核磁共振法與高密度電法在廣西某地水文地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用效果

黃祖描

（廣西水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院 廣西柳州 545005）

核磁共振法與高密度電法在廣西某地水文地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用效果

黃祖描

（廣西水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院 廣西柳州 545005）

在水文地質(zhì)調(diào)查中，常規(guī)單一的水源勘查的手段往往受到地形、地層巖性等因素的限制，致使物探解釋結(jié)果不精確。核磁共振法是目前唯一可直接探測(cè)地下水的地球物理方法，本文介紹高密度電法與核磁共振法（NMR）相結(jié)合在廣西某地水文地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用效果。

核磁共振法；高密度電法；水文地質(zhì)調(diào)查

引言

地下水資源對(duì)人類的生產(chǎn)生活都十分重要，有些地區(qū)利用單一的、常規(guī)的物探方法找尋地下水的成效并不顯著，很難解決有關(guān)的水文地質(zhì)問題。在廣西灰?guī)r地區(qū)水文地質(zhì)調(diào)查中，高密度電法是常用物探方法，適用于查找覆蓋層厚度和巖溶發(fā)育段深度范圍，具有分辨率高、效率高等特點(diǎn)。核磁共振法適用于查明150m深度范圍內(nèi)含水層的深度、厚度、單位體積含水量、含水層平均孔隙度的信息。采用兩種物探方法相結(jié)合可取得較好的效果。

1 方法原理簡(jiǎn)介

1.1 高密度電法

高密度電法是通過電極陣列技術(shù)同時(shí)實(shí)現(xiàn)電測(cè)深和電剖面測(cè)量，獲得二維或三維的電阻率分布，進(jìn)而研究解決相關(guān)問題的電阻率法。根據(jù)場(chǎng)地條件和地質(zhì)條件選取一種或多種裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，由專用軟件進(jìn)行地形校正、數(shù)據(jù)濾波、反演計(jì)算等一系列處理后，繪制物探剖面視電阻率斷面圖和反演圖，根據(jù)圖中視電阻率分布形態(tài)，了解地下一定深度范圍內(nèi)橫向電性變化情況和垂向電性的變化特征，再綜合分析判斷異常體的位置及規(guī)模。

1.2 核磁共振方法

該方法是利用地磁場(chǎng)中地下水中氫原子核與周圍介質(zhì)的馳豫特性差異，用拉摩爾頻率的交變電流脈沖對(duì)地下水激發(fā)，原子核系統(tǒng)吸收電磁能量而產(chǎn)生核磁共振。在電流脈沖間歇期間，觀測(cè)和研究核磁共振信號(hào)的變化規(guī)律，進(jìn)而探測(cè)地下水信息的方法。通過數(shù)據(jù)處理、反演計(jì)算可確定出含水層的深度、厚度、單位體積含水量，并可提供含水層平均孔隙度的信息。

NUMISPLUS系統(tǒng)由直流電源、DC/DC轉(zhuǎn)換器、發(fā)射機(jī)、發(fā)射/接收天線、調(diào)諧單元、接收機(jī)、外接計(jì)算機(jī)及部分輔助連線構(gòu)成，野外工作裝置連線見圖1。

2 工程地質(zhì)概況及地球物理特征

2.1 工程地質(zhì)概況

工區(qū)處于廣西桂東-桂南系列緊依升降侵蝕-溶蝕中低山巖溶盆（谷）地地貌中北區(qū)，地勢(shì)西北高，東南低。出露地層隸屬華南地層大區(qū)中的東南地層區(qū)，地層出露比較齊全，巖性以礫巖、砂巖、灰?guī)r、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r為主，局部還有泥巖夾頁(yè)巖、硅質(zhì)巖等。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造極為發(fā)育，性質(zhì)以壓性和壓扭性為主，格局復(fù)雜，主要以北北西向和北西西向?yàn)橹鳎嵌嗥诨顒?dòng)斷層組。根據(jù)含水層的水理性質(zhì)、地下水的賦存條件和水力特征，區(qū)內(nèi)地下水類型可劃分為孔隙水、巖溶水、孔隙裂隙水、基巖裂隙水四大類型。測(cè)區(qū)屬平原區(qū)，巖溶發(fā)育在一定深度范圍內(nèi)相對(duì)均勻。

圖1 NUMISPLUS系統(tǒng)野外工作裝置連線框圖

2.2 地球物理特征

第四系覆蓋層、巖溶發(fā)育、裂隙發(fā)育帶、與完整巖石之間有著較大的物性差異（如介電常數(shù)、電阻率等），巖石風(fēng)化程度的不同亦有一定的物性差異，存在明顯的物性界面，為電法勘探提供了良好的地球物理前提。在核磁共振法的實(shí)際工作中，在每個(gè)NMR測(cè)點(diǎn)上是通過由小到大依次改變激發(fā)脈沖矩來探測(cè)由淺到深的含水層的賦存狀態(tài)。常見介質(zhì)物性參數(shù)見表1，核磁共振法測(cè)量參數(shù)和反演解釋獲得的水文地質(zhì)參數(shù)見表2。

表1 常見介質(zhì)物性參數(shù)

表2 測(cè)量參數(shù)與水文地質(zhì)參數(shù)關(guān)系表

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 工作方法及資料解釋

測(cè)區(qū)選在村口開闊的耕地，地形平坦，局部基巖出露，無(wú)埋藏管道、高壓線，物探施工條件較好。根據(jù)已有的水文地質(zhì)調(diào)查成果，近南北向斜交構(gòu)造布設(shè)一條高密度電法測(cè)線，再以高密度電法異常點(diǎn)為中心鋪設(shè)核磁共振法線圈對(duì)含水層進(jìn)行測(cè)試。高密度電法探測(cè)儀器采用重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所生產(chǎn)的WGMD-4型高密度電法系統(tǒng)及多電路轉(zhuǎn)換器。測(cè)量采用施倫貝謝爾排列及矩形AMN排列、MNB滾動(dòng)排列裝置進(jìn)行連續(xù)滾動(dòng)掃描，測(cè)量點(diǎn)距10m，滾動(dòng)層數(shù)25層。核磁共振法探測(cè)儀器采用法國(guó)IRIS公司核磁共振系統(tǒng)（NUMISPLUS），主要測(cè)試參數(shù)：回線類型為方形（邊長(zhǎng)100m），激發(fā)頻率1962Hz，地磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度45967.16nT，電磁噪聲干擾水平5629.89nV，激發(fā)脈沖矩個(gè)數(shù)16個(gè)，疊加次數(shù)32次，記錄長(zhǎng)度1000ms，信號(hào)幅值范圍20000。

高密度電法通過數(shù)據(jù)處理后繪制測(cè)線視電阻率等值斷面圖及聯(lián)合剖面曲線圖，核磁共振法通過NUMIS系統(tǒng)自帶的軟件對(duì)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行反演處理，獲取測(cè)點(diǎn)垂向范圍內(nèi)的水文地質(zhì)參數(shù)并成圖，選取單位體積含水直方圖和滲透率隨深度變化曲線圖做分析。高密度電法斷面，在物探點(diǎn)號(hào)1725～1745低阻異常，異常帶相對(duì)較窄，其電阻率值200～500Ω·m，背景值800～1600Ω·m，在AB/2=90處提取聯(lián)合剖面曲線，在物探點(diǎn)號(hào)1745出現(xiàn)正交點(diǎn)，推測(cè)1725～1745段為構(gòu)造影響帶，巖體破碎，巖溶發(fā)育。聯(lián)合剖面曲線及視電阻率等值線斷面圖見圖2。

核磁共振法測(cè)點(diǎn)含水量直方圖，橫坐標(biāo)為單位體積含水量（%），縱坐標(biāo)為深度（m），由圖3所示含水量直方圖可知，主要有2個(gè)含水層，第1個(gè)含水層位于4.5～13.5m，該段主要為地表水。第2個(gè)含水層位于32.5～57.5m，主要賦存巖溶裂隙水，其T1*＞600ms。在58m處T1*出現(xiàn)明顯分界面，說明巖石性質(zhì)存在差異，衰減時(shí)間在300～600ms之間，根據(jù)衰減時(shí)間與巖石關(guān)系實(shí)驗(yàn)可判斷該含水層以礫石為主。

3.2 水文地質(zhì)鉆探驗(yàn)證

圖2 高密度電法聯(lián)剖曲線及視電阻率等值線圖

圖3 核磁共振法結(jié)果與水文鉆孔對(duì)比圖

高密度電法與核磁共振法的工作結(jié)果表明，在物探測(cè)線1740點(diǎn)存在導(dǎo)水構(gòu)造帶，建議布置水文鉆孔。地質(zhì)設(shè)計(jì)孔深120m，在設(shè)計(jì)的鉆孔位置進(jìn)行鉆探。鉆探結(jié)果表明，孔內(nèi)26.30m處以下漏水，在29.80～31.00m、42.8～58.70m 見溶蝕現(xiàn)象，孔深 58.70～62.30m、65.50～65.90m、74.20～75.20m、78.00～80.00m、81.80～82.50m、92.30～95.10m、97.40～98.60m段巖芯較破碎。抽水試驗(yàn)結(jié)果表明該孔出水量約143.7T/d。

4 結(jié)論

（1）兩種物探方法實(shí)測(cè)反演結(jié)果與水文鉆孔資料基本吻合，但核磁共振法僅適用于找水遠(yuǎn)景區(qū)，不能精確確定孔位，應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)、水文情況以及物性資料并結(jié)合其他勘探手段提高鉆探命中率。

（2）核磁共振法在廣西灰?guī)r地區(qū)應(yīng)用尚不廣泛，受測(cè)試深度、地形地貌、電磁干擾較明顯，噪聲水平普遍比較高，應(yīng)采取有效措施壓制干擾，提高其資料解釋的可靠性，應(yīng)進(jìn)一步深入研究。

（3）區(qū)域性水文地質(zhì)調(diào)查可在常規(guī)物探手段的基礎(chǔ)上適當(dāng)增加核磁共振法測(cè)點(diǎn)。核磁共振法亦可在滑坡、考古、堤壩隱患、地下熱水、地下水污染評(píng)價(jià)等多方面應(yīng)用，加以推廣。

[1]袁照令.核磁共振法的應(yīng)用效果[J].中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)，1999（03）.

[2]袁照令.核磁共振法在貧水地區(qū)找地下水的效果[J].應(yīng)用科學(xué)學(xué)報(bào)，2000（09）：19～3.

[3]王 魯.萊蕪市開展大規(guī)模環(huán)境水文地質(zhì)勘查[J].山東地質(zhì)，2011（05）：42～43.

P631.3

A

1004-7344（2016）06-0161-02

2016-2-10

黃祖描（1987-），男，廣西貴港人，助理工程師，本科，主要從事工程物探方面的工作。