温州地下水勘探设计书

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1、温州市地下水勘察任务设计书编写单位：中国地质大学（武汉）项目负责人：李振宇，梁庆九编写人：李振宇，梁庆九，龚胜平，涂洁提交单位：中国地质大学（武汉）提交时间：二 00九年三月一日第一章 工区概况1.1 工区地理位置工区位于浙江省温州市，甬台温高速旁。工区位置卫星图片见图1。地理坐标为：东经12104351210555，北纬281745281855.交通位置图如图2所示。工区分为两部分：工区一、工区二。两工区相距很近。 温州市古为瓯地，位于浙江省东南部，东濒东海，南与福建省宁德地区的福鼎、柘荣、寿宁三县毗邻，西及西北部与丽水市的缙云、青田、景宁三县相连，北和东北与台州市的仙居、黄岩、温岭、玉环四

2、县市接壤。地理坐标为东经11937-12118、北纬2703-2836。总面积11784平方千米，其中市区1082平方千米。总人口749万人（2005年），辖3个市辖区、6个县，代管2个县级市，全市共有30个街道、119个镇（包括2个民族镇）、143个乡（包括5个民族乡）。图1 工区卫星图片 图2 工区交通位置1.2 工区地球物理条件工区一位于山上，地势起伏较大;工区二在山脚，地势平坦，有利于导线铺设。由于无相关地球物理资料，在此不做多述。第二章 工作方法与技术本次工作拟采用地面核磁共振技术，瞬变电磁技术（TEM），电测深等方法进行综合地下水勘探。2.1 地面核磁共振技术（SNMR）2.1.1

3、地面核磁共振技术原理核磁共振是一个基于原子核特性的物理现象，系指具有核子顺磁性的物质选择性地吸收电磁能量。在稳定地磁场的作用下，氢核像陀螺一样绕地磁场方向旋进，其旋进频率（拉摩尔频率）与地磁场强度和原子核的磁旋比有关。SNMR探测地下水信息方法利用了不同物质原子核弛豫性质差异产生的NMR效应。即利用了水中氢核（质子）的弛豫特性差异，在地面上利用核磁共振找水仪，观测、研究在地层中水质子产生的核磁共振信号的变化规律，进而探测地下水的存在性及时空赋存特征。该方法应用核磁感应系统实现对地下水信息的探测。 氢核在地磁场作用下，处在一定的能级上。如果以具有拉摩尔频率的交变磁场对地下水中的质子进行激发，则使

4、原子核能级间产生跃迁，即产生核磁共振。 图3地面核磁共振找水工作方式 图4 地面核磁共振方法中的信号通常向铺在地面上的线圈(发射线圈)中供入频率为拉摩尔频率的交变电流，交变电流的包络线为矩形。在地中交变电流形成的交变磁场激发下，使地下水中氢核形成宏观磁矩。这一宏观磁矩在地磁场中产生旋进运动，其旋进频率为氢核所特有。在切断电流脉冲后，用同一线圈（接收线圈）拾取由不同激发脉冲矩激发产生的NMR信号，该信号的包络线呈指数规律衰减，信号强弱或衰减快慢直接与水中质子的数量有关，即NMR信号的幅值与所探测空间内自由水含量成正比，因此构成了一种直接探测地下水信息技术，形成了地面核磁共振探测地下水信息方法。S

5、NMR具有以下特点：1、SNMR找水仪是输出功率高、接收灵敏度高并由PC机控制的当今世界上最先进的直接探测地下水的地球物理仪器。2、直接找水 在传统的物探找水的诸方法中，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。因此，现以直接找水的SNMR方法与间接找水的电阻率垂向电测深(VES)进行对比，以便突出SNMR测深的特点。3、反演解释具有量化的特点，信息量丰富 核磁共振方法可将核磁共振信号解释为某些水文地质参数和含水层的几何参数。在方法的探测深度范围内,可以给出定量解释结果，不打钻就可以确定出含水层的深度、厚度、单位体积含水量，并可提供含水层平均孔隙度的信息。4

6、、经济、快速 完成一个核磁共振测深点的费用仅为一个水文地质勘探钻孔费用的十分之一，可以快速地提供出水井位及划定找水远景区。2.2瞬变电磁技术（TEM）2.2.1 TEM方法原理时间域瞬变电磁法(简称TEM法)是近几十年发展起来的一种地球物理方法。它通常是利用不接地回线(或接地线源)向地下发送一次脉冲磁场(或电场),在一次脉冲磁场(或电场)的间歇期间,利用线圈(或接地电极)观测地层响应二次涡流场的方法。瞬变场与、t等之间存在非常复杂的函数关系。为计算方便,利用等效代换的方式,借助“烟圈”理论计算均匀大地的晚期瞬变电磁场响应,解释其扩散规律。图5半空间中的等效电流环在电导率为和磁导率为的均匀大地上

7、,敷设输入阶跃电流的回线,当回线中电流突然断开时,在下半空间中就要被激励起感应涡流场以维持断开电流以前存在的磁场,此瞬间的电流集中于回线附近的地表,并按规律衰减(为回线中心至观测点的距离)。随后,面电流开始扩散到下半空间中,在切断电流后的任一晚期时间里,感应涡流呈多个层壳的环带形,随着时间的延长,涡流场将向下及向外扩展。感应涡流场在地表引起的磁场为整个“环带”各个涡流层的总效应,这种效应可以用一个简单的电流环相等效,图5表示了发送电流切断以后几个时刻的等效电流环分布略图。在晚期阶段,电流环向下扩散半径、扩散深度d及扩散速度V的表达式为: 视“烟圈”为一系列二次场发送线圈,可计算二次场的感应电压

8、为: 式中,M为发送磁距,q为接收线圈有效面积。由此可得地层视电阻率表达式: 根据实测电压衰减曲线,利用计算公式,可绘制不同时间道的视电阻率断面图,以此推断地质分层及横向地层电性情况。2.2.2 TEM 方法的特点通过近年来将瞬变电磁法应用于地下水勘查领域的实践可以看出,与其它电探方法相比,它具有以下几个方面的主要优点:1由于观测的是纯二次场异常,可以进行近区观测,因此自动消除了装置耦合噪声。可与欲测的含水目标层有最佳的耦合,具有较高的探测能力。2对于受到导电围岩及低阻覆盖层等地质噪声干扰的含水目标层的分辨能力优于其它电探方法。3可通过选择不同的时间窗口进行观测,有效地压制地质噪声,可获得不同

9、勘探深度。也可用加大发射功率的方法增强二次场,从而增加勘探深度。从而可以更好的反映地下的含水量大小。4. 通过多次脉冲激发,场的重复测量叠加和空间域多次覆盖技术应用,提高信噪比和观测精度。5. 装置形式灵活多样,可随不同工程任务的要求和施工场地的条件来选择合适的装置。具有施工方便、测地工作简单、工作效率高及地质效果好等优点。6. 由于采用不接地回线,不存在接地电阻问题,特别是对于直流电法无法施工的地区,如在基岩出露区、冻土带、沙漠、水泥路面、江河湖海水面等地方,利用它均可进行测量,显示了它独特的优越性。这也为综合找水开拓了领域。2.3 垂向电测深方法2.3.1垂向电测深（VES）方法原理电阻率

10、方法是以地壳中岩、矿石的电阻率差异为物质基础，观测和研究人工电场的变化进行找矿和解决构造、水文、工程地质问题以及进行环境监测的一组电法勘查方法。VES方法是电法中的重要分支方法，在地下水勘查工作中起着重要作用。电阻率是表征岩、矿石导电性的参数，岩、矿石的电阻率与其组成矿物和所含水导电性、含量、结构、构造及其相互作用等有关。岩、矿石的电阻率测定公式：式中为测量到的电位差，为供电回路的电流，K为装置系数，为电阻率，单位为m。在地下岩石电性分布不均匀(同时赋存有两种或两种以上导电性不同的岩石)或地表起伏不平的情况下，若仍按测定均匀介质电阻率的方法，按上面电阻率公式计算，所得结果称之为视电阻率，以符号

11、s表示：式中U为测量电极间的电位差（mV）,I为供电回路中的电流（mA），K为装置系数（m）。一般情况下，视电阻率虽然不是地下某一种岩石的真电阻率，但却是在电场作用的范围内，地下电性不均匀体的综合反映。视电阻率值与地下不同导电性岩石(或矿体)的分布状况有关，还与所采用的装置类型、装置大小、装置相对于电性不均匀体的位置以及地形有关。对于某一个确定的(不均匀)地电断面，若按一定规律不断改变装置大小或装置相对于电性不均匀体的位置，并按上式测量和计算视电阻率值，则测得的视电阻率值将按一定规律变化。电阻率法正是根据视电阻率的变化探查和发现地下导电性不均匀体的分布，从而达到找水或解决其它地质问题的目的。2

12、.3.2 VES技术参数本次工作采用重庆奔腾数控研究所生产的WDDJ1型多功能电测仪，供电电极为铁电极，测量电极为不锈钢电极，供电电源为最大180V干电池组。其施工技术均按照物探勘察标准执行。对称四极测深极距见下表1。表1对称四极测深极距表AB/2（m）35791113151720253 5455565758595110140NM/2（m）1111111115555555555552.4 拟采用的方法技术2.4.1 地面核磁共振仪器：NUMIS系统核磁共振找水仪厂商：法国IRIS公司我们拟在工区一用核磁共振方法做2个点，根据噪声大小决定线圈铺设方式，如果噪声较小，则采用圆形线圈；如果噪声较大，

13、则铺设8字形线圈。我们拟在工区二铺设4个点。铺设示意图见图一。2.4.2 瞬变电磁方法仪器：CUGTEM4瞬变电磁仪厂家：中国地大高科资源探测仪器研究所瞬变电磁方法参考地面核磁方法的反演结果，如果探测到有地下水存在，并有开采价值，则采用瞬变电磁判断出最佳井位。我们拟在工区一做瞬变电磁剖面1条。我们拟在工区二做瞬变电磁剖面4条，其中平行3条，垂直测线方向1条。2.4.3 电测深方法仪器：WDDJ1型多功能电测仪厂家：重庆奔腾数控研究所其他设备：导线、电极、对讲机、干电池我们在实地现场根据实际情况决定使用的电测深操作方法。用电测深方法与瞬变电磁相配合，对最后结果综合解释，对各方法进行比较，判断出地

14、下水的赋存深度。第三章 工作人员及预算3.1 工作人员参加本次工作的初步人员见表2。表2 人员组成表姓名 职务（或学位） 项目中的分工 备注李振宇 副教授 项目负责人 中国地质大学（武汉）梁庆九 所 长 TEM负责人 中国地质大学（武汉）张 兵 工程师 SNMR负责人 中国地质大学（武汉）龚胜平 研究生 数据采集 中国地质大学（武汉）周 欣 研究生 数据采集 中国地质大学（武汉）黄 威 研究生 数据采集 中国地质大学（武汉）杨 翼 本科生 数据采集 中国地质大学（武汉）3.2 费用预算本次工作的预算费用如下表3所示：表3 费用预算（单位：元）科目工作量（点）费用备注地面核磁共振630000TEM3012000电测深10 8000合计50000