩石的激发极化效应,是岩石颗粒含水后在外电场作用下的一种电化学反映,因此,它必然和岩石中的水有关,如果没有水,也就没有激发极化效应。但激发极化效应也并非与岩石的含水量成正比,而是与一定的颗粒结构有关系,饱含水分的粘土就没有强的激发极化效应。实践表明,古河道、古洪积扇、岩溶溶洞水、砂岩裂隙水、粘土和充水的断层破碎带等有开采价值的含水层,都有明显的极发激化效应。激发极化法电测深一般测量四个参数:视电阻率ρs、激化率ηs、激发激化比J、衰减度D等。其中ηs、J、D它们都是用来反映激发极化效应特征的参数。当激电测深未反映这些含水层时,激发极化参数值一般都有很小,而当反映含水层时,这些参数(ηs、J、D)往往相对背景值同时增大,增大倍数与水量大致成正比,因而进行激发极化法电测深时,综合考虑这些参数随极距变化,来判断地下有无地下水及地下水富集情况。
三、瞬变电磁法
所谓瞬变电磁法(TEM)即是用接地电极或不接地的回线对地下进行脉冲式一次电磁场的发送,并利用接地电极或线圈对该磁场由于地下涡流影响而得到的二次电磁场的空间时间布局进行观测,以便使与地质问题有关的空间域电磁法得到解决。对TEM法进行充分利用,可对山区等恶劣条件进行地下岩溶结构的查找,进而对地下浅層岩溶水进行很快的查找,该方法具有简便快速,效率高的特点。
另外,电磁法也可在平台上进行利用,例如直升机和飞机。在电磁法的应用过程中,电磁法不仅能对含水层的位置以及结构进行揭示,而且能对磁场进行测量并进而对地下水的位置进行绘制。现在最新一代的宽频带数字航空设备以及处理系统对水深200m左右的含水层均可进行准确而低廉的观测。利用计算机及其相关软件可作出其含水层以及深度的电导率图。利用此数据地质工作者可方便的进行地下水的识别和开发。
四、高分辨率浅层地震找水法
1、高分辨率浅层地震法的理论依据
目前常见的用于地质找水的方法主要是反射地震法。应用地震勘察的理论依据主要是对岩层弹性参数进行充分利用。所谓高分辨率浅层地震也就是以一般的地震勘查为基础,但是对分辨率进行大的改善提高来对地质中存在的一些问题进行细致的解决。在地下水的勘探中,高分辨率浅层地震法的作用主要是提供地下水文地质的详细参数,如地层的划分、地质的构造以及富水性等方面的信息。
因为地层分界面的反射系数通常很小,这就会导致地震剖面上的振幅能量比较弱。但是含水层的顶端或底端在其与围岩的界面上却是一个波阻抗面,反射系数要比地层分界面要大得多,比一般反射界面的反射系数也要大。这种界面很容易产生较强的反射振幅点,所以在地下水的勘探中,可以依靠平点反射和亮点对基岩裂隙和地层的含水与否进行很好地解释。
2、高分辨率浅层地震的特点
高分辨率浅层地震法的特点可以归纳为以下几点:(1)高分辨率浅层地震法进行精准的定深,并且具有较高的分辨率;(2)在实际应用中的勘察范围也很大,在几十米到几千米之间;(3)方法应用的比较成熟,可程序化的对资料进行解释以及处理,并能够对基岩构造裂隙的富水性和含水层的孔隙度进行预测;(4)相较于电磁法,高分辨率浅层地震法受电磁影响较小。
五、地质雷达法
地质雷达法与探空雷达技术相似,利用宽带高频时域电磁脉冲波的反射探测目标体,只是频率相对较低,用于解决地质问题,又称“探地雷达”将雷达技术用于地质探测,早在1910年就已经提出,在随后的60年中该方法多限于对波吸收很弱的盐、冰等介质中。直到20世纪70年代以后,地质雷达才得到迅速推广应用。
地质雷达是由地面的反发射天线将电磁波送入地下,经地下目标体反射被地面接收天线所接收,通过分析所接收到电磁波的时频、振幅特性,可以评价地质体的展布形态和性质。由于雷达穿透深度与发射的电磁波频率有关,使其穿透深度有限,但分辨率很高,可达0.05m以下。早期地质雷达只能探测儿米内的目标,应用范围比较窄。此外,地质雷达与地震反射原理相似,一些地震资料处理解释方法可以借用。目前,地质雷达探测深度最大可达100 m,使之成为水文和工程地质勘查中有效的地球物理方法。
六、电法勘探方法在水文和工程地质勘探领域有着广泛的应用
高密度电法由于其高效率,深探测和精确的地电剖面成像,成为水文和工程地质勘查中最有效的方法。考虑到该方法分辨率不高,在具体的应用中可以结合其他电法勘探、电测井等方法,达到精细地质解释的目的。
在水文勘探中,激发极化法和可控源音频大地电磁法是首选的电法勘探方法,如果将激发极化法和高密度电法结合起来寻找地下水资源,效果会更好。
瞬变电磁法在水文地质和工程地质勘探中都有着广泛的应用,尤其是大功率瞬变电磁仪不仅可以在深部地质勘探中发挥作用,还具有较高分辨能力。如果将该方法与高密度电法结合使用,有望解决深部精细地质勘探问题。
地质雷达主要用于各类工程地质勘探,是工程地质勘探首选的电法勘探方法。同时,该方法可以借用地震勘探中已有的资料处理和解释技术,使其迅速发展,可以在更多领域发挥作用。
结束语
水资源缺乏是当今面临的一大难题,如何进行有效地地质找水是摆在每个地质工作者面前的一大难题。本文就一些找水的常规方法以及新方法进行了介绍,可以为水文地质工作者提供一些借鉴,以便能更好地找水。随着经济科技的快速发展,以后肯定会找到更有效的找水方法,通过所有地质工作者一同努力,这一天的来临也许并不会很遥远。
参考文献
[1]谢建平.综合物探方法在水资源勘探中的应用[J].中国煤田地质,2011,13(1).
[2]唐慧杰,陈冬君,黄海玲.物探找水方法综述[J].黑龙江水利科技,2013(1).
[3]程丽.地面核磁共振找水技术含水量计算[D].吉林大学,2010.
[4]中国地质调查局.严重缺水地区地下水勘查论文集[A].北京:地质出版社,2013.