工程物探

各種物探方法比較

  目前國內外地下水地質勘探主要有:地質目測、鉆探、地面物探等方法。地面物探方法主要有電、磁、重、震、放射性等5種方法,使用最多的是電法,其次有放射性探測法、甚低頻磁法等。自20世紀30年代外國人在中國用電法找礦(水)以來,到目前為止,就探水方面就有許多方法:
 
  (1)電法
 
  電法分:直流電法和交流電法,后者有音頻電磁法、瞬變電磁法等。以直流電法為例,可分為電測深與電剖面法,分別測量縱深方向的地質變化和某一深度沿剖面方向的地質變化。電法的共同點是:在人工電場作用下進行測量。由于電法探水是從找礦物探引用而來的,礦產是靜態的,其所測到的一般是來自地下的靜態信息;以致在其探測結果曲線中無法分清探測信息來自靜態的礦產還是流動的地下水,存在物探成果的多解性。簡單講就是電法測到的信息可能是水也可能是地下礦產、淤泥、塌陷的松土等等,理論的準確率約50%,實際應用中總結的準確率約30%。
 
  (2)放射性探水法
 
  它是利用天然放射性元素氟在巖石裂隙中富集造成放射性異常,儀器可測到異常帶,但這個裂隙帶可以是充填的,張開的,是否有水流動仍然不知,所以與地質目測斷層探水差不多,仍然是多解的,失敗的實例很多。
 
  (3)甚低頻磁法
 
  它是采用甚低頻探測儀測地下磁場隨空間變化的方法,由于受現代電子、電氣、通訊等設備產生的強電磁干擾影響,很難在城市、郊區、生產廠區開展探測工作。
 
  (4)三維地震
 
  三維地震勘探是用反射波法進行的,三維反射波法與二維反射波法在基礎原理上有許多相似之處,二者所不同的是三維地震采用高密度(即在12.5米×12.5米的面積內便采集一個數據)的各種形式的面積觀測系統,所以三維地震又叫面積觀測法。
 
  上述方法的共同點是把尋找固體礦產的物探方法應用在找地下水上。地面儀器測量值反映的是地質體物性綜合值,屬于靜態信息。這個物理量所顯示的是固體礦產還是地下水,全憑測試分析人員的主觀或其累積實踐經驗所決定。所以上述方法的探水成功率只有40~50%,其根源在物探曲線的多解性。這些方法只能夠知道地下是否為低阻區,至于地下是否有水、水量有多大等信息是難以準確知道的。
 
  如何有效地將地下水與地下的固體礦產資源區分開來,目前尚未發現有成功的解決方法及相應的探測儀器。近年來,雖然提出將核磁共振(NMR)、地質雷達等技術用于地下水勘測,但由于使用成本、探測范圍及條件等因素的限制,未能推廣普及。
 
  多年實踐證明,只是在第四系中適用含水層與隔水層概念,在白堊紀以前的堅硬巖石中,國家認可的二十萬分之一水文地質圖圈定的含水層如:灰巖、砂巖、礫巖。當鉆孔或巷道穿過時,有 70% 的鉆孔無水,直到現在還可以看到;在石灰巖中打十多個孔沒有找到水,地下巷道中也是幾十米,數百米才發現一個出水點。這說明在基巖中含水層的概念不能有效指導地下水勘探工作。地層不等于含水層,地下水在基巖中不是層狀分布的,所以要用地下水系統,尤其是要用地下水動態分布系統來反映地下水資源分布形狀最為準確,才有利于提高勘探效率。
 
  怎樣才能使物探結果由多解上升到唯一解?
 
  只要細心觀察一下上述地質體與水的共性和差異就可以找到答案。以上金屬礦等地質體都是固體,在地下處于靜態,而水與它們的共同點是低阻,但地下水是動態的,它不僅傳遞靜態信息,而且還能傳遞動態信息,地下水低阻、良導體、滲透流動、流量隨時間變化。如果用三維能確定固體礦產的位置,那么確定地下水就要用四維方法。其中時間(頻率的倒數)因素是關鍵。尤其是針對地下存在的含水溶洞或空區,在不同的時間內其補給、儲存的水量不斷地變化,引入時間因素監控老空區、溶洞對礦區生產有很強的實用指導意義。由于地下磁流體的瞬變電磁波是平面波方式傳播,在一般三維探礦技術的基礎上引入時間因素,形成地下水的動態四維定位方法。該探水方法所定孔位精度高,地面誤差不超過一米;其它方法很難達到這個精度。地下水、天然氣、石油,都是地下存在的流體,其中只有地下水是良導體,在地磁場中地下水在巖石裂縫、溶洞、老空區中運動就要切割磁力線,按前述原理,會在地下形成不斷發出瞬變電磁波的場源。
 
  這樣在地磁場中,地下有地下水分布系統(流場)地面就可以測到一個相匹配的瞬變電磁波,由于是平面波,二者是正投影關系。因此,探測系統的任務就是測出瞬變電磁波場的分布形狀及場源的深度,在這個場內確定地下水源的位置及深度。
 
  該方法探測深度可達1500m,找到的是地下水集中徑流帶,已流動數百萬年,因此,抽水后水質好,且不會產生抽水后對地表環境造成影響等問題,比傳統物探方法優越很多,水質也是地下水系統中最好的部分。  另該儀器配套專用分析管理軟件,收集的數據通過電腦分析可立即獲得直觀的測試結果。地下水及地下裂隙(或空區)信息在軟件上顯示的圖形是準確且唯一的,只要測試過程中有出現此波形信號,則表示該位置地下存在水或裂隙(或空區)。