地下水资源电法勘探新技术

第一章 地下水的地质特征

第一节 基本概念

一、含水层

二、水理性质

三、含水构造

四、地下水类型

第二节 地下水的地质环境

一、山前洪积扇环境

二、河谷平原冲积层环境

三、湖泊盆地湖积层环境

四、基岩山区裂隙环境

五、碳酸盐类岩溶环境

第三节 地下水的富集

一、松散沉积物地质环境中的地下水富集

二、基岩山区裂隙-断裂构造环境

三、碳酸盐类岩层地下水富集的地质环境

第二章 水文地质参数自动预测系统

第一节 基本原理

第二节 相关分析模型

第三节 软件系统设计

一、电阻率测深数据正反演交互解释

二、水文参数预测

三、未知区预测数据图像处理

第四节 应用实例——滦河冲积扇东部供水水文地质调查

第三章 井位自动预测系统

第一节 互相关分析

第二节 自相关分析

第三节 自相关函数与互相关函数的相关系数

第四节 程序设计

第五节 应用实例

一、张家口地区某林场水源勘探

二、张家口康保县某村水源勘查

第四章 数据采集系统

第一节 固定点电源电阻率法数据采集系统

一、装置形式

二、异常特征

三、地电体中心埋深确定方法

四、应用实例

第二节 纯异常数据采集系统

一、装置形式

二、异常特征

三、应用实例

第五章 激电时间特性——水文地质模型

第一节 激电参数与不同水文地质条件的相关性

一、极化率参数

二、半衰时参数

三、偏离度参数

第二节 含水因素参数

第三节 应用实例

第六章 高密电阻率法及其在水资源勘探中的应用技术

第一节 高密度电阻率法的原理

第二节 高密度电阻率法资料处理方法

一、比值参数及其换算

二、统计处理方法

第三节 高密度电阻率法在水资源勘探中的应用

第七章 数值模拟技术

第一节 点源二维含水构造边界元法数值模拟技术

一、二维边值问题的形成

二、波数的选择与加权系数的确定

三、复杂地电条件下电阻率异常的计算

第二节 三维含水构造边界元法数值模拟技术

一、水平地形三维电场问题

二、三维地形上点电源电场问题

第八章 数字滤波技术

第一节 异常特征与数字滤波

一、异常的特征

二、数字滤波

第二节 拟合函数滤波

一、基本原理

二、滤波方法

第三节 相关滤波

一、基本原理

二、滤波方法

第九章 电测深数据正反演交互解释系统

第一节 原始数据的采集

第二节 归化采样值的计算

第三节 电阻率测深数据反演计算

第四节 电阻率测深的正演计算

第五节 电测深图像处理

第六节 电阻率测深解释精度分析

第七节 激发极化测深数据解释

第八节 水文地质断面CAD绘图系统

一、配置AutoCAD

二、Autolisp的安装

三、自动绘图的Autolisp程序设计

四、用HATCH进行岩性填充

第十章 核磁共振勘探技术

第一节 核磁共振技术

一、原子核的自旋与磁矩

二、核磁共振现象

三、磁矩在磁场中的运动

第二节 地下水核磁共振勘探原理

一、基本原理

二、在地磁场和交变磁场作用下地下含水层的NMR响应

第三节 核磁共振找水仪与野外工作方法

一、核磁共振找水仪

二、野外工作方法

第四节 影响NMR找水信号的主要因素

一、导电性对NMR信号影响的特点

二、地磁场强度和倾角变化对NMR信号的影响

三、含水岩石类型对NMR信号的影响

四、电磁噪声对NMR信号的影响

五、人为技术因素对NMR信号的影响

第五节 NMR信号的预处理和反演解释

一、NMR信号的预处理

二、NMR信号的反演解释

三、地面NMR找水方法的成果图

第六节 地面核磁共振找水方法的应用

一、地面NMR方法探查岩溶水实例

二、用地面NMR方法探查基岩裂隙水

三、地面核磁共振方法探查孔隙水

第十一章 可控源音频大地电磁测深

第一节 电磁场的基本理论

一、电磁场的麦克斯韦方程组

二、电磁场的边界和初始条件

三、电磁场的波动方程

四、均匀半空间地面水平电偶极子源的电磁场

五、均匀分层介质时的场公式

六、平面谐变电磁波

第二节 CSAMT方法的原理

一、基本原理

二、视电阻率公式

三、视相位公式

第三节 CSAMT法仪器与野外工作方法

一、CSAMT法仪器

二、野外工作方法

第四节 CSAMT资料的处理与解释

一、CSAMT资料的处理

二、CSAMT资料的解释

第五节 CSAMT法找水应用

一、寻找基岩水

二、圈定第四纪含水层

参考文献2100433B

激电时间特性——水文地质模型，高密电阻率法及其在水资源勘探中的应用技术，数值模拟技术，数字滤波技术，电测深数据正反演交互解释系统，地下水核磁共振勘查新技术和电磁勘探新技术等11个方面，本书可作为有关本科专业高年级学生和研究生专业课程的参考教材，也可作为从事水文物探工作的科技工作者的参考书。

地壳是由不同的岩石、矿体和各种地质构造所组成，它们具有不同的导电性、导磁性、介电性和电化学性质。根据这些性质及其空间分布规律和时间特性，人们可以推断矿体或地质构造的赋存状态（形状、大小、位置、产状和埋藏深度）和物性参数等，从而达到勘探的目的。电法勘探具有利用物性参数多，场源、装置形式多，观测内容或测量要素多及应用范围广等特点。电法勘探利用岩石、矿石的物理参数，主要有电阻率（ρ）、导磁率（μ）、极化特性（人工体极化率η和面极化系数λ、自然极化的电位跃变Δε）和介电常数（ε）。

电法勘探仪器一般由场源和接收测量两大部分构成。场源多数是人工建立的，由仪器的供电部分或发送部分产生，少数是用天然场。由于电法勘探的探测方法及分支方法多达数十种，因此，电法仪器的名称及种类也很多。分类上一直没有统一的准则，根据仪器所采用的测量技术及工作程式，可将电法仪器归为直流电法仪、频率域电法仪及时间域电法仪3大类。

电法勘探仪器直流电法仪

主要包括用于直流电阻率法，直流充电法和自然电场法的仪器。为了在地下建立起足够强的电流场，直流电法仪的供电部分常采用干电池组或带整流、滤波部件的交流发电机电源装置，通过电缆送至相应的接地供电电极，将电流供入大地。利用天然场源的自然电场法仅需测两测量电极间的电位差(ΔUMN)，其他方法都要求所使用的仪器既能测ΔUMN，又能测供电电流I的大小。为减少测量误差,一般是用测ΔUMN的同一电位差仪测量串接在供电回路中的取样电阻上的电压降的方法求出电流I 的数值。因此，直流电法仪的测量部分,本质上就是一种直流电位差测量仪。不过,在仪器部件的构成方面，比一般的电位差仪多了一个极化补偿器。这部分的作用是产生连续可变的某一直流电压，并将它串接在测量回路中，以补偿未向大地供电前测量电极间存在的电位差（极差）。直流电法仪现时采用的多为灵敏度较高（μV级），输入电阻较高 (101～103MΩ),能自动跟踪极差变化的高性能直流数字式电压表。作为直流电法仪的测量传感器主要有金属（铜、不锈钢）电极和不极化电极两种。

电法勘探仪器频率域电法仪

包括用于频率域电磁法（包括地质雷达）和频率域（频谱）激电法的各种仪器。这类仪器之所以冠以“频率域”之称，主要是由于这类仪器的发送器能提供不同频率的谐变电磁场源，同时，测量部分所测量的是大地在这类谐变电磁场作用下所产生的各种电磁响应或电化学响应的频谱物性。频率域电法仪使用的工作频率范围很宽，为10-3～108赫兹。由于探测任务及选用的方法不同，具体使用的工作频率范围也有不同。常用的有4个范围：超低频段──数赫兹以下,最低可达10-4赫兹,主要用于大地电磁法MT；低频(或音频)段──10～104赫兹,用于多种常规电磁法;甚低频(VLF)段──104～3×104赫兹；射频段──106～108赫兹,主要用于电波法和地质雷达。

这类仪器的发送器主要由多频正弦波发生器，功率放大器及输出装置组成。当需要建立传导电流场时，发送器的输出装置同接地供电电极连接。若要以感应方式建立交变电磁场，发送器的输出就应同发送线圈（或回线）连接。为了尽可能多地得到大地电磁（电化学）响应的各种信息，频率域电磁法和激电法要求相应的仪器能观测多种电磁或电化学响应的要素，例如：空间不同方向的电磁分量的振幅谱(EX，EY，HX，HY，HZ与频率f的关系)和相位谱(嗘EX,嗘EY,嗘HX,嗘HY,嗘EZ与f 的关系)；或它们的实分量谱和虚分量谱；电磁场椭圆极化的各要素；电磁场各空间分量和时间分量间的相互关系等。尽管要测的参数既有标量，又有矢量和张量，有的要进行多道测量，但仪器的接收测量部分都具有大致相同的基本工作模式或结构组成，即测量传感器（测量电极，感应线圈或其他交变磁场传感器）把待测的物理量转变成电压, 然后将它送至测量放大部分进行频谱分析，以获得所需的各种参数的频谱。最后，将这些数据以不同的方式显示或记录下来,或者存入存储器,待计算机对这些数据进行各种解释和处理。为了对被测信号进行频谱分析，在采用人工场源进行工作时，都以发送电流为参考基准。发送和接收间的同步方式有有线同步、无线同步和石英钟同步 3种。而当采用天然场源进行工作时，常用一个或数个远参考站同步方式（例如大地电磁法MT所用）或以电磁场某一分量作为参考基准(甚低频 VLF法所用)。频率域电法仪的数据显示，记录或存储方式分别有模拟量显示、数字量显示、监示器监测、磁带记录、磁盘存储、半导体固态存储、打印机输出等。

电法勘探仪器时间域电法仪

包括用于时间域激电法和时间域电磁法（或称瞬变电磁法）的各种仪器。这类仪器的工作程序大抵如下:发送器将其产生的各种时变函数信号,即各种时变波形的电流，通过供电电极或者线圈去激发大地或准备研究的目的物。仪器的接收测量部分在一次场不存在时，即发送电流停止工作的时段内，将测量电极或感应线圈，及其他类似的磁场传感器所接收到的大地或目的物的瞬变响应（常以衰变电压的形式出现）传送至宽频带测量放大器进行放大和处理，最后显示、记录或者存入存储器。时间域电法仪是采用分时、顺序方式进行工作的，即激发时，不进行测量，停止激发时，测量工作开始，直至下一次激发到来之前为止，并如此循环工作。瞬变电磁仪所使用的时变电流的重复频率通常为数赫兹至数十赫兹。测量所占用的时间间隔为数毫秒至数百毫秒。时间域激电仪所使用的时变电流的重复周期常为数秒至数十秒。时间域电法仪对瞬变（衰变）响应的测试和记录并不是连续的，而是按照一定的时间间隔进行离散采样。一般，激电仪的采样间隔较宽，采样的数目较少，并且起始采样的时间亦较晚。而瞬变电磁仪则不同,它的起始采样时间很早（约n×101微秒）,采集的样品数目较多（可达数十个），采样的时间间隔也较窄。仪器工作时所用的同步方式多为石英钟同步。当对测量精度要求不很高时，也可用发送电流停止工作时的脉冲信号进行同步。

与频率域电法仪相比，时间域电法仪对测量技术的要求更高，更复杂。这主要反映在：要求整个测试系统具备有高精度、高稳定度的时间基准；要求在数毫秒的时间范围内,不失真地放大幅度变化范围为105～106倍的电信号；在宽带放大的前提下提取强噪声背景下的微弱信号；发送器瞬时最大发送电流需达数十安培至 100～200安培。 　电法仪器今后可能会沿着两个截然相反的方向发展。一是全能的、集数据采集、处理和自动解释为一身的大系统；一是小、巧、优的智能化专用仪器。2100433B

全书共分为4章。本书可作为高等学校本科地球物理专业、勘查技术与工程专业物探方向的“电法勘探”课程教材，适合学时约70学时，也可作为从事地质工作的技术人员的参考书。 {zzjj}