地下水地球物理勘探

（陈昌礼）

    地下水地球物理勘探geophysics for exploring groundwater，在地面、钻孔中或空中，用综合地球物理勘探方法，测量各种物理场的变化，以研究水文地质条件，勘查地下水资源。简称地下水物探。常用的物探方法有自然电场法、电阻率法和浅层地震法。应用这几种方法的理论基础是：①自然电场法。地下水从山顶向山下缓慢流动时产生渗滤电场，形成山顶负的自然电位；硫化矿体在地下水位之上为氧化环境，在地下水位之下为还原环境，从而可在矿体顶部地面形成自然电场异常（见地电场）。②电阻率法。岩石和土壤的电阻率值，同它们的含水程度和所含水的矿化程度密切相关。③浅层地震法。干燥的松散沉积物中的地震纵波速度低，当这些沉积物含水时，速度则增高。

　  地下水富水区有两种基本类型：①松散沉积型，如内陆平原、滨海平原、戈壁沙漠、黄土沟谷、山间盆地或山区小坝子等。这种富水区的富水地段主要有山前冲积扇和洪积扇，古河道和故河道，隐伏的阻水和导水断层，以及地下水含水砂砾石层或含水沙层透镜体。②岩溶和基岩裂隙型。这种富水区散布于沉积岩、火成岩和变质岩的广大山区。其中水丰富的是岩溶地区，这里的断层、裂隙和溶洞是地下良好的蓄水构造。其他基岩裂隙水和层间裂隙水的富水性稍次。

　  松散沉积型地下水物探　按工作区域的大小分为以下3个阶段：普查、地面物探和测井。

　  普查　在地质普查阶段的作图比例尺为1:100000～1:1000000,采用遥感物探技术,在大范围内工作,对勘探地区进行水系、第四纪地质和微地貌进行解译。根据遥感图像可以作以下推断：

　  ①圈出冲积扇和洪积扇范围，发现山前冲积扇或洪积扇前沿的地下水溢出带──泉和泉群；

　  ②追索古河道和故河道，划出隐伏的阻水和导水断层，根据地貌和水系特征勾画出地下水位变浅的地区；

　  ③遥感影像的深色调往往指示土壤潮湿的地段，斑块深浅色调不同、植被稀疏不同往往反映不同程度的盐碱化地区；

　  ④根据航空热红外扫描图像，可以从冷热异常中分析出富水地段，因为水的热容量较大，可采用热容量填图发现浅层地下水的富水区。

　  地面物探 在勘探地区用各种物探方法进行测量(作图比例尺为1:50000或更大)。首先用电测深法作大剖面或面积测量。有时在局部地区为确定井位可采用电阻率法和激发极化法的十字测深剖面。在电测深面积测量的基础上，为详细研究第四纪沉积结构和地下水位，补充进行浅层反射法和折射法地震勘探，以提高电测深资料定量解释的可靠性。

　  在遥感图像解译和地面物探工作的基础上，可确定古河道位置；推断基岩及地下水埋藏深度；划出富水地段；发现地下水主要含水层组；划出地下水矿化度高的地段，并给出高矿化度含水层的埋深。

　  测井　地下水物探中通常应用的地球物理测井方法是自然电场法、视电阻率法和天然放射性法，用以划分含水层和隔水层，咸水层和淡水层，指出可供开发的含水层，提出成井方案的建议。有时也采用密度测井、中子测井、声波测井和感应测井，以计算沉积层的渗透率、孔隙度、矿化度等水文地质参数。综合分析一个地区的全部测井资料，可以研究该地区第四纪沉积旋回和水平方向的相变规律。

　  岩溶和基岩裂隙型地下水物探　其方法和程序为：

　  普查在不同比例尺的遥感图像上，划分出不同规模的与断裂有关的线形影像，并分析其活动性；解译岩溶泉水、暗河天窗、落水洞和岩溶陷坑；推测地下暗河的可能轨迹；从航空热红外扫描图像上发现水下泉或海水下泉。

　  地面物探应用各种物探方法勘查同地下水有关的断层、裂隙和破碎带。常用的方法是四极电阻率剖面法，联合剖面法。在多山的地形复杂地区采用声频大地电场法，甚低频法，天然伽马射线测量和  粒子测量，以及激发极化法剖面测量。在特殊地质条件下，有时也采用重力、磁法和浅层地震勘探。在岩溶地区，常有地下水的裂隙渗漏和地下暗河两种地质现象。采用化学试剂和同位素示踪技术，可以研究地下水系之间的联系。使用装有定时器的“地质炸弹”作为震源的地震勘探方法，可以探测地下暗河。

　  测井利用各种地球物理测井方法指出钻孔中的断层、裂隙、节理、破碎带和溶洞等的规模和深度。在简单状况下采用电阻率测井、天然放射性测井和井径测量。用声波测井可以研究岩石裂隙密集度；利用超声波技术可以直接摄取井内基岩断裂和溶洞的超声波图像，计算出断裂面的倾向和倾角；井下超声波图像与地面物探和航空遥感图像结合解译，可以进行测区内三度空间断裂构造分析。用无线电波透视法和地震波透视法，可以提供钻孔之间的溶洞资料。井中示踪技术可以用来指示地下水流向和流速。用井中扩散法和微流测井，可以确定漏水和涌水层位，研究各含水层之间的补水和排水关系，以指导堵漏和制订合适成井方案。

　  矿区地下水富集是矿山开采的祸患。因此，矿区的水文物探任务是查明隔水层、阻水断层，和有害地下水分布，以提供疏导和防治的依据。

　  海水入侵，地下水回灌，抽咸换淡，以及地下水过量开采和污染的监测等，是地下水物探研究有待开展的新课题。

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