水工环地质调查电法的应用与发展

李建和

[摘要]本文就电法在水工环地质调查中的应用深入分析与思考，然后对水工环地质调查电法的应用和发展进行了论述，以供同行探讨。

[关键词]水工环 地质调查 电法

[中图分类号] P631.3 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-7-103-1

1电法概述

电法是一种超出常规的物探方法，也是一种变异性地质调查手段。这种水工环调查方法是于十九世纪初期在矿产工作中最先发现且得以普及的工作模式，至今已经有接近两百年历史了。而我国的电法勘察技术最早出现于二十世纪三十年代，经过了八十多年的不断探索与总结，无论是从工作基础、勘查技术还是使用效果等方面进行分析，其都取得了极大的进步，并成为目前水工环地质调查的主要手段与技术方法。

2常见的电法勘察技术

2.1高密度电法

高密度电法是为了解决现有工程项目中存在的岩溶、深层土壤裂层构造和采空区域中存在的隐患而基于电法基础形成的一种新型的电法调查技术，是通过准确、迅速采集地电断面中存在的各种信息和参数，从而准确的反映出地质土壤中存在的二维分子情况，这种调查方法在目前的社会发展中应用较为广泛，已成为调查地质灾害原因的主要手段和技术依据。近年来，在各种工程项目时间中经常会出现各种复杂的地质结构和不良土质现象，这些现象与隐患的存在常常都诱发较大的地质灾害发生，从而危及工程建设进度、施工质量甚至是造成施工人员人身伤亡，因此在目前的工程项目中，各企业单位对于工程地质环境的调查日益深入，如何对其产生原因进行处理分析也逐步受到人们的高度重视。尤其是在水工环地质勘察中，高密度电法的应用更为明显。这种调查方法是基于普通电法为基础和平台优化和改进形成的一种新型调查方式，在工作中常常都是利用阵列式物勘法为主，是以测点密度大、电机点数量多作为主要的工作特点，从而实现对各种数据参数的自我采集，并实现各种精确数据的提取和处理，并得到精确、完善的各种数据资源。

2.2激发极化法

在电法勘探中，当电极排列向大地供人或切断电流的瞬间，在测量电极之间总能观测到随时间而变化的附加电场，称为激发极化效应。激发极化法就是利用岩、矿石的导电性、激发极化特性差异，观测和研究人工形成的激发极化场的变化规律，进行找矿和解决其他地质问题的一组人工场源形式的勘探方法。激电法在中国的研究和推广大致经历了直流激电法、交流激电法——主要是变频法、频谱激电法三个阶段。

在电法的应用研究过程中，有关学者通过对大量的岩、矿石极化率实测数据进行统计后发现：非矿化岩石的充放电速度比矿化岩石更快，利用岩石激电效应的这种时间特性，对评价激电异常和应用激电法找水均有实际意义。

2.3瞬变电磁法

瞬变电磁法最初是由前苏联学者于20世纪30年代提出的，主要应用于航空物探领域，20世纪80-90年代在中国开始推广应用。首先在金属矿勘探中获得了较好的效果，进而推广应用到工程检测、环境、灾害等领域，并显示出了明显的优势。其原理是利用回线（接地或不接地的）向地下发送一次脉冲电磁波，在其间歇期间观测二次涡流场。当地下存在电性不均匀地质体时，能观测到不均匀体的涡流场。

2.4地质雷达（GPR）

地质雷达与探空雷达技术相似，是利用宽带高频时域电磁脉冲波的反射探测目标体，只是频率相对较低，用于解决地质问题，又称“探地雷达”。将雷达技术用于探地，早在1910年就已经提出，在随后的60年中该方法多限于对波吸收很弱的盐、冰等介质中。直到20世纪70年代以后，地质雷达才得到迅速推广应用。地质雷达是由地面的发射天线将电磁波送人地下，经地下目标体反射被地面接收天线所接收，通过分析接收到电磁波的时频、振幅特性，可以评价地质体的展布形态和性质。由于雷达穿透深度与发射的电磁波频率有关，使其穿透深度有限，但分辨率很高，可达0.05米以下。早期，地质雷达只能探测几米内的目标体，应用范围比较狭窄。此外，地质雷达与地震反射法原理相似，一些地震资料处理解释方法可以借用。目前，地质雷达探测深度最大可达100米，使之成为水文和工程地质勘察中最有效的地球物理方法。

3新技术、新仪器的应用

十年来在我国得到应用的最具代表性的新仪器和技术有：

3.1瞬变电磁法（TEM）属时间域电磁感应法

它利用接地电极或不接地回线通以脉冲电流，在地下建立起一次脉冲磁场。在一次场的激励下，地质体将产生涡流，其大小与地质体的电特性有关。在一次磁场间歇期间，该涡流将逐渐消失并在衰减过程中，产生一个衰减的二次感应电磁场。通过设备将二次场的变化接收下来，经过处理、解释可以得到与断裂带、采矿中的陷落柱及其它与水有关的地质资料。

3.2仪器系统朝多用化和轻便化的方向发展

近十年来，电磁法仪器系统发展很快。一机多能是现代地面电磁系统发展的一大特点。EMI公司推出EH-4和凤凰公司推出v-5多功能卫星同步电磁系统之后，EMI公司于1998年又开发出USEM-24多功能24位电磁成像系统，它可以用于多种电磁信号的采集。轻便、使用方便是环境物探仪器发展的另一个特点。

4新的应用领域

4.1电法已从传统的地下水普查、找水定井的应用扩大到地下水管理方面的应用勘查和保护这部分地下水格外重要

为了做好管理，必须提前了解：（1）淡水透镜体的深度；（2）透镜体的厚度和横向延伸；（3）补给量和安全出水量。在实施该开发保护计划中，利用TDEM提供了上述三条要求中的前两条所需的资料。整个TDEM的勘查费用仅占凿一口井所花费用的一小部分。

4.2利用电测深资料估算含水层参数

近几年来，国外将地面测量电性参数用于估算水文地质参数，并且取得良好的效果。通过解释，最终取得最佳拟合模型与岩性间的一致。分别计算出试验点含水层的标准电阻率和标准横向电阻率，发现标准含水层电阻率与水力传导系数密切相关；而导水系数则与标准横向电阻率相关。这里需要做一个重要的说明，即使在最好的条件下，在确立地下水的状态中电法也代替不了抽水试验。如果将二者有机地结合起来，就能得到解决问题的最佳效果。

4.3评价地质环境污染

当地质环境受到无机或有机物污染时，将引起受污染范围内介质的电阻率的变化。可利用电法仪器将场地的这种电性变化记录下来。经过资料处理和解释，就可获得与受污染位置有关的信息；如果定期对受污染场地及其周围测量，就可以得到与污染物传播途径、传播速度、相对浓度、以及污染物羽状流前沿位置等有关的信息。

5结束语

近年来，随着微电子技术的飞速发展，物探仪器的制造水平、探测精度和抗干扰能力以及资料处理水平越来越高，电法在水工环地质勘察领域必将会有更加广阔的应用前景。