1、1 水文地質物探方法的基本原理水文地質物探方法的基本原理 2 物探方法在水文地質調查中的作用物探方法在水文地質調查中的作用 3 水文地質人員在物探工作中的任務水文地質人員在物探工作中的任務 水文地質物探水文地質物探水文地質勘察水文地質勘察2022年3月6日4時54分1 1 水文地質物探方法的基本原理水文地質物探方法的基本原理 水文地質物探是根據地下巖層在物理性質上的差異，借助于專門的物探儀器，通過測量、分析其物理場的分布、變化規律來進行水文地質調查的一種勘探手段。1物探方法的特點成本低、速度快、用途廣泛，是當前水文地質調查中不可缺少的勘查手段。 水文地質勘察水文地質勘察2022年3月6日4時5

2、4分2物探方法的基本原理l 物探方法之所以能夠探明某些地質、水文地質條件，主要是因為不同類型或不同含水量的巖石之間存在著物理性質上的差異（包括導電性、導熱性，熱容量、溫度、密度、磁性、彈性波傳播速度及放射性等）。因此，我們可以借助各種物探測試儀器，測定出巖石或水體的某些物理特征值的變化，從而分析、推斷出巖性、構造和巖層含水性能的變化。例如，許多巖漿巖和石灰巖的視電阻率（s）常常可達n（102103）歐姆米；而泥巖、粘土的視電阻率值只有十到幾十m。 1 水文地質物探方法的基本原理水文地質物探方法的基本原理 水文地質勘察水文地質勘察2022年3月6日4時54分p（1）在含水量方面：水是一種良導體，

3、因此巖石的含水量及水本身的礦化度，對巖石的視電阻率值有很大的影響。厚層石灰巖的無水地段的s值常常大于500m，比有水地段高很多。p（2）在磁性方面：不同種類的巖石之間也有較大差別，如許多巖漿巖中的金屬元素含量相對較豐富，磁性較強；多數沉積巖的磁性均較弱。因此，當磁法剖面跨過這兩種巖石時，便會有顯著的磁力差異。1 水文地質物探方法的基本原理水文地質物探方法的基本原理 水文地質勘察水文地質勘察2022年3月6日4時54分p（3）在放射性強度和熱輻射強度方面：不同類型的巖石，以及巖石中富水和貧水地段之間，也常有較大的差異。從圖4l所示的熱行為剖面上可清楚地顯示出斷裂富水帶的平均輻射溫度（地面下0.8

4、m）要比斷裂兩側貧水地帶低7一11。 1 水文地質物探方法的基本原理水文地質物探方法的基本原理 水文地質勘察水文地質勘察2022年3月6日4時54分l在水文地質調查中使用的物探方法有兩大類：（1）地面物探方法，（2）地球物理測井。現將各種物探方法在水文地質調查中的作用，即能解決的水文地質問題簡介于下。 2 物探方法在水文地質調查中的作用物探方法在水文地質調查中的作用 水文地質勘察水文地質勘察2022年3月6日4時54分一、采用地面物探方法尋找地下水l地面物探方法，已被證明是探測地下巖性、劃分地層和確定構造的有效手段之一，幾乎所有地面物探方法均可用于尋找地下水和判定某些水文地質特征。但是，絕大多

5、數物探方法并不是直接地測定出地下水的物性顯示，而是通過測定出巖石或裂隙、空洞的物性顯示，去判斷是否有含水層和富水帶的存在。當然，巖石本身的物性顯示在一般情況下又比水強烈得多，因此，準確地說，多數的物探方法均是間接的找水方法。 2 物探方法在水文地質調查中的作用物探方法在水文地質調查中的作用 水文地質勘察水文地質勘察2022年3月6日4時54分l地面物探方法的種類很多。在水文地質調查中，運用較多的是那些所測得的物性特征在各類巖石中（包括有水的和貧水的地段）差別較顯著、顯示比較穩定、強烈，且受自然環境和人為因素干擾較小的物探方法。這類方法，首推各種電阻率法，磁法、放射性探測法、和聲波探測法也常用到

6、，而地震和重力等方法相對使用較少。 2 物探方法在水文地質調查中的作用物探方法在水文地質調查中的作用 水文地質勘察水文地質勘察2022年3月6日4時54分l在水文地質調查中主要使用的物探方法（傳統方法）有：（1）電法勘探；（2）電法測井等。在工程地質調查中主要使用的物探方法（傳統方法）有：（1）電法勘探；（2）地震勘探；（3）聲波探測等。 2 物探方法在水文地質調查中的作用物探方法在水文地質調查中的作用 水文地質勘察水文地質勘察2022年3月6日4時54分l考慮到一般的電阻率法，在各種地球物理勘探和水文地質物探教材中已有詳盡論述，而磁法、重力和地震方法在水文地質勘查中使用較少，故本章將著重介紹

7、目前用于水文地質勘探及尋找地下水較為有效的，已有物探或專水教材中又未深入介紹的各種物探方法。2 物探方法在水文地質調查中的作用物探方法在水文地質調查中的作用 水文地質勘察水文地質勘察2022年3月6日4時54分p（l）自然電場法。這種方法是以地下存在的天然電場作為場源。由于天然電場主要是與地下水通過巖石孔隙、裂隙時的滲透作用及地下水中離子的擴散、吸附作用有關。因此，可根據在地面測量到的電場變化情況，查明地下水的埋藏、分布和運動狀況。這種方法主要是用于尋找掩埋的古河道、基巖中的含水破碎帶，及確定水庫、河床及堤壩的滲漏通道，以及測定抽水鉆孔的影響半徑等。 這種方法的使用條件，主要決定于地下水滲透作

8、用所形成的過濾電場的強度。一般只有在地下水埋藏較淺、水力坡度較大和所形成的過濾電位強度較大時，才能在地面測量到較明顯的自然電位異常。 2 物探方法在水文地質調查中的作用物探方法在水文地質調查中的作用 水文地質勘察水文地質勘察2022年3月6日4時54分p （2）激發極化法。l 這種方法是根據供電極斷電后，由電化學作用引起的巖石和地下水放電電場（即二次場）的衰減特征來尋找地下水。二次場的衰減特征可用衰減度（D）、衰減時（）等參數表示。判斷地下水存在效果較好的測量參數，通常是和D。是指二次場電位差（Uz）衰減到某一規定數值時（通常規定為50）所需的時間（單位為s）。D亦是反映極化電場（即二次場）衰

9、減快慢的一種測量參數（用百分數表示）。由于巖石中的含水或富水地段水分子的極化能力較強，又因二次場一般衰減慢，故D和值相對較大。l 激發極化法和電阻率法一樣，分為剖面法、測深法和測井法。其中，激發極化測深法用得最多，主要用于尋找層狀或似層狀分布的各種地下水以及較大的溶洞含水帶，并可確定它們的埋藏深度。l 由于激發極化所產生的二次場值小，故這種方法不適用于覆蓋層較厚（如大于20m）和工業游散電流較強的地區。電源笨重、工作效率較低、成本較高，也是這種方法的不足之處。2 物探方法在水文地質調查中的作用物探方法在水文地質調查中的作用 水文地質勘察水文地質勘察2022年3月6日4時54分p（3）交變電磁場

10、法。這種方法是以巖石、礦石（包括水）的導電性、導磁性及介電性的差異為基礎，通過對以上物理場空間和時間分布特征的研究，達到查明隱伏地質體和地下水的目的。 2 物探方法在水文地質調查中的作用物探方法在水文地質調查中的作用 水文地質勘察水文地質勘察2022年3月6日4時54分l 電磁法是近二三十年才推出的新物探方法。目前已在生產中使用的有甚低頻電磁法（利用超長波通訊電臺發射的電磁波為場源）、頻率測深法（以改變電磁場頻率來測得不同深度的巖性）、地質雷達法（利用高頻電磁波束在地下電性界面上的反射來達到探測地質對象的目的）等。其中，甚低頻法對確定低阻體（如斷裂帶、巖溶發育帶和含水裂隙帶）比較有效；而地質雷

11、達則具較高的分辨率（可達數厘米），可測出地下目的物的形狀、大小及其空間位置。 2 物探方法在水文地質調查中的作用物探方法在水文地質調查中的作用 水文地質勘察水文地質勘察2022年3月6日4時54分l近年來，原蘇聯科學家又設計出一種新的能直接尋找地下水的電磁法，即核磁找水法。其原理如下：由于水具弱磁性，故在磁場作用下，其磁矩將沿地磁的方向排列。當在垂直地磁場方向施加一定強度和頻率的人工磁場時，水分子就會產生核磁共振現象。其磁振動頻率將會在地面鋪設的金屬線圈中產生一定的電感應訊號。測定出這種訊號的強度，就可確定出地下水的埋深和富集程度。 2 物探方法在水文地質調查中的作用物探方法在水文地質調查中的

12、作用 水文地質勘察水文地質勘察2022年3月6日4時54分p（4）放射性探測法（天然放射性找水法）l自然界存在三個放射性元素系（鈾一鐳系、釷系和錒系），但在巖石和水中分布較廣泛的，主要有鈾（U）、鐳（Ra）、氡（Rn）、釷（Th）和鉀（40K）。天然放射性元素發生衰變時能放出、射線，而這些射線的強度可利用核輻射探測儀器加以測定。尚須指出，用放射性方法所測量到的射線，主要是氡及其子體產生的，而鈾、鐳等元素放出的射線是次要的，故氡及其子體是放射性探測法首先重視的對象。2 物探方法在水文地質調查中的作用物探方法在水文地質調查中的作用 水文地質勘察水文地質勘察2022年3月6日4時54分l放射性探測法

13、主要適用于尋找基巖地下水，這是基于以下原因：不同類型巖石，由于其放射性元素含量不同，其放射性強度常有差異；巖石中斷裂帶和裂隙發育帶，常是放射性氣體運移和聚積的場所，故可形成放射性異常帶；在地下水流動過程中（特別是在出露地段），由于水文地球化學條件的突然改變，可導致水中某些放射性元素的沉淀或富集，從而形成放射性異常。2 物探方法在水文地質調查中的作用物探方法在水文地質調查中的作用 水文地質勘察水文地質勘察2022年3月6日4時54分l由于地下水中所含放射性物質甚微，所以利用天然放射性找水，并非直接測定地下水的放射性，而是通過測定巖石的放射性差異去判斷有無含水的巖層，有無可供地下水賦存的斷裂、裂隙

14、（通道）構造。放射性探測的方法很多，但都是基于測量氡及其子體的射線強度；放射性探測的儀器種類也很多，但從原理上說主要分為、兩種輻射儀（這是因為射線穿透力較強，粒子電離本領較強）。 2 物探方法在水文地質調查中的作用物探方法在水文地質調查中的作用 水文地質勘察水文地質勘察2022年3月6日4時54分目前使用較多的方法簡介如下。測量法。所測量的是鈾、釷、鉀等放射性元素及其子體輻射出的射線的總強度。本方法使用的儀器輕便，工作效率高，對查明巖層分界線和破碎帶有一定效果；但其異常顯示不夠明顯，覆蓋土層厚度較大時效果不佳。放射性能譜測量法。是在測量法的基礎上新推出的方法。在同一測量剖面線上，四條輻射強度曲

15、線的相互配合，可大大提高地質解釋的精度。射氣測量法。該方法是用射氣儀（測氡儀）測量土壤中放射性氣體（主要是氡氣）的濃度，以發現浮土下的放射性異常帶。測氡法對于尋找脈狀基巖含水帶有很好的效果。但其測量結果，也難免受到土壤濕度、溫度、氣壓、土壤密實程度和融凍狀態的影響。2 物探方法在水文地質調查中的作用物探方法在水文地質調查中的作用 水文地質勘察水文地質勘察2022年3月6日4時54分徑跡測量法和卡法。這兩種方法均是測量土壤蓋層中射線的方法。210Po法。它和卡法一樣，也是一種長期積累的測氡方法。但它是通過采集土樣，經化學處理后，再用輻射儀測量210Po放出的射線強度。由于210Po是一個長壽命、

16、強輻射的天然同位素，故其探測深度亦較大，且不適用于土層已經再搬運過的地區。2 物探方法在水文地質調查中的作用物探方法在水文地質調查中的作用 水文地質勘察水文地質勘察2022年3月6日4時54分二、采用地球物理測井方法確定含水層和測定水文地質參數l許多地球物理測井方法都可配合鉆探取芯和水文地質觀測資料，用于鉆孔剖面的巖性分層，判斷含水層（帶）、巖溶發育帶和咸淡水分界面位置（深度）及確定水文地質參數等。當采用無芯鉆進或鉆進取芯不足時，物探測井更是不可缺少的探測手段。物探測井的地質一水文地質解釋精度，遠比前述的地面物探方法為高。對確定鉆孔中的巖層分界面和出水裂隙段位置的可靠性和精度，有時甚至比鉆探取

17、芯還高。2 物探方法在水文地質調查中的作用物探方法在水文地質調查中的作用 水文地質勘察水文地質勘察2022年3月6日4時54分 目前，水文地質鉆探中常用的測井方法有五類：p（1）電法測井，包括：普通視電阻率測井，井液電阻率測井，自然電位測井；p（2）放射性測井，包括：伽瑪一伽瑪測井，中子測井，放射性同位素測井；p（3）聲波測井；p（4）熱測井；p（5）流速測井。 各種測井方法相互配合，可以提供更多、更可靠的地質一水文地質信息，可使水文地質鉆孔發揮更大的勘查效益。 2 物探方法在水文地質調查中的作用物探方法在水文地質調查中的作用 水文地質勘察水文地質勘察2022年3月6日4時54分 上述許多物探

18、測井法，除完成井孔地質剖面的測量任務外，皆可測出（或粗略地測定出）含水層的水文地質參數和巖石的工程力學性質，也可解決某些水井工程的特殊問題（如井徑、井斜等）。主要測井方法所解決的水文地質問題： p（1）普通視電阻率測井：除劃分鉆孔地層剖面外，主要用于確定含水層的位置及厚度，測定巖石電阻率參數和巖石孔隙度；p（2）井液電阻率測井：其中的擴散法，能可靠的確定鉆孔中含水層（出水段）的位置和厚度，比較含水層的富水性，求地下水的滲透速度和間接計算滲透系數；2 物探方法在水文地質調查中的作用物探方法在水文地質調查中的作用 水文地質勘察水文地質勘察2022年3月6日4時54分p（3）自然電位測井：可確定地下

19、水的礦化度和咸淡水界面，估計地層的含泥量；p（4）伽瑪一伽瑪測井：可按密度區分巖性、劃分剖面，確定含水層和巖石的孔隙度；p（5）中子測井：用于劃分巖性，查明含水層，確定孔隙度和測定含水量；p（6）放射性同位素測井：同位素示蹤法是目前測定地下水流向、流速、滲透系數和水動力彌散系數的主要方法，還可用于確定井內出水和套管破裂位置，檢查井管外封堵質量和尋找水庫（壩下）滲漏通道；p（7）聲波測井：主要用于測定巖石的孔隙度，也用于劃分巖性，作地層對比，劃分含水破裂帶等；p（8）熱測井：測地溫梯度，測定井內進（漏）水位置。2 物探方法在水文地質調查中的作用物探方法在水文地質調查中的作用 水文地質勘察水文地質

20、勘察2022年3月6日4時54分l 此外，還有流速（流量）測井，實質上它屬于水文法測井，而非地球物理方法。此法能直接測量出鉆孔中各個含水層（或含水段）的厚度、流速和出水量，并能計算出各含水層（段）的滲透系數，確定鉆孔中各個含水層之間的補排關系，還可檢查鉆孔止水效果和確定過濾器有效長度。我國冶金部武漢勘察研究院生產的RM2型地下水流速儀，可測流速范圍為0.280cms。2 物探方法在水文地質調查中的作用物探方法在水文地質調查中的作用 水文地質勘察水文地質勘察2022年3月6日4時54分1掌握物探方法的使用條件3 水文地質人員在物探工作中的任務水文地質人員在物探工作中的任務 物探方法是一種先進的地

21、質調查技術。但它能否取得好效果，還取決于一系列自然與人為因素。當能滿足下列使用條件時，才能有較好的效果。p（1）探測對象（巖層或含水帶）與圍巖之間存在比較顯著的物性差異；p（2）這種物性差異，要有一定的異常幅度，并能在所探測的深度內能被目前使用的物探儀器測量出來；p（3）探測對象呈現的異常現象，能與其他自然和人為干擾因素引起的異常現象很好地區別開來；p（4）還要求探測對象有一定的規模（厚度或范圍），埋藏不能太深，其他自然和人為干擾因素（地形坡度、切割程度、浮土厚度、工業地電、地下金屬管道等）的影響不能太強烈。水文地質勘察水文地質勘察2022年3月6日4時54分2提出水文地質物探工作的探測任務l

22、 根據水文地質調查任務，并考慮測區的具體地質及水文地質特點、物理場特點（即何種物理場可能最顯著）、可能存在的自然與人為干擾因素及物探儀器性能和精度，水文地質人員應正確地提出水文地質物探的任務。 3 水文地質人員在物探工作中的任務水文地質人員在物探工作中的任務 水文地質勘察水文地質勘察2022年3月6日4時54分l 水文地質物探的任務：（1）通過地面物探（或航空物探）方法尋找含水層或富水帶，確定它們的分布范圍、埋藏深度、厚度和產狀；（2）通過物探測井方法準確地確定含水層（帶）的厚度、深度、富水程度、咸淡水界面位置，或測定某些水文地質參數及完成某些水井工程探測任務（測量井徑、井斜和檢查鉆孔止水效果

23、）。3 水文地質人員在物探工作中的任務水文地質人員在物探工作中的任務 水文地質勘察水文地質勘察2022年3月6日4時54分l 依據所確定的任務，要求水文地質人員和物探人員一起，共同完成這三項工作。對選定的物探方法，要通過現場試驗驗證后再作決定。如能使用綜合物探手段完成同一項任務，則可相互驗證，取長補短，以提高成果解釋的可靠性和精度。例如，為探測傾角不大的層狀含水層，可同時使用電阻率測深法和激發極化測深法；為尋找基巖脈狀富水帶，可同時使用電剖面法、磁法、測量法和射氣測量法等找水方法。我國煤炭水文地質部門在北方巖溶區的勘探鉆孔中，常使用視電阻率法、自然電位法、井液電阻率法、法、中子法、井下電視等多種測井方法。它們對確定巖溶發育段位置、含水層位置等效果十分滿意。3確定物探方法，選定物探測線、測點的布置方案和測量裝置3 水文地質人員在物探工作中的任務水文地質人員在物探工作中的任務 水文地質勘察水文地質勘察2022年3月6日4時54分在選擇物探測線、測點的布置方案和選擇正確的測量裝置時，如使用電阻率測深（或剖面）法，則首先須確定測線的位置、方位、測點間距和測線之間的距離；同時，也要正確地選擇供電極距、測量極距和電測剖面裝置。要知道，有時雖然選擇了正確的物探方法，但由于