地下水資源電法勘探新技術

第一章 地下水的地質特征

第一節(jié) 基本概念

一、含水層

二、水理性質

三、含水構造

四、地下水類型

第二節(jié) 地下水的地質環(huán)境

一、山前洪積扇環(huán)境

二、河谷平原沖積層環(huán)境

三、湖泊盆地湖積層環(huán)境

四、基巖山區(qū)裂隙環(huán)境

五、碳酸鹽類巖溶環(huán)境

第三節(jié) 地下水的富集

一、松散沉積物地質環(huán)境中的地下水富集

二、基巖山區(qū)裂隙-斷裂構造環(huán)境

三、碳酸鹽類巖層地下水富集的地質環(huán)境

第二章 水文地質參數(shù)自動預測系統(tǒng)

第一節(jié) 基本原理

第二節(jié) 相關分析模型

第三節(jié) 軟件系統(tǒng)設計

一、電阻率測深數(shù)據(jù)正反演交互解釋

二、水文參數(shù)預測

三、未知區(qū)預測數(shù)據(jù)圖像處理

第四節(jié) 應用實例——灤河沖積扇東部供水水文地質調(diào)查

第三章 井位自動預測系統(tǒng)

第一節(jié) 互相關分析

第二節(jié) 自相關分析

第三節(jié) 自相關函數(shù)與互相關函數(shù)的相關系數(shù)

第四節(jié) 程序設計

第五節(jié) 應用實例

一、張家口地區(qū)某林場水源勘探

二、張家口康?？h某村水源勘查

第四章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

第一節(jié) 固定點電源電阻率法數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

一、裝置形式

二、異常特征

三、地電體中心埋深確定方法

四、應用實例

第二節(jié) 純異常數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

一、裝置形式

二、異常特征

三、應用實例

第五章 激電時間特性——水文地質模型

第一節(jié) 激電參數(shù)與不同水文地質條件的相關性

一、極化率參數(shù)

二、半衰時參數(shù)

三、偏離度參數(shù)

第二節(jié) 含水因素參數(shù)

第三節(jié) 應用實例

第六章 高密電阻率法及其在水資源勘探中的應用技術

第一節(jié) 高密度電阻率法的原理

第二節(jié) 高密度電阻率法資料處理方法

一、比值參數(shù)及其換算

二、統(tǒng)計處理方法

第三節(jié) 高密度電阻率法在水資源勘探中的應用

第七章 數(shù)值模擬技術

第一節(jié) 點源二維含水構造邊界元法數(shù)值模擬技術

一、二維邊值問題的形成

二、波數(shù)的選擇與加權系數(shù)的確定

三、復雜地電條件下電阻率異常的計算

第二節(jié) 三維含水構造邊界元法數(shù)值模擬技術

一、水平地形三維電場問題

二、三維地形上點電源電場問題

第八章 數(shù)字濾波技術

第一節(jié) 異常特征與數(shù)字濾波

一、異常的特征

二、數(shù)字濾波

第二節(jié) 擬合函數(shù)濾波

一、基本原理

二、濾波方法

第三節(jié) 相關濾波

一、基本原理

二、濾波方法

第九章 電測深數(shù)據(jù)正反演交互解釋系統(tǒng)

第一節(jié) 原始數(shù)據(jù)的采集

第二節(jié) 歸化采樣值的計算

第三節(jié) 電阻率測深數(shù)據(jù)反演計算

第四節(jié) 電阻率測深的正演計算

第五節(jié) 電測深圖像處理

第六節(jié) 電阻率測深解釋精度分析

第七節(jié) 激發(fā)極化測深數(shù)據(jù)解釋

第八節(jié) 水文地質斷面CAD繪圖系統(tǒng)

一、配置AutoCAD

二、Autolisp的安裝

三、自動繪圖的Autolisp程序設計

四、用HATCH進行巖性填充

第十章 核磁共振勘探技術

第一節(jié) 核磁共振技術

一、原子核的自旋與磁矩

二、核磁共振現(xiàn)象

三、磁矩在磁場中的運動

第二節(jié) 地下水核磁共振勘探原理

一、基本原理

二、在地磁場和交變磁場作用下地下含水層的NMR響應

第三節(jié) 核磁共振找水儀與野外工作方法

一、核磁共振找水儀

二、野外工作方法

第四節(jié) 影響NMR找水信號的主要因素

一、導電性對NMR信號影響的特點

二、地磁場強度和傾角變化對NMR信號的影響

三、含水巖石類型對NMR信號的影響

四、電磁噪聲對NMR信號的影響

五、人為技術因素對NMR信號的影響

第五節(jié) NMR信號的預處理和反演解釋

一、NMR信號的預處理

二、NMR信號的反演解釋

三、地面NMR找水方法的成果圖

第六節(jié) 地面核磁共振找水方法的應用

一、地面NMR方法探查巖溶水實例

二、用地面NMR方法探查基巖裂隙水

三、地面核磁共振方法探查孔隙水

第十一章 可控源音頻大地電磁測深

第一節(jié) 電磁場的基本理論

一、電磁場的麥克斯韋方程組

二、電磁場的邊界和初始條件

三、電磁場的波動方程

四、均勻半空間地面水平電偶極子源的電磁場

五、均勻分層介質時的場公式

六、平面諧變電磁波

第二節(jié) CSAMT方法的原理

一、基本原理

二、視電阻率公式

三、視相位公式

第三節(jié) CSAMT法儀器與野外工作方法

一、CSAMT法儀器

二、野外工作方法

第四節(jié) CSAMT資料的處理與解釋

一、CSAMT資料的處理

二、CSAMT資料的解釋

第五節(jié) CSAMT法找水應用

一、尋找基巖水

二、圈定第四紀含水層

參考文獻2100433B

激電時間特性——水文地質模型，高密電阻率法及其在水資源勘探中的應用技術，數(shù)值模擬技術，數(shù)字濾波技術，電測深數(shù)據(jù)正反演交互解釋系統(tǒng)，地下水核磁共振勘查新技術和電磁勘探新技術等11個方面，本書可作為有關本科專業(yè)高年級學生和研究生專業(yè)課程的參考教材，也可作為從事水文物探工作的科技工作者的參考書。

地殼是由不同的巖石、礦體和各種地質構造所組成，它們具有不同的導電性、導磁性、介電性和電化學性質。根據(jù)這些性質及其空間分布規(guī)律和時間特性，人們可以推斷礦體或地質構造的賦存狀態(tài)（形狀、大小、位置、產(chǎn)狀和埋藏深度）和物性參數(shù)等，從而達到勘探的目的。電法勘探具有利用物性參數(shù)多，場源、裝置形式多，觀測內(nèi)容或測量要素多及應用范圍廣等特點。電法勘探利用巖石、礦石的物理參數(shù)，主要有電阻率（ρ）、導磁率（μ）、極化特性（人工體極化率η和面極化系數(shù)λ、自然極化的電位躍變Δε）和介電常數(shù)（ε）。

電法勘探儀器一般由場源和接收測量兩大部分構成。場源多數(shù)是人工建立的，由儀器的供電部分或發(fā)送部分產(chǎn)生，少數(shù)是用天然場。由于電法勘探的探測方法及分支方法多達數(shù)十種，因此，電法儀器的名稱及種類也很多。分類上一直沒有統(tǒng)一的準則，根據(jù)儀器所采用的測量技術及工作程式，可將電法儀器歸為直流電法儀、頻率域電法儀及時間域電法儀3大類。

電法勘探儀器直流電法儀

主要包括用于直流電阻率法，直流充電法和自然電場法的儀器。為了在地下建立起足夠強的電流場，直流電法儀的供電部分常采用干電池組或帶整流、濾波部件的交流發(fā)電機電源裝置，通過電纜送至相應的接地供電電極，將電流供入大地。利用天然場源的自然電場法僅需測兩測量電極間的電位差(ΔUMN)，其他方法都要求所使用的儀器既能測ΔUMN，又能測供電電流I的大小。為減少測量誤差,一般是用測ΔUMN的同一電位差儀測量串接在供電回路中的取樣電阻上的電壓降的方法求出電流I 的數(shù)值。因此，直流電法儀的測量部分,本質上就是一種直流電位差測量儀。不過,在儀器部件的構成方面，比一般的電位差儀多了一個極化補償器。這部分的作用是產(chǎn)生連續(xù)可變的某一直流電壓，并將它串接在測量回路中，以補償未向大地供電前測量電極間存在的電位差（極差）。直流電法儀現(xiàn)時采用的多為靈敏度較高（μV級），輸入電阻較高 (101～103MΩ),能自動跟蹤極差變化的高性能直流數(shù)字式電壓表。作為直流電法儀的測量傳感器主要有金屬（銅、不銹鋼）電極和不極化電極兩種。

電法勘探儀器頻率域電法儀

包括用于頻率域電磁法（包括地質雷達）和頻率域（頻譜）激電法的各種儀器。這類儀器之所以冠以“頻率域”之稱，主要是由于這類儀器的發(fā)送器能提供不同頻率的諧變電磁場源，同時，測量部分所測量的是大地在這類諧變電磁場作用下所產(chǎn)生的各種電磁響應或電化學響應的頻譜物性。頻率域電法儀使用的工作頻率范圍很寬，為10-3～108赫茲。由于探測任務及選用的方法不同，具體使用的工作頻率范圍也有不同。常用的有4個范圍：超低頻段──數(shù)赫茲以下,最低可達10-4赫茲,主要用于大地電磁法MT；低頻(或音頻)段──10～104赫茲,用于多種常規(guī)電磁法;甚低頻(VLF)段──104～3×104赫茲；射頻段──106～108赫茲,主要用于電波法和地質雷達。

這類儀器的發(fā)送器主要由多頻正弦波發(fā)生器，功率放大器及輸出裝置組成。當需要建立傳導電流場時，發(fā)送器的輸出裝置同接地供電電極連接。若要以感應方式建立交變電磁場，發(fā)送器的輸出就應同發(fā)送線圈（或回線）連接。為了盡可能多地得到大地電磁（電化學）響應的各種信息，頻率域電磁法和激電法要求相應的儀器能觀測多種電磁或電化學響應的要素，例如：空間不同方向的電磁分量的振幅譜(EX，EY，HX，HY，HZ與頻率f的關系)和相位譜(嗘EX,嗘EY,嗘HX,嗘HY,嗘EZ與f 的關系)；或它們的實分量譜和虛分量譜；電磁場橢圓極化的各要素；電磁場各空間分量和時間分量間的相互關系等。盡管要測的參數(shù)既有標量，又有矢量和張量，有的要進行多道測量，但儀器的接收測量部分都具有大致相同的基本工作模式或結構組成，即測量傳感器（測量電極，感應線圈或其他交變磁場傳感器）把待測的物理量轉變成電壓, 然后將它送至測量放大部分進行頻譜分析，以獲得所需的各種參數(shù)的頻譜。最后，將這些數(shù)據(jù)以不同的方式顯示或記錄下來,或者存入存儲器,待計算機對這些數(shù)據(jù)進行各種解釋和處理。為了對被測信號進行頻譜分析，在采用人工場源進行工作時，都以發(fā)送電流為參考基準。發(fā)送和接收間的同步方式有有線同步、無線同步和石英鐘同步 3種。而當采用天然場源進行工作時，常用一個或數(shù)個遠參考站同步方式（例如大地電磁法MT所用）或以電磁場某一分量作為參考基準(甚低頻 VLF法所用)。頻率域電法儀的數(shù)據(jù)顯示，記錄或存儲方式分別有模擬量顯示、數(shù)字量顯示、監(jiān)示器監(jiān)測、磁帶記錄、磁盤存儲、半導體固態(tài)存儲、打印機輸出等。

電法勘探儀器時間域電法儀

包括用于時間域激電法和時間域電磁法（或稱瞬變電磁法）的各種儀器。這類儀器的工作程序大抵如下:發(fā)送器將其產(chǎn)生的各種時變函數(shù)信號,即各種時變波形的電流，通過供電電極或者線圈去激發(fā)大地或準備研究的目的物。儀器的接收測量部分在一次場不存在時，即發(fā)送電流停止工作的時段內(nèi)，將測量電極或感應線圈，及其他類似的磁場傳感器所接收到的大地或目的物的瞬變響應（常以衰變電壓的形式出現(xiàn)）傳送至寬頻帶測量放大器進行放大和處理，最后顯示、記錄或者存入存儲器。時間域電法儀是采用分時、順序方式進行工作的，即激發(fā)時，不進行測量，停止激發(fā)時，測量工作開始，直至下一次激發(fā)到來之前為止，并如此循環(huán)工作。瞬變電磁儀所使用的時變電流的重復頻率通常為數(shù)赫茲至數(shù)十赫茲。測量所占用的時間間隔為數(shù)毫秒至數(shù)百毫秒。時間域激電儀所使用的時變電流的重復周期常為數(shù)秒至數(shù)十秒。時間域電法儀對瞬變（衰變）響應的測試和記錄并不是連續(xù)的，而是按照一定的時間間隔進行離散采樣。一般，激電儀的采樣間隔較寬，采樣的數(shù)目較少，并且起始采樣的時間亦較晚。而瞬變電磁儀則不同,它的起始采樣時間很早（約n×101微秒）,采集的樣品數(shù)目較多（可達數(shù)十個），采樣的時間間隔也較窄。儀器工作時所用的同步方式多為石英鐘同步。當對測量精度要求不很高時，也可用發(fā)送電流停止工作時的脈沖信號進行同步。

與頻率域電法儀相比，時間域電法儀對測量技術的要求更高，更復雜。這主要反映在：要求整個測試系統(tǒng)具備有高精度、高穩(wěn)定度的時間基準；要求在數(shù)毫秒的時間范圍內(nèi),不失真地放大幅度變化范圍為105～106倍的電信號；在寬帶放大的前提下提取強噪聲背景下的微弱信號；發(fā)送器瞬時最大發(fā)送電流需達數(shù)十安培至 100～200安培。 　電法儀器今后可能會沿著兩個截然相反的方向發(fā)展。一是全能的、集數(shù)據(jù)采集、處理和自動解釋為一身的大系統(tǒng)；一是小、巧、優(yōu)的智能化專用儀器。2100433B

全書共分為4章。本書可作為高等學校本科地球物理專業(yè)、勘查技術與工程專業(yè)物探方向的“電法勘探”課程教材，適合學時約70學時，也可作為從事地質工作的技術人員的參考書。 {zzjj}