(一)1949~1957年 边学习、边工作 效果尚不明显
根据有关资料表明,我国水文物探工作始于1952年,由顾功叙主持,唐光后、张恺等参加的北京石景山发电厂用电法找水,虽发现了低电阻带,但未找到水。
1953年,地质部物探局首次组织物探队去山西平顺用电法找水,在低电阻率处打出水。1954年,地质部的水文物探队还在西安市区用电法找第四系地下水,效果不明显。以后地质部物探局的直属队伍较少进行水文物探工作。
1953年冬,燃料工业部水力发电总局北京勘测设计院决定成立水利电力部门的第一支物探队,并准备于次年工作。其主要任务为水利工程方面的物探工作,但也从事一部分找水任务。
1954年起,铁道部的有关单位也陆续成立了物探队,除承担铁道工程方面的物探任务外,还为沿线车站找水源地。同年煤炭部门的电法队伍成立后,陆续也为煤田的水文地质工作及水源地勘查进行工作。
1955年,农业部农田水利局开始组建找地下水的物探队伍(以电法为主),从此开始了为农业服务的物探工作。
这一时期水文地质工作任务并不大,地质部物探局的水文物探任务少,队伍不固定,所用方法主要是电剖面及电测深法。物探找水任务,一般由水文地质队伍提出,多是点上的任务;物探在找水方面尚缺经验,对含水层的物探特点尚未掌握,对电法曲线的解释办法和经验也不多。因此,水文地质工作者按常规办法布孔找水,对物探需求不多。
这一阶段水文物探属于组建队伍,边学习、边工作和试生产,尚未引起重视。
(二)1958~1968年 得到普及 大量应用 取得效果 积累经验
由于“大跃进”和“人民公社”的兴起,支援农业抗旱和工矿区找水的需要,也因物探队伍下放到省区,各省区纷纷成立了物探大队和水文地质大队,寻找地下水的地质、物探任务大增。因此,这一阶段物探在农业用水及工矿用水方面开展了大量工作。
1959年起,各省区的综合物探大队根据当时找水的需要陆续安排了平原区为主的找水工作,主要是河北、山西、内蒙古、陕西、宁夏、甘肃、新疆等缺水省区。由于找松散层孔隙水,物探任务是第四系分层;电法(特别是电测深法)能较好将含水的砂砾层圈出来,有时还能将淡水层与咸水层分开。因此,找水效果良好。
20世纪60年代初以来,为农业抗旱,地质部、农业部和水利部等部门,在地属北京、天津、河北、河南、山东、江苏、安徽七省市平原的黄淮海地区面积30万km2,进行了大规模的电法找水工作,这项工作一直持续到20世纪70年代中期。在黄淮海大地上活跃着上百支的物探队伍(有地质行业的物探“正规军”,有专区和县里的物探“地方部队”,还有当时人民公社或乡一级的物探“民兵连”。当时仅沧州、衡水两专区就举办了十二期水文物探学习班,培训了330名会操作、能初步对比分析的水文物探人员),最高峰时期有上千个电测台班在从事电测深、电剖面和电测井等物探找水工作,工作比例尺从1:1万、1:2.5万到1:5万、1:10万。根据物探资料成功确定40万眼机井井位,成功率达90%。这样大规模的有非专业队伍的水文物探力量参与,并取得好效果,社会、经济效益均很大的事情,表明只要正确运用方法且地质-地球物理条件有利,物探找水的生命力是巨大的。
在平原区开展的大量水文物探工作积累了工作经验和大量资料,也为以后区域水文物探工作奠定了基础。
在这期间物探还在一些山区开展了找基岩裂隙水的工作,主要采用的是电剖面法(以联合剖面法为主)追索断裂破碎带。在广西、云南等地一直用电法找岩溶水(岩溶发育带、暗河、岩溶洞等),也取得一定效果。浙江、福建省份在沿海岛屿找淡水,广东等省在矿区找水。同时还在一些城市开展了寻找水源地的工作,为石家庄、徐州、昆明、广州等城市的供水物探也发挥了作用。黑龙江省的物探队曾为大庆油田寻找过地下水。
根据《中国矿床发现史·物探化探卷》的史料,1959年湖南省地质局物探大队为找地热在宁乡灰汤用电测深、自电等电法提供了有关岩体界面、断层位置等信息,这属地热物探较早开展的工作。1960年,在福州地热田也开展了专门的物探工作。
“文化大革命”的动乱,冲击了地质工作。尽管如此,1967年前一些野外物探生产工作仍在维持着,水文物探也因社会的实际需要而断断续续地进行着工作。
这一阶段找水的类型由平原孔隙水到山区基岩裂隙水、岩溶水均进行了工作,并在一些地区进行了咸淡水区分及进行流速、流向的测定。除地面电法外,电测井也广泛应用。通过测井资料的综合研究,细分出弱咸水层位,为华北平原利用弱咸水,提供了依据。电测深的曲线量板得到推广、应用,并在地形影响及非水平层的影响方面进行了研究[1,3,4,15]。
(三)1969~1977年 抗旱找水 组建水文工程兵 开展水文大普查 地热物探兴起
1969年后,“文化大革命”进入新的阶段,各级管理机构相继撤销、改组,管理工作也大为削弱;但中央及省一级的管理机构开始以“抓革命促生产”为转机,对一些工作进行了安排。根据国务院的决定,1973年,组建了军队建制基建工程兵水文地质普查部队,主要在我国边远和工作条件差的地区开展找水,这些部队一直工作到1984年。
除“黄淮海”地区的找水工作继续外,地质部门在云南、福建、湖南、江西、江苏、广东等省开展了物探找水工作,均取得好的效果。寻找地下水所用方法主要是电测深和电剖面,但也有一些地区采用磁法研究基岩性质及追索含水构造、脉岩。值得一提的是1969年陕西物探队提出了激电衰减时方法来判定含水性,在一些地区使用效果很好。
1969年地质部门在广东丰顺开展专门性地热物探,而后于1970年在北京、天津、河北怀来、江西宜春,1971年在陕西西安、蓝田和福建福州,1972年在江西遂川,1974~1976年在西藏羊八井,1976年在山西夏县陆续开展了以电法为主的综合物探方法找地热的工作,均取得了好的效果,特别是羊八井根据电阻率极小值圈出的地热田范围打出了高温热田。应该说这一阶段地热物探取得的突破,为地热界认识物探奠定了基础;正因如此进入20世纪80年代地热物探成为物探中的热门。所用方法主要还是电测深及电剖面法,但有时还采用了磁法、自电、激电等方法,在研究构造时还引用了重力资料;在河北怀来还曾进行了浅井测温,多数地区还进行电测井和井温测量。
这一阶段,除地质部门外,水利、铁道、煤炭、石油、冶金等部门为本部门建设和社会其他方面的需要也进行了物探找水工作[1,3,15]。
(四)1978~1990年 大发展 大丰收 大进步
在改革开放政策指导下,水文(地热)物探也迎来春天,得到大发展和广泛应用,并取得很好的社会和经济效益,得到社会和地质界的重视。
1978年4月,国家地质总局在广西柳州召开了“全国水文地质工程地质物探专业会议”,交流了经验,研究了水文工程物探的科技规划;1984年,地矿部在北京召开了“城市物探工作座谈会”;1988年10月地矿部在北京召开了“水文、工程、环境地质物探、化探、遥感工作会议”,总结了自1978年,特别是1984年以来的成果和经验,研究了在新一轮水文、工程、环境地质工作中如何充分发挥物探、化探、遥感方法技术作用的问题,提出了八项任务和五项措施。1984年,基建工程兵水文地质普查部队撤销后,地矿部接收了其中一部分力量,组成了水文地质工程地质指挥部。1988年底,地矿部在指挥部基础上成立了地矿部水文地质工程地质勘察院(下有5个大队、3个中心、2个所),是地矿部的直属水文、工程地质队伍(均配有物探力量)。这一系列会议和会后的举措,使得地质部门的水文物探工作得到了很大加强,打开了新的局面。
在这期间,在黑龙江三江平原和大兴安岭、内蒙古河套平原及呼包平原、山西省太原等几个盆地、新疆乌鲁木齐河、甘肃河西走廊等地区开展了以电测深为主的区域性水文物探工作。各省区水文地质队中的水文物探分队与水文地质普查工程兵部队配合在我国西部、华北北部及东北西部广大的地区开展了大规模水文物探。覆盖面积达到近百万平方千米,为区域水文地质调查提供了宝贵资料,并且根据这些资料找到一批水源地。在这期间,陆续以各省会城市为重点,开展了了解城市水文、工程地质条件为目的的1:5万~1:10万综合物探(重力、磁测、电测深为主,个别还进行了浅地震剖面测量)调查,城市的数目达50处以上,成效显著。
进入20世纪80年代,根据一些平原、盆地已有的为各种目的(水文、油气及煤炭勘查)所进行的电测深资料,进行了综合编图和综合研究;这些地区主要是“黄淮海”平原、山西省内太原等六大盆地、江苏长江两岸的苏锡常(苏州、无锡、常州)和三泰(泰州、泰兴、泰县)地区、湖北江汉平原、甘肃河西走廊及石羊河流域、新疆乌鲁木齐河流域等多个地区。综合研究除对这些地区的水文地质条件进行区划、提出了主要富水地区及含水层位等,也为全面了解区域水文地质条件提供了重要的资料;还总结了冲洪积扇、古河道及隐伏岩溶等富水构造类型的地电模型,为寻找这类地下水提供可指导的模型和方法组合。
在这阶段,为水源地的勘查方面进行了大量工作。为电厂找水(如淮北二电厂、张掖电厂、河北三河电厂、鹤岗电厂、双鸭山电厂等),为煤矿找水、治水(如内蒙古乌审旗呼吉尔特煤田、神府-东胜能源基地、河北邢台及开滦煤矿、山东枣庄煤矿、安徽淮北煤矿等),为缺水城市找水(如秦皇岛市柳江盆地、山西河津市禹门口、长春市、南通市、济南市、合肥市、长沙市、金华市、北海市、天水市等多个城市),为海岛(舟山)及海滨城市(青岛、连云港、大连)找淡水,为太原卫星基地等特殊工程找水等。为农牧业用水及一般民用水进行了大量工作,难以计数。水文测井指导太行山东麓取水井的滤水管准确下到承压水层位,使之成为自流井,效果很好。
地热田的物探工作开展更为广泛,成果更多。西藏羊八井物探进一步工作,指导布孔,并提出在北区找深部热田的建议(以后得到证实)。另外,还在西藏当雄羊易、那曲二地根据物探资料打出高温热田。在此期间,北京、河北、陕西、山西、浙江、安徽、山东、广东、四川、甘肃、云南等省市均进行了物探找地热的工作,新发现或扩大了原有的热田,多为低温的中型热田。
进入20世纪80年代中期,市场性的水文物探与计划内的水文物探并行。各部门的水文物探工作也大量开展,除完成本部门任务外也开始承接市场性任务。
这一阶段物探找地下水(地热)所采用的方法除常规电法外,增加了引进和自行开发的甚低频电滋法、天然音频电场法(音频大地电场法)、磁偶源频率测深法、α卡法、210P0法等,为激电衰减时法还专门设计和生产了相应的仪器。浅地震法及井中无线电波法在一些队伍及项目中得到使用。由于计算机技术的引入,在电测深曲线解释方面实现了计算机一维反演,对二维反演开始了研究。
20世纪80年代中期以后,曾用航空频率域电磁法在河北南宫地区划出浅层的淡水、咸水和半咸水分布区,预测古河床淡水的相对富水程度,与地面电法成果相一致。在连云港地区也圈出了淡水范围,与已知情况比较一致。在大连试圈定了海水入侵的范围,这些工作表明航空电法在找浅部地下水是有效的。
自1986年起,地矿部组织的“1:5万区调中遥感物探化探应用和方法研究”项目中设立了“基岩裂隙水调查的遥感物探方法”专题、“第四系岩性分层及活动断裂调查的遥感物探化探方法”专题及“地下热水调查的物探化探方法”专题研究,并出版了相应书籍。这些成果无疑对找水(地热)有重要的指导意义[1~7,9,11,12,15]。
(五)1991~2000年 走向市场 西部找水 技术全面发展
随着改革的深入,本着谁受益谁出资的原则,除区域性水文地质调查、重大水源地勘查及贫困地区的支农、扶贫、改水任务外,国家不再安排计划内一般性找水源地的任务,物探找水基本走上市场。各部门的物探队伍在走向市场时,主要的工作就是水文和工程物探。
1991年地矿部在水文物探方面提出了“在农业干旱区、缺水城市和山区开展物探、遥感的地下水综合调查”、“开展城市及缺能地区的地热调查”的任务,并明确要开拓地质市场,搞活地勘单位。20世纪90年代后期,西部找水成为重点;1998年,国土资源部制定了西部找水特别计划。
这十年内水文物探除地矿部门及各工业、农业部门进行外,解放军的给水团也在边远地区用物探为部队和当地民众找水,出现了像李国安这样的先进人物。
这一阶段,在黑龙江、河北、山东、河南、广西、贵州、陕西、甘肃、宁夏、新疆及北京为工农业进行了找水源地工作。在鄂尔多斯盆地开展了找深层水的工作;在塔里木盆地、吐哈盆地找油田及生活用水;在宁夏、新疆为居民找生活用淡水;在沿海几个大城市找生活用淡水;在广西、云南等省区找岩溶水,解决缺水地区的工业及生活用水。
这一阶段,在一些地区还用物探方法对地下水的污染情况、水质变化情况进行了一些工作(这类工作有的可归为环境物探领域),在圈出地下水范围的同时用充电法、自电法及测井对地下水流向、流速进行了解,以便了解地下水变化情况。
各方面所从事的市场性物探找水,往往是用户在打到水或成水井后付款,这类工作项目很多,已无法计数。
这一时期地热物探有一些进展,在西藏羊八井北区根据物探资料打出孔深2006m,水温329.8℃的高温热田,还在河北滦县、山东肥城、陕西咸阳、甘肃武威及海南琼海、三亚等处找到或扩大热田,其他省区也进行了地热调查并获成果。
这一阶段找水(地热)的物探方法增加了磁大地电流法、瞬变电磁法、混场源频率域电磁法、音频大地电磁法及微震测量。20世纪90年代后期还引进了对水有特殊响应的核磁共振法,并在一些地区进行了试验和试用,该方法的探测深度仅达百米,但能直接找水并判断水量等。另外,激电衰减过程综合参数法也有新的进展。浅地震方法技术用于找水(地热)日趋成熟、完善。
水文(地热)测井方法增加了电视测井、介电常数测井、放射性测井等方法。测井还为修复老水井测定含水层位、求孔隙度等。
航空电法曾于1996年和1997年分别在山东黄河口及甘肃安西—敦煌进行了找淡水的工作,圈出了咸、淡水分布范围,与已知的实际资料相当一致,并还提出了新的分布地段,为进一步找水、进行评价提供了宝贵资料。为找300m以下深层淡水,除采用磁大地电流法和混场源频率域电磁法外,还采用地震研究构造及岩性分层,利用一些盆地的油气、煤炭的地震资料进行再解释。
进入20世纪90年代,我国的水文物探曾前往中东、非洲找水,成绩显著[1~3,8~14]。