摘要
聚居超过一亿人口的我国西南岩溶区,由于岩溶水文地质环境的特殊性,导致降水流失严重,水资源短缺是造成部分岩溶区贫困落后现状的主要因素之一。基于我国西南岩溶区表层岩溶带结构复杂、富水性高度不均一、含水表层岩溶带地下水相对埋藏浅、水文地质条件有利时水资源丰富且易于开发利用等特点,亟需探索抗干扰能力强、信噪比高、适应于我国西南干旱缺水岩溶区表层岩溶地下水资源调查的探测方法。以广西岩溶区表层岩溶带地下水为研究对象,依托国家自然科学基金项目,重点开展自然电位法探测表层岩溶带地下水应用研究,对推动岩溶区表层岩溶带地下水探测方法研究和缓解岩溶区人民生活生产缺水矛盾均具有重要的现实意义。依据地质学相似类比理论,经理论模拟计算,分析并总结溶洼区垂向极化球体随不同半径和不同埋藏深度变化的自然电位曲线变化规律,以此研究表层岩溶带地下水渗流运移产生的自然电位特征以及应用自然电位法探测表层岩溶带地下水的探测工作方法。借助一阶中心差商理论,研究自然电位水平梯度局部异常与区域背景场划分的差分滤波方法,并将其应用于对场强微弱或受一定干扰的自然电位水平梯度信号的数据处理方法中,以获得含水表层岩溶带溶蚀富水溶隙的局部自然电位异常。通过不同深度、不同季节的自然电位测量,研究岩溶洼地和峰丛谷地表层岩溶带地下水渗流运移产生的微弱自然电位电荷出现概率的三维成像方法及自然电位电荷出现概率不同时空变化特征,以从三维空间探测表层岩溶带地下水不同时空变化规律,确定岩溶洼地和峰丛谷地区表层岩溶带地下水开发利用最佳部位。通过采用自然电位法与高密度电法组合探测辅以自然电位水平梯度数据差分滤波方法在广西桂林恭城县、柳州鹿寨县和崇左龙州县岩溶洼地和峰丛谷地表层岩溶带地下水的探测实践和成果总结,建立不同水文地质条件背景下表层岩溶带地下水探测的方法体系。自然电位水平梯度数据差分滤波方法的应用,实现了自然电位水平梯度局部异常与区域背景场的有效分离,压制了干扰信号,突出了有意义异常。自然电位电荷三维概率成像法的应用,可原位识别表层岩溶带地下水不同时空的优势渗流通道,为进一步研究表层岩溶带地下水渗流运移规律提供了切实可行的方法依据。自然电位法与高密度电法组合探测辅以自然电位水平梯度数据差分滤波方法建立起的表层岩溶带地下水的探测方法体系,降低了单一探测方法异常的多解性,提高了钻探成井率。