基于航空物探的水工环勘查技术研究

作者：罗关俊 刘彦 汪俊 邓燕红 来源：《科技资讯》 2013年第31期

罗关俊 刘彦 汪俊 邓燕红

(湖北省宜昌地质勘探大队 湖北宜昌 443100)

摘 要:本文基于笔者多年从事水工环勘查的相关工作经验，以航空物探在水工环勘查中的应用为研究对象，论文首先分析了该技术的国内外研究现状和国内的典型应用效果，进而结合笔者的工作经验，分析了其应用前景，全文是笔者全面调研和工作实践基础上的理论升华，相信对从事相关工作的同行能有所裨益。

关键词:航空物探 水工环 勘查 应用

中图分类号:P631 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2013)11(a)-0244-02

航空物探在水工环勘查中具有覆盖面积大、速度快、周期短等优势。利用航空物探进行水工环勘查在国际上起步较早、应用比较广泛，其中包括地下水勘查、水污染调查、海侵研究、重大工程地基稳定性评价、山体滑坡、河流淤泥探测，为水利和工程环境管理部门提供了重要的依据。我国在20世纪90年代初期开始利用航空物探进行水工环勘查，主要集中在东部沿海地区，研究内容包括海侵程度、古河道分布、浅层淡水分布、以及环境放射性辐射水平和放射性污染源等，并取得了一定的效果。笔者根据国际上近年来利用航空物探进行水工环勘查的实例、以及国内航空物探在水工环方面的勘查效果、并结合目前的技术现状，提出了航空物探在水工环勘查领域的优势和应用前景。

1 国外研究现状

国际上用于水工环勘查的航空物探设备主要有固定翼时间域电磁系统、吊舱式直升机频率域电磁系统，并根据实际需要增加航空磁测或航空伽马能谱仪组成综合站系统。固定翼时间域电磁系统具有勘探深度大(最大勘探深度可达600 m)、测量效率高，但只适合于平原和缓丘地区。吊舱式直升机频率域电磁系统较为灵活、最大勘探深度150 m，在地形复杂的山区就更能显示其优势;为了提高吊舱式直升机电磁系统的勘探深度，2000年以来，吊舱式直升机时间域电磁系统得到了很大发展，最大勘探深度可达500 m，为复杂地形条件下更有效的开展水工环航空物探调查提供了技术保障。国际上应用航空物探进行水工环勘查主要包括以下几个方面。在水文地质勘查方面，航空电磁测量在圈定古河道、寻找浅层淡水方面效果明显。近几年来，在西澳大利亚地区利用航空物探系统进行了大量的水工环勘查工作，主要解决水文地质和土地管理问题，集中在水资源评价、土地含盐度评价，以及预测和处理，并与GIS技术结合为农业服务;比如在澳大利亚西部干旱地区圈定古河道的实例效果明显，即应用EM FLOW软件处理处理成三维视电阻率图象，可以立体的了解咸水和淡水的分布情况，其中咸化的古河道显示带状的低电阻率，而且支流也反映的十分明显; DIGHEM吊舱式直升机频率域电磁系统在纳米比亚干旱地区寻找浅层淡水取得了较好的效果，由5个频率电磁数据转换的电导率-深度图象(CDI)，高阻体与淡水体吻合较好，并且，利用多条CDI剖面可以立体的了解淡水体的空间分布特征。另外，富含矿物质的地热水通常显示良导特性，当其上涌到浅部时，在航电异常图上显示高电磁响应，因此，航空电磁测量在地热水勘查方面也能发挥一定的作用。

在土工勘查方面，航空物探测量在重大工程选址(铁路和交通，核电站选址)、稳定性评价等方面发挥了重要作用。FUGRO公司公布了一些应用实例，如航空电磁测量可以根据视电阻率

填图探测管道腐蚀地段，为工程管理部门排除故障提供依据。航空电磁测量也可以利用河流淤泥特有的电性特征(通常显示低阻)，确定淤泥的厚度;当山体滑坡地貌特征不明显时，航空电磁测量可以根据地下介质分布和构造特征，以及滑坡泥的良导特征确定山体滑坡位置。航空电磁测量可以快速地确定浅海地区的海底深度，它不受海水混浊程度的影响，而且与声纳测量结果基本吻合。另外，航空物探在古墓探测、战后遗留废弃弹药等方面也取的较好的效果。在环境监测方面，航空电磁测量可以快速地圈定地表及地下水，土壤的污染情况。FUGRO公司利用航空电导率填图圈定泄露的污染物范围取得了较好的效果，不仅圈定了污染塘的范围，而且还圈定了污染塘向外泄露的情况。另外，还可以确定矿山排放的酸性物质污染、直接探测受扰土壤(坑和沟)、埋藏的物体和地下水污染卷流。

2 国内应用效果

国内目前拥有固定翼航空磁、电、放综合站系统，新引进的吊舱式直升机频率域电磁、磁综合系统、新研制的硬架式直升机磁、放综合系统。在水工环航空物探勘查方面，利用固定翼航空磁、电、放综合站系统先后在河北南宫、辽宁大连、江苏连云港、山东黄河口、甘肃疏勒河地区、广东珠海、深圳等地区寻找浅层淡水，圈定古河道方面取得了一定的效果，一些地区还对放射性辐射水平和人类活动导致的放射性元素高污染区带进行了评价。

在水文地质调查方面，在河北南宫地区利用航空电磁圈定的古河道与地面勘查结果是一致的，并对地下水的矿化度进行了初步分析;在山东黄河口地区利用三频航空电磁圈定的海侵程度分布、以及圈定的浅层淡水远景区与水文地质圈定的范围基本吻合，并圈出了一些新的浅层淡水远景区，其中2处经地面查证在浅部存在淡水，证明了利用航空电磁划分咸淡水界线和寻找浅层淡水体是有效的。在环境勘查方面也取得一定的效果。比如对山东黄河口地区的环境放射性水平进行了评价，圈定3处放射性污染源，并对3处放射性污染源进行了地面查证，证明了是由石油废弃物引起;在广东珠海-深圳地区重点对环境放射性辐射水平进行了评价，编制了由铀、钍、钾含量值计算的空气吸收计量率图件，确定了高本底分布区13片，查明了天然辐射场的分布规律，为城市规划和土地开发与利用提供了重要基础资料。

2003年航遥中心从加拿大Scintrex公司引进了IMPULSE吊舱式直升机频率域电磁、磁综合系统(以下简称IMPULSE系统)，其特点是系统比较灵活、可以沿地形起伏飞行、地质分辨率较高，技术性能达到世界先进水平，在地形复杂的山区就更能显示其快速、高效的优势。IMPULSE系统在定陵水库上方的飞行试验结果表明水库水体范围与测量结果基本吻合，解释的水库水体深度与定陵水库的实际情况基本一致，并且对河床、以及东侧的水库水体侧向渗漏也有明显的反映。测量结果充分显示了IMPULSE系统对水资源分布特征的高分辨率。

值得说明的是，2004年利用IMPULSE系统在内蒙古乌达地区进行了1B5 000的地下煤火勘查，经过数据处理和解释，并结合地面煤田地质、物探及遥感等资料，对该地区的航空磁场特征、航空电磁场特征与地下煤火分布的关系进行了分析与研究，并对该区地下煤火分布和燃烧状况进行了分析和圈定。总共圈定地下煤火区22处，其中16处与宁夏煤田地质勘查院地面圈定的地下煤火区基本吻合或部分吻合，6处是该次工作新圈定的地下煤火区，为内蒙古乌达地区扑灭地下煤火提供了重要依据。

3 应用前景

虽然航空物探在国内水工环勘查中已经取得了一定的效果，但在水工环勘查中的应用范围和优势还没有充分发挥出来，尤其在西部干旱地区、西南岩溶地区还没有开展过航空物探地下水勘查。在水工环勘查中的新领域还有待开拓，以便使航空物探更好地为国家地质环境保障工程服务。

根据航空物探的特点和国内外勘查效果，航空物探在我国西部干旱地区可以寻找埋深150 m以内的淡水体，划分咸淡水界线和查明古河道分布;在东部沿海地区可以划分海侵界线，寻找淡水体;在东部经济发达地区可以调查放射性辐射水平、人类活动导致的放射性元素高污染区带;在大中城市、大型建筑工程和地震多发区可以进行区域稳定性评价;还可以进行地下煤火自燃调查、河流淤泥调查、铁路和公路选线调查等。另外根据国外航空物探调查的实例，航空物探在进行岩溶水调查、地热资源调查、土壤分类、水质污染等方面取得了明显的效果。

在我国水工环勘查中应用航空物探的重点地区包括如图1所示的地区。

(1)环渤海的下辽河—— 河北德州一带，苏北海岸带调查海侵界线、寻找淡水体和古河道、并进行环境放射性辐射水平评价和进行土壤分类;(2)在广东东部和珠江三角洲进行海侵程度调查，评价放射性辐射水平和人类活动导致的放射性元素高污染区带;研究水污染和河流淤泥厚度;进行区域稳定性评价等;(3)在长江口地区(启东—崇明—川沙一带)调查海侵程度，并研究河流淤泥厚度和水污染问题;(4)在西南碳酸盐岩地区的滇黔桂和湘西一带进行岩溶水、地下暗河调查，以及裂隙水调查;(5)在西部干旱地区和半干旱地区进行航空电磁、磁综合测量，寻找浅层淡水体、划分咸淡水范围，调查古河道分布。调查区域包括:①塔里木盆地边缘及油气分布区，②准噶尔盆地南缘及西部地区，③腾格里沙漠南缘，④赤峰西地区;(6)在天山北部煤田自燃地区调查煤层火灾害现状及发展趋势。

4 结语

航空物探在进行水工环勘查方面，具有速度快、成本低、周期短，且不受地面障碍物的影响等优势，在大面积的水工环勘查中具有广泛的应用前景。在目前条件下，航空物探可在东部沿海地区、西南岩溶地区，以及西部干旱地区的水工环调查中发挥重要作用，而在铁路、公路选线，大型基础设施选址和地基稳定性评价等方面也有很大的应用潜力。

参考文献

[1] 王卫平，徐东宸.航空物探综合测量在山东黄河口地区水工环勘查中的应用[J].中国地质，1998(12).

[2] 王卫平，王越胜.航空电磁法在黄河口地区寻找浅层淡水的地质效果[J].物探与化探，1999(2).

[3] 王守坦.航空物探技术[J].地学前缘，1998(2).

[4] 韩登峰.第二代航空物探在前进中初见成效[J].物探与化探，1991(5).

[5] 陆克.俄罗斯航空物探新思路[J].中国地质，1995(8).