赵蓬勃
黑龙江省自然资源调查院，黑龙江 哈尔滨 150000
摘要：近年来，我国在地球物理勘查领域取得了不断地突破，地球物理勘查方法的重要性不断显现，特别是在水文地质工程中逐渐起到了不可替代的重要作用。基于这样的原因，通过对地球物理勘查方法的研究，使其更加科学地运用于水文地质工程实际中，进一步促进水文地质工程的建设与发展。本文介绍了若干常用地球物理勘查方法的科学依据和在水文地质工程中的具体运用，并结合笔者自身地球物理勘查工作经验就相关地球物理勘查方法在实际水文地质工程应用中的优劣取舍及其注意事项进行了讨论。
关键词：地球物理;勘查方法;水文地质工程
引言
一定程度上，水资源短缺逐渐成为制约我国经济可持续发展的主要因素之一，因此，在新的历史时期，要不断加强水资源的合理开发利用与保护。水文地质工程项目作为地质工程的一项重要内容，在矿产资源开采、地下工程建设以及地下水源勘查等工作中有着不可或缺的作用。充分利用多样的地球物理勘查技术手段，促进地下水资源勘查开发保护与水文地质工程事业发展意义重大。
1地球物理勘查的相关概念
地球物理勘查是应用物理学原理对地球物理场及其变化情况进行监测分析，解决地学、矿产资源勘查及水文地质工程等领域问题的技术方法，包括电法勘探、磁法勘探、地震勘探、重力勘探、放射性勘探等多种勘查方式。地球物理勘查是一种间接勘查方法，在地质调查、水文地质勘查、矿产资源勘查、环境保护、工程建设、地质灾害调查及考古等领域中有着十分重要的应用。
在水文地质工程中，地球物理勘查对地下岩层结构密度、物理成分、电性参数、热导性或者磁导性等方面开展研究，通过对地下岩层物性参数的解读反映地下岩层及水文特征，实现对地下岩层含水量的分析，从而推断该处是否存在地下水。不同物性参数反映的地下岩层特征有所不同，例如极化率和电阻率可以较为直观地反映检测点岩层含水量多少，温度参数可对检测点周边区域含水情况提供参考，磁性参数则指示岩层物质分布特别是金属元素分布情况。由此可见，不同地球物理勘查方法在水文地质工程中都有着十分重要的作用，充分了解多种地球物理勘查方法，并在水文地质勘查实际中科学运用，能够有效提升勘查精度，提高勘查效率，优化勘查投入，保证勘查成果[1]。
2地球物理勘查方法在水文地质工程中的应用
2.1激发极化法
激发极化法是根据岩石、矿石的激发极化效应寻找矿产资源和解决水文地质、工程地质问题的常规电法勘探方法。一般分为直流激发极化法（时间域法）和交流激发极化法（频率域法）。现逐渐由早期的直流激发极化法发展为频谱激发极化法，该方法通过研究电阻率随频率的变化，准确反映周围岩层分布，极大降低了受岩层电性不均匀及地势波动的影响，可同时对多个参数进行测量，勘测效率明显提高。近年来，激电法找水效果显著，被誉为“找水新法”。激发极化法可以有效区分地层中的泥岩和含水地层，含水砂砾岩孔隙较大，极化率较大；而泥岩孔隙较小，极化率相对较小，这种极化率的差异间接反映了岩层的孔隙情况，结合其他数据可以有效推断岩层形态，提高检测效率。此外，将激电场的衰减速度具化为半衰时、衰减度、激化比等特征参数，这些参数不仅能较准确地指示各类地下水资源，而且可以与地层的含水性联系起来，实现在同一水文地质单元内预测涌水量大小。在实际水文地质勘查工作中，一般通过激发极化法与高密度电阻率法联合测试，以期更好地确定地层含水性，避免单一方法得出“多个解”对实际结果的干扰和影响，从而提高找水效率与成功率。
2.2瞬变电磁法
瞬变电磁法在使用过程中利用接地源或者不接地源，向地下发送一次场，并利用一次场的间歇时间测量地质体产生的感应电场随时间的变化情况。根据二次场的衰减特征曲线，推测不同深度地质体的特征状态、地下水规模、深度及其分布。
瞬变电磁法在实际应用的过程中探测深度大、体积效应小、受到周围岩体的干扰小，能够保证勘测结果的准确度，瞬变电磁法勘测过程中消除了设备耦合噪声的影响，在水文地质工程项目中应用广泛。此外，瞬变电磁法在金属矿产、石油、煤及地热资源勘查中也有着广泛的应用[2]。
2.3自然电场法
地质体在一定环境中，不需人工供电自行产生的电场称为自然电场，自然电场法在地下水勘查工作中的应用主要依托于地下岩石颗粒对地下水中离子的吸附作用形成的自然电场：一般的，岩石颗粒带正电，吸附负离子，水流方向（排泄区）正离子相对多，形成高电位；背流方向（补给区）形成低电位，从而形成过滤电场。通过专业设备对地下自然电场的监测，直观的反映出地下水运动情况，进而推断出地下水的水流动向、分布位置及大致深度等。自然电场法不仅用于地下水勘查，在研究河流湖泊等水体水文特征、水库坝区底部环境监测、
古河道追溯等工作中也发挥着重要作用，自然电场法相较于其他方法精度更高，普适性更广，能够更准确的推断出地下水的赋存情况及其分布状态。
2.4地面核磁共振法
地面核磁共振法是目前世界上唯一的直接找水的方法，此方法对水文地质勘查具有重要作用，地面核磁共振法通过运用不同物质原子核弛豫的性质，进一步产生了地面核磁共振的效应。在地面上通过NMR找水仪，观测研究地层中水质子产生的核磁共振信号的变化规律，无需打钻即可确定各含水层的深度、厚度、孔隙度和单位体积含水量等地下水时空赋存特征。
地面核磁共振法找水的原理决定了可以找多少水，尤其是淡水。在地面核磁共振法的探测范围之内，只要有水存在，就可以感应到核磁共振信号响应，反之就没有响应。另外地面核磁共振法受到地质因素的影响比较小，因此可用于电磁测深法电阻率异常的地质环境进行勘查。当前，地面核磁共振法不足之处在于不能用于探测埋藏深度在150m以下的地下水，且易受电磁噪声的干扰。
2.5地球物理测井法
地球物理测井法是油田勘测与开采中常用的技术之一，利用电磁、光热等测量手段对地下流动体和岩层的属性进行勘测，可以准确反映当地的水文地质条件。地球物理测井法首先确定岩层中的水分子情况，进而明确该地区的岩石性质，推测区域的熔岩带和含水层，实现准确反映当地的地质条件和水文环境。随着科学技术的不断发展，地球物理测井法逐渐丰富起来，在水文地质工程项目中的应用也愈加广泛，是目前水文地质勘测各种方法中最有效的勘测方法之一，得到的数据更加精确，但该方法对人员和资金的需求较大，成本较高，一般用于需要严格勘测水文地质环境的区域。
2.6高密度电法
高密度电法实际上是集中了电剖面法和电测深法，其原理与普通电阻率法相同，所不同的是在观测中设置了高密度的观测点，是一种阵列勘探方法。我国是从20世纪末期开始研究高密度电法及其应用技术，从理论方法和实际应用的角度进行了探讨并逐步完善。高密度电法野外测量时将全部电极（几十至上百根）置于剖面上，利用程控电极转换开关和微机工程电测仪即可实现剖面中不同电极距、不同电极排列方式的数据快速自动采集。高密度电法主要优点是电极布置一次性完成，不仅减少了因电极设置引起的故障和干扰，并且提高了效率，同时通过选用多种电极排列方式进行测量，可以获得丰富的有关地电断面信息。
结语
综上所述，地球物理勘查方法在水文地质工程勘查中的应用可以较准确、完整地反映出勘测地区的水文环境和地质特征，为工程施工和灾害防治提供重要的数据支持。在复杂的地质条件下进行水文地质环境勘查时，必须充分明确勘查的技术要点和指标，有的放矢地选取相应的地球物理勘查方法或采取几种方法联用的手段，从而提高勘查质效。
参考文献
[1]张赛珍，王庆乙，罗延钟.中国电法勘探发展概况[J].地球物理学报，2014，37（增刊1）：408-424.
[2]区汉泺.地球物理勘探方法在水文地质及工程地质勘测中的应用[J].水文地质工程地质,2018(3):28-32.