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        電法在水工環(huán)地質(zhì)勘察應(yīng)用中的幾點認識

        2014-07-07 02:51:00錢林豐
        地球 2014年7期
        關(guān)鍵詞:激發(fā)極化電法水工

        錢林豐

        [摘要]電法勘探技術(shù)已經(jīng)在深部構(gòu)造、礦產(chǎn)資源、水工環(huán)地質(zhì)、考古、地質(zhì)災(zāi)害勘察等領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。本文僅對目前發(fā)展比較快的激發(fā)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(zhì)雷達作一介紹, 并就這些方法在水工環(huán)地質(zhì)勘察中的有關(guān)技術(shù)問題進行探討。

        [關(guān)鍵詞]電法 水工環(huán) 地質(zhì)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(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,涌現(xiàn)出了大批先進的勘查技術(shù),從而使得水工環(huán)地質(zhì)勘查的質(zhì)量和效率都得到了大幅度提高,從而為社會的經(jīng)濟建設(shè)奠定了堅實的基礎(chǔ)。在當(dāng)前的水工環(huán)地質(zhì)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(huán)地質(zhì)勘查中的應(yīng)用,使得水工環(huán)地質(zhì)勘查的水平得到了大幅度提高。然而就當(dāng)前電法在水工環(huán)地質(zhì)勘查中應(yīng)用的實際情況而言,為了進一步提高水工環(huán)地質(zhì)勘查的水平,還必須要加大對電法以及水工環(huán)地質(zhì)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(shè)置了高密度的觀測點,是一種陣列勘探方法。關(guān)于陣列電法勘探的思想源于20世紀70年代末期,英國人設(shè)計的電測深偏置系統(tǒng)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(zhuǎn)換板實現(xiàn)了野外高密度電法的數(shù)據(jù)采集。我國是從20世紀末期開始研究高密度電法及其應(yīng)用技術(shù),從理論方法和實際應(yīng)用的角度進行了探討并完善,現(xiàn)有中國地質(zhì)大學(xué)、原長春地質(zhì)學(xué)院、重慶的有關(guān)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(zhuǎn)換開關(guān)和微機工程電測儀便可實現(xiàn)剖面中不同電極距、不同電極排列方式的數(shù)據(jù)快速自動采集。與常規(guī)電阻率法相比,高密度電法具有以下優(yōu)點:

        (1)電極布置一次性完成,不僅減少了因電極設(shè)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(guān)地電斷面的信息;

        (3)野外數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)了自動化或半自動化,提高了數(shù)據(jù)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(fā)展,高密度電法資料的電阻率成像技術(shù)也從一維和二維發(fā)展到三維,極大地提高了地電資料的解釋精度。

        激發(fā)極化法:

        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(fā)極化效應(yīng)。激發(fā)極化法(或激電法)就是以巖、礦石激發(fā)極化效應(yīng)的差異為基礎(chǔ)來解決地質(zhì)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(fù)視電阻率隨頻率的變化———即復(fù)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(shù)多等優(yōu)點。

        在實際地質(zhì)應(yīng)用方面,初期的激電法主要用于勘查硫化金屬礦床,后來發(fā)展到諸多領(lǐng)域,如氧化礦床、非金屬礦床、工程地質(zhì)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(xué)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(guān)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(shù),這些參數(shù)不僅能較準(zhǔn)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(zhì)單元內(nèi)預(yù)測涌水量大小,把激電參數(shù)與地層的含水性聯(lián)系起來。目前,我國已有北京地質(zhì)儀器廠、重慶地質(zhì)儀器廠和山西平堯地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)出適合尋找地下水的儀器。

        2電法應(yīng)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(guī)律,來達到查明地質(zhì)構(gòu)造,尋找礦產(chǎn)資源和解決工程地質(zhì)、環(huán)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(huán)勘察過程中應(yīng)對工區(qū)內(nèi)的地質(zhì)地球物理特征和技術(shù)方法的工作質(zhì)量、探測精度有足夠的把握,并注意以下幾點:

        (1)應(yīng)堅持方法組合優(yōu)化聚焦印證的原則

        通過方法技術(shù)組合的優(yōu)化,來實現(xiàn)目標(biāo)物勘探的聚焦,以克服問題的多解性,盡可能準(zhǔn)確地定性解釋,盡可能精細地描述目標(biāo)物的產(chǎn)出特征。在水文地質(zhì)勘察中,激發(fā)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(yīng)按照聚焦原則將激發(fā)極化法和高密度電法結(jié)合起來應(yīng)用,兩者既可以相互彌補技術(shù)缺陷,又可以相互印證,實現(xiàn)定性精細化解釋,這樣找水的成功率將會大大提高。

        (2)應(yīng)遵循地質(zhì)地球物理小區(qū)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(zhì)體方面具有優(yōu)越性,但低阻現(xiàn)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(yīng)按照在同一地質(zhì)地球物理小區(qū)內(nèi)物性求異的原則,采用激電法來區(qū)分含水地層和泥巖,因為激電二次場與巖石的孔隙有關(guān),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(guān),這也正是激電法找水的機理所在。

        (3)應(yīng)辯證地看待電法勘察方法的準(zhǔn)確性和精度問題

        客觀地講,任何物探方法的準(zhǔn)確性和勘察精度均受測區(qū)內(nèi)地質(zhì)地球物理前提、環(huán)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(zhì)雷達在工程地質(zhì)勘察領(lǐng)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(jié)束語

        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(zhì)勘察領(lǐng)域必將會有更加廣闊的應(yīng)用前景。

        參考文獻

        [1]張勝業(yè),潘玉玲.應(yīng)用地球物理學(xué)原理[M].武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社,2004.

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

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