[发明专利]一种基于电磁场的新型示踪方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于电磁场的新型示踪方法及装置，包括电磁发射系统、发射天线、电极和接收机；电磁发射系统设置在上游点，其包括发射机、发电机，所述的发射机包括电容器；发射天线采用特殊设计的多种频率发射天线，其穿过岩溶塌陷或钻孔深入至已探测到的含水层；电极和接收机设置在下游点，所述的电极包括两对电极，两对电极呈正交分布，电极位于下游水形成围堰中；所述的接收机采集电极中的电信号。该装置基于水的良好导电性，可将电磁信号作为示踪剂，实现快速观测，电磁信号与传统示踪剂相比其在水中的传播速度极快，性质稳定、无污染，可应用地下水示踪探测，解决传统示踪探测中示踪剂时效性差和不环保的问题。

技术领域

本发明涉及水文地质调查中地下水系统的连通探测领域、或者堤坝等渗漏或管涌探测领域、或者地下空间建设中复杂地质情况下岩溶通道的探测领域，具体涉及一种基于电磁场的新型示踪方法及装置。

背景技术

地下水示踪是一种重要的研究地下水运动的现场探测方法，可分为天然示踪与人工示踪两类方法。其中，应用较广的人工示踪法常用采用放射性同位素示踪测井和地下水连通示踪方法研究地下水力系统。

目前确定地下水系统水力联系的主要方法是地下水连通示踪水运动的物源,在预期能到达的部位对其进行接收检测,根据检测结果,综合分析介质场和势场特征,来获取系统天然流场的水动力属性。地下水连通示踪因为结论明确,能够直观地反映地下水系统的运动状态，可广泛应用于区域水文地质调查、环境监测、工程施工等领域对地下水边界和径流途径的研究。

地下水连通示踪按示踪剂的类型可分为：

(1)简单地下水连通探测，以地下水本身作为示踪剂；

(2)物理方法连通示踪探测，包括水声法示踪、水文地质炸弹示踪等；

(3)颗粒连通示踪探测，示踪剂为不溶于水的颗粒；

(4)人工放射性同位素连通示踪探测；

(5)化学试剂连通示踪探测，示踪剂多采用盐类离子化合物、普通色素、荧光色素、离子-分子示踪剂。

目前地下水连通示踪主要采用化学试剂或人工放射性同位素连通示踪探测方法。首先，选用与地下水化学成分背景值差异较大、稳定较好且易溶性强的示踪剂，通过地面钻孔将其注入到与出水点相关的含水层，然后进行注水加压，使得示踪剂随地下水流不断地迁移、扩散，并在地下水流的下端排泄点定期进行取样监测，然后分析示踪剂浓度随时间的变化规律，以此分析含水通道地下水力运动规律，进而间接获得投放与接收点间的地下水运动各种相关信息。依示踪剂浓度沿着地下水流运动方向逐渐降低并扩散，求得浓度峰值与距离的关系，可以得到示踪剂沿着一定方向的流动速度，进而推断地下含水通道的规模及发育情况。

然而，传统示踪探测存在以下缺陷

(1)依赖示踪剂，有污染或有害

目前常用的示踪剂主要有同位素、普通色素、荧光素、放射性指示剂等，此类物质成分容易对地下水、土壤、植物造成损害，污染环境，不符合环保要求；同时，示踪剂稳定性差，检测结果受人为因素影响较大，不能适应复杂地质环境，无法满足大型连通探测的要求。

(2)观测时间长，时效性差，耗时长

示踪剂在水中运动速度过慢，特别是在规模较大的含水通道中，往往投放后1天甚至数天才能得到观测结果，无法及时掌握含水通道规模及发育情况，时效性差。

发明内容