吳廣宇

摘 要：電法勘探是一種利用地下水文、巖石和礦體的電化學(xué)或電磁學(xué)的差異性進(jìn)行地質(zhì)勘察的方法。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，電法勘探發(fā)展為高密度電法、可控源音頻大地電磁法（CSAMT）、瞬變電磁法（TEM）和地質(zhì)雷達(dá)法（GPR）等多種電法勘探技術(shù)。電法勘探以其適應(yīng)性強(qiáng)、種類(lèi)多和勘察效果好的特點(diǎn)被廣泛的應(yīng)用在水文地質(zhì)勘察行業(yè)，并得到業(yè)內(nèi)的廣泛認(rèn)可。本文對(duì)電法勘探的幾種常見(jiàn)方法及其優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了分析和討論。

關(guān)鍵詞：電法勘探；技術(shù)；地質(zhì)勘察

電法勘探的原理是利用自然電場(chǎng)或者人工電場(chǎng)、磁場(chǎng)或電化學(xué)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)分析被測(cè)對(duì)象的磁性、電性、介電性和電化學(xué)分布規(guī)律進(jìn)行地質(zhì)勘察的。在1835年，英國(guó)科學(xué)家?？怂梗≒.Fox）首次在硫化銅礦床發(fā)現(xiàn)了自然電場(chǎng)，人們初次利用自然電場(chǎng)法進(jìn)行地質(zhì)勘察。在19世紀(jì)末科學(xué)家提出采用電阻率人工場(chǎng)源法進(jìn)行地質(zhì)勘察的方法，后來(lái)發(fā)展為聯(lián)合剖面法、四極法、電測(cè)深法和偶極剖面法等多個(gè)分支方法。電磁感應(yīng)法于1917年被科學(xué)家提出，并在1925年成功應(yīng)用在地質(zhì)勘察中。在1920年，科研工作者經(jīng)過(guò)深入研究提出采用激發(fā)極化效應(yīng)進(jìn)行地質(zhì)勘察的電化學(xué)方法。

到20世紀(jì)30年代電法勘探技術(shù)引入我國(guó)，我國(guó)的電法勘探技術(shù)、基礎(chǔ)理論和應(yīng)用效果經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展取得巨大的進(jìn)步，我國(guó)目前常用的電法勘探技術(shù)有：充電法、電阻率法、大地電磁測(cè)深罰、激發(fā)極化法、電磁感應(yīng)法和自然電場(chǎng)法等。

限于篇幅，本文僅對(duì)高密度電法、可控源音頻大地電磁法（CSAMT）、瞬變電磁法（TEM）和地質(zhì)雷達(dá)法（GPR）這四種主要的電法勘探技術(shù)進(jìn)行分析與闡述。

1 電法勘探技術(shù)及其優(yōu)點(diǎn)

1.1 高密度電法

高密度電法實(shí)際就是高密度電阻率法，與電阻率法的不同點(diǎn)是在勘探中的觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)密度較高，屬于陣列勘探法的一種。英國(guó)科學(xué)家于20世紀(jì)70年代末首次利用陣列電法勘探思想設(shè)計(jì)出電測(cè)深偏置系統(tǒng)，電測(cè)深偏置系統(tǒng)為最初的高密度電法模型。

高密度電法集成了電測(cè)深法和電剖面法兩種方法，進(jìn)行測(cè)量時(shí)需將數(shù)十根和上百根的測(cè)量電極布設(shè)在測(cè)量剖面上，然后利用電極轉(zhuǎn)換板和微機(jī)電測(cè)儀進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。高密度電法成像圖主要為二維的地電斷面圖，隨著技術(shù)的發(fā)展高密度電法也可以進(jìn)行三維成像，大大的提高了地電斷面測(cè)量的精度。

高密度電法具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）高密度電法的電極為一次性布設(shè)完成，減少了電極布設(shè)引起的測(cè)量誤差和干擾，便于野外數(shù)據(jù)的自動(dòng)和快速的采集。

2）可以對(duì)電極的排列方式進(jìn)行組合，可以得到不同的地電斷面掃描圖，能夠較完整的反映出地電斷面的結(jié)構(gòu)特征。

3）實(shí)現(xiàn)了野外數(shù)據(jù)的半自動(dòng)和全自動(dòng)化的采集，并且測(cè)量的速度很快，極大的提高了工作效率。

4）可以對(duì)測(cè)量對(duì)象進(jìn)行二維的或三維的成像和自動(dòng)繪圖，大大的提高了地電斷面測(cè)量的精度。

5）相比電阻率法具有成像精度高、成本低、測(cè)量速度快和勘探能力強(qiáng)的特點(diǎn)。

因此，在含水破碎帶、采空區(qū)、溶洞和金屬礦藏等電差異性較大的區(qū)域均可以采用高密度電法進(jìn)行勘察。

1.2 可控源音頻大地電磁法

可控源音頻大地電磁法（CSAMT）是一種可控源頻率探測(cè)技術(shù)，是在音頻大地電磁法（AMT）和大地電磁法（MT）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的?？煽卦匆纛l大地電磁法的測(cè)量原理是通過(guò)麥克斯韋方程和電磁波傳播方程建立電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電磁波之間關(guān)系的方程組，計(jì)算探測(cè)深度和頻率之間的比例關(guān)系。通過(guò)調(diào)整可控源的頻率可以改變電磁波的探深，從而達(dá)到頻率探測(cè)的目的。

可控源音頻大地電磁法的測(cè)量方法為：在相隔約2km的測(cè)量地點(diǎn)布設(shè)兩個(gè)電偶極源，這樣場(chǎng)源將近似成為一個(gè)平面波，然后可對(duì)電偶極源傳播到地下的電磁分量進(jìn)行測(cè)量。可控源音頻大地電磁法的探測(cè)深度可達(dá)2km，同時(shí)還可以對(duì)被測(cè)對(duì)象的剖面進(jìn)行探測(cè)。

可控源音頻大地電磁法的優(yōu)點(diǎn)為：

1）使用人工場(chǎng)源，不但可以控制場(chǎng)源頻率還可以減少外界的干擾。

2）可以控制探測(cè)的頻率和深度，可同時(shí)進(jìn)行多點(diǎn)的電磁探測(cè)，大大的提高了工作效率。

3）探測(cè)深度大，一般可以進(jìn)行2km深度的探測(cè)。

4）分辨率高，可以有效的對(duì)斷層進(jìn)行掃描。

5）屏蔽效應(yīng)低，電磁波可以有效穿透高阻屏蔽層，不影響測(cè)量。

可控源音頻大地電磁法可以應(yīng)用于深層的地質(zhì)勘察，如：油氣構(gòu)造、地下煤、地下金屬礦、地下水和地?zé)岬确矫娴目辈臁?/p>

1.3 瞬變電磁法

瞬變電磁法的測(cè)量原理為電磁感應(yīng)定律。測(cè)量方法為：不接地在空中布設(shè)可以發(fā)射一定波形電磁場(chǎng)的發(fā)射線圈，通過(guò)發(fā)射線圈向地下發(fā)射一次電磁場(chǎng)，地下導(dǎo)電礦體產(chǎn)生感應(yīng)電流，斷電后測(cè)量感應(yīng)電磁場(chǎng)隨時(shí)間的衰減變化。瞬變電磁法屬于二次場(chǎng)檢測(cè)，避免了一次場(chǎng)偶合噪聲的影響，具有分辨率高、體積效應(yīng)小、受旁測(cè)地質(zhì)影響小、低阻反映靈敏和探測(cè)深度深的優(yōu)點(diǎn)。

1.4 地質(zhì)雷達(dá)

地質(zhì)雷達(dá)（Ground Penetrating Radar）的測(cè)量原理是：利用發(fā)射器發(fā)射寬帶高頻時(shí)域電磁脈沖，當(dāng)脈沖遇到探測(cè)目標(biāo)后會(huì)反射回地面，然后被接收天線接收。通過(guò)對(duì)反射電磁波的振幅、頻率等特征進(jìn)行分析可以得到被測(cè)目標(biāo)的性質(zhì)和形態(tài)。地質(zhì)雷達(dá)的分辨率可達(dá)0.05米以下，但是探測(cè)深度最多可達(dá)100米，主要應(yīng)用于淺層地質(zhì)勘察。

2 結(jié)語(yǔ)

除了本文介紹的電法勘探技術(shù)還有激發(fā)極化法、自然電場(chǎng)法、充電法和大地電磁場(chǎng)法等多種電法勘探技術(shù)。電法勘探技術(shù)是地球物理學(xué)中適應(yīng)性最強(qiáng)、種類(lèi)最大和應(yīng)用最廣的方法，逐漸滲透到多種領(lǐng)域的檢測(cè)勘察當(dāng)中?？辈旃ぷ髡邞?yīng)對(duì)每種電法勘探技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)和了解，根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境恰當(dāng)?shù)倪x擇勘探方法，以取得可靠、準(zhǔn)確和詳細(xì)的水文地質(zhì)資料。

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