[摘 要] 文章主要对地球物理勘查技术进行了分析，为了提高探测的准确度,探讨了几种勘查技术提出了一些问题供大家参考。
[关键词] 地下水 勘查技术 物探技术
地球物理勘查技术发展速度很快,在方法上,直流电阻率法已从高密度电阻率法、高分辨率法等旨在提高直流电阻率分辨率技术发展到重点研究开发仪器轻便、分辨率高的交流电磁法,主要包括频率域电磁测深法(音频大地电磁测深法、可控源大地电磁测深法、MT法)和时间域电磁法(瞬变电磁测深法)等高灵敏度方法。近几年来,随着现代信息技术的发展,以遥感(RS)、地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GPS)组成的“3S”技术已在地下水勘查工作中得到迅速应用,提高了地下水勘查水平。下面根据多年来从事地下水地球物理勘查技术研究工作的体会，浅谈地下水地球物理勘查技术目前要解决的几个问题。
1.建立合理的地质-地球物理模型,提高解释精度
众所周知,物探结果仅是地层物性层空间分布特性的反映,解释结果是多解性的。这种多解性或不稳定性表现在两个方面。其一涉及到异常源的性质;其二是勘探目标定量化特征,如目标体的形状、大小、埋深及产状要素等。那么在实际工作中,如何将具有多解性的物探结果进行合理的地质解译,提高资料解释精度,便是水文物探工作者必须深入研究的课题之一。开展地层岩性与物性之间关系等基础地质问题的深入研究,从而建立合理的地质-地球物理模型,是提高物探资料解释精度的主要途径之一。
正确合理的地质-地球物理模型的建立,其根本问题是深入研究地层岩性的地球物理特征,如不同地层岩性所对应的电、磁、震、核、重力等反映特征,空间分布规律和不同地区、不同类型地下水、不同含水介质的岩性结构所反映的地球物理特点。比如对孔隙水来说,地层岩性成分、沉积颗粒的大小决定着电阻率的大小,不同岩性界面形成不同波阻抗差异的地震波界面,反映到地球物理模型一般为水平层状的大小电阻率相间分布的一种模型。而对于基岩裂隙水,以寻找富水性构造为主,构造破碎带与围岩之间的岩性成分、冲填物性质、构造发育程度决定着电性、波阻抗、放射性浓度、重力场、磁场等地球物理特征的差异,地球物理模型表现为在水平方向具有地球物理特征差异的二维结构。因此,只有充分掌握它们之间的关系,才有可能建立一个正确合理的地质-地球物理模型,减小物探解释结果的多解性。建立正确的地质-地球物理模型是选择合理有效的地球物理勘查技术进行资料反演解释的前提。
2.深层地下水物探技术
目前地下水勘查工作已从中浅部( < 300m)地下水勘查转向深层地下水的勘查,相应,对地球物理勘查技术提出了新的要求,具体讲就是对深部含水体地球物理微弱信号的识别与分辨。
无论是深层地下淡水还是深层地热资源,根据含水介质、地下水类型分为松散层孔隙水、基岩裂隙水、深埋岩溶水三大类。深层孔隙水受含水层的成因和地貌条件所控制,地球物理主要解决的问题是:地层岩性的划分、含水层岩性结构、埋深、厚度、地下水矿化度、含水层空间分布规律等。基岩裂隙水、深埋岩溶水的发育程度与赋水性受构造所控制,地球物理主要解决的问题是:准确确定赋水构造的空间分布特征。因此,深层地下水的地球物理勘查不仅对采用的仪器设备有较高的要求,而且对资料的处理技术也具有相当重要的要求。
高分辨率地震勘探技术是解决岩性结构的有力手段,它具有定深精度高、分辨能力强的特点。尤其是近年来新发展的三维地震勘探技术,能更精细、更准确地分辨地层空间分布特征,在地下水勘查工作中将发挥出更重要的作用。
3.地下水水质评价的物探技术
利用地面物探技术快速高效的特点进行水质的评价,将是摆在水文物探工作者面前的一个重要任务。目前,在所有物性参数中,电性参数是评价水质的唯一参数。地下水水质的优劣决定着地下水中所含导电离子数目的多少,离子数目越多,导电性越好,地下电阻率越低,反之则高。因而地层水电阻率与水质密切相关。欲求准地下水水质,关键的问题是求准地层水电阻率。阿尔奇公式给出了地层电阻率、地层水电阻率与地层孔隙度之间的数学关系。研究表明,在一定条件下,地层孔隙度对地层水电阻率的影响至关重要。对孔隙水来讲,地层孔隙度的变化范围较小,相对容易获得,但对于基岩裂隙水、岩溶水来说,由于含水介质孔隙率变化的随机性,同一构造不同地段其裂隙发育程度不同,裂隙率难以求准。因此,该类型的地下水水质评价将是十分困难。
4.建立地下水勘查立体模式,提高综合勘查手段
现代勘查工作已从单一方法向地质调查、地面物探和综合测井、空中物探、“3S”技术等综合方法密切配合方向发展。目前,这些方法单独或部分组合使用于水资源勘查领域 ,发挥了重要的作用,但仍存在许多不足之处,没有形成系统性的方法技术系列,如针对某一类地水勘查特点,采取何种勘查模式,才能取得有效的勘查成果。建立区域地下水立体勘查模式,就是针对不同地下水类型,将空中、地面、井中各种勘查方法进行组合,建立多参数、多方位、多层次的立体勘查模式,指导下一步水资源的勘查。目前主要研究内容有：(1) 开展不同类型地下水勘查的遥感、航空物探、地面电法、测井、钻探等技术适用范围、使用条件、反映含水体的特征、解决问题的能力进行综合研究。(2) 开展多参数(包括遥感采集信息参数;航空物探电磁参数、放射性参数;地面电法采集的电性参数、磁性参数;测井反映地层的电性参数、声速参数、放射性参数;钻孔获取的地层岩性参数等)对区域地下水含水体的反映特征及其相互关系的研究 ,建立多参数评价地下水统。(3) 开展空中、地面、井中各方法之间关系的研究,建立空中、地面、井中三个层次、多方位的、以GIS为平台的不同类型地下水立体勘查模式。
5.求取水文地质参数的物探技术
水文地质参数在水文地质调查与评价工作中至关重要。过去地球物理方法在求取水文地质参数方面的研究工作很少,水文地质参数多采用抽水试验获得。如何在未钻孔前利用地球物理方法开展水文地质参数评价,或者在钻孔中利用地球物理方法更准确地求取这些重要的参数,对节约成本,水资源开发规划设计,更科学、合理地开展水资源评价都具有现实意义。地球物理方法在解决上述问题具有极大的可能性。
5.1 地震技术求取地层孔隙度
利用地震反射波传播的动力学特性,如反射波的振幅、频率、衰减特性、极化特点,反射波的内部结构,外部几何形态等。从这些地震信息中可以提取非常有用的地层岩性信息,借此确立地震层序、分析地震相等。除此之外,借助于地震波振幅、频率、极化特性等动力学信息,并结合层速度、钻进、测井等资料,提取岩性和储层参数,如流体成分、孔隙度等。目前,在石油系统,这方面的研究工作取得长足的发展,主要根据地层的孔隙度分布特征来预测油气资源的开发前景。如果将这种技术用于地下水资源调查与评价工作中,对地下水含水量的预测,进行水资源量的评价,提高地球物理勘查技术在地下水资源调查工作的作用都具有指导意义。
5.2 频谱激电技术评价含水层渗透性的研究
频谱激电技术属于电磁法勘探技术。在上世纪七十年代初期我国开始利用,主要用于金属矿床的勘探。它可区分电磁效应和耦合效应。近几年,日本科学家开始研究该技术应用于水文地质调查工作中,主要是对含水层渗透性问题的评价,这对进行地下水的运移特征、污水入侵程度的研究均具有较好的效果。
5.3 地面核磁共振找水技术求取水文地质参数
地面核磁共振技术当今世界上最先进的直接探测地下水技术。在探测深度范围内,地层中有自由水存在,就有核磁共振信号响应。反之,就没有响应。信号强弱或衰减快慢直接与水中质子的数量有关,即核磁共振信号的幅值与所探测空间内自由水含量成正比,因此构成了一种直接找水技术,形成了地面核磁共振找水方法。通过在地面观测核磁共振自由感应衰减信号的初始振幅、相位和质子自旋驰豫时间,研究其间的关系,通过反演计算,获得地下含水层的孔隙度、渗透率、含水率、埋深、厚度等水文地质参数。
5.4 介电常数、核磁共振技术求取孔隙度、渗透率
介电常数、核磁共振测井是测井技术领域中新发展的技术方法。由于介电常数、核磁共振效应具有直接反映地层含水性的特点,它准确地反映出含水体的富水特征,根据其反映信号的驰豫时间特性来研究含水体的孔隙度和渗透性。
6.建立地下水物探资料综合解释信息系统是物探技术发展的必然要求
地下水地球物理勘查资料解释系统是融信息管理、数据处理分析、物探成果地质解释于一体的综合性的信息系统。包括不同地下水类型的地质背景、勘查方法、资料解释结果、综合地质解释结果等基本要素容纳成熟的电法、电磁法等主流的数据处理、反演技术;根据勘探所用手段和存入数据库的数据情况(原始数据或物探成果)由用户制定数据处理流程;依据岩性-物性关系,自动或人机交互式实现物探成果向地质解释成果的转化。随着“3S” 技术在地学领域应用的发展,地下水地球物理勘查资料综合解释系统进行信息化建设,服务于公益事业,提高我国在这方面现代化管理水平,为地下水管理者和决策者提供方便,是社会发展的必然要求。
总之,随着地下水勘查工作的深入,地球物理技术要解决的问题也日益增多,难度也越来越大。地球物理要回答的问题不能停留在物性资料的解释上,而是要直接回答与地下水有关的地质问题,如地下水的富水性问题、水质问题等。地下水勘查手段要向多学科、多层次、多方位发展,借助现代化的手段提高地球物理勘查技术在地下水调查工作中的作用。
