【文章內(nèi)容簡介】 采用可控制人工場源 , 測量由電偶極源傳送到地下的電磁場分量 , 兩個電極電源的距離為 1~2 km，測 量是在距離場源5~10 km 以外的范圍進行 , 此時場源可以近似為一個平面波。由于該方法的探測深度較大 (通?？蛇_ 2 km) , 并且兼有剖面和測深雙重性質(zhì) , 因此具有諸多優(yōu)點 : ○1 使用可控制的人工場源 , 測量參數(shù)為電場與磁場之比 —— 卡尼亞電阻率 , 增強了抗干擾能力 , 并減少地形影響。 ○2 利用改變頻率而非改變幾何尺寸進行不同深度的電測深 , 一次發(fā)射可同時完成 7個點電磁測深 , 提高了工作效率。 ○3探測深度范圍大 , 一般可達 1~ 2 km。 ○4 橫向分辨率高 , 很容易發(fā)現(xiàn)斷層。 ○5高阻屏蔽作用小 , 可以穿透高阻層。 與大地電磁法和音頻大地電磁法相同 , 可控音頻大地電磁法也受靜態(tài)效應和近場效應的影響 , 可以通過多種靜態(tài)校正方法來消除“靜態(tài)效應”的影響?？煽匾纛l大地電磁法一出現(xiàn)就展示了比較好的應用前景 , 尤其是作為普通電阻率和激發(fā)極化法的補充 , 可以解決深層的地質(zhì)問題 , 如在尋找隱山東農(nóng)業(yè)大學本科 畢業(yè)論文 伏金屬礦 , 油氣構(gòu)造勘查 , 推覆體或火山巖下找煤 ,地熱勘查和水文工程地質(zhì)勘查等方面 , 均取得良好的地 質(zhì)效果。 (GPR) 地質(zhì)雷達法與探空雷達技術(shù)相似 , 利用寬帶高頻時域電磁脈沖波的反射探測目標體 , 只是頻率相對較低 , 用于解決地質(zhì)問題 , 又稱“探地雷達”，將雷達技術(shù)用于地質(zhì)探測 , 早在 1910 年就已經(jīng)提出 , 在隨后的 60 年中該方法多限于對波吸收很弱的鹽、冰等介質(zhì)中。直到 20 世紀 70 年代以后 , 地質(zhì)雷達才得到迅速推廣應用。 地質(zhì)雷達是由地面的反發(fā)射天線將電磁波送入地下 , 經(jīng)地下目標體反射被地面接收天線所接收 ,通過分析所接收到電磁波的時頻、振幅特性 , 可以評價地質(zhì)體的展布形態(tài)和性質(zhì)。由于雷 達穿透深度與發(fā)射的電磁波頻率有關 , 使其穿透深度有限 , 但分辨率很高 ,可達 m 以下。早期地質(zhì)雷達只能探測幾米內(nèi)的目標 , 應用范圍比較窄。此外 , 地質(zhì)雷達與地震反射原理相似 , 一些地震資料處理解釋方法可以借用。目前 , 地質(zhì)雷達探測深度最大可達 100m, 使之成為水文和工程地質(zhì)勘查中有效的地球物理方法。 地面核磁共振 (SNMR) 方法是目前唯一直接探測地下水的地球物理新方法。它利用了氫原子內(nèi)的質(zhì)子在一定的條件下可以產(chǎn)生核磁共振信號的特征 ,采集和分析 NMR 信號的變化規(guī)律以實現(xiàn)對地下水 的直接探測。 核磁共振是一個基于原子核特性的物理現(xiàn)象，即具有核子順磁性的物質(zhì)可選擇性地吸收電磁能量。由于氫原子內(nèi)的質(zhì)子 (氫核 ) 是具有核磁矩的旋轉(zhuǎn)帶電粒子 ,在通常情況下 ,質(zhì)子磁矩方向與當?shù)氐卮艌?B0 一致 ,而且它們在穩(wěn)定的地磁場作用下都將處在一定能級上 ,即處于自然平衡狀態(tài) (圖 a) 。當在外加具有拉摩爾頻率 f 0 的電磁場 B1 作用后 , B1 的垂直于地磁場 B0 的分量將對質(zhì)子產(chǎn)生扭力 , 氫核產(chǎn)生旋進運動 ,從而發(fā)生能級躍遷 (圖 b) 。當這種外加的電磁場 B1 終止后 ,氫核在回復到它們原來位置的過程中產(chǎn)生山東農(nóng)業(yè)大學本科 畢業(yè)論文 可以被測量 的 NMR 信號 (圖 c)。 圖 13 磁核共振階段 核磁共振產(chǎn)生的 3 個階段如圖 13 （ a） — 平衡狀態(tài) 。 (b) — 吸收狀態(tài) 。 (c) — 釋放狀 測量并分析這個 NMR 信號可以獲取與地下氫核含量相關的信息，從而獲取地下水的分布情況。 核磁共振法的技術(shù)特點為 : ①屬于直接找水方法 ,特別是找淡水 。 ②勘探深度較小 。 ③易受電磁噪聲干擾 。 ④該方法不接地 , 受地表電性不均勻體干擾 小 , 適合西北地表干燥區(qū)使用；⑤信息豐富 , 具有量化的特點；⑥經(jīng)濟、迅速 , 完成一個核磁共振測深點的費用僅為一個水文地質(zhì)鉆孔的十分之一。 結(jié)語 隨著科技的發(fā)展 , 今后一定會出現(xiàn)新的更為有效找水方法。但在相當一段時間內(nèi) , 地球物理找水的一個趨勢是 , 根據(jù)不同類型地下水的水文地質(zhì)特征及其地球物理特征 , 使用多種物探方法聯(lián)合即綜合地球物理方法。 山東農(nóng)業(yè)大學本科 畢業(yè)論文 第二 章 電測深法找水的基本原理 電阻率法找水的基本原理 電法勘探的概述 不同的巖石具有不同的物性 ，例如導電性、磁性、彈性、密度等。在地面通過一定的 儀器測出地下巖石的某一物理性質(zhì)，根據(jù)物理性質(zhì)的差異推斷出地下的巖石性質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造，達到找礦或找水的目的。這些方法統(tǒng)稱為地球物理勘探，簡稱物探。 均勻地層的電阻率的測定 電阻率野外觀測時一般由正負兩個電極向地下送入電流，底下的電流場受到不同電阻率巖層的影響而有不同的分布規(guī)律。因此，在地標觀測電位，就能推知地下電阻率的分布情況，進而推斷分析地質(zhì)情況，達到找水的目的。 假設電流 I由地面的兩個點電極 A、 B送入地下，并在兩外兩點電極 M、N 處測量電位差。假定的地下空間全部為同一電阻率 p 的均勻介質(zhì)，則根據(jù)點穴 的高斯定理， A 極在 M點引起的電位為： VAM=∫ ∞ rEMdr=ρI/ （ 2π rAM） 同理 B極在 M 點引起的電位為： VBM=∫ ∞ rEMdr=ρI/ （ 2π rBM） 式中 rAM、 rBM—— M 點至 A、 B電極的距離； I—— 電流強度 則 M點點位為： VM= VAM+ VBM=（ ρI/2 π）（ 1/rAM+1/rBM） 同樣在 N點有 VN= VAN+ VBN=（ ρI/2 π）（ 1/rAN+1/rBN） 因此 M、 N 兩點的電位差為Δ V= VMVN=（ ρI/2 π）（ 1/rAM+1/rBM1/rAN1/rBN） 故電阻率 ρ=2 π（ Δ V/I） /（ 1/rAM+1/rBM1/rAN1/rBN） =KΔ V/I 裝置 K=2π /（ 1/rAM+1/rBM1/rAN1/rBN） 在電測找水中，常采用四極對稱，此時 rAM= rBN， rAN= rBM 故裝置 K簡化為： K=π *AM*AN/MN 山東農(nóng)業(yè)大學本科 畢業(yè)論文 由上述幾式，就可計算出四極裝置測定地下把空間均勻地層的電阻率。 人工電場的分布 通過 AB電極向下供電形成的人工電流場，其嗲下分布有以下幾條規(guī)律： （ 1）從電源正極流出的電流，最后全部回到負極，電力數(shù)總數(shù)保持不變； （ 2）電力線有盡可能使經(jīng)過的路程 為最短的特性； （ 3）各電力線之間存在相互排斥的作用。 依據(jù)第一條規(guī)律，電力線將大部分靠近地表面，但由于第三條的存在，將有一部分電力線被排斥到地下深處。假定地表面的電流密度為 J0，供電電極 AB 中垂線上任意一點的埋藏深度為 h，則該點的電流密度為 Jh與 h的關系為： Jh/ J0=1/（ 1+h2/L2） 3/2 式中 L=AB/2，關系曲線見圖 21（電流密度與深度的關系曲線）。 由圖中所見，要勘探埋藏較深的地質(zhì)體，須采用增大供電電極的辦法，使電場的分布范圍更深、更廣，使得地質(zhì)體處的電流密度足夠大。從理論上研究，只 有地質(zhì)體的埋藏深度小于 時，才有可能引起儀器觀測到的電位變化。在野外實際工作中，當條件比較好時，最大勘探深度一般只能達到 AB/2。 山東農(nóng)業(yè)大學本科 畢業(yè)論文 圖 21 電流密度與深度的關系曲線 上面談的是均勻地層中電力線的分布規(guī)律，在非均勻?qū)又?，電力線還有盡可能通過良導電層的特性，利用這些規(guī)律，便可以在地面上觀測地下不同深度的各種地層的電阻率，達到找水的目的。 電測深法的方法原理 電測深法是用中心位置不變而逐漸加大供電電極距的方法，測出一系列ρ s值，從而了解某一點從淺到深沿垂直方向的地質(zhì)條件。 在圖 22（測量深度隨 AB 變化示意圖）中，當供電電極 A、 B 位于 AB1位置時，電力線大部集中與 A1C1B1的半球內(nèi)，因而測出的 ρ s 主要受改 山東農(nóng)業(yè)大學本科 畢業(yè)論文 版求內(nèi)巖層電阻率的影響。當 A、 B 改變到 A B2 位置時，半球體變?yōu)?A2C2B2測出的 ρ s不僅受到 A2C2B2半球內(nèi)巖層電阻率的影響，而且受到 圖 22 測量深度隨 AB 變化示意圖 C1~C2 深度內(nèi)的巖層電阻率的影響。當 A、 B 距離繼續(xù)增大時，電力線的深度也就逐漸增大， ρ s 值也就受到深度更大的巖層電阻率的影響。如果以AB/2 為橫坐標，以算出的 ρ s值為縱坐標 ，將測量結(jié)果點繪到雙對數(shù)紙上，就得出了電測深曲線圖 。 在電測深曲線上，上升的曲線反映了地下高阻巖層的存在，如圖 23a；下降的曲線段反映了低阻巖層的存在，如圖 23b。 山東農(nóng)業(yè)大學本科 畢業(yè)論文 圖 23 電測深曲線圖 電測深法的技術(shù)方法 工作方法 供電極距 AB 的選擇 在野外測量中， AB 距離的選擇，應滿足以下三點要求： （ 1）最小 AB/2 可按稍小于第一含水層的埋藏深度或區(qū)域地下水位的深度來確定，如有要求，還應能反映第四系覆蓋層的厚度。 （ 2）最大 AB/2 的選擇，應保證在曲線尾段漸近線上有 2~3 個電極距，或按預計打井深度的 1~2 倍來確定。 （ 3）在測量過程中 AB 距離應逐步加大，兩個相鄰極距在雙對數(shù)紙上的水平距離應在 ~2cm的范圍內(nèi)，通常?。海?AB/2） i+1/（ AB/2） i=~ 根據(jù)經(jīng)驗，建議按照 如 下表 21眾所列的極距進行選取 ： 山東農(nóng)業(yè)大學本科 畢業(yè)論文 表 21： 供電極距參考表 序號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 AB/2(m) 4 6 9 12 16 20 25 32 40 50 MN/2(m) 2 4 5 序號 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 AB/2(m) 60 74 90 110 135 170 210 260 320 400 500 MN/2(m) 40 50 測量極距 MN 的選擇 MN 的選擇一般分等比裝置和固定裝置兩種方式。等比裝置一般選擇八分之一裝置，即 MN=AB/8。如新號較弱時，也可適當加大 MN 的距離，如選取五分之一或三分之 一裝置，應根據(jù)地電條件靈活運用。 隨著測試儀器智能化的發(fā)展，測量精度的提高，固定裝置亦普遍應用，該裝置所用人力少，受不良地質(zhì)體干擾的影響小，效果較好。 布線方向的選擇 在山丘地區(qū)，布線應選擇地形平坦、與可能的構(gòu)造走向垂直的方向布極，避免穿越較深的溝谷和陡崖，造成地形影響誤差。 在平原地區(qū)，地層分布較為均勻，一般以布線方便為原則，可不考慮布線方向。 電測深曲線解釋分析方法 電測深曲線解釋的主要任務，是通過對個電性層曲線的分析計算，依據(jù)巖性及測量結(jié)果，辨認含水層，解釋界面深度，推斷地 下含水層的性質(zhì)、部位、厚度等情況，指導我們選定井位。 簡易拐點切線法 第一步，做出與目的層曲線段重合最長的拐點切線 P1，及其上部相鄰電性層的拐點切線 P2。 P P2兩切線的交點 O1點的縱坐標為 ρ0，橫坐標為上界面深度。 第二步，用量角器量出切線 P1與橫坐標的夾角為 α角，根據(jù) α值，從 αu山東農(nóng)業(yè)大學本科 畢業(yè)論文 表中查出 u 值，則目的層的電阻率為 ρ=uρ0。 經(jīng)驗系數(shù)法 含水層的分析與辨認 高阻巖層地區(qū)，包括石灰?guī)r，大理巖，花崗巖，凡是相對富水的構(gòu)造破裂帶，巖溶裂隙帶，在測深曲線上一般呈現(xiàn)相對低阻 反映。根據(jù)多年的測試定井實踐，可主要歸納為緩、平、降三個變異特征，九種曲線表現(xiàn)形態(tài)，作為辨認含水層進行定性解釋的依據(jù)。 1 緩升變異 （ 1）急劇上升段后的緩升段，可視為含水層。 （ 2）夾在兩個急劇上升段之間的緩升段，一般是較好的含水層。 （ 3）急劇上升段前邊的緩升是比較可靠的含水層。 2 水平變異 （ 1）尾支變平的水平段是含水層的反映。 （ 2）兩個上升段之間水平段可視為含水層。 （ 3）整個曲線近似水平，是巖溶裂隙富水的反映。 3 下降變異 （ 1）尾支下降段可視為含水層。 （ 2）兩個急劇上升段之間的下降段可視為含水 層。 （ 3）只有尾支急劇上升，前段下降的曲線，下降段是中上部巖溶裂隙富水相對發(fā)育的反映。 影響電測深法效果的地電條件分析 根據(jù)我們的找水實踐，影響電測深法找水效果的地點跳進主要體現(xiàn)在以下三個方面： 第一，電測深法是一種體積勘探，因而要求被測目的