水文地質(zhì)物探

會(huì)計(jì)學(xué)1水文地質(zhì)物探§1水文地質(zhì)物探方法的基本原理水文地質(zhì)物探––––是根據(jù)地下巖層在物理性質(zhì)上的差異，借助于專門的物探儀器，通過測量、分析其物理場的分布、

變化規(guī)律來進(jìn)行水文地質(zhì)調(diào)查的一種勘探手段。2022年10月31日2時(shí)8分1．物探方法的特點(diǎn)成本低、速度快、用途廣泛，是當(dāng)前水文地質(zhì)調(diào)查中不可缺少的勘查手段。第1頁/共33頁2．物探方法的基本原理物探方法之所以能夠探明某些地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，主要是因?yàn)椴煌愋突虿煌康膸r石之間存在著物理性質(zhì)上的差異（包括導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性，熱容量、溫度、密度、磁性、彈性波傳播速度及放射性等）。因此，我們可以借助各種物探測試儀器，測定出巖石或水體的某些物理特征值的變化，從而分析、推斷出巖性、構(gòu)造和巖層含水性能的變化。例如，許多巖漿巖和石灰?guī)r的視電阻率（ρs）常?？蛇_(dá)n×（102—103）歐姆·米；而泥巖、粘土的視電阻率值只有十到幾十Ω·m。§1水文地質(zhì)物探方法的基本原理2022年10月31日2時(shí)8分第2頁/共33頁□（1）在含水量方面：水是一種良導(dǎo)體，因此巖石的含水量及水本身的礦化度，對巖石的視電阻率值有很大的影響。厚層石灰?guī)r的無水地段的ρs值常常大于500Ω·m，比有水地段高很多?！酰?）在磁性方面：不同種類的巖石之間也有較大差別，如許多巖漿巖中的金屬元素含量相對較豐富，磁性較強(qiáng)；多數(shù)沉積巖的磁性均較弱。因此，當(dāng)磁法剖面跨過這兩種巖石時(shí)，便會(huì)有顯著的磁力差異?！?水文地質(zhì)物探方法的基本原理2022年10月31日2時(shí)8分第3頁/共33頁□

（3）在放射性強(qiáng)度和熱輻射強(qiáng)度方面：不同類型的巖石，以及

巖石中富水和貧水地段之間，也常有較大的差異。從圖4—l所示的熱

行為剖面上可清楚地顯示出斷裂富水帶的平均輻射溫度（地面下0.8m）要比斷裂兩側(cè)貧水地帶低7一11℃?！?水文地質(zhì)物探方法的基本原理2022年10月31日2時(shí)8分第4頁/共33頁在水文地質(zhì)調(diào)查中使用的物探方法有兩大類：（1）地面物探方法，（2）地球物理測井?，F(xiàn)將各種物探方法在水文地質(zhì)調(diào)查中的作用，即能解決的水文地質(zhì)問題簡介于下?！?物探方法在水文地質(zhì)調(diào)查中的作用2022年10月31日2時(shí)8分第5頁/共33頁一、采用地面物探方法尋找地下水地面物探方法，已被證明是探測地下巖性、劃分地層和確定構(gòu)造的有效手段之一，幾乎所有地面物探方法均可用于尋找地下水和判定某些水文地質(zhì)特征。但是，絕大多數(shù)物探方法并不是直接地測定出地下水的物性顯示，而是通過測定出巖石或裂隙、空洞的物性顯示，去判斷是否有含水層和富水帶的存在。當(dāng)然，巖石本身的物性顯示在一般情況下又比水強(qiáng)烈得多，因此，準(zhǔn)確地說，多數(shù)的物探方法均是間接的找水方法?！?物探方法在水文地質(zhì)調(diào)查中的作用2022年10月31日2時(shí)8分第6頁/共33頁地面物探方法的種類很多。在水文地質(zhì)調(diào)查中，運(yùn)用較多的是那些所測得的物性特征在各類巖石中（包括有水的和貧水的地段）差別較顯著、顯示比較穩(wěn)定、強(qiáng)烈，且受自然環(huán)境和人為因素干擾較小的物探方法。這類方法，首推各種電阻率法，磁法、放射性探測法、和聲波探測法也常用到，而地震和重力等方法相對使用較少?！?物探方法在水文地質(zhì)調(diào)查中的作用2022年10月31日2時(shí)8分第7頁/共33頁在水文地質(zhì)調(diào)查中主要使用的物探方法（傳統(tǒng)方法）有：（1）電法勘探；（2）電法測井等。在工程地質(zhì)調(diào)查中主要使用的物探方法（傳統(tǒng)方法）有：（1）電法勘探；（2）地震勘探；（3）聲波探測等?！?物探方法在水文地質(zhì)調(diào)查中的作用2022年10月31日2時(shí)8分第8頁/共33頁考慮到一般的電阻率法，在各種地球物理勘探和水文地質(zhì)物探教材中已有詳盡論述，而磁法、重力和地震方法在水文地質(zhì)勘查中使用較少，故本章將著重介紹目前用于水文地質(zhì)勘探及尋找地下水較為有效的，已有物探或?qū)Ｋ滩闹杏治瓷钊虢榻B的各種物探方法?！?物探方法在水文地質(zhì)調(diào)查中的作用2022年10月31日2時(shí)8分第9頁/共33頁□（l）自然電場法。這種方法是以地下存在的天然電場作為場源。由于天然電場主要是與地下水通過巖石孔隙、裂隙時(shí)的滲透作用及地下水中離子的擴(kuò)散、吸附作用有關(guān)。因此，可根據(jù)在地面測量到的電場變化情況，查明地下水的埋藏、分布和運(yùn)動(dòng)狀況。這種方法主要是用于尋找掩埋的古河道、基巖中的含水破碎帶，及確定水庫、河床及堤壩的滲漏通道，以及測定抽水鉆孔的影響半徑等。這種方法的使用條件，主要決定于地下水滲透作用所形成的過濾電場的強(qiáng)度。一般只有在地下水埋藏較淺、水力坡度較大和所形成的過濾電位強(qiáng)度較大時(shí)，才能在地面測量到較明顯的自然電位異常?！?物探方法在水文地質(zhì)調(diào)查中的作用2022年10月31日2時(shí)8分第10頁/共33頁□（2）激發(fā)極化法。由這于激激種發(fā)發(fā)極方化極所法產(chǎn)化生是的法二根次和場據(jù)值電小供，阻故電這率種極方法法斷不一適電用樣于后覆，蓋，層分較由厚為（電如剖大化于面0m學(xué)2）法、和作工測業(yè)游用散深電引流起較法強(qiáng)的的和地巖區(qū)測井。電石源和笨法重地、。其工作下效水中率較，低放、激電成本發(fā)較電高場，極也化是（這測種即方深法二的法不次足用之場得處）。最的多衰，減主特征要來用尋于找尋地找下層水狀?；蚨拼螌訄鰻畹姆炙ゲ紲p的特各征種可地用下衰水減以度及（較）D大、的衰溶減洞時(shí)含（水τ

帶）等，并參可數(shù)確表定示它。們判斷的地埋下藏水深存度在。效果較好的測量參數(shù)，通常是τ

和D。τ

是指二次場電位差（）zUΔ衰減到某一規(guī)定數(shù)值時(shí)（通常規(guī)定為50％）所需的時(shí)間（單位為s）。D亦是反映極化電場（即二次場）衰減快慢的一種測量參數(shù)（用百分?jǐn)?shù)表示）。由于巖石中的含水或富水地段水分子的極化能力較強(qiáng)，又因二次場一般衰減慢，故D和τ

值相對較大。§2物探方法在水文地質(zhì)調(diào)查中的作用2022年10月31日2時(shí)8分第11頁/共33頁□（3）交變電磁場法。這種方法是以巖石、礦石（包括水）的導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性及介電性的差異為基礎(chǔ)，通過對以上物理場空間和時(shí)間分布特征的研究，達(dá)到查明隱伏地質(zhì)體和地下水的目的?！?物探方法在水文地質(zhì)調(diào)查中的作用2022年10月31日2時(shí)8分第12頁/共33頁電磁法是近二三十年才推出的新物探方法。目前已在生產(chǎn)中使用的有甚低頻電磁法（利用超長波通訊電臺(tái)發(fā)射的電磁波為場源）、頻率測深法（以改變電磁場頻率來測得不同深度的巖性）、地質(zhì)雷達(dá)法（利用高頻電磁波束在地下電性界面上的反射來達(dá)到探測地質(zhì)對象的目的）等。其中，甚低頻法對確定低阻體（如斷裂帶、巖溶發(fā)育帶和含水裂隙帶）比較有效；而地質(zhì)雷達(dá)則具較高的分辨率（可達(dá)數(shù)厘米），可測出地下目的物的形狀、大小及其空間位置。§2物探方法在水文地質(zhì)調(diào)查中的作用2022年10月31日2時(shí)8分第13頁/共33頁§2物探方法在水文地質(zhì)調(diào)查中的作用2022年10月31日2時(shí)8分近年來，原蘇聯(lián)科學(xué)家又設(shè)計(jì)出一種新的能直接尋找地下水的電磁法，即核磁找水法。其原理如下：由于水具弱磁性，故在磁場作用下，其磁矩將沿地磁的方向排列。當(dāng)在垂直地磁場方向施加一定強(qiáng)第14頁度/共33頁和頻率的人工磁場時(shí)，水分子就會(huì)產(chǎn)□（4）放射性探測法（天然放射性找水法）自然界存在三個(gè)放射性元素系（鈾一鐳系、釷系和錒系），但在巖石和水中分布較廣泛的，主要有鈾（U）、鐳（Ra）、氡（Rn）、釷（Th）和鉀（40K）。天然放射性元素發(fā)生衰變時(shí)能放出α、β、γ射線，而這些

射線的強(qiáng)度可利用核輻射探測儀器加以測定。尚須指出，用放射性方法所測量到的射線，主要是氡及其子體產(chǎn)生的，而鈾、鐳等元素放出的射線是次要的，故氡及其子體是放射性探測法首先重視的對象。§2物探方法在水文地質(zhì)調(diào)查中的作用2022年10月31日2時(shí)8分第15頁/共33頁放射性探測法主要適用于尋找基巖地下水，這是基于以下原因：①不同類型巖石，由于其放射性元素含量不同，其放射性強(qiáng)度常有差異；②巖石中斷裂帶和裂隙發(fā)育帶，常是放射性氣體運(yùn)移和聚積的場所，故可形成放射性異常帶；③在地下水流動(dòng)過程中（特別是在出露地段），由于水文地球化學(xué)條件的突然改變，可導(dǎo)致水中某些放射性元素的沉淀或富集，從而形成放射性異常。§2物探方法在水文地質(zhì)調(diào)查中的作用2022年10月31日2時(shí)8分第16頁/共33頁由于地下水中所含放射性物質(zhì)甚微，所以利用天然放射性找水，并非直接測定地下水的放射性，而是通過測定巖石的放射性差異去判斷有無含水的巖層，有無可供地下水賦存的斷裂、裂隙（通道）構(gòu)造。放射性探測的方法很多，但都是基于測量氡及其子體的射線強(qiáng)度；放射性探測的儀器種類也很多，但從原理上說主要分為γ、α兩種輻射儀（這是因?yàn)棣蒙渚€穿透力較強(qiáng)，α粒子電離本領(lǐng)較強(qiáng)）。§2物探方法在水文地質(zhì)調(diào)查中的作用2022年10月31日2時(shí)8分第17頁/共33頁①γ測量法。所測量的是鈾、釷、鉀等放射性元素及其子體輻射出的γ射線的總強(qiáng)度。本方法使用的儀器輕便，工作效率高，對查明巖層分界線和破碎帶有一定效果；但其異常顯示不夠明顯，覆蓋土層厚度較大時(shí)效果不佳。②放射性能譜測量法。是在γ測量法的基礎(chǔ)上新推出的方法。在同一測量剖面線上，四條輻射強(qiáng)度曲線的相互配合，可大大提高地質(zhì)解釋的精度。③射氣測量法。該方法是用射氣儀（測氡儀）測量土壤中放射性氣體（主要是氡氣）的濃度，以發(fā)現(xiàn)浮土下的放射性異常帶。測氡法對于尋找脈狀基巖含水帶有很好的效果。但其測量結(jié)果，也難免受到土壤濕度、溫度、氣壓、土壤密實(shí)程度和融凍狀態(tài)的影響?！?物探方法在水文目前 使用較 多的

方 法簡2022年10月31日2時(shí)8分地

質(zhì)

調(diào)

中介如下的。查作用查第18頁/共33頁④α徑跡測量法和α卡法。這兩種方法均是測量土壤蓋層中α射線的方法。⑤210Po法。它和α卡法一樣，也是一種長期積累的測氡方法。但它是通過采集土樣，經(jīng)化學(xué)處理后，再用α輻射儀測量210Po放出的α射線強(qiáng)度。由于

210Po是一個(gè)長壽命、強(qiáng)輻射的天然同位素，故其探測深度亦較大，且不適用于土層已經(jīng)再搬運(yùn)過的地區(qū)?！?物探方法在水文地質(zhì)調(diào)查中的作用2022年10月31日2時(shí)8分第19頁/共33頁許多地球物理測井方法都可配合鉆探取芯和水文地質(zhì)觀測資料，用于鉆孔剖面的巖性分層，判斷含水層（帶）、巖溶發(fā)育帶和咸淡水分界面位置（深度）及確定水文地質(zhì)參數(shù)等。當(dāng)采用無芯鉆進(jìn)或鉆進(jìn)取芯不足時(shí)，物探測井更是不可缺少的探測手段。物探測井的地質(zhì)一水文地質(zhì)解釋精度，遠(yuǎn)比前述的地面物探方法為高。對確定鉆孔中的巖層分界面和出水裂隙段位置的可靠性和精度，有時(shí)甚至比鉆探取芯還高?！?物探方法在水文地質(zhì)調(diào)查中的作用二、采用地球物理測井方法確定含水層和測定水文地質(zhì)參數(shù)2022年10月31日2時(shí)8分第20頁/共33頁目前，水文地質(zhì)鉆探中常用的測井方法有五類：□（1）電法測井，包括：①普通視電阻率測井，②井液電阻率測井，③自然電位測井；□（2）放射性測井，包括：①伽瑪一伽瑪測井，②中子測井，③放射性同位素測井；□（3）聲波測井；□（4）熱測井；□（5）流速測井。各種測井方法相互配合，可以提供更多、更可靠的地質(zhì)一水文地質(zhì)信息，可使水文地質(zhì)鉆孔發(fā)揮更大的勘查效益?！?物探方法在水文地質(zhì)調(diào)查中的作用2022年10月31日2時(shí)8分第21頁/共33頁上述許多物探測井法，除完成井孔地質(zhì)剖面的測量任務(wù)外，皆可測出（或粗略地測定出）含水層的水文地質(zhì)參數(shù)和巖石的工程力學(xué)性質(zhì)，也可解決某些水井工程的特殊問題（如井徑、井斜等）。主要測井方法所解決的水文地質(zhì)問題：□（1）普通視電阻率測井：除劃分鉆孔地層剖面外，主要用于確定含水層的位置及厚度，測定巖石電阻率參數(shù)和巖石孔隙度；□（2）井液電阻率測井：其中的擴(kuò)散法，能可靠的確定鉆孔中含水層（出水段）的位置和厚度，比較含水層的富水性，求地下水的滲透速度和間接計(jì)算滲透系數(shù)；§2物探方法在水文地質(zhì)調(diào)查中的作用2022年10月31日2時(shí)8分第22頁/共33頁□（3）自然電位測井：可確定地下水的礦化度和咸淡水界面，估計(jì)地層的含泥量；□（4）伽瑪一伽瑪測井：可按密度區(qū)分巖性、劃分剖面，確定含水層和巖石的孔隙度；□（5）中子測井：用于劃分巖性，查明含水層，確定孔隙度和測定含水量；□（6）放射性同位素測井：同位素示蹤法是目前測定地下水流向、流速、滲透系數(shù)和水動(dòng)力彌散系數(shù)的主要方法，還可用于確定井內(nèi)出水和套管破裂位置，檢查井管外封堵質(zhì)量和尋找水庫（壩下）滲漏通道；□（7）聲波測井：主要用于測定巖石的孔隙度，也用于劃分巖性，作地層對比，劃分含水破裂帶等；□（8）熱測井：測地溫梯度，測定井內(nèi)進(jìn)（漏）水位置?！?物探方法在水文地質(zhì)調(diào)查中的作用2022年10月31日2時(shí)8分第23頁/共33頁此外，還有流速（流量）測井，實(shí)質(zhì)上它屬于水文法測井，而非地球物理方法。此法能直接測量出鉆孔中各個(gè)含水層（或含水段）的厚度、流速和出水量，并能計(jì)算出各含水層（段）的滲透系數(shù)，確定鉆孔中各個(gè)含水層之間的補(bǔ)排關(guān)系，還可檢查鉆孔止水效果和確定過濾器有效長度。我國冶金部武漢勘察研究院生產(chǎn)的RM－2型地下水流速儀，可測流速范圍為

0.2—80cm／s?！?物探方法在水文地質(zhì)調(diào)查中的作用2022年10月31日2時(shí)8分第24頁/共33頁§3水文地質(zhì)人員在物探工作中的任1．掌握物探方法的使用務(wù)條件2022年10月31日2時(shí)8分物探方法是一種先進(jìn)的地質(zhì)調(diào)查技術(shù)。但它能否取得好效果，還取決于一系列自然與人為因素。當(dāng)能滿足下列使用條件時(shí)，才能有較好的效果。□（1）探測對象（巖層或含水帶）與圍巖之間存在比較顯著的物性差異；□（2）這種物性差異，要有一定的異常幅度，并能在所探測的深度內(nèi)能被目前使用的物探儀器測量出來；□（3）探測對象呈現(xiàn)的異?，F(xiàn)象，能與其他自然和人為干擾因素引起的異?，F(xiàn)象很好地區(qū)別開來；□（4）還要求探測對象有一定的規(guī)模（厚度或范圍），埋藏不能太深，其他自然和人為干擾因素（地形坡度、切割程度、浮土厚度、工業(yè)地電、地下金屬管道等）的影響不能太強(qiáng)烈。第25頁/共33頁2．提出水文地質(zhì)物探工作的探測任務(wù)根據(jù)水文地質(zhì)調(diào)查任務(wù)，并考慮測區(qū)的具體地質(zhì)及水文地質(zhì)特點(diǎn)、物理場特點(diǎn)（即何種物理場可能最顯著）、可能存在的自然與人為干擾因素及物探儀器性能和精度，水文地質(zhì)人員應(yīng)正確地提出水文地質(zhì)物探的任務(wù)。§3水文地質(zhì)人員在物探工作中的任務(wù)2022年10月31日2時(shí)8分第26頁/共33頁水文地質(zhì)物探的任務(wù)：（1）通過地面物探（或航空物探）方法尋

找含水層或富水帶，確定它們的分布范圍、埋藏深度、厚度和產(chǎn)狀；（2）通過物探測井方法準(zhǔn)確地確定含水層（帶）的厚度、深度、富水程度、咸淡水界面位置，或測定某些水文地質(zhì)參數(shù)及完成某些水井工程探測任務(wù)（測量井徑、井斜和檢查鉆孔止水效果）?！?水文地質(zhì)人員在物探工作中的任務(wù)2022年10月31日2時(shí)8分第27頁/共33頁依據(jù)所確定的任務(wù)，要求水文地質(zhì)人員和物探人員一起，共同完成這三項(xiàng)工作。對選定的物探方法，要通過現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證后再作決定。如能使用綜合物探手段完成同一項(xiàng)任務(wù)，則可相互驗(yàn)證，取長補(bǔ)短，以提高成果解釋的可靠性和精度。例如，為探測傾角不大的層狀含水層，可同時(shí)使用電阻率測深法和激發(fā)極化測深法；為尋找基巖脈狀富水帶，可同時(shí)使用電剖面法、磁法、γ測量法和射氣測量法等找水方法。我國煤炭水文地質(zhì)部門在北方巖溶區(qū)的勘探鉆孔中，常使用視電阻率法、自然電位法、井液電阻率法、γ－γ法、中子法、井下電視等多種測井方法。它們對確定巖溶發(fā)育段位置、含水層位置等效果十分滿意。3．確定物探方法，選定物探測線、測點(diǎn)的布置方案和測量裝置§3水文地質(zhì)人員在物探工作中的任務(wù)2022年10月31日2時(shí)8分第28頁/共33頁在選擇物探測線、測點(diǎn)的布置方案和選擇正確的測量裝置時(shí)，如使用電阻率測深（或剖面）法，則首先須確定測線的位置、方位、測點(diǎn)間距和測線之間的距離；同時(shí)，也要正確地選擇供電極距、測量極距和電測剖面裝置。要知道，有時(shí)雖然選擇了正確的物探方法，但由于測線方向布置