電法在水工環地質勘察應用中的幾點認識

錢林豐

[摘要]電法勘探技術已經在深部構造、礦產資源、水工環地質、考古、地質災害勘察等領域發揮重要的作用。本文僅對目前發展比較快的激發極化法、高密度電法、可控源音頻大地電磁法、瞬變電磁法和地質雷達作一介紹， 并就這些方法在水工環地質勘察中的有關技術問題進行探討。

[關鍵詞]電法 水工環 地質勘查

[中圖分類號] P631.3 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2014）-7-160-1

0前言

隨著科學技術的高速發展，涌現出了大批先進的勘查技術，從而使得水工環地質勘查的質量和效率都得到了大幅度提高，從而為社會的經濟建設奠定了堅實的基礎。在當前的水工環地質勘查中，電法是一種較為普遍且非常實用的勘查方法，隨著電法在水工環地質勘查中的應用，使得水工環地質勘查的水平得到了大幅度提高。然而就當前電法在水工環地質勘查中應用的實際情況而言，為了進一步提高水工環地質勘查的水平，還必須要加大對電法以及水工環地質勘查的分析研究力度。

1高密度電法

高密度電法實際上是集中了電剖面法和電測深法，其原理與普通電阻率法相同，所不同的是在觀測中設置了高密度的觀測點，是一種陣列勘探方法。關于陣列電法勘探的思想源于20世紀70年代末期，英國人設計的電測深偏置系統就是高密度電法的最初模式，20世紀80年代中期日本借助電極轉換板實現了野外高密度電法的數據采集。我國是從20世紀末期開始研究高密度電法及其應用技術，從理論方法和實際應用的角度進行了探討并完善，現有中國地質大學、原長春地質學院、重慶的有關儀器廠家研制成了幾種類型的儀器。

高密度電法野外測量時將全部電極（幾十至上百根）置于剖面上，利用程控電極轉換開關和微機工程電測儀便可實現剖面中不同電極距、不同電極排列方式的數據快速自動采集。與常規電阻率法相比，高密度電法具有以下優點：

（1）電極布置一次性完成，不僅減少了因電極設置引起的故障和干擾，并且提高了效率；

（2）能夠選用多種電極排列方式進行測量，可以獲得豐富的有關地電斷面的信息；

（3）野外數據采集實現了自動化或半自動化，提高了數據采集速度，避免了手工誤操作。此外，隨著地球物理反演方法的發展，高密度電法資料的電阻率成像技術也從一維和二維發展到三維，極大地提高了地電資料的解釋精度。

激發極化法：

在電法勘探中，當電極排列向大地供入或切斷電流的瞬間，在測量電極之間總能觀測到隨時間緩慢變化的附加電場，稱為激發極化效應。激發極化法（或激電法）就是以巖、礦石激發極化效應的差異為基礎來解決地質問題的一類勘探方法。激電法是20世紀50年代末在我國開始研究和推廣的，早期是以直流（時間域）激電法為主，20世紀70年代初開始研究交流（頻率域）激電法———主要是變頻法，20世紀80年代初又開始對頻譜激電法進行研究，也就是研究復視電阻率隨頻率的變化———即復視電阻率的頻譜。由于該方法測量的是二次場，具有不受地形起伏和圍巖電性不均勻的影響、可測量的參數多等優點。

在實際地質應用方面，初期的激電法主要用于勘查硫化金屬礦床，后來發展到諸多領域，如氧化礦床、非金屬礦床、工程地質問題等。近年來，激電法找水效果十分顯著，被譽為“找水新法”。早在20世紀60年代，國外學者Victor Vacquier（1957）等提出了用激電二次場衰減速度找水的思想。在該思想的啟迪下，我國也開展了有關研究，并將激電場的衰減速度具體化為半衰時、衰減度、激化比等特征參數，這些參數不僅能較準確地找到各種類型的地下水資源，而且可以在同一水文地質單元內預測涌水量大小，把激電參數與地層的含水性聯系起來。目前，我國已有北京地質儀器廠、重慶地質儀器廠和山西平堯地質儀器廠生產出適合尋找地下水的儀器。

2電法應用中的幾點認識

眾所周知，物探方法是通過觀測和研究各種物理場的變化規律，來達到查明地質構造，尋找礦產資源和解決工程地質、環境檢測等目的的一種間接勘查方法。所以，我們在使用電法類方法進行水工環勘察過程中應對工區內的地質地球物理特征和技術方法的工作質量、探測精度有足夠的把握，并注意以下幾點：

（1）應堅持方法組合優化聚焦印證的原則

通過方法技術組合的優化，來實現目標物勘探的聚焦，以克服問題的多解性，盡可能準確地定性解釋，盡可能精細地描述目標物的產出特征。在水文地質勘察中，激發極化法和可控源音頻大地電磁法是首選的電法勘探方法，但物探方法的多解性是無法克服的，所以在尋找地下水資源或確定地層的含水性時，應按照聚焦原則將激發極化法和高密度電法結合起來應用，兩者既可以相互彌補技術缺陷，又可以相互印證，實現定性精細化解釋，這樣找水的成功率將會大大提高。

（2）應遵循地質地球物理小區求異的原則

在利用電阻率法找水時，高密度電阻率法無疑在確定高阻或低阻地質體方面具有優越性，但低阻現象并不代表富含地下水，可能是由于泥巖引起地層的電阻率下降。這時應按照在同一地質地球物理小區內物性求異的原則，采用激電法來區分含水地層和泥巖，因為激電二次場與巖石的孔隙有關，在純泥巖中極化率比較小，在含水砂礫巖中極化率比較大，此外二次場的衰減速度也與孔隙的大小、形狀和寬窄有關，這也正是激電法找水的機理所在。

（3）應辯證地看待電法勘察方法的準確性和精度問題

客觀地講，任何物探方法的準確性和勘察精度均受測區內地質地球物理前提、環境干擾、儀器自身精度和制造水平及解釋軟件等方面所限制，電法類勘察更是如此。地質雷達在工程地質勘察領域被公認為是短距離探測分辨率最高的首選電法類勘探方法，但不容忽視的是其探測距離與分辨率的矛盾無法克服；多次波及其他雜波，干擾嚴重，原始記錄的信雜比低，有效波的識別及其成果解譯比較困難；所獲得的被探測對象的空間信息量太少，其資料成果的解釋往往存在多解性。

3結束語

隨著微電子技術的飛速發展，物探儀器的制造水平、探測精度和抗干擾能力以及資料處理水平越來越高，電法在水工環地質勘察領域必將會有更加廣闊的應用前景。

參考文獻

[1]張勝業，潘玉玲.應用地球物理學原理[M].武漢：中國地質大學出版社，2004.

[2]馬學東，寇靜.高密度電法在普光氣田黃嶺隧道勘察中的應用[J].資源環境與工程，2007， 21（2）.