国内外研究现状及动态

从全球来看，在中低纬度的岩溶区，如：东亚和地中海地区，尤其是我国的西南岩溶石山地区，坚硬致密的碳酸盐岩层极少或无冰川沉积覆盖，成土缓慢，土壤缺乏，而岩溶双层结构空间发育，新生代地壳上升强烈，水源漏失严重，加上干湿分明的季风气候，导致生态环境脆弱，普遍干旱缺水，石漠化严重[18]。在俄罗斯西伯利亚平原的岩溶区，广泛覆盖于碳酸盐岩层之上的冰川及河流冲积层，有利于土壤的形成，而下伏碳酸盐岩中的岩溶空隙有利于排除沼泽地区过多的积水，偏碱性的碳酸盐岩也有利于中和酸性环境。因此，高纬度的岩溶区都成了主要的农业基地。而在东南亚、美国东南部和中美洲广泛分布的第三系碳酸盐岩层，具有高达16%～44%的孔隙度，含水量很高，干旱缺水和石漠化较弱[19]。所以，受生态地质环境条件影响和供水需求的带动，欧洲国家和我国都比较重视对岩溶及岩溶水勘查开发技术的研究。而且，我国岩溶不但分布面积广，并且由于一系列地域优势条件所决定，许多岩溶类型在全球有范例性，客观上使得我国的岩溶研究能够依托地域优势，为全球岩溶学科发展作出更大的贡献[20]。联合国教科文组织国际地质对比计划(IGCP)中有关岩溶的3个项目：IGCP299-地质、气候、水文与岩溶形成(1990～1994)；IGCP379-岩溶作用与碳循环(1995～1999)；IGCP448-全球岩溶生态系统对比(2000～2004)，均由我国提出并组织领导，一直由我国科学家袁道先院士担任项目工作组主席。2004年2月，联合国教科文组织IGCP执行局第32届理事会还通过了世界岩溶研究中心(IRCK)设在中国的提案，充分体现了我国岩溶研究水平在国际学术界的权威地位。

在岩溶水的勘查研究程度方面，目前发达国家对岩溶区都作了系统的水文地质调查，工作的内容和程序与国内基本相似。但对每个岩溶泉或暗河流域投入的勘探、试验工作和所达到的控制程度普遍高于国内。他们对于每一个可能的落水洞与泉、暗河出口或钻孔之间都作了示踪试验，对各个岩溶水径流通道间的联系和展布方向、流速、流域边界掌握很确切。对主要的岩溶暗河、大泉、供水水源地都建立了长期自动监测系统和预报及管理模型，实现了定量化的预测预报。而且近些年来，国外地下水模拟软件不论是在数量还是质量上都有了巨大的发展和提高，前后处理的可视化功能日益强大[21]，公益性、基础性的地下水数据库建设也很完善和普及[22]。

在地下水勘查技术研究与应用方面，地球物理探测技术是主要的技术手段，在半个多世纪的发展历程中，大致经历了三个主要阶段。20世纪50～60年代地球物理方法就已被应用于地下水勘查领域，方法以直流电测深、激发极化法、电测井为主，勘探的目标主要为第四系松散岩类孔隙水，方法成熟简单，目前许多地质勘查单位仍以其为主要勘探手段。70～80年代期间，找水工作开始面向勘查难度较大的基岩裂隙水、岩溶水，相应的物探技术方法也有了新的发展，如音频大地电场法、甚低频法、放射性法、综合测井等方法的应用，取得了明显的效果，并形成有特色的系列找水技术。从90年代至今，由于地下水勘查的内容和范围不断扩大，研究的问题更加深入，更具有针对性，所采用的技术方法通常都以综合物探手段为主，包括常规手段以及先进的电磁法、高分辨率地震技术等。

目前，国外地下水地球物理探测技术发展迅速，电法已经从直流电阻率法发展到仪器轻便、分辨率高的电磁法，包括频率测深、音频大地电磁测深、瞬变电磁测深、可控源大地电磁测深等高灵敏度方法。美国、俄罗斯、澳大利亚、加拿大等国地球物理技术研究实力和仪器开发能力基础雄厚，工艺先进，先后研制了多系列的电磁法仪器，如美国Zong公司研制开发的GDP电磁法勘查系列，加拿大Geonics公司研制开发的EM瞬变电磁系列，加拿大Phoenix公司研制开发的V5、V6电磁法勘查系列，澳大利亚Geoinstru Ments公司研制开发的Sirotem电磁勘查系列以及俄罗斯研制的建场测深法系列等。德国、法国、日本等国在非洲、南亚地区有专门从事地下水勘探的地球物理公司，应用的方法主要为电磁剖面法、甚低频法、频率域电磁测深法，瞬变电磁法等[23]。另外，白俄罗斯和法国生产的核磁共振直接找水技术更是地下水地球物理探测技术的一大进步，其实质也属电磁法勘探范畴。它不仅能直接反映地下含水层的特征，而且还能提供如孔隙度、渗透率、导水性等水文地质参数，是最具发展潜力的一种地下水探测新技术。

我国在地下水地球物理探测方面，也经历了从直流电法到电磁法的发展过程，目前拥有相当数量的上述大型电磁法勘查设备，但均为引进设备，自行研制能力较差，但在应用研究方面成果突出。先后开展了多项专项技术研究，如中国地质调查局组织实施的音频大地电场仪及找水研究、综合物探技术寻找基岩裂隙水应用研究、西北沙漠和黄土地区EH-4电导率成像系统勘查地下水技术研究、西北严重缺水地区地下水勘查战略研究等都是以电磁法为主流的应用研究。另外，在应用方面以电磁法为主开展了地质条件复杂、找水难度大、环境恶劣的一些生态地质环境条件下的地下水勘查工作，例如：罗布泊及塔里木盆地的松散岩类孔隙水、西部山地基岩裂隙水、西南岩溶石山地区岩溶水的勘查等，积累了较丰富的实践经验。不难看出，上述国内外地球物理探测技术的发展现状表明：信息量大、分辨率高、勘探深度大的电磁法探测技术已成为地下水地球物理探测技术的主要手段，在地下水资源勘查中发挥着重要的作用[24]。众所周知，物探结果仅是地层物性层空间分布特性的反映，解释结果是多解性的。如何将具有多解性的物探结果进行合理的地质解译，提高解释精度，这是水文地质和物探工作者必须深入研究的课题之一。实践证明，研究水文地质条件、掌握岩溶发育规律及地层岩性与物性之间的关系，从而建立合理的地质—地球物理模型与解释标准，是解决地质问题的核心。另外，任何一种物探方法都有其独特的优点，但也存在一定的缺陷，国内外的地球物理学家都共同认识到，在岩溶水勘查工作中，不能仅仅依靠某一种物探方法来解决问题，应该充分考虑实际水文地质条件，研究选择适宜不同地质环境条件和探测对象的方法组合和实施方案，多方法探测和综合解释，才能提高解释精度，取得更为理想的效果。由于我国岩溶面积广阔，岩溶类型多样，条件复杂。所以国内的水文地质和物探工作者，利用传统技术方法与引进的部分新技术设备结合，加强水文地质条件和岩溶发育规律研究，结合自身的经验，在找水的准确性上，也有很大的进步，积累了许多成功的经验，在应用研究的深度和广度方面居于世界前列。

在岩溶水的开发技术方面，国内外引、提、堵、蓄的技术原理都基本上相同。欧洲岩溶水的开发方式，过去曾经以钻井取水为主，实行就地分散供水。20世纪后期，随着调查研究的深入，水文地质学家认为，一个岩溶泉流系统的各部分存在着密切的水力联系，水流的大部分最终都将汇集到泉口集中排泄，加之泉域面积较小，地形高差不大，在经济允许的情况下，按泉域统一规划和集中开发与调配更有利于岩溶水资源的管理和保护。因此，随着经济的发展，目前开发方式已经逐渐演变为以泉为水源，建设水厂，集中布设管网供水为主，仅在部分边远的地区还保留着一些分散供水井。在岩溶防渗成库技术上，在欧洲的法国和前南斯拉夫等国的岩溶分布区，自20世纪70年代或更早的时期，就建设了多个岩溶暗河开发工程和利用岩溶谷地建库建设水电站，解决岩溶区缺水困难和能源短缺问题，取得了岩溶水资源开发和水能开发带动农业、工业和城市发展的成功经验，如法国的拉苏斯城市供水水源地、特里波罗农业区的夏特里赫暗河开发工程、前南斯拉夫的特例比西尼察、涅列特瓦岩溶流域的水能开发等[25][26]。在钻井技术上，国外的技术设备远比国内的先进，能够满足干旱岩溶石山地区无冲洗液钻进的要求，钻进速度和自动化程度都高得多。

我国政府十分重视西部地区地下找水工作，20世纪70～80年代，组织完成了大部分地区1：20万的水文地质普查，80～90年代，又组织开展了部分城市和重要经济区1：10万至1：2.5万的水文地质普查。之后，在20世纪末开展的“西北地区地下水资源特别计划”、“西北地区地下水勘查战略研究”、“西南贫困岩溶石山地区扶贫找水计划”等一系列工作的基础上，中国地质调查局2001年组织实施了“西部严重缺水地区人畜饮用水地下水紧急勘查工程”，2002年实施了“西部严重缺水地区地下水勘查示范工程”。其目的是通过对不同缺水类型地区水文地质条件的野外调查及分析，找出解决农村生活和生产用水困难的找水方向与途径，并通过适量的勘探工作加以验证，取得不同缺水类型区的找水经验，指导当地解决干旱缺水问题。探采结合示范井的实施，不仅获得了找水与取水的先进技术方法及经验，还直接解决部分严重缺水地区的人畜饮用水困难。“九五”期间直到2002年西部找水工作施工探采结合井约400眼，施工小口径浅井约3000眼，直接解决约120×104人饮用水困难。在岩溶水开发工程技术上，国内如蒙自五里冲这样的工程，也创造了超高防渗帷幕、超高超薄防渗墙、加密高压灌浆技术处理特殊复杂的溶塌堆积体等国际领先技术。还有许多颇具特色的岩溶石山区分散中小型岩溶泉和暗河引、提、堵、蓄工程技术。

现代地下水勘查已成为一项巨大而复杂的工作，其涉及的内容广泛，包括地质学、水文地质学、工程地质、环境地质、地球物理学、数学、计算机等。从单一方法向地质测绘、地面物探和综合测井、“3S”技术等综合方法密切配合方向发展。在不同岩溶水源地类型的勘查中，不断提高岩溶水文地质调查研究程度，加深岩溶水赋存规律的研究，开展地球物理探测技术的优化组合示范研究及应用，使地下水勘查工作达到快速高效之目的，已成为国内主要的研究方向之一。在开发技术上，根据岩溶石山地区的需水特点，大型与中小型工程技术的研究与实践并举，特别是西部大开发及扶贫找水的推动，促使中小型工程的技术研究与应用得到了空前广泛地开展，取得了巨大的进步。目前，急需系统地研究总结和推广。国外的岩溶水探测技术主要朝着进一步提高精度、简便易行的方向发展，开发新的方法和设备，改进已有的设备，开发功能更全面和强大的解译软件。同时不断研究与改进岩溶水开发、水处理的工程技术设备，提高对复杂的岩溶地质环境的实用性和效率。另外，随着岩溶水开发程度的提高，一些地区由于不合理的开发导致发生了岩溶塌陷、泉水疏干、地下水污染等不良环境地质问题，引起了社会对岩溶水资源的合理利用和保护上的关注。因此，对岩溶水的脆弱性、环境监测预报与保护技术的研究，也已成为水文地质及环境地质研究工作的一个主要方向。

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