我国多参数激电测深找水应用综述

近40年来,地球物理技术在我国的地下水勘查中得到了比较多的应用,IP、TEM、EH4、CSAMT、SNMR等物探找水方法不断涌现.本文在介绍激电找水原理和技术方法的基础上,通过3个不同类型地下水勘查的成功实例,表明多参数直流激电测深这一传统的地球物理勘查方法在地下水勘查中仍具有独特的优势.提出了含水层的激电异常特征、含...     

劣质地下水区地球物理勘查技术模式探讨

在自然界,高氟、高砷、高矿化度劣质地下水(简称"三高地下水")一般多为伴生关系,且多赋存于以黏土、亚黏土等细颗粒为主的沉积岩地层中,细颗粒岩性及高矿化度地下水表现为低电阻率的地球物理特征。因此,通过圈定低电阻率值的分布范围划分出细颗粒岩性地层与高矿化度地下水的分布范围,从而达到在劣质地下水区中圈定出可饮用地下水分布范围的目的。文中通过对地层电阻率、地下水电阻率与地下水孔隙度、地下水矿化度之间数学关系的研究,建立了以高分辨率电法为主的在劣质地下水区勘查可饮用地下水的地球物理勘查模式,并在新疆等地进行了应用,取得了较好的效果,为在劣质地下水区勘查可饮用地下水提供了一种新的技术思路。     

西部地下水资源勘查的综合地球物理问题-以鄂尔多斯盆地白垩系地下水勘查为例

西部地下水资源勘查不再是单纯的地理、地质和水文方面的问题。由于地下水的深赋存性质，决定了西部地下水的勘查与油气勘探一样，是深层的地球物理问题。地下水研究所涉及的基础地质问题、地层的含水性问题和水质问题是目前地下水水文地质研究的关键。这三个问题的有效解决，必须依靠勘探地球物理方法技术的有效运用和新方法、新技术的研究开发。本文在阐述地下水水文地质研究现状和面临问题的同时，就目前地球物理勘探技术的发展水平和在西部的发展状况，以鄂尔多斯盆地地下水勘查为例，提出了利用已有物探资料为地下水勘查服务的地球物理解决方案，从理论方法上证明其可行性，并提出了建立示范区研究的必要性，以期对目前正兴起的西部水资源研究提供参考。     

金属矿地球物理勘探技术与设备:回顾与进展

地球物理勘探技术是深部矿产资源勘查的主要技术手段.长期以来,我国地球物理勘查技术和仪器严重依赖国外进口,国产勘查技术无论仪器设备,还是方法、软件尚不能满足日益增长的深部矿产勘查需求."十二五"国家高技术研究发展计划（863计划）资源环境技术领域设立了"深部矿产资源勘探技术"重大项目,以提高深部矿产资源探测的深度、精度、分辨率和抗干扰能力为目标,研发高精度重磁探测技术、电法及电磁探测技术、地震探测、钻探和井中探测技术和装备.经过4年的攻关研究,突破了高精度微重力传感器、铯光泵磁场传感器、宽带感应式电磁传感器等10余项关键技术;研发、完善和升级了地面高精度数字重力仪、质子磁力仪、大功率伪随机广域电磁探测系统、分布式多参数电磁探测系统等18套勘探地球物理仪器设备;创新和完善了20余项勘探地球物理数据处理、正反演方法,研发和完善了2套适合金属矿数据处理及解释的大型软件系统,和8套其他专用软件系统,大幅度提升了我国地球物理勘探技术水平.本文旨在介绍项目取得的主要成果,首先回顾我国地球物理勘探技术的发展历程,然后再重点介绍"深部矿产资源勘探技术"重大项目取得的主要成果和进展,最后对发展我国地球物理勘探技术提出作者的看法和建议.     

核磁共振测深方法在盐湖区卤水钾矿勘查中的应用

青海柴这木盆地盐湖区卤水钾矿资源的勘查多年来以工程钻探等勘察手段为主,采用地球物理勘查方法并不是很多,特别是应用核磁共振测深(MRS)方法勘查盐卤水钾矿尚属首次.本文通过核磁共振测深(MRS)勘查实例,简单介绍了核磁共振仪器应用原理、野外工作方法技术条件,对典型单点MRS初始振幅曲线、主要含水层综合成果图各种参数值等进行了重点论述和分析解释,最终比较直观的指明了勘查区富卤水钾矿分布范围、埋藏深度和厚度等,为卤水钾矿钻探勘查提供了物探依据.同时也阐明了该方法在盐湖区寻找卤水钾矿的独特技术优势及缺点不足.后经钻探揭露验证,综合误差控制在14.83%之内,可以说运用核磁共振测深(MRS)方法在盐湖区寻找卤水钾矿资源精确确定盐卤水范围、富卤水地层深度等具有良好应用前景,为今后在其他类似地区盐卤水勘查工作积累了经验.     

瞬变电磁法在地下水勘查中的应用综述

水是地球上最重要的天然资源,供人类需要的淡水有95％以上取自地下水,地下水在人类经济活动中发挥着重要的作用．传统的地球物理方法在地下水勘查工作中得到应用的同时,新的更先进的物探方法不断涌现．近年来,瞬变电磁法在国内外的应用得到迅速发展,在地下水勘查领域的应用也得到拓展．与其它电探方法相比,利用瞬变电磁法进行地下水勘查具有明显优势。     

高密度电阻率法在工程勘查中的应用

阐述了高密度电阻率法的工作原理、仪器设备、测量装置及20余年的数据处理过程和体会,利用桥粱基础勘察、隧道工程勘察两个应用实例,论述了新老高密度电阻率观测系统的特点和应用范围,结论是针时不同项目的勘查地质任务,要采用不同的测量装置施工,多年来工作成果表明:高密度电阻率法在工程勘查中具有仪器轻便、施工便捷、数据采集量大、地质信息丰富、成果可信等优势,是工程勘查领域一种可行有效的勘查方法,文中也对该方法存在的问题进行了分析和评述.     

北京市潮白河、怀河地区奥运应急水源地CSAMT勘查研究

为查清奥运应急水源地的地下水赋存情况,应用可控源音频大地电磁法（CSAMT）在北京市潮白河、怀河地区进行了相关的勘查研究工作.通过与已知的地质和钻孔资料对比,CSAMT反演结果与实际资料对应一致,表明CSAMT法在研究地下水赋存方面有着独特之处,为应急水源地的研究工作提供了可靠的证据.     

综合物探方法在石膏矿采空区探测中的应用研究

为探讨综合物探方法在石膏矿采空区探测应用的适宜性和局限性,本文以荆门市石膏矿采空区为研究对象,选用高密度电法、激电中梯法以及地震映射法等综合物探方法开展石膏矿采空区探测工作,辅以钻探工作加以验证,对以上三种物探方法在石膏矿采空区探测的适用性和优缺点进行了对比分析.分析结果表明:高密度电法高效便捷,但其精度有限,可以用于圈定采空区的大致分布和范围;激电中梯法能简单直观地查明采空区充水现状,其勘查结果对石膏矿采空区稳定性分析及发展趋势预测十分重要;地震映射法精度高,探测效果好,可用于石膏矿采空区治理靶区的详细勘查,但其工作效率低,且无法查清采空区的充水特征.综上可知,在石膏矿采空区勘查实际应用中,应根据不同的地质条件以及勘查目的,合理选用物探方法组合及试验参数,对各方法的成果要相互验证,取长补短,才能有效提高勘查成果准确性和可靠性.     

地球物理勘查技术重要应用研究

近年来,随着我国经济的发展,物理勘查技术在我国工程建设、资源维护和环境保护等领域得到广泛的应用,物理勘查技术是物理勘察过程中的重要组成部分,因此对地球物理勘查技术的应用进行研究具有重要意义。文中对地球物理勘查技术进行相关概述,分析地球物理勘查技术的主要方法和应用,并对未来的发展趋势进行阐述,从而提高地球物理勘查技术的水平。     

The potential of a noise-reducing antenna for surface NMR groundwater surveys in the earth's magnetic field1

A method of non-invasive NMR in the earth's field has been developed and is now used for groundwater surveys to depths of investigation of 100 m or more. A circular wire loop of diameter 100 m, laid out on the ground, is employed to excite and receive the NMR signal in the earth's field. However, in areas with high electromagnetic noise, the NMR measurements may be inaccurate. To overcome this problem, a noise-reducing figure-of-eight-shaped antenna, consisting of two touching coils each of diameter 50 m, has been utilized. Using this antenna, the NMR signal has been calculated for different depths of water-saturated layers with various inclinations of the geomagnetic field. The model calculations and experimental data have been compared and found to be mutually consistent. The two-coil antenna is shown to be suitable for studies at depths of up to 30–40 m, which is of practical importance for engineering geology.     

二维阵列线圈核磁共振地下水探测理论研究

核磁共振法(Magnetic Resonance Sounding,MRS)是一种直接探测地下水的地球物理方法,目前只能对水平层状的含水层进行一维测深,对于尺寸小于线圈直径的二维或三维含水构造成像时,其灵敏度和横向分辨率很低.本文从研究二维阵列线圈核磁共振地下水探测方式的可行性出发,推导了地面发射线圈产生的椭圆极化激发...     

地面磁共振测深分布式探测方法与关键技术

地面核磁共振方法(MRS)因具有对地下水探测定性、定量的特点而备受地球物理工作者关注.传统研究中,人们局限于一维探测方法,假设层状含水构造,导致复杂地质环境下难以确定井位、不均匀含水层小水体难以分辨的反演解释瓶颈.针对现有测量中的不足,本文提出了MRS二维分布式探测模式,依据激发场不均匀特性,定义了实际测量中的测线方位角α,推导了分布式接收线圈MRS响应核函数表达式,实现了二维正演计算,探索了α角与探测灵敏度之间的关系.在此基础上,首次将Occam方法用于MRS二维反演解释中,实现了磁共振断层成像MRT(magnetic resonance tomography).模型试算中,根据含水层位置以及环境噪声变化的磁共振响应,客观评价了分布式MRS探测适用范围.理论先行可推动仪器完善,本文通过分布式接收单元设计、接收线圈数量和匝数增加与调整、放大器参数自适应设置与矫正,成功研制了地面分布式磁共振探测系统,并进行了野外验证.本文的研究成果将为基岩裂隙水定位、堤坝渗漏灾害水源评价,喀斯特溶洞含水构造精确探测提供有力的科学支撑.     

层状导电介质中地面核磁共振响应特征理论研究

水平层状导电大地中层状含水层地面核磁共振响应的数值计算技术涉及到导电介质中回线源 磁场的计算以及地下含水层中质子磁矩在线圈中产生感应信号的体积积分. 文中采用直接数 值积分技术,对具有振荡核函数的Hankel变换进行积分,以求取回线源磁场的径向与垂向分 量,计算并研究了回线产生的径向与垂向磁场分量随空间位置的变化规律. 基于磁场空间分 布特点,利用不等间距空间剖分技术计算地面核磁共振的体积积分,模拟了不同模型的地面 核磁共振响应并讨论了其影响因素. 结果表明,结合能对任意层状导电介质中磁场进行稳定 快速计算的直接数值积分技术与不等距空间模型剖分技术,可正确模拟地面核磁共振响应. 导电性是产生地面核磁共振信号相位的先决条件,但影响响应振幅强度与相位的因素还有含 水层的埋深、厚度以及装置大小等.     

基于双通道参考技术的磁共振地下水探测电磁噪声分布规律研究

磁共振地下水探测(MRS)技术能直接测量水中氢质子的拉莫尔进动,可表征地下水含水量和介质孔隙度等信息,因而获得了广泛应用.然而,MRS信号微弱,实际探测中电磁噪声强度大,若噪声未被有效去除,会导致后续水文参数解释不准确,采用“8”字形线圈或运用带参考线圈的噪声抵消等方法可抑制噪声干扰,但这些方法消噪效果的好坏取决于电磁噪声的空间分布.另外,在强噪声或多噪声源环境下应用MRS方法,选择恰当的探测位置对提高探测效率以及增加探测结果的有效性具有重要意义.因此,本文使用双通道噪声采集装置在实验前记录环境中的电磁噪声,通过双通道参考技术推导同一时刻不同测点的噪声强度,再得到测区电磁噪声分布结果,该噪声分布情况对MRS方法探测方式的选取具有指导性的作用.同时,可根据噪声分布情况为探测线圈选择最佳测点以避开噪声强度大的区域,进而提高采集信号的信噪比.最后,通过采集室外环境下的电磁噪声,验证本文提出的基于双通道参考技术的电磁噪声分布规律研究方法的有效性,为可靠高效地开展磁共振地下水探测提供了新的技术手段.     

Resolution of MRS applied to the characterization of hard-rock aquifers

The performance of the Magnetic Resonance Sounding (MRS) method applied to the investigation of heterogeneous hard-rock aquifers was studied. It was shown using both numerical modeling and field measurements that MRS could be applied to the investigation of the weathered part of hard-rock aquifers when the product of the free water content multiplied by the thickness of the aquifer is >0.2 (for example, 10-m-thick layer with a 2% water content). Using a currently available one-dimensional MRS system, the method allows the characterization of two-dimensional subsurface structures with acceptable accuracy when the size of the subsurface anomaly is equal to or greater than the MRS loop. However, the fractured part of hard-rock aquifers characterized by low effective porosity (<0.5%) cannot be resolved using currently available MRS equipment. It was found that shallow water in the weathered part of the aquifer may screen MRS signals from deeper water-saturated layers, thus further reducing the possibility of investigating deeper fractured aquifers. A field study using the NUMIS(plus) MRS system developed by IRIS Instruments was carried out on an experimental watershed in southern India. A heterogeneous unconfined aquifer in a gneissic formation was successfully localized, and MRS results were confirmed by drilling shortly after the geophysical study. The top of the aquifer revealed by MRS was found to be in a good agreement with observed static water level measurements in boreholes.     

Advantages of the Optimum Pulse Moment in Surface NMR and Application in Groundwater Exploration

The surface nuclear magnetic resonance (SNMR) method is widely used in groundwater detection because of its sensitivity to hydrogen in water and direct water detection. However, low signal-to-noise ratios (SNRs) restrict the development of this technique. An optimum pulse sequence is designed according to correspondence between the pulse moment strength and its best detection depth. Because only selection of the pulse intensity distribution according to the target aquifer depth is required and the “on-resonance” pulse pattern is still employed, this pulse sequence emission can be easily achieved using existing SNMR instrumentation. Numerical simulation results and field experiments show that, compared with traditional exponential growth pulses, the optimum pulse sequence effectively improves the SNR of the SNMR method. The aquifer boundary, water content, and pore characteristics of the inversion result are thus more consistent with characteristics of underground structures. Additionally, because the optimum pulse sequence focuses most of the pulse moments in the target depth range, in situations where two aquifers are separated by a relatively narrow aquitard, it is better able to resolve the individual aquifers than the traditional pulses. Optimum pulse moments improve the SNR by enhancing the signal amplitude, compared with various filtering methods, and obtain a better detection effect. This kind of pulse sequence can be used as an alternative pulse sequence form of the SNMR method.     

Magnetic resonance sounding applied to aquifer characterization

Magnetic resonance sounding (MRS) is distinguished from other geophysical tools used for ground water investigation by the fact that it measures a magnetic resonance signal generated directly from subsurface water molecules. An alternating current pulse energizes a wire loop on the ground surface and the MRS signal is generated; subsurface water is indicated, with a high degree of reliability, by nonzero amplitude readings. Measurements with varied pulse magnitudes then reveal the depth and thickness of water saturated layers. The hydraulic conductivity of aquifers can also be estimated using boreholes for calibration. MRS can be used for both predicting the yield of water supply wells and for interpolation between boreholes, thereby reducing the number of holes required for hydrogeological modeling. An example of the practical application of MRS combined with two-dimensional electrical imaging, in the Kerbernez and Kerien catchments area of France, demonstrates the efficiency of the technique.     

利用核磁共振方法探查基岩裂隙水

基岩裂隙水是我国分布最为广泛的地下水类型之一。本文阐述了基岩裂隙水的特点：含水层产状不规则、其赋存空间介质不均匀、同一含水层埋深不同、地下水运动状态复杂等。这些特殊的地质、地球物理特征,给常用的物探找水方法带来许多困难。本文通过对直接找水的新方法一核磁共振（ＮｕｃｌｅａｒＭａｇｎｅｔｉｃ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ,缩写为ＮＭＲ）测深与间接找水的电阻率测深的对比分析,论述了ＮＭＲ测深直接找水的实质。并以实例说明了ＮＭＲ测深在探查基岩裂隙水中的应用效果。     

Poroelastic Modeling of a Heterogeneous Geologic Medium: A Case Study from Kanto Basin in Japan

Vertical geological heterogeneity, such as clay content and grain size variation, may affect land subsidence caused by groundwater extraction. In order to test this hypothesis, one-dimensional pore-water mass balance and force balance equations of a water-saturated poroelastic medium were solved under different heterogeneous geological conditions. Results showed that clay content and grain size variation in sandstone could affect subsidence rates by up to an order of magnitude due to the changes in stiffness and permeability of the medium, indicating the importance of small-scale heterogeneity in subsidence simulation studies. Predicted values of subsidence were in good agreement with field measurements for two sites in the Kanto groundwater basin in Japan, showing the applicability of the model to other groundwater basins with clay-rich aquifers.