１．引言

 

  西北、西南地區(qū)水資源短缺已嚴(yán)重制約了區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。如何依靠科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，選擇有效的地球物理勘探綜合技術(shù)尋找地下水，是目前水資源開發(fā)中的一個(gè)重要問題。沙漠地區(qū)埋藏于淺層咸水下的深層淡水的尋找以及黃土地區(qū)深部孔隙、裂隙、巖溶水的勘查，是西北地區(qū)地下水資源勘察工作面臨的主要問題。南方巖溶發(fā)育區(qū)和紅層分布區(qū)尋找含水巖溶及孔隙、裂隙水的物探工作也存在許多急需解決的問題。因此，如何針對(duì)西部水資源特點(diǎn)，合理地選擇地球物理勘探綜合技術(shù)方法尋找地下水，提高地下水勘查效率，是西部水資源開發(fā)工作的重要環(huán)節(jié)。

 

  物探方法是依據(jù)含水層、含水巖溶管道以及構(gòu)造裂隙破碎帶的物理性質(zhì)（如電阻率和地震波速）有別于隔水層或圍巖來進(jìn)行地下水勘查的一種間接方法。它得到的僅是物性層的空間分布情況，其結(jié)果必然有多解性。減少與排除多解性的途徑：一是利用目的層與非目的層物性差異的多種參數(shù)開展綜合物探工作；二是結(jié)合有關(guān)的地質(zhì)、鉆探及測(cè)井資料，將物探結(jié)果與地下水礦化度、巖性及構(gòu)造等水文地質(zhì)資料綜合分析，最終作出合理的地質(zhì)解釋。雖經(jīng)幾十年來國(guó)內(nèi)外廣大地球物理工作者的努力，在地下水勘查的物探技術(shù)方法及儀器裝備方面有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，取得了令人矚目的成績(jī)，但西部地區(qū)復(fù)雜的水文地質(zhì)條件給地下水探測(cè)增加了難度，單一方法很難滿足復(fù)雜多變的地質(zhì)條件下勘查地下水的要求。因此，有必要發(fā)展系列探測(cè)技術(shù)來完善和提高地下水勘查水平。

 

  各種物探方法都有其自身的適用性和局限性，因而在解決某類地下水勘查問題時(shí)，選擇最有效、最經(jīng)濟(jì)的技術(shù)方法系列，是關(guān)系到勘查效果及效益的首要問題?？紤]到各種物探方法在解決各類地下水勘查任務(wù)的適用性和經(jīng)濟(jì)性以及深淺層（以深度１００左右米為界限）地下水勘查難易程度，在總結(jié)國(guó)內(nèi)外的找水經(jīng)驗(yàn)以及近兩年來西部缺水地區(qū)地下水勘查示范成果的基礎(chǔ)上，初步擬定了針對(duì)不同類型地下水及不同賦存條件下的地下水勘查物探技術(shù)方法系列，為西部水資源勘察工作提供技術(shù)指導(dǎo)。

 

  ２．淺層孔隙水勘查的綜合物探技術(shù)方法系列

 

  淺層孔隙水是指賦存于第四系松散層以及第三系、白堊系半膠結(jié)地層中的地下水，第四系松散層在西北地區(qū)廣泛分布，第三系、白堊系地層主要分布于鄂爾多斯、準(zhǔn)噶爾盆地等。物探勘查的主要目的是了解含水層結(jié)構(gòu)及其富水性、地下水位埋深和地下水礦化度。淺層孔隙水勘查技術(shù)國(guó)內(nèi)外均已較成熟，一般情況下采用直流電測(cè)深法或激電測(cè)深法較為適宜，成本低、方法簡(jiǎn)單而普及，視電阻率參數(shù)可確定含水層結(jié)構(gòu)和地下水礦化度，激電參數(shù)用于了解富水性。但有的地區(qū)常規(guī)電阻率法工作難度較大，如沙漠區(qū)地表極為干燥，電極接地電阻較大，供電困難；對(duì)于淺部高礦化度地區(qū)，電阻率偏低，導(dǎo)致供電電流過大，需大功率供電設(shè)備，且測(cè)量電壓信號(hào)小，影響觀測(cè)精度；部分地區(qū)地形條件不利，不易開展工作。此時(shí)可選擇電磁測(cè)深法，如頻率域電磁測(cè)深法（ＥＨ－４電導(dǎo)率成像系統(tǒng)）觀測(cè)系統(tǒng)輸入阻抗較高，易于開展工作，效率高；瞬變電磁法可采用磁源激勵(lì)回線，不涉及接地問題。在西北缺水地區(qū)地下水勘查示范項(xiàng)目實(shí)施過程中，塔里木盆地南緣民豐縣安迪爾牧場(chǎng)地表干燥，地形條件復(fù)雜，常規(guī)電阻率法工作難度較大，采用ＥＨ－４電導(dǎo)率成像系統(tǒng)較為方便地查清了地下淡水體分布特征，經(jīng)鉆探驗(yàn)證相吻合。對(duì)于水文地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)，在其它物探工作基礎(chǔ)上，選擇重點(diǎn)區(qū)采用Ｎｕｍｉｓ核磁共振技術(shù)確定含水層的深度、厚度、給水度及水量等多個(gè)參數(shù)，在西北黃土塬區(qū)應(yīng)用效果明顯，但該方法成本高，效率較低。

 

  ３．淺層巖溶、裂隙水勘查的綜合物探技術(shù)方法系列

 

  淺層巖溶水主要指西南巖溶石山地區(qū)地下巖溶管道水，亦即地下暗河。巖溶區(qū)地表水與地下水轉(zhuǎn)化頻繁，地下水空間分布極不均勻，縱向上具有雙層或多層結(jié)構(gòu)。物探勘查的主要目的是查明巖溶管道的空間分布特征，但受其規(guī)模和埋深條件的限制物探找水難度較大，可選擇的物探技術(shù)手段有探地雷達(dá)、ＥＨ－４電導(dǎo)率成像系統(tǒng)、瞬變電磁法以及淺層高分辨率地震。探地雷達(dá)在其有效勘探范圍內(nèi)可探明異常體形態(tài)特征；ＥＨ－４系統(tǒng)能夠反映地下裂隙、巖溶發(fā)育情況，但當(dāng)?shù)乇斫橘|(zhì)分布不均勻時(shí)產(chǎn)生靜態(tài)效應(yīng)，甚至無法作出合理解釋；瞬變電磁法觀測(cè)純二次場(chǎng)，對(duì)探測(cè)高阻圍巖中的低阻異常體效果較好；淺震技術(shù)可通過分析同軸錯(cuò)動(dòng)和相位值幅度變化情況來確定異常體空間分布特征。當(dāng)巖溶管道水埋深大于１００米時(shí)，目前可利用的方法有瞬變電磁法、淺震技術(shù)，但應(yīng)用程度尚不成熟，有待進(jìn)一步試驗(yàn)、研究。

 

  淺層裂隙水包括構(gòu)造裂隙水和碎屑巖層裂隙水。在西部缺水地區(qū)地下水勘查示范區(qū)，構(gòu)造裂隙水主要指西南紅層構(gòu)造裂隙水和西北鄂爾多斯盆緣、其它山區(qū)基巖構(gòu)造裂隙水；碎屑巖層裂隙水主要指西南紅層風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水和淺層層間承壓裂隙水。上述兩種類型地下水勘查中物探技術(shù)的應(yīng)用程度較為成熟，國(guó)內(nèi)外均已有成功的經(jīng)驗(yàn)。  對(duì)于構(gòu)造裂隙水，物探勘查的主要目的是了解構(gòu)造裂隙帶的空間分布特征及其富水性，在實(shí)際工作中，首先快速、準(zhǔn)確地查明構(gòu)造裂隙帶的平面分布特征，可選擇的方法有直流電

 

  阻率剖面法、電磁剖面法、音頻大地電場(chǎng)法、甚低頻法等（其中直流電阻率剖面法效率較低、受地形條件限制大，但該方法較普及）；在此基礎(chǔ)上，選擇有利地段了解構(gòu)造帶的地下空間展布情況及其富水性，一般情況下，在地質(zhì)背景清楚、條件簡(jiǎn)單的地區(qū)，激電測(cè)深法較為簡(jiǎn)單、實(shí)用、有效，視電阻率參數(shù)可了解構(gòu)造帶巖性結(jié)構(gòu)變化，激化參數(shù)可確定富水部位；在條件復(fù)雜的地區(qū)，可利用頻率域電磁測(cè)深法（ＥＨ－４系統(tǒng)）了解構(gòu)造產(chǎn)狀及裂隙發(fā)育情況，進(jìn)而采用核磁共振技術(shù)確定含水層段和富水性。內(nèi)蒙古邊境阿拉善盟蘇宏圖西北部為環(huán)境惡劣、人煙稀少的玄武巖荒漠戈壁，當(dāng)?shù)剀娒耖L(zhǎng)期飲用高氟苦咸水，許多部門及單位都試圖尋找淡水而沒有成功，１９９７年中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)工程地質(zhì)技術(shù)方法研究所利用音頻大地電場(chǎng)法、激電測(cè)深法、ＥＨ－４電導(dǎo)率成像系統(tǒng)等綜合物探技術(shù)找水方法在該地區(qū)找到了可飲用水，鉆探結(jié)果井深１０５ｍ，出水量５４２．２ｍ３／ｄ，礦化０．７６ｇ／ｌ，屬優(yōu)質(zhì)飲用水。

 

  淺層碎屑巖層裂隙水勘查目的類似于淺層孔隙水，即主要了解含水層結(jié)構(gòu)、富水性以及地下水礦化度變化特征。采用的物探方法主要有直流電阻率測(cè)深法、頻率域電磁測(cè)深法（如ＥＨ－４電導(dǎo)率成像系統(tǒng)）、瞬變電磁測(cè)深法，對(duì)于水文地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)，在其它物探工作基礎(chǔ)上，選擇重點(diǎn)區(qū)采用Ｎｕｍｉｓ核磁共振技術(shù)確定含水層的深度、厚度、給水度及水量等多個(gè)參數(shù)。

 

  ４．深層孔隙水勘查的綜合物探技術(shù)方法系列

 

  深層孔隙水主要指西北地區(qū)塔里木盆地、柴達(dá)木盆地、天山山麓第四系深層孔隙水和鄂爾多斯、準(zhǔn)噶爾盆地第三系白堊系碎屑巖類膠結(jié)半膠結(jié)孔隙水。物探勘查的目的與淺層裂隙水勘查類同，但在方法選擇上側(cè)重點(diǎn)有所不同。該類地下水埋深超過了１００ｍ ，甚至大于３００ｍ，由于直流電阻率測(cè)深法受高阻屏蔽分辨率降低，應(yīng)用效果較差；同時(shí)，瞬變電磁法在進(jìn)行大深度探測(cè)時(shí)，需布設(shè)大的激勵(lì)線圈，不易開展工作；此種情況下，最佳的方法選擇頻率域電磁測(cè)深法（如ＥＨ－４電導(dǎo)率成像系統(tǒng)）。隨著研究程度的深入，地震勘探技術(shù)將用于劃分地層結(jié)構(gòu)和確定巖性孔隙度，存在的問題有待于進(jìn)一步試驗(yàn)研究。  自１９９６年‘西北找水特別計(jì)劃’實(shí)施以來以及近兩年西北缺水地區(qū)地下水勘查示范項(xiàng)目的開展，在新疆羅布泊、柴達(dá)木盆地、鄂爾多斯等地區(qū)，深 層地下水勘查取得了重大突破。１９９７年新疆地礦局和中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)工程地質(zhì)技術(shù)方法研究所深入‘生命禁區(qū)’羅布泊，利用ＥＨ－４電導(dǎo)率成像系統(tǒng)和淺層地震等物探找水方法，找到了淡水。井深５００余ｍ，出水量４００余ｍ３／ｄ，礦化度小于２ｇ／ｌ。淡水的發(fā)現(xiàn)將使該地區(qū)豐富的鉀鹽開發(fā)成為可能。

 

  ５．深層巖溶、裂隙水勘查的綜合物探技術(shù)方法系列

 

  深層巖溶、裂隙水主要指西北鄂爾多斯盆地周邊地區(qū)深埋碳酸鹽巖巖溶裂隙水。物探勘查的主要目的是了解灰?guī)r界面埋深及巖溶裂隙發(fā)育程度、位置，由于巖性構(gòu)造的復(fù)雜性，單一的物探手段難以取得理想的效果，在寧夏南部地區(qū)深埋巖溶水勘查中，采用的主要物探手段有直流電測(cè)深法、ＥＨ－４電導(dǎo)率成像系統(tǒng)、淺層地震以及瞬變電磁法。直流電測(cè)深法主要用于普查工作，在此基礎(chǔ)上，選擇重點(diǎn)區(qū)開展其它方法精測(cè)工作。ＥＨ－４電導(dǎo)率成像系統(tǒng)進(jìn)行ＥＭＡＰ連續(xù)測(cè)量工作，可獲得較高的橫向分辨能力，并能夠反映深部構(gòu)造信息；地震法可較為準(zhǔn)確地確定解深部構(gòu)造錯(cuò)動(dòng)及破碎情況； 瞬變電磁法由于具有勘探深度大、對(duì)低阻目標(biāo)反映靈敏等優(yōu)點(diǎn)，在勘探深部低阻裂隙含水帶時(shí)能夠取得好的效果。

 

  １９９６年陜西地礦局和中國(guó)地調(diào)局水文地質(zhì)工程地質(zhì)技術(shù)方法研究所在陜西省富平縣黃土覆蓋下的隱伏巖溶地區(qū)，利用ＥＨ－４電導(dǎo)率成像系統(tǒng)等物探找水技術(shù)方法，找到了深埋巖溶水。井深７７８．３２ｍ ，水位降深１２ｍ，出水量１．３３萬ｍ３／ｄ，水溫４１。Ｃ，水質(zhì)達(dá)到了飲用天然礦泉水標(biāo)準(zhǔn)。這眼井的成功突破了以往認(rèn)為海平面以下巖溶水賦存條件不好的傳統(tǒng)觀念，給深埋巖溶水的勘查開發(fā)帶來了生機(jī)。

 

  ６．結(jié)語

 

  西部地區(qū)地下水類型復(fù)雜多變，近年來隨著國(guó)家重視程度的提高和投資力度的加大，西部缺水地區(qū)地下水勘查取得了重大突破，如鄂爾多斯周緣深埋巖溶水勘查、深層碎屑巖類孔隙裂隙水勘查以及干旱沙漠區(qū)淡水體勘查等。隨著勘探范圍的擴(kuò)大和研究程度的深入，許多問題急待解決，如西南巖溶管道水勘查技術(shù)、碎屑巖含水孔隙度的確定、基巖裂隙水礦化度的確定以及山地地球物理勘探技術(shù)等。  對(duì)于各種類型地下水地球物理勘查技術(shù)系列，方法的選擇應(yīng)考慮其實(shí)用性、有效性和經(jīng)濟(jì)性，各種方法有其自身的特點(diǎn)：直流電阻率法成本低、方法簡(jiǎn)單而普及，但效率較低；頻率域電磁測(cè)深法工作便捷、效率高，但易受工業(yè)游散電流干擾，不適宜城鎮(zhèn)附近開展工作；在干旱沙漠區(qū)地表極度干燥，瞬變電磁法不接地回線裝置看似理想，但觀測(cè)的視電阻率值同其它方法相比有一定的偏差，不利于準(zhǔn)確地劃分地下水礦化度；地震技術(shù)在油氣勘探方面較為成熟，應(yīng)用于地下水勘查領(lǐng)域尚屬起步階段，仍需進(jìn)一步應(yīng)用研究；核磁共振技術(shù)可直接反映含水層位置、厚度和水量，但探測(cè)深度較淺（小于１５０米）。針對(duì)各種方法的特點(diǎn)及應(yīng)用條件，結(jié)合實(shí)際水文地質(zhì)條件，才能合理地選擇不同類型地下水地球物理勘查技術(shù)系列。