地下水地球物理

前言 英文缩略词表 第1章绪言1 1.1地下水地球物理学的发展1 1.2地下水地球物理方法的分类和特点3 1.2.1地下水地球物理方法的分类3 1.2.2地下水地球物理方法的特点4 1.3地下水地球物理学的应用领域5 1.3.1基于静态地球物理数据刻画水文地质结构的非均质性5 1.3.2基于时移地球物理数据监测地下水文过程7 1.3.3基于地球物理数据监测生物地球化学过程8 1.3.4在生态系统领域的应用9 1.4地下水地球物理的挑战及发展趋势9 1.4.1挑战9 1.4.2发展趋势13 参考文献15 第2章岩性物理模型20 2.1水文地质参数与电性参数21 2.1.1饱和/非饱和介质的水文地质参数21 2.1.2电性参数23 2.2介电常数模型24 2.2.1饱和介质24 2.2.2非饱和介质27 2.2.3渗透率估算29 2.3电导率模型29 2.3.1饱和介质30 2.3.2非饱和介质34 2.3.3渗透率估算35 2.4激发极化模型35 2.4.1激发极化参数36 2.4.2饱和介质36 2.4.3非饱和介质37 2.4.4渗透率估算37 2.5复电导率模型40 2.5.1经验模型40 2.5.2理论模型41 2.5.3饱和介质44 2.5.4非饱和介质44 2.5.5渗透率估算45 2.6水文地质参数-地震波关系模型45 参考文献47 第3章直流电阻率法与激发极化法54 3.1基本原理55 3.1.1电阻率法55 3.1.2激发极化法57 3.2正演和反演原理58 3.2.1基本概念58 3.2.2正演原理59 3.2.3反演原理61 3.2.4反演灵敏度评估62 3.3测线布设及实施63 3.3.1电阻率剖面法64 3.3.2垂直电测深64 3.3.3高密度电阻率成像65 3.3.4单钻孔测量67 3.3.5跨孔电阻率测量68 3.3.6施测方式的选择71 参考文献72 第4章地质雷达法76 4.1基本原理77 4.2介质对地质雷达信号的影响机制83 4.3探测方法85 4.3.1共偏移反射探测(剖面法)85 4.3.2多偏移CMP/WARR测速测深86 4.3.3透射法探测87 4.4数据处理与解译89 4.4.1数据处理89 4.4.2数据分析和解译93 参考文献96 第5章重力勘探100 5.1基础理论100 5.1.1地球重力场100 5.1.2正常重力场和重力异常103 5.1.3岩石和矿石的密度106 5.2重力仪107 5.2.1石英弹簧重力仪108 5.2.2金属弹簧重力仪109 5.3测量和数据整理109 5.3.1重力测量110 5.3.2重力资料整理112 5.3.3重力异常图示115 5.4重力异常的数据处理116 5.4.1引起重力异常的主要原因116 5.4.2数据处理118 5.4.3区域异常和局部异常的划分方法119 5.4.4重力异常的解析延拓120 5.4.5重力异常的导数120 5.5重力异常的地质解释及应用120 5.5.1重力异常解释的基本概念120 5.5.2重力异常解释的步骤122 5.5.3重力勘探的应用123 参考文献125 第6章浅层地震法127 6.1浅层地震学基础127 6.1.1地震波传播127 6.1.2层状介质中的地震波：地震记录分析132 6.1.3物性参数133 6.2地震折射法134 6.2.1理论基础135 6.2.2解译方法136 6.3地震反射法138 6.3.1数据获取138 6.3.2数据处理141 6.3.3数据解译142 6.3.4钻孔地震法143 6.3.5S波(横波)三分量(3C)地震学145 6.4面波分析146 6.4.1面波146 6.4.2群速度和相速度146 6.4.3面波频谱分析147 参考文献149 第7章感应电磁法152 7.1基础理论153 7.1.1时域电磁法153 7.1.2频域电磁法156 7.2正演及反演问题159 7.2.1正演问题159 7.2.2反演问题160 7.3CSEM在地下水地球物理中的应用162 7.3.1CSEM探测目标特性162 7.3.2尺度效应162 7.3.3CSEM数据中的非相干和相干噪声162 7.4联合CSEM和其他电导率测深法165 参考文献168 第8章地球物理测井法173 8.1基本原理173 8.2测井法识别含水层特征及结构180 8.2.1识别水文地质特征参数180 8.2.2推断地层结构182 8.3测井法监测污染物183 8.3.1测井法监测工业废物184 8.3.2测井法监测采矿活动所产生的污染物184 参考文献186 第9章航空地球物理法188 9.1电磁感应法188 9.2γ射线光谱法197 9.3磁法198 9.4其他航空机载地球物理系统202 参考文献202 第10章实验室尺度的地下水地球物理方法209 10.1地下水地球物理学在实验室尺度下的优势和挑战209 10.2实验室尺度下地球物理方法的选择210 10.2.1时域反射法210 10.2.2电阻率成像法211 10.2.3X射线层析成像212 10.2.4地震探测法213 10.3空间平均和空间分辨率214 10.3.1非均质性对空间灵敏度的影响(以TDR为例)214 10.3.2采样大小对地球物理信号的影响(以X射线层析成像法为例)216 10.4采样密度218 10.5观测的平均化219 10.6时移监测222 参考文献224 第11章含水层结构刻画227 11.1概述227 11.1.1研究目标和数据类型选取228 11.1.2模型参数化228 11.1.3岩性物理关系229 11.1.4先验信息231 11.1.5目标函数232 11.1.6反演方法选取234 11.2直接反演成像234 11.3综合法成像236 11.3.1协同克里金法236 11.3.2贝叶斯方法237 11.3.3综合法讨论239 11.4联合反演成像240 参考文献244 第12章包气带水流过程251 12.1概述251 12.1.1多孔介质中的非饱和流动252 12.1.2应用地球物理方法253 12.1.3非饱和介质的岩性物理模型254 12.2浅部包气带研究256 12.2.1TDR257 12.2.2地质雷达259 12.2.3直流电阻率265 12.3深部包气带研究266 12.3.1钻孔地质雷达266 12.3.2跨孔电阻率成像法274 基于跨孔电阻率成像法的示踪剂运移监测——实例研究275 参考文献276 第13章污染物运移过程281 13.1污染物运移理论281 13.1.1单相流溶质运移理论281 13.1.2多相流污染物运移理论284 13.2地下水地球物理方法刻画污染物运移过程：实验室尺度研究285 13.2.1单相流污染物运移285 13.2.2多相流污染物运移287 13.3地下水地球物理方法刻画污染物运移过程：场地尺度研究291 13.3.1单相流污染物运移场地实例292 13.3.2多相流污染物运移场地实例305参考文献308 第14章生物地球物理314 14.1微生物对地下介质及其地球物理信号的影响315 14.1.1近地表环境中微生物的分布315 14.1.2地下介质中微生物的活性315 14.1.3微生物过程对介质理化特性的影响315 14.1.4微生物介导的水-岩相互作用对电学特征的影响321 14.2微生物过程对地球物理特征影响的实验室尺度研究323 14.2.1直流电阻率法323 14.2.2激发极化法325 14.2.3自然电位法328 14.2.4地震法329 14.3微生物过程对地球物理特征影响的场地尺度研究331 14.3.1直流电阻率法331 14.3.2地质雷达法333 14.3.3自然电位法333 14.3.4激发极化法334 参考文献336 第15章工程地下水问题340 15.1工程结构的成像341 15.1.1垃圾填埋场土工膜材料的衬板341 15.1.2废料罐和蓄水池343 15.1.3封闭结构工程345 15.1.4盖板347 15.2渗透反应墙效果监测347 15.2.1室内实验研究348 15.2.2野外场地应用350 参考文献352