水文地质调查中热红外技术的应用

杨红

摘要：现阶段，我国很多地区均出现了较为严重的缺水问题，由于水文地质条件具有较强的特殊性，应用常规性水文地质方法很难准确搜寻到地下水，因此，对水文地质调查技术进行创新势在必行。

关键词：水文；地质调查；热红外技术；应用探讨

在水文地质调查过程中，应用传统物探方法，不仅需要耗费大量的人力、物力，而且由于地形条件以及地质物性差异的制约，很难取得理想效果。红外遥感不仅可以在风化层覆盖区以及火成岩区对构造破碎带进行准确搜寻，还可以在短时间内收集大量热图资料，从而帮助调查人员及时且准确的了解该地区地下水出露点以及地表水排泄点的分布情况，从而准确快捷寻找到地下水。

一、地下水热象特征

（一）构造裂隙水

构造断裂区域的地下水常常将具有一定张性的断裂破碎带作为排泄通道。基于水渗透以及承压的作用，断裂破碎带与风化层之间会存在一定的湿度差，进而导致蒸发作用与热容量之间出现物理性差异。如果气象环境以及太阳照射程度一致，物理性差异则表现为辐射温度较低，热图线状表现为冷异常。如果地下水具有较大的埋深值，上伏破碎岩便会引发热线异常现象，具体关系式如下：

P= pC

其中P表示热惯量；K表示热传导率；p表示密度；C表示热容量。在覆蓋条件下，只有对红外热图的昼夜呈现形态进行对比，才能对贮水地段以及构造带的线性体进行准确体现。

（二）岩溶发育带

碳酸盐地层将岩溶发育区作为地下水汇集区，如果熔岩发育深度较大，且和地表水气存在一定的关联，热图显示形状则不具有规则性，多数呈条带状冷异常，且具有延伸方向，但时间差异会在一定程度上改变热图反映。除此之外，热图还可以对岩溶发育带走向上的落水洞以及泉点进行清晰反映。白天，泉点反映为黑暗冷点，晚上则是白色热点；而落水洞无论是在晚上还是白天，均体现为灰暗色不规则冷异常。

（三）古河道

地下水最主要的富集区域便是古河道。如果古河道埋藏较浅，地貌上会留存一定的痕迹，利用航拍可以准确把握。如果埋藏较深，并存在松散堆积物覆盖现象，地表体现的热特性则具有较强的复杂性。不过基于水渗透的作用，地表会出现湿度较大区域，在一定的季节环境中，地区湿度若较大，其热容量以及发射率也较大，因此，只需通过红外辐射量便可以准确判断。

二、地质应用的效果分析

（一）构造裂隙水

我国海南岛的火成岩区域存在严重的水资源供需矛盾，利用红外遥感技术，对该地区沿海岸进行地下水调查。热红外作业波段的长度值在9-13微米范围内，对该地区进行昼夜分开扫描。对比凌晨以及白天两个时间段内扫描所得的热图以及地表辐射温度的各种测量数据可知，在热象图上，由于岩性存在差异，所以表现色调存在明暗差异。在此基础上，将水系形态、纹理粗糙度、结构以及地物影纹特征以及白天扫描所得热象图作为参考依据，对其他热象进行合理有效的印证处理，例如，空间滤波热象、凌晨热象以及夜间热象等，可以对地层界线进行明确区分，不过，要想对岩性进行具体测量，还需集合相关地质材料。探测区域构造断裂带多存在于层间不整合面、沿脉、断裂凹陷、破碎带以及断层面，因此，其富水性以及导水性会有别于围岩，不仅如此，其植被发育状况也会具有明显的差异性，白天热象图的具体表现为暗色连续带。

（二）针对岩溶发育带开展水文地质调查

在我国某次隧道建设过程中，利用红外扫描法试验研究该区域的水温地质条件。由于研究区域的地形较为陡峭，且海拔极高，据测最大值约为1000m，植被发育状况较好，地质调查工作顺利开展的难度系数非常大，不仅如此，我国关于该区域、甚至周边区域的相关地质资料非常少，无法为地质调查工作提供有价值的辅助数据。调查人员利用热红外技术，分别在凌晨、白天两个时间段，对该地区进行扫描成象处理，通过对比最终所得热象图，才对该地区的岩溶发育带以及构造带进行有效明确。

该地区的南部存在发育现象较为异常的岩溶带，但与隧道建设轴线之间存在较远距离。辐射特点主要体现为植被发育较差时，其地表温度比环境温度低，在白天以及凌晨扫描所得的热象图上，均表现为冷异常。不仅如此，在凌晨热象图上，其边界还存在冷晕现象。由于岩性不同，所以在热象图的冷异常现象中存在十分明显的边界。而如果地表植被发育状况较好，凌晨扫描所得热象图上，则表现为暖反映，如果周边存在植被发育现象，热象图表现则为冷反映，但其要暖于无植被发育现象的岩溶带，在范围以及形态方面，两个时间段的热象图均体现为冷异常。具体航拍图如下所示：

图1 岩溶发育带热象图

结语：

随着我国科学技术的创新与发展，加之大量的实践实验，我国热红外技术在物探方面的地质效果已取得较大幅度的提升。不过，由于热红外探测技术属于新兴技术，还有很多不足之处需要总结大量实验成果进行整体完善。现阶段，我国在水文地质调查方面，应将热红外图像处理技术、探测技术、应用范围以及应用等方面的研究作为关注重点，在明确认知其物理方法特性以及局限性的基础上，对其进行合理应用，只有这样，才能促使我国热红外技术取得良好的地质调查效果，提高我国水文地质调查的经济效益。

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