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寻找和评价地下淡水资源的方法很多,最有效的方法组合是地质+物探+钻探。其中,物探是先行方法,钻探是“压轴”方法,地质方法则贯穿于全过程。
航空时间域瞬变电磁法
近几年来,在世界各地干旱地区找寻地下水的勘查中,一种原来主要用于寻找良导金属矿床的航空物探技术--航空时间域瞬变电磁方法技术得到广泛应用,并取得了良好的效果。航空时间域瞬变电磁方法是通过安置在飞机上的发射和接收线圈,在空中飞行时从接收线圈观测在发射脉冲电流间断期间,磁场随时间的变化,以此来了解地下从浅到深的电性变化或转换成视电阻率分布。这种方法由于工作效率高,便于大面积工作,且成本较低,勘探深度较大(一般可达300米~400米,甚至达500米~600米),发现和区分能力较强,越来越受到水文勘察工作者的青睐。
这种方法在美国、澳大利亚以及非洲和亚洲一些国家的找水工作中,尤其是在沙漠干旱地区的找水工作中发挥了重要作用。例如,澳大利亚利用航空时间域瞬变电磁系统进行了大量的飞行测量,主要用于解决水文地质和土地管理问题,包括水资源评价、土地含盐度评价以及预测和处理,并与GIS技术结合,为农业规划服务。美国地质调查局工作人员应用这一技术对该国亚利桑那州南部地区的地下水含水层进行了评价,通过一个电导率深度转换(CDT)软件,对观测结果进行了处理,依据测试结果绘制了电阻率断面图组合。该图具有三维显示功能,由此推断出含地下水层。美国地质调查局通过对美国西南部、墨西哥北部干旱盆地研究结果认为,航空电磁和磁测方法能够用来填制地下水分布图。
为了能在地形起伏较大的地区工作,国际上有多个公司正在研制利用直升机作为运载工具的时间域瞬变电磁系统,但迄今尚无商业产品。
核磁共振法
核磁共振找水技术是当今世界的尖端技术,用核磁共振方法直接探查地下水是该技术应用的新领域,开创了地球物理方法直接找水的先河。
核磁共振找水方法就是通过测量地层水中的氢核来直接找水。
在传统的物探水找水方法中,电法勘探在地下水勘查中几乎承担了80%的工作量,成为配合水文地质工作的主要手段。核磁共振方法具有如下优点:首先,核磁共振找水方法的原理决定了该方法能够直接找水,特别是找淡水。在该方法的探测深度范围内,只要地层中有自由水存在,就有核磁共振信号响应,反之则没有响应,其次,核磁共振方法受地质因素影响小。这些优点可用来区分间接找水的电阻率法和电磁测深法卡尼亚视电阻率的异常性质。例如,在我国岩溶发育区,特别是在西南岩溶石山缺水地区,当溶洞、裂隙被泥质充填或含水时,视电阻率均显示低阻异常,是泥是水难以区分。核磁共振测深不受泥质充填物干扰,很容易将二者区分开来。此外,在淡水电阻率与其赋存空间介质的电阻率无明显差异的情况下,电阻率法找水就显得无能为力,而核磁共振测深却能够直接探测出淡水的存在。完成一个核磁共振深点的费用仅为一个水文地质勘探钻孔费用的1/10,并可以快速地提供出打井位置及划定找水远景区.
核磁共振的缺点是探测最大深度仅为150米,尚不能探测埋藏深度大于150米的地下水;此外,由于核磁共振找水仪的灵敏度高,故容易受电磁噪声干扰,在电磁噪声干扰强的区段不能开展工作。目前,我国利用核磁共振找水方法在前人认为无水区的湖北省永安地区找到了优质岩溶水;在河北省风化的花岗岩中找到了地下水;在湖北省孝感地区的变质岩中找到了基岩裂隙水;在新疆维吾尔族自治区塔河油田圈定了地下水淡水资源远景区;在福建省安溪等地为开发利用地下热水提供了后备基地。
空气钻进法 通过水文地质、地球物理、遥感等方法找到有水地区,并确定井位之后,最关键的是要采用合适干旱缺水地区的节水型空气钻进技术。 空气钻进技术的实质主要是用压缩空气代替常规钻进时用水或泥浆循环,起冷却钻头、排除岩屑和保护井壁的作用。其主要有以下优点:一是气液混合介质容易制备,利用在干旱缺水、高寒冰冻、供水困难等地区钻探施工,减少用水成本。二是空气或气液混合介质密度低,明显降低对井底的压力。利于提高钻速。三是空气或气液混合介质对不稳地层和复杂岩矿层、漏失层钻进都有明显效果,对低压含水层有保护作用。四是压缩空气除在井内循环作用外,还可作为动力源实现冲击回转(空气潜孔锤)钻进,大幅度提高基岩井钻井速度,并能克服水井常遇的卵砾层钻进困难。五是空气在井内循环流速快,能迅速将井底岩屑
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