地层含水性研究的地球物理方法
综合地球物理方法及应用
大回线：（1）垂直分量：正异常峰在矿体靠发射回线一边，过零点后矿体另一边为负，零点正在矿体顶部。（2）水平分量：单个正异常峰在矿床上方。
不同位置的重叠回线和直立薄板之间的磁力线耦合图：
四、矿井瞬变电磁探测技术
矿井瞬变电磁法的主要特点：
1）由于井下测量环境与地表不同，无法采用地表测量时的大线圈(边长大于50 m)装置，只能采用边长小于3 m的多匝小线框，因此与地面瞬变电磁法相比具有数据采集工作量小，测量设备轻便，工作效率高，成本低等优点；对于其他矿井物探方法无法施工的巷道(巷道长度有限或巷道掘进迎头超前探测等)，可采用测量装置小、轻便的矿井瞬变电磁法探测。
综合地球物理方法及应用
D
文地质参数。
4、自然电位测井 确定渗透层，划分咸淡水分界面，估计地层水电阻率。
5、井中电磁波法 探查溶洞、破碎带。
放射性测井（核测井）：1、自然伽玛（γ）法测井 划分岩性剖面，确定含泥质地层，求地层含泥量。
2、伽玛—伽玛法（γ—γ）测井 按密度差异划分剖面，确定岩层的密度，孔隙度
地球物理测井方法是水工物探的重要组成部分。应向综合测井方向发展，提高测井的技术水平，为实现水文地质钻探少取芯或不取芯的目标创造条件；应加强水文地质参数的测定的实验工作，研究含水层的孔隙度、渗透系数；研究各含水层的补给关系、补给量、测定地下水的流向、流速。测定涌水量及地下水的水质。
地震探测目前在水文地质调查中应用还不是很普遍。地震勘探精度比电法勘探高，解比较单一，这是它的优点，但它的装置比较笨重，成本较高是它的缺点。地震探测方法应与声波探测互相配合，测定岩体弹性力学参数，，从宏观到微观，从静态到动态研究测定参数间的关系，对工程地质设计具有重要的意义。
地球物理勘探方法
地球物理勘探方法地球物理勘探方法是一种通过测量、分析和解释地球物理场的方法，用于探测和研究地下结构和地下资源。
它在石油、矿产、水资源等领域具有广泛的应用。
地球物理勘探方法主要包括地震勘探、重力勘探、磁力勘探和电磁勘探等。
地震勘探是一种利用地震波在地下传播的特性来研究地球内部结构和地下资源的方法。
通过在地表或井孔中布设地震仪器，记录地震波的传播速度、振幅和方向等信息，可以推断地下构造的分布和性质。
地震勘探被广泛应用于石油勘探中，可以帮助确定油气藏的位置、形态和大小。
重力勘探是一种利用地球重力场的变化来研究地下结构和地下资源的方法。
通过测量地球重力场的微小变化，可以推断地下岩石密度的变化，从而研究地下构造的分布和性质。
重力勘探在矿产勘探中有广泛的应用，可以帮助确定矿床的位置、规模和品位。
磁力勘探是一种利用地球磁场的变化来研究地下结构和地下资源的方法。
地球磁场的强度和方向的变化与地下岩石的磁性有关，通过测量地球磁场的变化，可以推断地下岩石的磁性特征，从而研究地下构造的分布和性质。
磁力勘探在矿产勘探和地下水资源勘探中具有重要的应用价值。
电磁勘探是一种利用地球电磁场的变化来研究地下结构和地下资源的方法。
地球电磁场的强度和频率的变化与地下岩石的电性特征有关，通过测量地球电磁场的变化，可以推断地下岩石的电性特征，从而研究地下构造的分布和性质。
电磁勘探在矿产勘探和地下水资源勘探中被广泛应用。
除了以上几种常见的地球物理勘探方法，还有一些其他的方法，如地电勘探、测井等。
地电勘探是一种利用地下电阻率的变化来研究地下结构和地下资源的方法。
通过测量地下电阻率的变化，可以推断地下岩石的含水性和岩性，从而研究地下构造的分布和性质。
测井是一种利用井下仪器测量地下岩石物性参数的方法，可以帮助确定油气藏的性质和储量。
地球物理勘探方法是一种通过测量、分析和解释地球物理场的方法，用于探测和研究地下结构和地下资源。
地震勘探、重力勘探、磁力勘探、电磁勘探、地电勘探和测井等方法在不同领域具有广泛的应用，为资源勘探和环境研究提供了重要的技术手段。
刍议地球物理勘查法在工程地质中的应用
刍议地球物理勘查法在工程地质中的应用作者：汪翔来源：《城市建设理论研究》2014年第06期摘要：随着地球物理勘查学科技术的发展和地质、矿产、工程对地球物理勘查的需求逐渐增加，地球物理勘查的服务对象也逐渐增加，而用于解决工程地质及工程结构等问题越来越广泛。
本文就基于地球物理勘查法进行分析，同时也探讨了该方法目前在工程地质中的具体应用。
关键词：地球物理勘查法工程地质应用中图分类号： G633.7文献标识码： A随着我国国民经济的快速发展，资源需求与保障能力之间的矛盾日益突出，资源勘查已成为当前地质工作的重要任务。
而地球物理勘查学科涵盖了地质、矿产、工程等多个领域，近期和今后发展的主攻方向是提高探测目标的空间几何分辨率，增强识别、区分、描述尺度更小和结构更复杂的探测目标的能力，区分物性反差较弱的探测目标的能力，提高适应在复杂地形、地貌、不利地表条件及各种人文干扰条件下的工作能力，提高资料综合解释的能力。
但是，地球物理勘查观测结果的多解性，又困扰着资料的正确推断解释，因此，如何正确选择和合理运用这些方法，充分发挥方法技术各自的优势，就显得尤为重要。
地球物理勘查法的概述地球物理勘查是以勘查对象的物理性质和数理理论为基础，以发现地球物理差异为手段，解释和推断工程地质勘察、区域地质调查和工程结构病害检测问题为主要任务的前沿地质学科。
简单的说就是应用物理学原理勘查地下矿产、研究地质构造的一种方法和理论。
目前，该技术在矿产勘查中，特别是在寻找深部隐伏矿产方面，物探不可替代的作用日益突显；而在工程地质勘察中，特别是在高速公路、铁路等线性工程勘察中，物探扮演的角色越来越重要；在区域地质调查中，特别是深部地质构造调查中，物探已成为主要调查手段；在工程病害检测中，物探也已成为独特的快速、无损工程结构检测方法。
随着经济发展和社会进步，物探的服务领域将越来越广泛，物探方法技术也将随之得到发展，物探将进一步超越地学学科，为解决社会进步和经济发展所面临的新课题发挥重要的作用。
浅地表地球物理-概述说明以及解释
浅地表地球物理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述地球物理学是研究地球内部结构、地球表面特征及其与物质和能量相互作用的一门科学。
它主要利用物理学的原理和方法来探索地球的物质组成、物理性质以及地球内部和地表的各种物理现象。
浅地表地球物理是地球物理学领域的一个重要分支，主要研究地球表层的物理性质和地下浅层结构。
浅地表地球物理是一门综合性学科，涉及多个学科的知识和技术，如地震学、重力学、磁学、电学、电磁学、热学等。
通过使用各种地球物理方法和仪器设备，可以获取地球表层的有关信息，包括地下岩土层的成分、厚度、密度、磁化率、电性质等。
浅地表地球物理的研究对象主要包括地层结构、地下水资源、矿产资源、地震活动等。
在城市规划、工程建设、地质灾害预测和环境保护等领域中，浅地表地球物理的应用具有重要的意义。
通过浅地表地球物理的研究，可以了解地下结构，预测地质灾害，划定地下水资源分布范围，为工程建设提供科学依据。
本文将重点介绍浅地表地球物理的概念、定义以及其在不同领域的应用。
通过对浅地表地球物理的研究和应用，可以提高对地球内部和地表特征的认识，为解决地质环境问题和促进可持续发展提供支持。
最后，还将展望浅地表地球物理的发展方向，并提出对浅地表地球物理未来研究的建议。
文章结构部分的内容应该包括对整篇文章的组织和章节安排的介绍。
在该部分中，应该简要说明每个章节的主题和内容，以让读者了解整篇文章的框架和流程。
以下是对文章结构部分内容的一个例子：1.2 文章结构本文分为引言、正文和结论三个主要部分。
引言部分首先对浅地表地球物理进行了概述，介绍了其基本概念和应用领域。
接着介绍了文章的结构，包括各个章节的主题和内容，以便读者了解整篇文章的框架。
正文部分包括了地球物理学的概念、浅地表地球物理的定义以及其应用领域的详细介绍。
地球物理学的概念部分将介绍地球物理学的基本概念和研究方法，为后续对浅地表地球物理的介绍铺垫。
浅地表地球物理的定义部分将对浅地表地球物理进行具体的定义和解释，以便读者对该领域有一个清晰的认识。
《地球物理测井方法》第九章中子测井
《地球物理测井方法》第九章中子测井中子测井是地球物理测井中一种常用的方法，通过测量自然放射性中子在地下岩石中的吸收和散射情况，给出含氢量，从而判断岩石的岩性和含水性质。
本章主要介绍中子测井的原理、测井曲线的解释和应用。
9.1中子测井的原理中子测井通过探测和测量中子在地下岩石中的吸收和散射情况，来确定地层的物性参数。
中子测井一般使用两种中子源：放射性核素源和中子发生器。
9.1.1放射性核素源放射性核素源一般采用锶-90/钇-90和铯-137源。
当源辐射中子进入地层时，与地层中的核与原子进行散射、吸收和成为散裂中子，从而改变中子的传输规律。
通过测量地层中散射中子和散裂中子的比例，可以确定地层的平均原子质量和中子俘获截面。
9.1.2中子发生器中子发生器一般采用贝里利钠源。
中子发生器产生高速中子，通过地层的散射和核反应，快速减速并且散射成热中子。
测量地层中的散射中子可以得到地层的平均原子质量。
9.2中子测井曲线的解释中子测井曲线是通过记录和测量地下岩石中散射和吸收中子的响应，从而得到岩石的物性参数。
9.2.1中子通量曲线中子测井中，中子源发射的中子流经地层时会发生吸收和散射，散射到测井仪器的中子将与原子核发生散射反应。
记录和测量测井仪器接收到的中子数目，可以得到中子的通量曲线。
中子通量曲线反映了地层中散射和吸收中子的情况，从而可以判断地层的物性参数。
9.2.2归一化中子通量曲线为了消除不同测井工具之间的差异，通常会将中子通量曲线归一化。
将测井仪器接收到的中子数目除以源活度和测井仪器的响应系数，得到归一化的中子通量曲线。
9.2.3中子测井曲线的解释根据中子测井曲线的形态和变化，可以判断地层的物性参数。
当地层中的含水量较高时，中子通量较高，因为水对中子的吸收较强。
而当地层中的含水量较低时，中子通量较低。
通过测量中子测井曲线的斜率，还可以得到地层的氢指数，从而判断地层的岩性。
9.3中子测井的应用中子测井可以用于判断地层的物性参数，从而对地层进行岩性和含水性质的判断。
专门水文地质学__(1)
一、名词解释1. 水文地质物探：利用地球物理方法查明含水介质水文地质特征的勘探2.现场踏勘：通过踏勘应对调查区地质、水文地质条件及交通条件等有一个全面的了解，以便在编制设计书时能做到指导思想明确、重点突出、有的放矢，使工作布置和设计符合实际条件。
3. 抽水试验:通过钻孔或水井抽水，定量评价含水层富水性，测定含水层水文地质参数和判断某些水文地质条件4. 单孔抽水试验：仅在一个试验孔中抽水，用以确定涌水量与水位降深的关系，概略取得含水层渗透系数。
5.多孔抽水试验：在一个主孔内抽水，在其周围设置若干个观测孔观测地下水位。
6.群孔干扰抽水试验：在影响半径范围内，两个或两个以上钻孔同时进行的抽水试验。
7.试验性开采抽水试验：是模拟未来开采方案而进行的抽水试验。
8.过滤器：过滤器是指安装在钻孔中含水层（段）的一种带孔井管9.地下水动态：指表征地下水数量与质量的各种要素(如水位、泉流量、开采量、溶质成分与含量、温度及其它物理特征等)随时间而变化的规律。
10.地下水均衡：指在一定范围、一定时间内，地下水水量、溶质含量及热量等的补充(或流入)量与消耗(或流出)量之间的数量关系。
11.单因素曲线图：仅反映地下水的某一要素，如地下水位动态曲线图、泉水流量动态曲线图、水的矿化度或某种离子含量动态曲线图等，单因素曲线图便于分析变化的规律。
12.综合曲线图：将地下水的所有要素或几种要素以及影响因素绘制在一张图上，综合曲线图便于分析地下水要素与影响因素之间的关系。
13.地下水水质：指水和其中所含的物质组分所共同表现的物理、化学和生物学的综合特征14.地下水水质指标：表示地下水中物质的种类、成分和数量，是衡量地下水水质的具体标准。
15细菌总数指标：指水样在相当于人体温度（37℃)下经24h培养后，每毫升水中所含各种细菌的总个数。
饮用水标准规定，此数不应超过100个。
16.总大肠杆菌数指标：若在水中发现很多大肠杆菌，则说明水已被污染。
地球物理勘探重点总结
电法勘探概念：电法勘探是根据岩石和矿石导电性的差异，在地面上不断改变供电电极和测置电极的位置，观测和研究所供直流电场在地下介质中的分布，了解测点电阻率沿深度的变化，达到测深、找矿和解决其他地质问题的目的场源稳定电流场：点电源电场、两异极性点电源电场、偶极子源电场。
变化电流场：电磁场装置类型：对称四极、三极、偶极计算的电阻率，不是某一岩层的真电阻率，而是在电场分布范围内、各种岩石电阻率综综合影响的结果。
我们称其为视电阻率，并用ρs来表示:)1.3.5(IUK MNs∆=ρ高密度电阻率法的测量过程高密度电法野外工作方法:1）测区的选择和测网的布设2）装置形式及参数的选择a装置的选择b极距的确定c测点的分布高密度电法工作原理：高密度电阻率法是集测深和剖面法于一体的一种多装置、多极距的组合方法，它具有一次布极即可进行多装置数据采集以及通过求取比值参数而能突出异常信息的特点。
自然电场：由地球表层内矿体、地下水和各种水系间的物理化学作用产生的电场。
自然电场的形成原因:氧化还原：地下水溶液与矿石间的电化学作用。
过滤作用（吸附）：地下水的渗流和过滤作用。
接触扩散：矿化溶液的离子在岩石交界面上的扩散和岩石骨架对离子的吸附作用。
自然电场分类:1、电化学活动形成的自然电场2、过滤电场3、扩散电场激发极化法（简称激电法）是以不同岩、矿石激电效应之差异为物质基础，通过观测和研究大地激电效应，来探查地下地质情况的一种分支电法。
电子导体的激发极化机理电子导体（包括大多数金属矿和石墨及其矿化岩石）的激发极化机理一般认为是由于电子导体与其周围溶液的界面上发生过电位差的结果。
离子导体的激发极化机理双电层形变形成激发极化的速度和放电的快慢，决定于离子沿颗粒表面移动的速度和路径长短，因而较大的岩石颗粒将有较大的时间常数（即充电和放电较慢）。
这是用激电法寻找地下含水层的物性基础。
充电法：是以岩石电阻率为基础的一种直流电法勘探，根据充电体与围岩电性差异，向充电矿体充电，使充电体变为一等位体或似等位体，研究充电体和其周围电场分布特征，从而解决充电体的形状、大小和产状等地质问题充电法原理:充电法是在被勘探的矿体上或其它良导电性地质体的天然或人工露头接上供电电极（A）进行充电（用直流电源，也可用交流电源），另一供电电极(B)置于远离充电体的地方。
【煤矿采空区】{地面瞬变电磁法}煤矿地面以下深部采空区、陷落柱等含水性地面瞬变电磁探测
煤矿地面以下深部采空区、陷落柱等含水性地面瞬变电磁探测武汉地大华睿地学技术有限公司一、引言近年，随着国民经济的飞速发展，对矿产资源的需求量已达到了供不应求的程度，尤其是煤矿资源是我国国民经济发展最重要保障，更是受到了空前的重视。
现阶段我国煤炭的开采面临着地下浅、深部复杂的水文地质条件，煤矿开采过程中突水、透水等灾难性事故时有发生，给国家及人民带来了重大灾难和人员财产损失。
尤其是煤矿富水老空区会对煤矿安全生产造成极大威胁，因此如何有效地探测煤矿积水区采空区并有针对性地采取探放水措施，从而有效地防止水害发生，保证煤矿安全生产成为现阶段煤矿地球物理勘探工作最为重要的工作之一。
随着煤矿开采程度的提高，深部煤层（500米）的开采越来越成为重点工作，所以对于分布在深部的未探明采空区成为重要的工作之一。
二、使用方法瞬变电磁法三、技术原理瞬变电磁法（Transient Electromagnetics Method, TEM）是以地壳中岩（矿）石的导电性与导磁性差异为主要物质基础，根据电磁感应原理，利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场的间隙期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场，并研究该场的空间与时间分布规律, 来寻找地下矿产资源或解决其它地质问题的一支时间域电磁法。
瞬变电磁法原理的图解近些年，为有效的防治煤矿水害，瞬变电磁法凭借其独有的优点在探测采空区富水性中得以广泛应用。
在探测富水区或潜在导水通道的位置及其分布范围等方面，瞬变电磁法是最有效的方法之一，其物理基础是富水区或潜在的导水通道相对于周围地层都有明显的电性差异。
尤其是在煤系地层，在正常情况下，不同年代的地层是由老至新按有序沉积，各层位电性在横向上是相对均一的。
当存在局部异常体，如含水采空区、岩溶洞穴、断层、裂隙带等含水构造存在时则出现局部低电阻率异常区；若断层带裂隙比较发育但没有充、导水或呈现孔穴时，表现为相对高阻异常区。
上述各种不同条件下的电性变化为以导电性差异为应用前提的各种电磁法探测技术的应用提供了良好的地球物理前提。
地球物理勘探技术在地下水污染监测中的应用
地球物理勘探技术在地下水污染监测中的应用地下水是人类生活和生产中重要的水源之一，然而，随着人口的增加和经济的发展，地下水污染问题引起了广泛关注。
地球物理勘探技术作为一种非侵入性的技术手段，被广泛应用于地下水污染的监测与评估中。
本文将介绍地球物理勘探技术在地下水污染监测中的应用，并讨论其优势和挑战。
1. 电法方法电法方法是一种常用的地球物理勘探技术，通过测量地下电阻率差异来推断地下水污染情况。
在地下水污染监测中，电法方法可以帮助确定污染源位置和范围。
通过在地下埋设电极，应用直流电流进行电阻率测量，可以得到地下水体的电阻率分布图像。
电阻率分布异常的区域往往提示地下存在污染物的积累。
然而，电法方法在实际应用中也存在一些限制，如对土壤导电性变化的敏感性较低，对细致污染源的识别能力有限等。
2. 地震勘探方法地震勘探方法通过检测地下的地震波传播和反射特征来研究地下结构和物质的分布情况。
在地下水污染监测中，地震勘探方法可以提供关于地下介质性质的信息。
通过在地下埋设震源和接收器，应用地震波进行监测，可以获取地下成像剖面。
地下水污染区域往往具有与周围地层不同的地震波传播速度和反射特征，这些特征可以用于定位和识别地下水污染源。
然而，地震勘探方法也存在一些限制，如对于深层地下水污染的监测能力有限，对噪音和干扰的敏感性较高等。
3. 地磁勘探方法地磁勘探方法是利用地下岩矿体和地下水体对地球磁场的响应来推断地下介质性质的一种方法。
在地下水污染监测中，地磁勘探方法可以提供地下水流动路径和地下水污染扩散情况的信息。
通过在地下埋设磁感应线圈，测量地下磁场的变化，可以得到地下磁场异常的分布图像。
地下水污染区域往往具有与周围地层不同的磁场响应特征，这些特征可以用于定位和识别地下水污染源。
然而，地磁勘探方法也存在一些限制，如被金属结构和电力设备等干扰影响较大，对水平方向水流的监测能力较弱等。
4. 地电磁法地电磁法是将电法和磁法相结合的一种地球物理勘探方法。
地层水矿化度检测的地球物理测井方法
地层水矿化度检测的地球物理测井方法地层水矿化度是检测地层水与地层的相互作用，研究自然媒介中的物质交换的重要指标。
地层水的矿化度直接影响到对地表工程和深部开采的安全性、利用性和经济性。
为了更好的检测地层水矿化度，地球物理测井方法正逐步的得到实施。
地球物理测井方法用于检测地层水矿化度，主要是基于它可以直接反映地层水和地层间物质交换的重要性质。
它包括地震、电法、磁法和放射法等几种常用的非侵入性测井方法。
地震地球物理测井是比较常用的检测地层水矿化度测井方法，它在方法分类中属于地质成像方法。
其原理是发射源以更短的时间输入波渗透在地层穿行，然后由探头接收，经分析得出声波衰减量，由而得出地层水矿化度的详细信息。
电法测井方法是基于磁导率法的变量，其原理是使用带电丝绕成环或管道穿行在地层中，再以极低的电压来探测地层水，结合磁导率（带电丝绕环输入电压与电流的比值），再测定矿化度的该行的描述。
磁法测井的原理是基于地层水中水体的磁属性而得出的，该方法依靠将磁介质放置在要检测的区域中，当磁介质在地层水中穿行时，由变化的磁通量和地磁信号来衡量地层水矿化度。
放射法地球物理测井是利用放射性元素水分解产生的放射性物质，以及地层水的矿物组成而检测的，其原理是将低能放射源放入地层，并在随后由探头检测，通过矿物组成对应的放射能量大小可以得出地层水的矿化度的相关信息。
总的来说，地球物理测井方法是一种特别有效的检测地层水矿化度的方法，其基本原理是通过探测地层水和地层矿物相互作用中产生的物质变化，从而获得矿化度情况。
地球物理测井方法虽然目前尚处于发展阶段，但是经过不断的改进和完善，已经完善检测技术并取得了不错的效果，能够准确准确地反映地层水矿化度的变化，这也是地层水矿化度检测的重要方法之一。
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溶液界面上双电层的扩散区厚度
差不多时( 10 ~ 10 nm) , 整个孔隙皆处于双电层的扩散区内, 其中包含过剩的正离子, 它吸 引负离子, 排斥正离子 . 因此, 在外电场作用 下, 正离子 在其中移动较 快 ( 迁移速率 V+ 较 大) , 称此孔隙为正离子选择带 ; 另外, 由于孔隙中过剩的正离子的阻塞以及负离子在其中被 过剩的正离子吸引, 负离子移动速度很小( 即迁移速率 V - 很小) , 故称此孔隙为薄膜. 当电流流过宽窄不同的岩石孔隙时 , 由于窄孔隙 ( 正离子选择带或薄膜) 中, V+ > V - ; 而在宽孔隙( 非选择带) 中 , V+ = V - , 所以在窄孔隙中 , 电流主要由正离子负担 , 电流将大量 的正离子带走, 结果在窄孔隙的电流流出端形成正离子的堆积; 而在其电流流入端 , 则正离
2. 中国地质大学 ( 北京校区 ) 材料系 , 北京 100083)
[摘
要]
论述了 研究地层含水性的意义 , 指出了研究地层含 水性的关键 , 提出 了物性是基 础 , 物
探方法的 选择是关键的技术路线 . 进而 比较详细 地介绍 了地层 含水性 探测的 各种电 法的原理 、 仪 器及方法 的应用范围和条件 , 系统地阐 述了针对 西部水 资源勘 查应采 用的技 术方法 , 对地 层含水 性的电法勘探技术作了较为全面的评述 ; 提出各方法 综合运用 、 合理 搭配的技术 思路 , 可 为西部水 资源的勘查提供技术性指导 . [ 关键词 ] 地层 ; 含水性 ; 物性 ; 电法 P631 [ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] 1004 -2903( 2002) 04 - 0636 -08 [ 中图分类号 ]
[ 收稿日期 ] [ 基金项目 ] [ 作者简介 ] 2002 -06 -20; [ 修回日期 ] 2002 -09 -11.
中国地质调查局项目 利用已有物探资料进行地下水资源评价的示范 , ( 编号 200120120074) . 石昆法 , 男 , 1939 年生 , 1965 年 毕业于北 京地质学 院物探系 , 现为中国 科学院地 质与地 球物 理研究 所研究 员 . 主要从事浅层地球物理研究 .
第17 卷 第4 期 2002 年 12 月 ( 636~ 643)
地 球 物 理 学 进 展 PROGRESS IN GEOPHYSICS
Vol. 17 No. 4 Dec. 2002
西部水资源研究系列之四
地层含水性研究的地球物理方法
石昆法1 戚洪彬2 王
斌1 贝
( 1. 中国科学院地质与地球物理研究所 , 北京 100101;
4期
石昆法 , 等 : 地层含水性研究的地球物理方法
637
地层含水性是中国西部寻找地下水的关键问题 . 地层含水性问题的研究在中国西部地 下水资源勘查的综合地球物理问题中具有重要意义.
2
2. 1
地层含水性研究的关键
物性资料的测取是基础 用地球物理的方法研究地层的含水性, 研究和掌握地层和岩石的物性 ( 电性 ) 是关键 . 要
638
地
球
物
理
学
进
展
17 卷
还有一种直接与岩石中的含水量大小、 多少有关的地面核磁共振感应法.
3
3. 1
电测方法对比
常规的电测深法和电剖面法 常规的电测深法和电测剖面法是以地下岩石的电阻率为基础的。直流电测深法是在地
面上某一点 , 通过改变供电电极的几何距离来达到探测不同深度上的地层岩石的电阻率的 目的 , 进而了解地层的含水情况的 . 电剖面法是在地面的某一剖面上通过改变供电电极和测 量电极的几何位置( 或距离的大小 ) 来达到探测某一深度上的地层岩石的电阻率, 进而了解 地层的含水情况的. 说的通俗一点 , 就是电测深法是测量地层的纵向变化 , 而电剖面法则是 测量地层的横向变化 . 电剖面法, 根据装置的不同, 又可分为四极剖面法、 联合剖面法、 中间 梯度法、 偶极法等. 不同的装置可适合于解决不同的地质问题. 电测深法和电剖面法在解决地层的含水性问题中仍然是主要方法 , 因为这种方法测量 的电阻率参数可直接与地层的含水性相关; 其次是这种方法比较简单适用 , 现有的仪器和解 释软件都是成熟的. 尤其是直流电测深法, 仍是目前找水的首选方法之一 . 不过一定要在测 电阻率的同时, 要同时测量极化率 , 把电阻率参数与极化率参数相结合, 可减少多解性[ 7] . 3. 2 激电法 激发极化法 ( IP) , 本来是进行金属矿勘探的有效方法 , 尤其是对浸染状黄铁矿、 黄铜矿
[ 3]
石、 石墨化地层、 碳质岩层等特别敏感. 但近年来 , IP 法用来寻找地下水 , 取 得了很好的效 果, 被誉为 找水新法 . 早在上世纪 60 年代, 国外学者提出了用激电二次场衰减速度找水
[ 4]
的思想并公布了实验结果 . 我国的地球物理工作者后来把激电场的衰减速度具体化为半衰 时、 衰减度、 激发比等特征参数 . 经大量实践发现应用这些参数 , 不仅能较准确地找到各种 类型的地下水资源, 而且可在同一水文地质单元内, 预测涌水量大小, 把激电参数与地层的 含水性联系起来 . 激电法找水是利用在岩石中的离子导电的薄膜效应. 岩石颗粒 ( 尤其是粘土颗粒 ) 通常 吸附负离子, 而在其周围溶液 ( 岩石孔隙溶液 ) 的界面上形成双电层. 岩石颗粒一般可视为绝 缘体, 所以双电层固相一侧的过剩电荷( 即岩石颗粒所吸附的负离子 ) 实际上有着固定的位 置. 双电层液相一侧的电荷分为两个部分: 正离子被固相界面上的异性电荷紧紧吸引 , 不能 自由活动, 形成 紧密区 ; 稍微远离界面处, 正离子所受固相界面上的异性电荷的吸引力较 弱, 它可以平行于固相界面自由移动 , 形成 扩散区 . 紧密区 厚度为 10 nm, 从 扩散区 到 正常溶液 ( 正、 负离子彼此平衡 ) 是逐渐过渡的 , 扩散区 的厚度可达 102~ 103 nm. 当岩石颗粒之间的孔隙很小, 截面直径与岩石颗粒
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石昆法 , 等 : 地此同时, 由于负离子在宽孔隙 ( 非选择带 ) 中的迁移速率高于在窄孔隙 ( 薄膜) 中的 迁移速率 , 因而在正离子造成堆积或不足的地方, 同样造成负离子的堆积和不足 . 这样, 便形 成离子浓度( 单位溶液体积中离子含量 ) 沿孔隙的变化 . 所形成的离子浓度梯度 ( 离子浓度沿 某一方向的变化率) 将阻碍离子的运动 , 直至达到平衡为止 . 当外加电场截断后 , 离子将产生 扩散 , 离子浓度梯度将逐渐消失. 在离子的扩散中 , 将产生激电二次场 , 这就是激电找水的基 本原理. 这一现象说明, 激电二次场与岩石的孔隙有关 , 在纯粹的泥岩中, 极化率比较小, 在 含水的砂砾层中 , 极化率比较大; 另外, 衰减的速度与孔隙的大小、 形状、 宽窄有关. 这就是激 电找水的基本原理. 利用激电法找水 , 或确定地层的含水性, 最好和上面提到的电阻率法相结合 , 这样可减 少地球物理场解释的多解性 . 在这方面, 山西省水文资源勘测局利用激电参数、 电阻率参 [ 6] 数的电性特征, 对三叠系下统的地层的富水性 , 进行了分析研究 , 取得了好的结果 . 我国现已有专门生产寻找地下水的激电仪, 山西平尧地质仪器厂、 北京地质仪器厂、 重 庆地质仪器厂, 都已生产出了适合寻找地下水的仪器. 3. 3 高密度电法 由于高密度电阻率法可以实现电阻率的快速、 自动采集 , 改变了电法勘探传统的工作模
在第四纪砂砾层中找水就必需知道含水的砂砾层的电阻率 , 以区别干砂或粘土隔水层. 要在 第三纪或部分白垩系、 侏罗系砂泥岩及碎屑岩中找水, 就必须了解不含水的泥岩、 页岩, 微含 水的致密砂岩与富含水的疏松砂岩的电性. 要在灰岩、 白云岩中找水, 就必需了解灰岩和有 裂缝、 裂隙、 溶洞时的灰岩、 白云岩的电性. 这是地球物理的工作前题和物质基础 . 在中国西部 , 针对西部地层的分布, 应建立西部可能含水地层电性的数据库 . 中国西部 五省区也应该系统地测取地表和地下的岩芯标本的电阻率和极化率, 还应该利用已有的电 测井资料 . 对这些数据资料进行统计分析, 建立数据库 , 其结果供各种电法找水使用 . 岩石的物性测量 , 尤其电性测量要求严格 . 首先是取样困难 , 取样要均匀 , 耗时耗资. 其 次是样品的加工也是要求严格 , 要做成圆柱形或立方体 , 形状要规则 . 对于比较疏松的样品, 还要做带四个电极的封装装置 . 最后是测定工作 , 要求样品浸泡水的时间 , 晾干的时间要统 一, 温度和压力要考虑[ 2] . 对测量仪器的输入阻抗、 灵敏度、 精确度都有很高的要求. 总体上讲, 建立物性研究测试专项, 这是西部地下水, 各种物探方法选择和成果解释的 基础 , 也是一劳永 益 的事. 2. 2 地球物理方法的选择是关键 在物性研究的基础上 , 地球物理方法的选择是研究地层含水性的关键 . 重力法以岩矿石 的密度为物性基础, 磁法以岩矿石的磁性为物性基础, 地震以岩矿石的弹性波传播速度为物 性基础. 电法则以岩矿石的电性为物性基础, 其中包括岩矿石导电能力的电阻率, 溶液与固 体两相界面电化学性质的极化率. 岩石的导电能力主要是岩石颗粒之间、 或孔隙中的溶液的 离子导电 , 因此 , 岩石的导电能力主要取决于岩石孔隙中溶液的多少及溶液的性质 . 这样就 把岩石的导电能力( 电阻率) 与岩石的含水性联系起来 . 岩石中含水量大, 孔隙溶液就多, 导 电能力就强, 岩石的电阻率就会小 . 但并非地下所有的低阻都是水 , 在第四纪地层中恰恰是找中高阻的地层打井, 在第四纪 的粘土层中充满了水 , 充水的粘土层的电阻率也很低, 但这种水是取不出来的, 这就和地下 含水层的界面有关. 要区分低阻含不含水, 就要看极化率的大小 , 这样就引出了激发极化法 ( 简称 IP) 。极化率的大小 , 取决于岩石中的微粒、 固 能形成薄膜, 孔隙太窄太紧密太均匀. 由此可见, 电法是可以与地层的含水性相联系, 因此电法是目前寻找地下水的有利手 段. 由常规的改变几何装置的直流电法 , 发展到改变频率的的频率测深法 , 由天然场源的大 地电磁法 ( MT 、 AMT ) 发展到可控源的大地电磁法 ( CSAMT 法 ) 及时间域的瞬变电磁法 ( TEM 法) , 由 IP 法发展到频谱激电法( SIP 法 ) , 由直流电法的单点测量发展到一次可测上百点的 高密度电法等, 近年来发展很快. 液两相界面性质 . 含水的砂砾岩中的 液两相界面性质不 孔隙大小和形状正好可形成薄膜, 可产生 IP 效应 . 相反粘土层微粒 , 固