張一冰 陳青

摘要：電法是一種超出常規(guī)的物探方法，也是一種變異性地質(zhì)調(diào)查手段。而地殼是由不同的巖石、礦體和各種地質(zhì)構(gòu)造所組成，它們具有不同的導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性、介電性和電化學(xué)性質(zhì)。根據(jù)這些性質(zhì)及其空間分布規(guī)律和時(shí)間特性，人們可以推斷礦體或地質(zhì)構(gòu)造的賦存狀態(tài)（形狀、大小、位置、產(chǎn)狀和埋藏深度）和物性參數(shù)等，從而達(dá)到勘探的目的。

關(guān)鍵詞：水工環(huán)；地質(zhì)勘查；電法勘察；高密度電法

一、電法概述

我國(guó)的電法勘察技術(shù)最早出現(xiàn)于二十世紀(jì)三十年代，經(jīng)過(guò)了八十多年的不斷探索與總結(jié)，無(wú)論是從工作基礎(chǔ)、勘查技術(shù)還是使用效果等方面進(jìn)行分析，其都取得了極大的進(jìn)步，并成為目前水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查的主要手段與技術(shù)方法。這種物探技術(shù)對(duì)于常規(guī)物探方法而言，其中存在著探察技術(shù)種類多、應(yīng)用范圍廣、適應(yīng)性能強(qiáng)且不受其他因素的限制的優(yōu)勢(shì)。特別是在近年來(lái)，伴隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，電法調(diào)查被廣泛的應(yīng)用在社會(huì)發(fā)展的各領(lǐng)域之中，如地質(zhì)勘查、考古、礦產(chǎn)勘測(cè)、水工環(huán)等，其在這些領(lǐng)域的工作中發(fā)揮著不可替代的重要作用與工作優(yōu)勢(shì)。

二、常見(jiàn)的電法勘察技術(shù)

電法勘探（electrical prospecting）根據(jù)地殼中各類巖石或礦體的電磁學(xué)性質(zhì)（ 如導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性、介電性）和電化學(xué)特性的差異，通過(guò)對(duì)人工或天然電場(chǎng)、電磁場(chǎng)或電化學(xué)場(chǎng)的空間分布規(guī)律和時(shí)間特性的觀測(cè)和研究，尋找不同類型有用礦床和查明地質(zhì)構(gòu)造及解決地質(zhì)問(wèn)題的地球物理勘探方法。主要用于尋找金屬、非金屬礦床、勘查地下水資源和能源、解決某些工程地質(zhì)及深部地質(zhì)問(wèn)題。地殼是由不同的巖石、礦體和各種地質(zhì)構(gòu)造所組成，它們具有不同的導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性、介電性和電化學(xué)性質(zhì)。根據(jù)這些性質(zhì)及其空間分布規(guī)律和時(shí)間特性，人們可以推斷礦體或地質(zhì)構(gòu)造的賦存狀態(tài)（形狀、大小、位置、產(chǎn)狀和埋藏深度）和物性參數(shù)等，從而達(dá)到勘探的目的。

2.1高密度電法

高密度電法是為了解決現(xiàn)有工程項(xiàng)目中存在的巖溶、深層土壤裂層構(gòu)造和采空區(qū)域中存在的隱患而基于電法基礎(chǔ)形成的一種新型的電法調(diào)查技術(shù)，是通過(guò)準(zhǔn)確、迅速采集地電斷面中存在的各種信息和參數(shù)，從而準(zhǔn)確的反映出地質(zhì)土壤中存在的二維分子情況。近年來(lái)，在各種工程項(xiàng)目時(shí)間中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和不良土質(zhì)現(xiàn)象，這些現(xiàn)象與隱患的存在常常都誘發(fā)較大的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，從而危及工程建設(shè)進(jìn)度、施工質(zhì)量甚至是造成施工人員人身傷亡，因此在目前的工程項(xiàng)目中，各企業(yè)單位對(duì)于工程地質(zhì)環(huán)境的調(diào)查日益深入，如何對(duì)其產(chǎn)生原因進(jìn)行處理分析也逐步受到人們的高度重視。尤其是在水工環(huán)地質(zhì)勘察中，高密度電法的應(yīng)用更為明顯。這種調(diào)查方法是基于普通電法為基礎(chǔ)和平臺(tái)優(yōu)化和改進(jìn)形成的一種新型調(diào)查方式，在工作中常常都是利用陣列式物勘法為主，是以測(cè)點(diǎn)密度大、電機(jī)點(diǎn)數(shù)量多作為主要的工作特點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各種數(shù)據(jù)參數(shù)的自我采集，并實(shí)現(xiàn)各種精確數(shù)據(jù)的提取和處理，并得到精確、完善的各種數(shù)據(jù)資源。

2.2激發(fā)極化法

激發(fā)極化法（induced polarization method）是根據(jù)巖石、礦石的激發(fā)極化效應(yīng)來(lái)尋找金屬和解決水文地質(zhì)、工程地質(zhì)等問(wèn)題的一組電法勘探方法。它又分為直流激發(fā)極化法（時(shí)間域法）和交流激發(fā)極化法（頻率域法（SIP））。常用的電極排列有中間梯度排列、聯(lián)合剖面排列、固定點(diǎn)電源排列、對(duì)稱四極測(cè)深排列等。也可以用使礦體直接或間接允電的辦法來(lái)圈定礦體的延展范圍和增大勘探深度。在電法勘探中，當(dāng)電極排列向大地供入或切斷電流的瞬間，在測(cè)量電極之間總能觀測(cè)到隨時(shí)間而變化的附加電場(chǎng)，稱為激發(fā)極化效應(yīng)。激發(fā)極化法就是利用巖、礦石的導(dǎo)電性、激發(fā)極化特性差異，觀測(cè)和研究人工形成的激發(fā)極化場(chǎng)的變化規(guī)律，進(jìn)行找礦和解決其他地質(zhì)問(wèn)題的一組人工場(chǎng)源形式的勘探方法。激電法在中國(guó)的研究和推廣大致經(jīng)歷了直流激電法、交流激電法———主要是變頻法、頻譜激電法三個(gè)階段。在電法的應(yīng)用研究過(guò)程中，有關(guān)學(xué)者通過(guò)對(duì)大量的巖、礦石極化率實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)：非礦化巖石的充放電速度比礦化巖石更快，利用巖石激電效應(yīng)的這種時(shí)間特性，對(duì)評(píng)價(jià)激電異常和應(yīng)用激電法找水均有實(shí)際意義。

2.3瞬變電磁法

瞬變電磁法最初是由前蘇聯(lián)學(xué)者于20世紀(jì)30年代提出的，主要應(yīng)用于航空物探領(lǐng)域，20世紀(jì)80-90年代在中國(guó)開(kāi)始推廣應(yīng)用。首先在金屬礦勘探中獲得了較好的效果，進(jìn)而推廣應(yīng)用到工程檢測(cè)、環(huán)境、災(zāi)害等領(lǐng)域，并顯示出了明顯的優(yōu)勢(shì)。其原理是利用回線（接地或不接地的）向地下發(fā)送一次脈沖電磁波，在其間歇期間觀測(cè)二次渦流場(chǎng)。當(dāng)?shù)叵麓嬖陔娦圆痪鶆虻刭|(zhì)體時(shí)，能觀測(cè)到不均勻體的渦流場(chǎng)。

2.4可控源音頻大地電磁法

可控源音頻大地電磁法是以音頻大地電磁法的基礎(chǔ)上總結(jié)建立的，是利用各項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)和接地水平電偶源為主要的信號(hào)控制手段和方式，并且在應(yīng)用的過(guò)程中通常都是以水平技術(shù)為主來(lái)進(jìn)行控制的電磁物理勘測(cè)法?？煽卦匆纛l電磁法是與二十世紀(jì)七十年代提出的一種新型的物理勘查方法，它主要是以電磁波傳輸理論為基礎(chǔ)出現(xiàn)且快速發(fā)展的探察方法，是以改變應(yīng)有探測(cè)力度和頻率來(lái)達(dá)到為工作目的勘察技術(shù)。

三、新技術(shù)、新儀器的應(yīng)用

3.1瞬變電磁法（TEM）屬時(shí)間域電磁感應(yīng)法

它利用接地電極或不接地回線通以脈沖電流，在地下建立起一次脈沖磁場(chǎng)。在一次場(chǎng)的激勵(lì)下，地質(zhì)體將產(chǎn)生渦流，其大小與地質(zhì)體的電特性有關(guān)。在一次磁場(chǎng)間歇期間，該渦流將逐漸消失并在衰減過(guò)程中，產(chǎn)生一個(gè)衰減的二次感應(yīng)電磁場(chǎng)。通過(guò)設(shè)備將二次場(chǎng)的變化接收下來(lái)，經(jīng)過(guò)處理、解釋可以得到與斷裂帶、采礦中的陷落柱及其它與水有關(guān)的地質(zhì)資料。目前，國(guó)內(nèi)外推出的儀器系列比較多，如物探所提出的WDC-2瞬變電磁系統(tǒng)，具有瞬變電磁法的全部功能，可實(shí)現(xiàn)多種形式的組合，可用于快速野外不同要求的測(cè)量。

四、新的應(yīng)用領(lǐng)域

4.1電法已從傳統(tǒng)的地下水普查、找水定井的應(yīng)用

擴(kuò)大到地下水管理方面的應(yīng)用勘查和保護(hù)這部分地下水格外重要。為了做好管理，必須提前了解：a.淡水透鏡體的深度：b.透鏡體的厚度和橫向延伸：c.補(bǔ)給量和安全出水量。在實(shí)施該開(kāi)發(fā)保護(hù)計(jì)劃中，利用TDEM提供了上述三條要求中的前兩條所需的資料。整個(gè)TDEM的勘查費(fèi)用僅占鑿一口井所花費(fèi)用的一小部分。

4.2利用電測(cè)深資料估算含水層參數(shù)

近幾年來(lái)，國(guó)外將地面測(cè)量電性參數(shù)用于估算水文地質(zhì)參數(shù)，并且取得良好的效果。通過(guò)解釋，最終取得最佳擬合模型與巖性間的一致。分別計(jì)算出試驗(yàn)點(diǎn)含水層的標(biāo)準(zhǔn)電阻率和標(biāo)準(zhǔn)橫向電阻率，發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)含水層電阻率與水力傳導(dǎo)系數(shù)密切相關(guān)：而導(dǎo)水系數(shù)則與標(biāo)準(zhǔn)橫向電阻率相關(guān)。這里需要做一個(gè)重要的說(shuō)明，即使在最好的條件下，在確立地下水的狀態(tài)中電法也代替不了抽水試驗(yàn)。如果將二者有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，就能得到解決問(wèn)題的最佳效果。

4.3評(píng)價(jià)地質(zhì)環(huán)境污染

當(dāng)?shù)刭|(zhì)環(huán)境受到無(wú)機(jī)或有機(jī)物污染時(shí)，將引起受污染范圍內(nèi)介質(zhì)的電阻率的變化。可以利用電法儀器將場(chǎng)地的這種電性變化記錄下來(lái)。經(jīng)過(guò)資料處理和解釋，就可能獲得與受污染位置有關(guān)的信息：如果定期對(duì)受污染場(chǎng)地及其周?chē)鷾y(cè)量，就可以得到與污染物傳播途徑、傳播速度、相對(duì)濃度、以及污染物羽狀流前沿位置等有關(guān)的信息。結(jié)束語(yǔ)近年來(lái)，隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，物探儀器的制造水平、探測(cè)精度和抗干擾能力以及資料處理水平越來(lái)越高，電法在水工環(huán)地質(zhì)勘察領(lǐng)域必將會(huì)有更加廣闊的應(yīng)用前景。

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