李建和

[摘要]本文就電法在水工環(huán)地質調查中的應用深入分析與思考，然后對水工環(huán)地質調查電法的應用和發(fā)展進行了論述，以供同行探討。

[關鍵詞]水工環(huán) 地質調查 電法

[中圖分類號] P631.3 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2014）-7-103-1

1電法概述

電法是一種超出常規(guī)的物探方法，也是一種變異性地質調查手段。這種水工環(huán)調查方法是于十九世紀初期在礦產工作中最先發(fā)現且得以普及的工作模式，至今已經有接近兩百年歷史了。而我國的電法勘察技術最早出現于二十世紀三十年代，經過了八十多年的不斷探索與總結，無論是從工作基礎、勘查技術還是使用效果等方面進行分析，其都取得了極大的進步，并成為目前水工環(huán)地質調查的主要手段與技術方法。

2常見的電法勘察技術

2.1高密度電法

高密度電法是為了解決現有工程項目中存在的巖溶、深層土壤裂層構造和采空區(qū)域中存在的隱患而基于電法基礎形成的一種新型的電法調查技術，是通過準確、迅速采集地電斷面中存在的各種信息和參數，從而準確的反映出地質土壤中存在的二維分子情況，這種調查方法在目前的社會發(fā)展中應用較為廣泛，已成為調查地質災害原因的主要手段和技術依據。近年來，在各種工程項目時間中經常會出現各種復雜的地質結構和不良土質現象，這些現象與隱患的存在常常都誘發(fā)較大的地質災害發(fā)生，從而危及工程建設進度、施工質量甚至是造成施工人員人身傷亡，因此在目前的工程項目中，各企業(yè)單位對于工程地質環(huán)境的調查日益深入，如何對其產生原因進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)地質勘察中，高密度電法的應用更為明顯。這種調查方法是基于普通電法為基礎和平臺優(yōu)化和改進形成的一種新型調查方式，在工作中常常都是利用陣列式物勘法為主，是以測點密度大、電機點數量多作為主要的工作特點，從而實現對各種數據參數的自我采集，并實現各種精確數據的提取和處理，并得到精確、完善的各種數據資源。

2.2激發(fā)極化法

在電法勘探中，當電極排列向大地供人或切斷電流的瞬間，在測量電極之間總能觀測到隨時間而變化的附加電場，稱為激發(fā)極化效應。激發(fā)極化法就是利用巖、礦石的導電性、激發(fā)極化特性差異，觀測和研究人工形成的激發(fā)極化場的變化規(guī)律，進行找礦和解決其他地質問題的一組人工場源形式的勘探方法。激電法在中國的研究和推廣大致經歷了直流激電法、交流激電法——主要是變頻法、頻譜激電法三個階段。

在電法的應用研究過程中，有關學者通過對大量的巖、礦石極化率實測數據進行統(tǒng)計后發(fā)現：非礦化巖石的充放電速度比礦化巖石更快，利用巖石激電效應的這種時間特性，對評價激電異常和應用激電法找水均有實際意義。

2.3瞬變電磁法

瞬變電磁法最初是由前蘇聯學者于20世紀30年代提出的，主要應用于航空物探領域，20世紀80-90年代在中國開始推廣應用。首先在金屬礦勘探中獲得了較好的效果，進而推廣應用到工程檢測、環(huán)境、災害等領域，并顯示出了明顯的優(yōu)勢。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，在其間歇期間觀測二次渦流場。當地下存在電性不均勻地質體時，能觀測到不均勻體的渦流場。

2.4地質雷達（GPR）

地質雷達與探空雷達技術相似，是利用寬帶高頻時域電磁脈沖波的反射探測目標體，只是頻率相對較低，用于解決地質問題，又稱“探地雷達”。將雷達技術用于探地，早在1910年就已經提出，在隨后的60年中該方法多限于對波吸收很弱的鹽、冰等介質中。直到20世紀70年代以后，地質雷達才得到迅速推廣應用。地質雷達是由地面的發(fā)射天線將電磁波送人地下，經地下目標體反射被地面接收天線所接收，通過分析接收到電磁波的時頻、振幅特性，可以評價地質體的展布形態(tài)和性質。由于雷達穿透深度與發(fā)射的電磁波頻率有關，使其穿透深度有限，但分辨率很高，可達0.05米以下。早期，地質雷達只能探測幾米內的目標體，應用范圍比較狹窄。此外，地質雷達與地震反射法原理相似，一些地震資料處理解釋方法可以借用。目前，地質雷達探測深度最大可達100米，使之成為水文和工程地質勘察中最有效的地球物理方法。

3新技術、新儀器的應用

十年來在我國得到應用的最具代表性的新儀器和技術有：

3.1瞬變電磁法（TEM）屬時間域電磁感應法

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。在一次場的激勵下，地質體將產生渦流，其大小與地質體的電特性有關。在一次磁場間歇期間，該渦流將逐漸消失并在衰減過程中，產生一個衰減的二次感應電磁場。通過設備將二次場的變化接收下來，經過處理、解釋可以得到與斷裂帶、采礦中的陷落柱及其它與水有關的地質資料。

3.2儀器系統(tǒng)朝多用化和輕便化的方向發(fā)展

近十年來，電磁法儀器系統(tǒng)發(fā)展很快。一機多能是現代地面電磁系統(tǒng)發(fā)展的一大特點。EMI公司推出EH-4和鳳凰公司推出v-5多功能衛(wèi)星同步電磁系統(tǒng)之后，EMI公司于1998年又開發(fā)出USEM-24多功能24位電磁成像系統(tǒng)，它可以用于多種電磁信號的采集。輕便、使用方便是環(huán)境物探儀器發(fā)展的另一個特點。

4新的應用領域

4.1電法已從傳統(tǒng)的地下水普查、找水定井的應用擴大到地下水管理方面的應用勘查和保護這部分地下水格外重要

為了做好管理，必須提前了解：（1）淡水透鏡體的深度；（2）透鏡體的厚度和橫向延伸；（3）補給量和安全出水量。在實施該開發(fā)保護計劃中，利用TDEM提供了上述三條要求中的前兩條所需的資料。整個TDEM的勘查費用僅占鑿一口井所花費用的一小部分。

4.2利用電測深資料估算含水層參數

近幾年來，國外將地面測量電性參數用于估算水文地質參數，并且取得良好的效果。通過解釋，最終取得最佳擬合模型與巖性間的一致。分別計算出試驗點含水層的標準電阻率和標準橫向電阻率，發(fā)現標準含水層電阻率與水力傳導系數密切相關；而導水系數則與標準橫向電阻率相關。這里需要做一個重要的說明，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。如果將二者有機地結合起來，就能得到解決問題的最佳效果。

4.3評價地質環(huán)境污染

當地質環(huán)境受到無機或有機物污染時，將引起受污染范圍內介質的電阻率的變化。可利用電法儀器將場地的這種電性變化記錄下來。經過資料處理和解釋，就可獲得與受污染位置有關的信息；如果定期對受污染場地及其周圍測量，就可以得到與污染物傳播途徑、傳播速度、相對濃度、以及污染物羽狀流前沿位置等有關的信息。

5結束語

近年來，隨著微電子技術的飛速發(fā)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(huán)地質勘察領域必將會有更加廣闊的應用前景。