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揭示天然电场打井找水仪测水原理

时间 : 2022-10-11 点击量 : 74
  天然电场打井找水仪测水利用的是天然电磁波,电磁波在地下的传播规律与电阻率法利用的电流在地下的传播规律是不一样的。电阻率法遵循的是流网原理,电磁波遵循的是麦克斯韦方程。

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  对于用电阻率法测基岩裂隙水而言,虽然水的电阻率比岩石的电阻率小,但二者相比,水占的权重要比岩石占的权重小得多(坚硬岩石裂隙率大多为1~5%),二者的电阻率加权平均得出的综合电阻率数值主要是反映了数值很大的岩石的电阻率值。所以坚硬岩石不论是否含水,电阻率都很大。我们用电阻率法找水研究了几十年,大多数基岩裂隙水不容易反映出来,效果不尽人意。


  电磁波测水为何对水的反映更明显,更直观呢?这需要从不同物质对电磁波的屏蔽吸收能力说起。各种物质屏蔽吸收电磁波的能力不同,这种能力叫做“屏蔽效能”。在非金属物质中水对电磁波的屏蔽吸收能力是最强的。吸收能力越强越能阻碍电磁波的传播。水分子可以消耗一部分电磁波的能量,如果是极弱的电磁波会在水中被完全耗散掉,也可以说是在一定程度上隔断了电磁波向下的传播。水分子是极性很强的分子,水就是极性很强的极性物质,或者说水吸收电磁波的能力是很强的。当地下某个部位的岩石有含水的大裂隙时,水吸收了电磁波,这个点就成为了低值点。

  屏蔽效能由大到小分为6级,单位为分贝db。电磁波在海水中衰减是很严重的,电磁波的频率越高在海水中衰减越大。水下实验表明:普通发射的无线电波在水下仅能传播1米左右,低频长波无线电波则可达6-8米,而超低频电磁波对海水穿透能力也只有100多米。利用这个道理,我们还可以用天然电场打井找水仪分辨地下水是咸水还是淡水。水越咸,电磁波衰减越快,天电值越低。

  微波炉加热也是利用的电磁波,只是频率不同而已。含水的食物用它很容易加热,但干物质却较难加热,原因就在于水是吸收电磁波的,没有水分的物质吸收电磁波的能力就弱得多,不容易加热。纯金属与水不同,确切的说,它主要不是吸收电磁波而是反射电磁波,所以用微波炉对金属也难以加热。地下的钢管反射电磁波的结果,使电磁波也不能向下传播,在天电图中也会显示为低值。

  水为何会吸收电磁波呢?这是因为,水分子是极性分子(即分子中的各个原子的正负电荷中心不重合,电荷分布不对称)。水是极性分子,是因为水是由两个氢原子和一个氧原子形成的,两个氢原子的角度大约是109度。也就是说两个氢原子的中心点与氧原子的中心点不重合。氧原子吸引电子的能力远远大于氢原子,氧——氢键上的电子更偏向于氧。水分子中正负电荷重心距离很远,所以水的极性很大。电磁波是高频振荡,在这种高频振荡的作用下水分子会发生振动,从而动能增加。动能增加会使电磁波的能量减小,也可以认是为电磁波被吸收变成了热能,于是食物就被加热了。

  电磁波在地下传播,遇到基岩裂隙水时,电磁波被吸收,数值减小,成为低值,向下传播能力减弱,就会出现低值下传。只要能排除非构造性低值下传的假异常,坚硬岩石中低值“异常”有水的概率是很大的。

  电磁波的这个特性在电阻率法中是不存在的,电阻率法更多的是反映了岩石骨架的导电性能而不是水的屏蔽吸收能力。这就是天然电场打井找水仪对含水体反映更灵敏的原因所在。

  有裂隙水的岩石大多呈横向或纵向的低值异常反映,但无异常的低值不一定有裂隙水。土层、软岩或强风化层呈现低值是因为含矿物水较多。这些岩土的天电值不高不是因为它的电阻率小,而是因为它的矿物成分中含矿物水多。例如粘土矿物中的高岭石的晶体化学式为2SiO2·Al2O3·2H2O,含两个结晶水。电阻率很大的硬岩经常也会形成低值层,原因也是含结晶水或结构水等矿物水较多的缘故。例如角闪石是含(OH)的Mg、Fe、Ca、Na、Al的链状结构硅酸盐,OH在这里不是氢氧根,而是结构水通常的表现形式,把它加热到600度以上,水就分离出来了。

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  由此可见,在电磁环境一定的情况下,天电图出现的低值异常和数值大小主要是由地层和矿物中的“水”决定的,而不是岩矿的电阻率决定的,这就是天然电场打井找水仪对基岩裂隙水分辨率更高,反映更直观的原因。



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