水文地质勘查技术：水文地质物探

任务三水文地质物探

一、水文地质物探方法的基本原理、使用条件和任务

水文地质物探：是根据地质结构体或地下水本身存在的物性差异，根据物理原理，利用专门的仪器来间接勘查地质、水文地质体及地下水体的一种技术手段。它的特点是：成本低、速度快，用途广，但成果多解，需要水文地质钻探验证。

（一）基本原理

基本原理：根据岩石、水文地质体及地下水物性（包括导电性、导热性、热容量、温度、密度、磁性、弹性波传播速度及放射性等）的差异，借助各种物探仪器，测定出某一方向、某一深度或某一范围内岩石或水体的某些物理特征值的变化，从而分析、推断出某一方向、某一深度或范围内的岩性、构造和岩层含水性的变化。

电阻率法：是以岩石导电性能的差异为基础，将直流电送入地下，在地下建立起人工电场，再利用物探仪器测定电阻率的变化，从而推断地下水是否存在不同地质体及其分布特征的电法勘探方法。

视电阻率ρs：在电阻率法探测电场分布范围

R水

内，各种岩石电阻率的综合效应和影响。如：岩浆

岩、灰岩的视电阻率常达n*（102-103）Ω.m，而泥R岩

岩、粘土的视电阻率值只有n（1-10）Ω.m。

水是一种良导体，岩石的电阻率基本上由其含水的电阻所决定。岩石的富水程度和地下水的矿化度对岩层视电阻率的影响起决定性的作用。如：在灰岩地区，富水岩层视电阻率低。

在磁性方面，不同的岩石之间也有较大差别，如岩浆岩中金属元素含量相对较丰富，磁性较强，而沉积岩多数磁性较弱。所以在磁法剖面上两种不同岩石有显著的磁性差异。

放射性和热辐射强度方面：不同岩石，以及岩石中富水和贫水地段之间，有较大的差异。常据此，进行放射性测井和热测井。

（二）物探方法的使用条件和探测任务

1、使用条件

（1）探测对象（岩层或含水带）与围岩之间存在比较显著的物性差异；其物性差异要有一定的异常幅度，并能在所探测的深度内被目前使用的物探仪器测出来。

（2）探测对象呈出的异常现象，能与其他自然和人为干扰因素引起的异常现象很好地区别开来。

（3）探测对象有一定的规模，埋藏不能太深，其他自然和人为干扰因素（地形坡度、切割程度、浮土厚度、工业地电、地下金属管道等）的影响不能太强烈。

2、水文地质物探的任务

（1）地面物探：寻找含水层或富水带，确定其分布范围、埋藏深度、厚度和产状；

（2）物探测井：准确地确定含水层（带）的厚度、深度、富水程度、咸淡水界面位置，或测定某些水文地质参数及完成某些水井工程探测任务等。

二、物探方法在水文地质调查中的应用

在水文地质勘查中使用的物探方法主要是地面物探和地球物理测井。

（一）地面物探方法在水文地质调查中的应用

地面物探方法，目前在水文地质调查中应用最普遍的是电法，其次磁法、放射性探

测法和声波探测法也常用。

电法勘探：是通过研究天然和人工电场，查明某些地质、水文地质问题的一种方法。

电法的分类，见P39表4-1。其中直流电法应用较多。

1、电阻率法：当前水文地质物探工作中应用最广、效果较好的方法

电阻率法：是以岩石导电性能的差异为基础，将直流电送入地下，在地下建立起人

工电场，再利用物探仪器测定电阻率的变化，从而推断地下水是否存在不同地质体及其

分布特征的电法勘探方法。

电阻法测定的电阻最大可105Ω.m，该方法是目前我国水文地质物探工作普遍运用。

面法、和电测深法。而二者使用最多的

对称四级剖面法、对称四级测深法。

第四系松散沉积物地区，岩石透水

性越好，地下水循环越快，矿化度一般

较低，电阻率较高；透水性不好的岩石，地下水矿化度一般较高，电阻率就低。

坚硬的基岩地区，岩浆岩的电阻率一般高于沉积岩；致密岩石的电阻率高于松散或

破碎且含水的岩石；脆性岩石的电阻率高于柔性、塑性岩石。

图4-1：采用对称四级剖面法勘测的一古河道剖面图。

2、激发极化法

激发极化法：是根据供电极断电后，由电化学作用引起的岩石和地下水放电电场（即二次场）的衰减特征来勘查和寻找地下水。

二次场的衰减特可用视极化率（ηs）、视频散率（Ps）、衰减度（D）、衰减时（t）表示。通常D和t是勘测地下水效果较好的参数。在岩石中的含水或富水地段水分子的极化能力较强，而二次场一般衰减较慢。故D和t值相对较大。

与电阻率法一样，分为测深法、剖面法等。

特点：主要用于寻找层状、似层状的含水层、含水带，确定其分布范围、埋藏深度等，还可大致估算设计钻孔的涌水量；不适用于覆盖层较厚（大于20m）和工业放散电流较强的地区。

3、自然电场法

以地下存在的天然电场作为场源。如：岩石固体颗粒吸附了固定的负离子层，而在运动的地下水中集中了较多的正离子，从而形成了在水流方向上为正电位（高电位），相反方向为负电位（低电位）的电场，这种电场称为渗透电场。

另外：水溶液的浓度差或成分差会形成扩散电场，氧化还原作用也会产生自然电场。

自然电场法：利用测量地下天然存在的电场变化情况，查明地下水的埋藏、分布和运动状况。这种方法主要用于寻找：1掩埋的古河道、2基岩中的含水破碎带、3确定水库、河床及堤坝的渗漏通道及隐伏的上升泉、4测定抽钻孔的影响半径等。

4、交变电磁场法

交变电磁场法：简称电磁法，它是以岩、矿石的导电性、导磁性及介电性的差异为基础，通过对以上物理空间和时间分布特征的研究，从而查明有关地质问题和地下水的

电探方法。目前生产使用的有：甚低频电磁法、频率测探法、地质雷达法、无线电波透视法、核磁找水法。其中，甚低频电磁法对确定低阻体比较有效；地质雷达则具较高的分辨率，可测地下目的物的形状、大小及空间位置；核磁共振可获得含水层厚度、埋深、孔隙度、含水量等信息，有较高的准确性，缺点是探测深度比较小（100m左右），抗干扰能力差，仪器昂贵。

5、放射性探测法（天然放射性找水法）

放射性探测法：是利用地壳岩石中天然放射性元素及种类的差异，或在人工放射源激发下岩石核辐射特征的不同，通过测量其放射性活度来研究和勘查地质、水文地质问题的一种物探方法。它主要适用于寻找基岩地下水。因为：（1）不同类型岩，由于其放射性元素含不同，其放射性强度常有差异；（2）岩石中断裂带和裂隙发育带，常是放射性气体运移和聚积的场所，可形成放射性异常带；（3）地下水流动过程中，特别在出露地段，由于水文地质球化学条件的突然改变，可导致水中某些放射性元素的沉淀或富集，从而形成放射性异常。

水文地质勘查使用的放射性探测法多为天然放射性，主要有γ测量法和α测量法。

（1）γ测量法：也称γ总量测量，它是利用仪器测量岩性中铀、钍、钾等放射性核素所辐射出的γ射线总强度，根据强度变化，发现异常地段，从而查明地质、水文地质问题。

（2）α测量法：是通过测量氡气及衰变子体产生的α粒子的数量来勘查地质、水文地质问题。使用较多的是α径迹测量和α卡法。α测量法用于确定富水构造裂隙带效果较好。

（二）地球物理测井