地下水地球物理勘探

（陳昌禮）

    地下水地球物理勘探geophysics for exploring groundwater，在地面、鉆孔中或空中，用綜合地球物理勘探方法，測量各種物理場的變化，以研究水文地質條件，勘查地下水資源。簡稱地下水物探。常用的物探方法有自然電場法、電阻率法和淺層地震法。應用這幾種方法的理論基礎是：①自然電場法。地下水從山頂向山下緩慢流動時產生滲濾電場，形成山頂負的自然電位；硫化礦體在地下水位之上為氧化環境，在地下水位之下為還原環境，從而可在礦體頂部地面形成自然電場異常（見地電場）。②電阻率法。巖石和土壤的電阻率值，同它們的含水程度和所含水的礦化程度密切相關。③淺層地震法。干燥的松散沉積物中的地震縱波速度低，當這些沉積物含水時，速度則增高。

　  地下水富水區有兩種基本類型：①松散沉積型，如內陸平原、濱海平原、戈壁沙漠、黃土溝谷、山間盆地或山區小壩子等。這種富水區的富水地段主要有山前沖積扇和洪積扇，古河道和故河道，隱伏的阻水和導水斷層，以及地下水含水砂礫石層或含水沙層透鏡體。②巖溶和基巖裂隙型。這種富水區散布于沉積巖、火成巖和變質巖的廣大山區。其中水豐富的是巖溶地區，這里的斷層、裂隙和溶洞是地下良好的蓄水構造。其他基巖裂隙水和層間裂隙水的富水性稍次。

　  松散沉積型地下水物探　按工作區域的大小分為以下3個階段：普查、地面物探和測井。

　  普查　在地質普查階段的作圖比例尺為1:100000～1:1000000,采用遙感物探技術,在大范圍內工作,對勘探地區進行水系、第四紀地質和微地貌進行解譯。根據遙感圖像可以作以下推斷：

　  ①圈出沖積扇和洪積扇范圍，發現山前沖積扇或洪積扇前沿的地下水溢出帶──泉和泉群；

　  ②追索古河道和故河道，劃出隱伏的阻水和導水斷層，根據地貌和水系特征勾畫出地下水位變淺的地區；

　  ③遙感影像的深色調往往指示土壤潮濕的地段，斑塊深淺色調不同、植被稀疏不同往往反映不同程度的鹽堿化地區；

　  ④根據航空熱紅外掃描圖像，可以從冷熱異常中分析出富水地段，因為水的熱容量較大，可采用熱容量填圖發現淺層地下水的富水區。

　  地面物探 在勘探地區用各種物探方法進行測量(作圖比例尺為1:50000或更大)。首先用電測深法作大剖面或面積測量。有時在局部地區為確定井位可采用電阻率法和激發極化法的十字測深剖面。在電測深面積測量的基礎上，為詳細研究第四紀沉積結構和地下水位，補充進行淺層反射法和折射法地震勘探，以提高電測深資料定量解釋的可靠性。

　  在遙感圖像解譯和地面物探工作的基礎上，可確定古河道位置；推斷基巖及地下水埋藏深度；劃出富水地段；發現地下水主要含水層組；劃出地下水礦化度高的地段，并給出高礦化度含水層的埋深。

　  測井　地下水物探中通常應用的地球物理測井方法是自然電場法、視電阻率法和天然放射性法，用以劃分含水層和隔水層，咸水層和淡水層，指出可供開發的含水層，提出成井方案的建議。有時也采用密度測井、中子測井、聲波測井和感應測井，以計算沉積層的滲透率、孔隙度、礦化度等水文地質參數。綜合分析一個地區的全部測井資料，可以研究該地區第四紀沉積旋回和水平方向的相變規律。

　  巖溶和基巖裂隙型地下水物探　其方法和程序為：

　  普查在不同比例尺的遙感圖像上，劃分出不同規模的與斷裂有關的線形影像，并分析其活動性；解譯巖溶泉水、暗河天窗、落水洞和巖溶陷坑；推測地下暗河的可能軌跡；從航空熱紅外掃描圖像上發現水下泉或海水下泉。

　  地面物探應用各種物探方法勘查同地下水有關的斷層、裂隙和破碎帶。常用的方法是四極電阻率剖面法，聯合剖面法。在多山的地形復雜地區采用聲頻大地電場法，甚低頻法，天然伽馬射線測量和  粒子測量，以及激發極化法剖面測量。在特殊地質條件下，有時也采用重力、磁法和淺層地震勘探。在巖溶地區，常有地下水的裂隙滲漏和地下暗河兩種地質現象。采用化學試劑和同位素示蹤技術，可以研究地下水系之間的聯系。使用裝有定時器的“地質炸彈”作為震源的地震勘探方法，可以探測地下暗河。

　  測井利用各種地球物理測井方法指出鉆孔中的斷層、裂隙、節理、破碎帶和溶洞等的規模和深度。在簡單狀況下采用電阻率測井、天然放射性測井和井徑測量。用聲波測井可以研究巖石裂隙密集度；利用超聲波技術可以直接攝取井內基巖斷裂和溶洞的超聲波圖像，計算出斷裂面的傾向和傾角；井下超聲波圖像與地面物探和航空遙感圖像結合解譯，可以進行測區內三度空間斷裂構造分析。用無線電波透視法和地震波透視法，可以提供鉆孔之間的溶洞資料。井中示蹤技術可以用來指示地下水流向和流速。用井中擴散法和微流測井，可以確定漏水和涌水層位，研究各含水層之間的補水和排水關系，以指導堵漏和制訂合適成井方案。

　  礦區地下水富集是礦山開采的禍患。因此，礦區的水文物探任務是查明隔水層、阻水斷層，和有害地下水分布，以提供疏導和防治的依據。

　  海水入侵，地下水回灌，抽咸換淡，以及地下水過量開采和污染的監測等，是地下水物探研究有待開展的新課題。

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