1、水文地质物探 -应用地球物理学,学时共计：40学时 学分：2学分 班级：水文2008-1班（24人）、2班（22人） 时间：2011年8月30日11月4日（110周 ） 具体时间与地点: 周二（3，4）、五（3，4） 地点：资环综合楼402室,教材: 应用地球物理学原理张胜业 潘玉玲主编，中国地质大学出版社 2006. 地电场与电法勘探李金铭编著，地质出版社，2005. 水文工程地质物探原理朱焕祖编，地质出版社，1993. 水文地质物探方法西安地质学院编，地质出版社，1981.参考书目：1、煤田电法勘探 李志聃编，中国矿业大学出版社 1990。2、电法勘探教程 傅良魁，地质出版社，1983。3
2、、实用近区磁源瞬变电磁法勘探蒋邦远主编，地质出版社，19954、可控源音频大地电磁法理论及应用，石昆法，科学出版社，1999。 要求：1、课前预习；2、课堂讨论；3、成绩：期末考试70%，课堂考勤等30%。,杨双安 电 话： 周二晚：资环学院二楼遥感实验室,水文地质物探,一、水文地质物探方法的基本原理。 二、物探方法在水文地质调查中作用。 三、电法勘探的特点及分类,一.水文地质物探方法的原理水文地质物探是根据地下岩层在物理性质上的差异，借助于专门的物探仪器，通过测量并分析其地球物理场分布、变化规律来进行水文地质调查的一种勘探手段。1.物探方法的特点成本低、速度快、用途广泛，是当前水文地质调查中
3、不可缺少的勘探手段。2.物探方法的基本原理物探方法之所以能够探明某些地质、水文地质信息，是因为不同类型或不同含水量的岩石之间在物理性质的差异（包括导电性、导热性、热容量、密度及弹性波的传播速度及放射性等）。因此，我们借助于物探仪器，测出岩石或水体的某些物理特征值的变化，从而分析、推断出岩性、构造和岩石含水性能的变化。例如，许多岩浆岩、石灰岩的是电阻率s值大于几百欧姆米，而泥岩等的电阻率只有几十欧姆米。,在含水方面：水是一种良导体，岩石的含水量及水本身的矿化度，对岩石的是电阻率有很大的影响。厚层无水石灰岩地段的是电阻率s值高达500 m（欧姆米），比有水地段高很多。在磁性方面，不同种类的岩石之间
4、也有较大差别，如许多岩浆岩中的金属元素相对比较丰富，磁性比较强；多数沉积岩的磁性比较弱。在放射性强度和热辐射强度方面，不同类型岩石以及岩石中富水和贫水地段之间，也有较大差异。二.物探方法在水文地质调查中的作用在水文地质调查中使用的物探方法有两种：1.地面物探。2.地球物理测井。 现将各种物探方法在水文地质调查中的作用，即能够解决水文地质的什么问题一一介绍。,（一）采用地面物探方法寻找地下水,地面物探方法，已被证明是探测地下岩性，划分地层和确定构造的有效方法之一。几乎所有的地面物探方法都可用于寻找地下水和划定某些水文地质特征。但是，绝大多数物探方法并不是直接测出地下水的，而是通过测定出岩石或裂隙
5、、空洞的物性信息，去判断是否含水层或富水带的存在。当然，岩石本身的物性显示在一般情况下又比水强烈得多，因此，准确地说多数的物探方法均是间接地找水方法。 地面物探方法的种类很多。在水文地质调查中，运用较多的是那些所测得的物性特征在各类岩石中（包括有水和贫水的地段）差别较显著，且受自然环境和人为因素干扰较小的物探方法。这类方法，首推各种电阻率法、电磁法、放射性探测法等。,在水文地质调查中主要使用的物探方法（传统方法）有：（1）电法勘探；（2）电法测井等。在工程地质调查中主要用的物探方法有： （1）地震勘探；（2）电法勘探；（3）地球物理测井等等。 1. 地震勘探地震勘探是以地壳中岩（矿）的弹性差异
6、为主要物理基础。在地表按照地震勘探的流程利用人工震源激发弹性波间接地通过高精度的地震勘探设备查明地层、地质构造的赋存形态特征及主要目的层的埋深的一种地球物理方法。包括二维和三维地震勘探。 2. 电法勘探电法勘探是以地壳中岩（矿）石的电（磁）性质的差异为主要的物理基础，利用电（磁）场（天然和人工的）的空间和时间的分布规律，研究地质构造和寻找有用矿产的一组地球物理勘探方法。,(1).自然电场法这种方法是地下存在的天然电场作为场源，由于天然电场主要是与地下水通过岩石裂隙、裂隙时的渗透作用及地下水中离子的扩散、吸附作用有关。因此，可根据在地面测量到的电场变化情况，查明地下水的埋藏、分布和运动情况。此方
7、法可用于寻找古河道、岩石中的含水破碎带及确定水库、河床及堤坝的渗漏通道等。（2）激发激化法这种方法是根据供电电极断电后，由电化学作用引起的岩石和地下水放电电场（二次场）的衰减特征来寻找地下水。二次场的衰减特征可用衰减度（D即反映极化电场衰减快慢的参数），衰减时（是二次场电位差衰减到某规定值时（50%）所需的时间）等参数表示，也是判断地下水存在效果较好的测量参数。由于岩石中的含水或富水地段水分子激化能力极强，又因二次场衰减慢，故衰减度和衰减时值相对较大。,（3）交变电磁场法（电磁法）这种方法是以岩石、矿石（包括水）的导电性、导磁性及介电性的差异性为基础，通过对以上物理场空间和时间分布特性的研究，
8、达到查明隐伏地质体和地下水的目的。电磁法是近几十年推出的新物探方法，目前已在生产中使用的有甚低频电磁法（利用超长波通讯电台发射的电磁波为场源）、频率测深法（以改变电磁场频率来测得不同深度的岩性）、地质雷达法（利用高频电磁波束在地下电性界面上的发射来达到探测地质对象的目的）等。甚低频电磁法对确定低阻体（如断裂带、岩溶发育带和含水裂隙带）比较有效；而地质雷达法则具有较高的分辨率（可达数厘米），可测出地下目的物的形状、大小及其空间位置。,（4）放射性探测方法（天然放射性找水法）自然界存在三个放射性元素系（铀-镭系、钍系和锕系）。但在岩石分布较为广泛的，主要有铀（U）、镭(Ra)、氡(Rn)、钍（Th
9、）和钾（40k）。天然放射性元素发生衰变能释放出、射线，而这些射线的强度可以利用核辐射探测仪加以测定。尚需指出，用放射性方法所测得到的射线，主要是氡及其子体产生的，而铀、镭等元素放出的射线是次要的，故氡及其子体是放射性探测方法首要重视的对象。放射性探测法主要适用于寻找基岩地下水，这是由于以下原因：不同类型岩石，由于放射性含量不同，其放射性强度常有差异；岩石中断裂带和裂隙发育带，常是放射性气体运移和聚集的场所；在地下水流动过程中（特别是在出露地段），由于水文地球化学条件的突然改变，可导致水中某些放射性元素沉淀或富集，从而形成放射性异常带。,由于地下水中所含放射性物质甚微，所以天放射性找水并非直接
10、测定地下水的放射性，而是通过岩石的放射性差异去判断有含水的岩层，有无可供地下水赋存的断裂、裂隙（通道）构造。放射性探测的方法很多，但从原理上说分为、两种辐射仪（这是因为 射线穿透能力较强， 离子电力本领较强）。 目前使用较多的方法如下： 测量法。所测量的是铀、钍、钾等放射性元素及字体辐射出的 射线的总强度。可查明岩层分界线和破碎带有一定效果，厚黄土效果不佳；放射性能普测量法。是在 测量法基础上推出的，是同一测量剖面线上四条辐射强度曲线相互配合，可大大提高解释强度；射气测量法。该方法是射气仪（测氡仪）测量土壤中放射性气体（主要是氡气）的浓度，以发现浮土下的放射性异常带。测氡法对于寻找脉状基岩含水
11、带有很好的效果。,（二）利用地球物理测井方法确定含水层 及测定水文地质参数,许多地球物理测井方法都可配合钻探取芯和水文地质资料，用于钻孔剖面的岩性分层、判断含水层（带）、岩溶发育带和咸淡水分界面位置（深度）及确定水文地质参数等。当采用无芯钻进或钻进取芯不足时，物探测井更是不可缺少的探测手段。物探测井的地质-水文地质解释精度，远比前述的地面物探方法为高。对确定钻孔岩层分界面和出水裂隙位置的可靠性和精度有时甚至比钻孔取芯还高。目前，水文地质钻探中常用的测井方法有五类： 电测井法，包括：普通式电阻率测井，处可以划分钻孔剖面外，主要用于确定含水层的位置及深度，测定岩石电阻率和岩石孔隙度。井液电阻率测井
12、，其中的扩散法，能可靠的确定钻孔中含水层（出水段）的位置和厚度，比较含水层的富水性，求地下的渗透速度和间接计算渗透系数。自然电位测井，可确定地下水的矿化度和咸淡水界面，估计地层的含泥量。 放射性测井，包括：伽马-伽马测井，可按密度区分岩性，划分剖面，确定含水层和孔隙度。,中子测井，用于划分岩性，查明含水层，确定孔隙度和测定含水量。 放射性同位素测井，同位素示踪法目前测定地下水流向、流速、渗透系数和水动力弥散系数的主要方法。 声波测井，主要用于测定岩石的孔隙度，也用于划分岩性，作地层对比，划分含水破裂带等。 热测井，测地温梯度，测定井内进（漏）水位置。 流速测井，此方法实质上属于水文测井，而非地
13、球物理方法。此法能直接测量钻孔中含水层（含水地段）的厚度、流速和出水量，并你能直接计算出含水层（段）的渗透系数。冶金部武汉勘察研究院生产有RM-2型流速仪。,三、电法勘探特点及分类 1、电法勘探的特点电学性质：导电性（电阻率) 介电性（介电常数）导磁性（导磁率) 激电性（极化特性参数）常用方法：1)直流电法：电阻率法（电测深法、电剖面法、高密度电阻率法）、自然电场法、充电法2)不稳定场：激发极化法3)交流电法、大地电磁测深、频率电磁测深、瞬变电磁测深、甚低频法、无线电波透视（地质雷达法）,思考问题 1. 水文地质物探？ 2. 物探方法的基本原理？,2、电法勘探的分类 2.1 按场源性质分人工场
14、法（主动源法）：灵活天然场法（被动源法）：经济 2.2 按电磁场的时间特性分直流电法（稳定场）时间域电法交流电法（交变场、电磁波）频率域电法过渡过程法或脉冲瞬变法 2.3 按产生异常电磁场的原因分传导类电法（异常电流场）：电阻率法、自然电场法、充电法、激发极化法感应类电法（涡旋电流场或电磁场)：脉冲瞬变场法、低频电磁法、无线电波法,2.4 按地质目标分金属与非金属电法、石油与天然气电法、煤田电法、 水文与工程电法、矿井电法 2.5 按工作场所分地面电法、航空电法、地下电法 2.6 目前常用方法：直流电法：电阻率法： 电测深法电剖面法高密度电阻率法自然电场法充电法,不稳定场： 激发极化法交流电法
15、（电磁法） ： 大地电磁测深频率电磁测深瞬变电磁测深甚低频法无线电波透视,3 电法勘探的历史与展望3.1自然电场法19世纪初：P.佛克斯在硫化金属矿上观测到自然电流场；1835年 试图用电法找金属矿；1880年 卡尔巴努斯 用不激化电极；20世纪初：施伦贝尔热，1912年正规地投入找矿。3.2 电阻率法1893年费歇在美国一个矿床上测得电阻率异常；20世纪初：视电阻率概念的提出（温纳和施伦贝尔热1915年）并确定了温纳四极排列和中间梯度装置。,3.3 激发极化法1920年：施伦贝尔热发现激发极化现象1941年：达赫深入研究1949年：赛格尔提出用此法寻找侵染型硫化矿 3.4 电磁感应法1917
16、年：美国康克宁提出1925年：森德贝格首次获得找矿效果。我国：1936年：丁毅等在安徽当涂铁矿实验193942年：顾功叙等贵州水城观音山铁矿实验1943年：顾功叙同王子昌，云南，自然电法1945年：顾功叙等在贵州，电法,解放后：1950年: 辽宁本溪鞍山铁矿，电剖面法195152年：生产大批的自然电场法手携式电位计1957年：激发极化法1962年：淮北广大地区，电法解决煤田地质构造问题取得了丰硕成果 现在：电子仪器的发展：轻便化、数字化、观测精度大大提高计算机技术发展：数字处理、反演技术新方法新技术：高密度电阻率法、瞬变电磁法、探地雷达、城市管线探测仪、NNR核磁共振技术 未来应用范围越来越广、要求越高：环境物探：水工物探：矿井物探：找矿等方面：岩性勘探（石油、黄金探测方面）,
