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国外水文地质环境地质简报国外水文地质环境地质简报 第第3期期 科技发展中心编科技发展中心编 2010 年6 月 30 日 2010 年6 月 30 日 国外地下水含水层探测 国外地下水含水层探测 含水层探测方法 1.地电法 地电法是地球物理探测的经典方法之一。 该方法在联邦德国地学及原料研究 院（BGR）得到显著的发展。尤其是在地下水探测上，地电探测法仍然发挥了重 要的作用。 2. 瞬态电磁法TEM 测量地下电导率 开发瞬态电磁（TEM）方法旨在获得地下电阻率信息。该方法已成功应用于 矿产和地热探测以及水文地质与环境调查研究。 瞬态电磁（TEM）方法还被应用 于地下水和垃圾填埋场的调查，煤层燃烧探测等等。 项目 用瞬态电磁（TEM）方法探测纳米比亚地下水； 用瞬态电磁（TEM）方法调查研究垃圾填坑； 用瞬态电磁（TEM）方法探测 Cuxhavener Rinne 地下水； 用瞬态电磁（TEM）方法探测智利曼扎那热水含水层 ； 为坦桑尼亚探测替代能源地热资源。 研究报告（1）.中德煤矿火灾研究 ，机载和地面地球物理 （2）.瞬态电磁（TEM）方法在水研究方面的应用 3.大地电磁法 电磁法，‘大地电磁（MT），是用来测量地磁场上的地电（大地电流）场 方法，用它获得地球地下深处电导率。其触发源分别有传统大地电磁（MT）， 用作 1 s 至 10 5 s 周期范围内电离层和磁层自然系统源声大地电磁（AMT），主 要基于 10 -4 s 至 1 s 周期范围内大气雷暴事件辐射和反射无线电大地电磁 （RMT），用 10 -4 s 至 10-6 s. 周期范围内无线电发射器发射的电磁波受控源声 大地电磁（CSAMT 法），使用 AMT 范围发射机。 探测深度范围，从 RMT 数米到 MT 的几公里不等，取决于使用的周期范围。 在所有的 MT 方法中，沿与另一路相互正交的两路径上的一对探头记录地球表面 电场。 探头由金属嘴或打入地下或掩埋特殊碲探针组成， 记录两个横向磁场方向。 另外一个垂直电感器可以参考水平电感器的垂直磁场。 这就是所谓的地磁测深 （EDS）。 为测定地球的地下的电导率，谨慎测量频率，评估与另外一个垂直电感器正 交的电场和磁场（阻抗）场分量关系。随着取决于频率穿透深度加深，探测是可 能的。结合沿剖面或在地表面的测量，可以推断出地球地下电导率的空间分布。 论文 用大地电磁探测源岩 用大地电磁法探测高焓地热资源 4.机载电磁仪 用机载电磁（AEM）方法，可以据地表数米到高达几百米的空中快速探测地 球的地下情况。波谱方法（如红外线）和雷达方法不包括在 AEM 中，即使它们也 是基本的电磁方法。地面电磁，机载电磁 AEM 属于主动和被动测量方法。后者使 用类似 VLF-范围 15 – 25 kHz内大气中或潜水艇发射器放电现象造成的音频 范围（AFMAG）地球磁场的变化天然来源。这两方法，由于源之间的距离很大， 激活场为准均质。通常情况下， AEM 为主动方法，使用飞机或直升机载的发射 机以及接收仪的积极方法，激活场为偶极型。 通常情况下，由谨慎的频率或 on-/off-序列发送的信号是连续振荡（频率 范围方法）。后者产生瞬态接收信号（时间范围方法）。对于这两个方法，地球 物理学家使用飞机（固定翼）以及直升机。高频电磁利用直升机，瞬态电磁使用 飞机是目前最常见的组合。 直升机电磁（HEM）通常适用带探测仪鸟的拖动系统。电磁系统EM目前 用 6 个测量频率工作，其被安装在一个约 10 长的探测仪（鸟）中，它由直升机 用 45 米长电缆在距地面 30 米-40 米拖动。 BGR 机载航空地球物理系统示意图 对于每一个测量频率， 记录地下诱导的次磁场两个分量并由地球的地下简单 的模型转换成比电阻（比电阻倒数值）。结果以纵向或横向断面形式出现。 应用 BGR 仅使用了机载电磁探测仪直升机。BGR 机载电磁测量系统的应用领域广泛。 如下 矿床勘探 地下水探测 盐-淡水边界测定 地质填图 断裂带填图 污染场地探测 考古调查 工程地质调查 5.表面核磁共振（SNMR） 地球物理方法是行之有效的，在饮用水探测中不可缺少的方法。一个新的， 非破坏性的测量方法，唯一的地球物理表面的方法，可以用来直接测定地下的含 水量，这就是表面核磁共振（SNMR 或 MRS）。与 SNMR 不同，传统方法只能间接 探测水和测定含水量和水力参数（孔隙度，渗透率）。借助于一些岩石物理关系 （ARCHIE 公式，可混性律，WYLLIE 方程等），由电导率（地电，电磁），介电 数（地质雷达）或地震速度推导出这些参数。 SNMR 方法使用原子水平上水的磁特性。氢核（质子）具有磁动量，所以通 过外部交变磁场使它们刺激核磁共振。 从地下返回信号的幅度与氢原子核数成正 比。由此就可以探测确定松散和固体岩石及土壤的含水量。此外，根据返回信号 衰退，可以得到如孔隙度，透水性率及水力渗透性。 表面核磁共振测量系统（NUMIS） BLOCH 和 PURCELL 于 1946 年首次精确测量氢原子核产生的磁性共振 （NMR） 的信号。为此科学成就，两位研究者获得 1952 年物理学诺贝尔奖。同时，核磁 共振（NMR）被用于化学，物理和医药以及油气勘探。自 20 世纪 60 年代，VARIAN 和 BARRINGER 建议将质子磁力用于探测地下水。20 世纪 80 年代，俄罗斯新西伯 利亚的科学家开发出一种耐用的仪器，并用于孔隙含水层探测。自 1990 年以来， 全球范围，在不同水文地质条件下对 SNMR 进行了广泛试验。1997 年 4 月，在德 国哈尔登斯莱本试验场第一次成功完成 SNMR 测量实验。1999 年，BGR 在纳米比 亚进行了低强度的磁场测量。 上面提到的所使用的核磁共振（NMR）方法应用了两个在技术上产生强烈的 磁场。另一方面，该 SNMR 方法，使用了 相对较低的地磁场，作为静态场和外部 磁场，由放在地表面作为发射电感器大导体回路激发的。这电感器还记录了关掉 激发场后从地下返回的信号。 白雄飞供稿 用直升机航空电磁法探测巴西用直升机航空电磁法探测巴西 东北部半干旱结晶岩区裂隙地下水东北部半干旱结晶岩区裂隙地下水 研究区包括巴西塞阿拉州Irauuba （伊劳苏巴） 自治市西南部， 面积32 km 2 。 其地质特点是硅线石，黑云母片麻岩，钙硅酸盐片麻岩和大理岩，变形花岗板状 岩及角闪岩片构成的元古宙表壳单元。研究区大部分第四纪冲积层，由砾岩-细 颗粒砂构成，厚度小。圣盖博（So Gabriel）河（Ju 村中部），冲积层厚度 达 2.5 米，上覆的粘土层厚 0.2 米。风化层厚度通常不到 5 米，但一些水井到达 风化基岩深度 20 米。根据空中和钻孔电磁数据, 以地质统计方法计算了巴西东 北部半干旱的片麻岩与混合岩地区裂隙地下水的电导率。 尽管结晶岩含水层地质 是非均匀的, 高分辨率直升机航空电磁数据 HEM 可以用于确定钻井数据较少 地区的地下水电导率。 假设 HEM 测量可以把岩石的电导率与地下水的电导率联系 起来。 本研究将 HEM 数据作为外部变量进行非平稳计算和随机模拟, 以查明地下 水电导率的变化特征。 将地下水电导率的预测值与新井中的测量值进行比较, 检 验结果表明这些模型能够应用于确定结晶基岩中淡水水源的位置。 白雄飞供稿 阿曼通过时间域电磁法探测冲积含水层 阿曼通过时间域电磁法探测冲积含水层 在阿曼， 将近三分之一的人口依靠抽取海岸附近的 Batinah 平原冲积层中的 地下水生活。Batinah 平原的宽度为 10-30km，延伸到了阿曼山北部丘陵地带。 地球物理深层探测技术被应用于探测冲击层及含水层边界的深度及性质。 时间域 电磁法不受地形影响等特点，在勘查中主要解决含水层位置、构造空间分布等问 题。该平原冲击层相各不相同，与电阻系数重叠的范围主要依据粘土含量和粘结 程度。海岸边的电阻率由于海水入侵而有所降低，而电阻率的变化通过时间域电 磁法绘制出来，以此来区分冲积含水层的 3 个不同区域，并且遭受海水入侵的地 区也被绘制了出来。 高昀供稿 加拿大测井和近地表地震方法探测含水层加拿大测井和近地表地震方法探测含水层 在加拿大 Priddis, Alberta 附近的实验井中进行了录井、高分辨率浅层地 震和地震测深测量，以探测该地地层含水层状况。根据录井分析，井穿透砂岩- 页岩层互层，确定了 5 个孔隙带，深度分别在 28 米、39 米、50 米、62 米和 120 米，厚度在 0。34 米到 0。58 米之间。在这 5 个孔隙带中，有三个含水带，深度 为 28、50 和 120 米。根据声纳记录计算出的 P-波速度，进行了地表-波分析， 估算了 S-波速度。到深度 40 米，砂岩和页岩单元的 P-波速度分别为 2250 米/ 秒、2080 米/秒，S-波的速度分别为 1220 米/秒和 1150 米/秒。采用麦克风和地 震检波器，用高频率和宽波段描述了空气波。所有资料和录井的解译显示有很好 的相关性。含水带（28 米和 50 米处）及 76 米处的很强的反射体通过地表地震 和地震测深资料被分辨出来。 在绘制水饱和带中， 地震反射技术有分辨率的局限。 本次研究综合高分辨率近地表地震方法、地震测深和录井以提高近地表分辨率。 研究分为两部分。第一部分包括录井（开放孔和管孔），地震测深、高分辨率 2D 地震折射和 3D 地震测量。第二部分包括多元 2D 线、陆地光束线和麦克风线 空气压力测量。 倪增石供稿