摘要：本文簡述了地球物理探測方法在現代水文工程地質環境領域的應用。進而, 簡略介紹了水文與環境物探常用方法解釋地質問題的能力及工作步驟。

 

  關鍵詞：物探方法 水文與環境地質 應用簡述工作步驟

 

  當代地球科學已從學科高度分化為主體轉向學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、環境學的交叉滲透分別形成了水文地球物理、工程地球物理、環境地球物理等。地球物理學與水文、工程、環境學的交叉滲透是地球物理學與現代地球科學的一小部分學科的交叉, 并形成相應的交叉科學。這樣一來, 發展了水文、工程、環境學科, 同時也拓寬了地球物理學。地球物理學是研究地球科學的“千里眼”和“探針”。

 

  水文與環境地球物理勘探主要用于確定人類活動頻繁區域的地質、水文地質條件和地下水污染空間分布特征調查。地面物探工作布置根據待查的水文地質條件而定，重點布置在地面調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。其探測深度應大于鉆探深度。  根據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)以介質彈性差異為基礎，研究波場變化規律的地震勘探和聲波探測；

 

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

 

  (3)以介質密度差異為基礎，研究重力場變化規律的重力勘探；

 

  （4）以介質磁性差異為基礎，研究地磁場變化規律的磁法勘探；

 

  (5)以介質中放射性元素種類及含量差異為基礎，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導熱性為基礎，研究地溫場變化的地熱勘探等。

 

  在水文地質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，并能在現場及時提交成果，近年來又出現了陸上極小偏移距高寬頻反射連續剖面法(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揮了作用；聲波法在巖體探查、巖土物理力學參數測定等方面得到廣泛應用；面波勘探，鉆孔透射CT，跨孔法也是有特效和前景的方法。其中穩態和瞬態法面波勘探，利用瑞雷波的頻散以及面波波長與深度相關的特點，在淺層勘探和洞穴探查方面的實踐中效果良好，正受到人們的青睞；利用天然微震，測量場地地基振動頻譜及卓越周期，也是建筑工程勘察的內容之一。地震勘探在水文地質勘查中主要通過地震了解地層構造情況來查明地熱、地下水等。

 

  2、 電法

 

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

 

  除了傳統的電測深、電剖面法外，近年來，高密度電法從理論到應用都有很好的進展，高密度電法實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電極并進行快速的采集，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底深度的五級縱軸測深法、可探測幾十米深度內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，激發極化法是有特效的方法，目前多用時間域法，并利用不同性質含水層在不同大小的激發電流時有不同的激發極化能力的特點，發展出二次時差法，頻率域的方法在探查地下水方面也有好的實例，如雙頻或多頻激發極化法展現了好的前景。

 

  在水文電法勘探中，高密度電法和激發激化法是最有效的方法之一。考慮到高密度電法分辨率不高，如果將激發極化法和高密度電法結合起來尋找地下水資源, 效果會較好。

 

  3、 重力勘探和磁法

 

  重力勘探在水、工、環地質調查中的作用，主要是用來配合解決有關地質構造問題，如斷層，基巖起伏和隱伏構造等。有時也可用來直接解決某些水文、工程地質問題，如探測溶洞、空洞、儲熱層、地面塌陷等。  磁法勘探是利用地殼內各種巖（礦）石間的磁性差異所引起的磁場變化（磁異常）來尋找有用礦產資源和查明地下地質構造的一種物探方法。過去磁法勘探多用來研究大地構造和尋找磁性礦體。隨著工農業生產發展的需要，今年來磁法勘探在水、工、環領域應用越來越廣泛。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。利用鉆孔無線電波透視做孔間巖體的視吸收系數剖面進行巖溶探查，是使用較廣的有效方法。近年來，探地雷達愈益引起人們的關注，它不僅具有很強的抗干擾性、極高的采樣率，而且由于數據處理技術的高度開發，其探測成果已具有嶄新的高精度表現能力，它在淺層探查巖溶方面的前景被看好。此外地下管網探查的許多儀器和方法，也是以電磁法為基礎的。

 

  5、 放射性

 

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

 

  6、地溫測量

 

  在大面積地熱調查中，可以用紅外掃描方法來圈定地熱異常的范圍。但區域的或局部的地熱調查通常都要在鉆孔或淺孔中進行。此法可以圈定地熱異常區，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境調查中應用十分廣泛，水文與環境物探常用方法及解釋地質問題能力如下圖1所示  在水文與環境勘查中，地質是基礎,物探是手段,二者能否結合是成敗的關鍵。工作步驟為：首先要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,根據已掌握的地質情況考慮用什么物探方法,需要做多大工作量。進行物探工作時要充分研究第一手資料并結合各種信息進行分析。最后將物探資料與后期實際鉆孔資料等進行比較分析,以檢驗物探資料的準確性,找出成功或失敗的原因,以指導今后的物探工作。充分發揮各種物探手段本身的優勢,合理應用,可以產生更好的效果。

 

  可以預料，隨著經濟建設和科學技術的不斷發展，物探工作應用的廣度和深度必將進一步的擴大和加強，并將得到更加廣泛的應用。