[摘 要] 文章主要對地球物理勘查技術(shù)進(jìn)行了分析，為了提高探測的準(zhǔn)確度,探討了幾種勘查技術(shù)提出了一些問題供大家參考。
[關(guān)鍵詞] 地下水 勘查技術(shù) 物探技術(shù)
地球物理勘查技術(shù)發(fā)展速度很快,在方法上,直流電阻率法已從高密度電阻率法、高分辨率法等旨在提高直流電阻率分辨率技術(shù)發(fā)展到重點研究開發(fā)儀器輕便、分辨率高的交流電磁法,主要包括頻率域電磁測深法(音頻大地電磁測深法、可控源大地電磁測深法、MT法)和時間域電磁法(瞬變電磁測深法)等高靈敏度方法。近幾年來,隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展,以遙感(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)組成的“3S”技術(shù)已在地下水勘查工作中得到迅速應(yīng)用,提高了地下水勘查水平。下面根據(jù)多年來從事地下水地球物理勘查技術(shù)研究工作的體會，淺談地下水地球物理勘查技術(shù)目前要解決的幾個問題。
1.建立合理的地質(zhì)-地球物理模型,提高解釋精度
眾所周知,物探結(jié)果僅是地層物性層空間分布特性的反映,解釋結(jié)果是多解性的。這種多解性或不穩(wěn)定性表現(xiàn)在兩個方面。其一涉及到異常源的性質(zhì);其二是勘探目標(biāo)定量化特征,如目標(biāo)體的形狀、大小、埋深及產(chǎn)狀要素等。那么在實際工作中,如何將具有多解性的物探結(jié)果進(jìn)行合理的地質(zhì)解譯,提高資料解釋精度,便是水文物探工作者必須深入研究的課題之一。開展地層巖性與物性之間關(guān)系等基礎(chǔ)地質(zhì)問題的深入研究,從而建立合理的地質(zhì)-地球物理模型,是提高物探資料解釋精度的主要途徑之一。
正確合理的地質(zhì)-地球物理模型的建立,其根本問題是深入研究地層巖性的地球物理特征,如不同地層巖性所對應(yīng)的電、磁、震、核、重力等反映特征,空間分布規(guī)律和不同地區(qū)、不同類型地下水、不同含水介質(zhì)的巖性結(jié)構(gòu)所反映的地球物理特點。比如對孔隙水來說,地層巖性成分、沉積顆粒的大小決定著電阻率的大小,不同巖性界面形成不同波阻抗差異的地震波界面,反映到地球物理模型一般為水平層狀的大小電阻率相間分布的一種模型。而對于基巖裂隙水,以尋找富水性構(gòu)造為主,構(gòu)造破碎帶與圍巖之間的巖性成分、沖填物性質(zhì)、構(gòu)造發(fā)育程度決定著電性、波阻抗、放射性濃度、重力場、磁場等地球物理特征的差異,地球物理模型表現(xiàn)為在水平方向具有地球物理特征差異的二維結(jié)構(gòu)。因此,只有充分掌握它們之間的關(guān)系,才有可能建立一個正確合理的地質(zhì)-地球物理模型,減小物探解釋結(jié)果的多解性。建立正確的地質(zhì)-地球物理模型是選擇合理有效的地球物理勘查技術(shù)進(jìn)行資料反演解釋的前提。
2.深層地下水物探技術(shù)
目前地下水勘查工作已從中淺部( < 300m)地下水勘查轉(zhuǎn)向深層地下水的勘查,相應(yīng),對地球物理勘查技術(shù)提出了新的要求,具體講就是對深部含水體地球物理微弱信號的識別與分辨。
無論是深層地下淡水還是深層地?zé)豳Y源,根據(jù)含水介質(zhì)、地下水類型分為松散層孔隙水、基巖裂隙水、深埋巖溶水三大類。深層孔隙水受含水層的成因和地貌條件所控制,地球物理主要解決的問題是:地層巖性的劃分、含水層巖性結(jié)構(gòu)、埋深、厚度、地下水礦化度、含水層空間分布規(guī)律等�；鶐r裂隙水、深埋巖溶水的發(fā)育程度與賦水性受構(gòu)造所控制,地球物理主要解決的問題是:準(zhǔn)確確定賦水構(gòu)造的空間分布特征。因此,深層地下水的地球物理勘查不僅對采用的儀器設(shè)備有較高的要求,而且對資料的處理技術(shù)也具有相當(dāng)重要的要求。
高分辨率地震勘探技術(shù)是解決巖性結(jié)構(gòu)的有力手段,它具有定深精度高、分辨能力強(qiáng)的特點。尤其是近年來新發(fā)展的三維地震勘探技術(shù),能更精細(xì)、更準(zhǔn)確地分辨地層空間分布特征,在地下水勘查工作中將發(fā)揮出更重要的作用。
3.地下水水質(zhì)評價的物探技術(shù)
利用地面物探技術(shù)快速高效的特點進(jìn)行水質(zhì)的評價,將是擺在水文物探工作者面前的一個重要任務(wù)。目前,在所有物性參數(shù)中,電性參數(shù)是評價水質(zhì)的唯一參數(shù)。地下水水質(zhì)的優(yōu)劣決定著地下水中所含導(dǎo)電離子數(shù)目的多少,離子數(shù)目越多,導(dǎo)電性越好,地下電阻率越低,反之則高。因而地層水電阻率與水質(zhì)密切相關(guān)。欲求準(zhǔn)地下水水質(zhì),關(guān)鍵的問題是求準(zhǔn)地層水電阻率。阿爾奇公式給出了地層電阻率、地層水電阻率與地層孔隙度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。研究表明,在一定條件下,地層孔隙度對地層水電阻率的影響至關(guān)重要。對孔隙水來講,地層孔隙度的變化范圍較小,相對容易獲得,但對于基巖裂隙水、巖溶水來說,由于含水介質(zhì)孔隙率變化的隨機(jī)性,同一構(gòu)造不同地段其裂隙發(fā)育程度不同,裂隙率難以求準(zhǔn)。因此,該類型的地下水水質(zhì)評價將是十分困難。
4.建立地下水勘查立體模式,提高綜合勘查手段
現(xiàn)代勘查工作已從單一方法向地質(zhì)調(diào)查、地面物探和綜合測井、空中物探、“3S”技術(shù)等綜合方法密切配合方向發(fā)展。目前,這些方法單獨或部分組合使用于水資源勘查領(lǐng)域 ,發(fā)揮了重要的作用,但仍存在許多不足之處,沒有形成系統(tǒng)性的方法技術(shù)系列,如針對某一類地水勘查特點,采取何種勘查模式,才能取得有效的勘查成果。建立區(qū)域地下水立體勘查模式,就是針對不同地下水類型,將空中、地面、井中各種勘查方法進(jìn)行組合,建立多參數(shù)、多方位、多層次的立體勘查模式,指導(dǎo)下一步水資源的勘查。目前主要研究內(nèi)容有：(1) 開展不同類型地下水勘查的遙感、航空物探、地面電法、測井、鉆探等技術(shù)適用范圍、使用條件、反映含水體的特征、解決問題的能力進(jìn)行綜合研究。(2) 開展多參數(shù)(包括遙感采集信息參數(shù);航空物探電磁參數(shù)、放射性參數(shù);地面電法采集的電性參數(shù)、磁性參數(shù);測井反映地層的電性參數(shù)、聲速參數(shù)、放射性參數(shù);鉆孔獲取的地層巖性參數(shù)等)對區(qū)域地下水含水體的反映特征及其相互關(guān)系的研究 ,建立多參數(shù)評價地下水統(tǒng)。(3) 開展空中、地面、井中各方法之間關(guān)系的研究,建立空中、地面、井中三個層次、多方位的、以GIS為平臺的不同類型地下水立體勘查模式。
5.求取水文地質(zhì)參數(shù)的物探技術(shù)
水文地質(zhì)參數(shù)在水文地質(zhì)調(diào)查與評價工作中至關(guān)重要。過去地球物理方法在求取水文地質(zhì)參數(shù)方面的研究工作很少,水文地質(zhì)參數(shù)多采用抽水試驗獲得。如何在未鉆孔前利用地球物理方法開展水文地質(zhì)參數(shù)評價,或者在鉆孔中利用地球物理方法更準(zhǔn)確地求取這些重要的參數(shù),對節(jié)約成本,水資源開發(fā)規(guī)劃設(shè)計,更科學(xué)、合理地開展水資源評價都具有現(xiàn)實意義。地球物理方法在解決上述問題具有極大的可能性。
5.1 地震技術(shù)求取地層孔隙度
利用地震反射波傳播的動力學(xué)特性,如反射波的振幅、頻率、衰減特性、極化特點,反射波的內(nèi)部結(jié)構(gòu),外部幾何形態(tài)等。從這些地震信息中可以提取非常有用的地層巖性信息,借此確立地震層序、分析地震相等。除此之外,借助于地震波振幅、頻率、極化特性等動力學(xué)信息,并結(jié)合層速度、鉆進(jìn)、測井等資料,提取巖性和儲層參數(shù),如流體成分、孔隙度等。目前,在石油系統(tǒng),這方面的研究工作取得長足的發(fā)展,主要根據(jù)地層的孔隙度分布特征來預(yù)測油氣資源的開發(fā)前景。如果將這種技術(shù)用于地下水資源調(diào)查與評價工作中,對地下水含水量的預(yù)測,進(jìn)行水資源量的評價,提高地球物理勘查技術(shù)在地下水資源調(diào)查工作的作用都具有指導(dǎo)意義。
5.2 頻譜激電技術(shù)評價含水層滲透性的研究
頻譜激電技術(shù)屬于電磁法勘探技術(shù)。在上世紀(jì)七十年代初期我國開始利用,主要用于金屬礦床的勘探。它可區(qū)分電磁效應(yīng)和耦合效應(yīng)。近幾年,日本科學(xué)家開始研究該技術(shù)應(yīng)用于水文地質(zhì)調(diào)查工作中,主要是對含水層滲透性問題的評價,這對進(jìn)行地下水的運移特征、污水入侵程度的研究均具有較好的效果。
5.3 地面核磁共振找水技術(shù)求取水文地質(zhì)參數(shù)
地面核磁共振技術(shù)當(dāng)今世界上最先進(jìn)的直接探測地下水技術(shù)。在探測深度范圍內(nèi),地層中有自由水存在,就有核磁共振信號響應(yīng)。反之,就沒有響應(yīng)。信號強(qiáng)弱或衰減快慢直接與水中質(zhì)子的數(shù)量有關(guān),即核磁共振信號的幅值與所探測空間內(nèi)自由水含量成正比,因此構(gòu)成了一種直接找水技術(shù),形成了地面核磁共振找水方法。通過在地面觀測核磁共振自由感應(yīng)衰減信號的初始振幅、相位和質(zhì)子自旋馳豫時間,研究其間的關(guān)系,通過反演計算,獲得地下含水層的孔隙度、滲透率、含水率、埋深、厚度等水文地質(zhì)參數(shù)。
5.4 介電常數(shù)、核磁共振技術(shù)求取孔隙度、滲透率
介電常數(shù)、核磁共振測井是測井技術(shù)領(lǐng)域中新發(fā)展的技術(shù)方法。由于介電常數(shù)、核磁共振效應(yīng)具有直接反映地層含水性的特點,它準(zhǔn)確地反映出含水體的富水特征,根據(jù)其反映信號的馳豫時間特性來研究含水體的孔隙度和滲透性。
6.建立地下水物探資料綜合解釋信息系統(tǒng)是物探技術(shù)發(fā)展的必然要求
地下水地球物理勘查資料解釋系統(tǒng)是融信息管理、數(shù)據(jù)處理分析、物探成果地質(zhì)解釋于一體的綜合性的信息系統(tǒng)。包括不同地下水類型的地質(zhì)背景、勘查方法、資料解釋結(jié)果、綜合地質(zhì)解釋結(jié)果等基本要素容納成熟的電法、電磁法等主流的數(shù)據(jù)處理、反演技術(shù);根據(jù)勘探所用手段和存入數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)情況(原始數(shù)據(jù)或物探成果)由用戶制定數(shù)據(jù)處理流程;依據(jù)巖性-物性關(guān)系,自動或人機(jī)交互式實現(xiàn)物探成果向地質(zhì)解釋成果的轉(zhuǎn)化。隨著“3S” 技術(shù)在地學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的發(fā)展,地下水地球物理勘查資料綜合解釋系統(tǒng)進(jìn)行信息化建設(shè),服務(wù)于公益事業(yè),提高我國在這方面現(xiàn)代化管理水平,為地下水管理者和決策者提供方便,是社會發(fā)展的必然要求。
總之,隨著地下水勘查工作的深入,地球物理技術(shù)要解決的問題也日益增多,難度也越來越大。地球物理要回答的問題不能停留在物性資料的解釋上,而是要直接回答與地下水有關(guān)的地質(zhì)問題,如地下水的富水性問題、水質(zhì)問題等。地下水勘查手段要向多學(xué)科、多層次、多方位發(fā)展,借助現(xiàn)代化的手段提高地球物理勘查技術(shù)在地下水調(diào)查工作中的作用。
