电法在水工环地质勘察应用中的几点认识

钱林丰

[摘要]电法勘探技术已经在深部构造、矿产资源、水工环地质、考古、地质灾害勘察等领域发挥重要的作用。本文仅对目前发展比较快的激发极化法、高密度电法、可控源音频大地电磁法、瞬变电磁法和地质雷达作一介绍， 并就这些方法在水工环地质勘察中的有关技术问题进行探讨。

[关键词]电法 水工环 地质勘查

[中图分类号] P631.3 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-7-160-1

0前言

随着科学技术的高速发展，涌现出了大批先进的勘查技术，从而使得水工环地质勘查的质量和效率都得到了大幅度提高，从而为社会的经济建设奠定了坚实的基础。在当前的水工环地质勘查中，电法是一种较为普遍且非常实用的勘查方法，随着电法在水工环地质勘查中的应用，使得水工环地质勘查的水平得到了大幅度提高。然而就当前电法在水工环地质勘查中应用的实际情况而言，为了进一步提高水工环地质勘查的水平，还必须要加大对电法以及水工环地质勘查的分析研究力度。

1高密度电法

高密度电法实际上是集中了电剖面法和电测深法，其原理与普通电阻率法相同，所不同的是在观测中设置了高密度的观测点，是一种阵列勘探方法。关于阵列电法勘探的思想源于20世纪70年代末期，英国人设计的电测深偏置系统就是高密度电法的最初模式，20世纪80年代中期日本借助电极转换板实现了野外高密度电法的数据采集。我国是从20世纪末期开始研究高密度电法及其应用技术，从理论方法和实际应用的角度进行了探讨并完善，现有中国地质大学、原长春地质学院、重庆的有关仪器厂家研制成了几种类型的仪器。

高密度电法野外测量时将全部电极（几十至上百根）置于剖面上，利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现剖面中不同电极距、不同电极排列方式的数据快速自动采集。与常规电阻率法相比，高密度电法具有以下优点：

（1）电极布置一次性完成，不仅减少了因电极设置引起的故障和干扰，并且提高了效率；

（2）能够选用多种电极排列方式进行测量，可以获得丰富的有关地电断面的信息；

（3）野外数据采集实现了自动化或半自动化，提高了数据采集速度，避免了手工误操作。此外，随着地球物理反演方法的发展，高密度电法资料的电阻率成像技术也从一维和二维发展到三维，极大地提高了地电资料的解释精度。

激发极化法：

在电法勘探中，当电极排列向大地供入或切断电流的瞬间，在测量电极之间总能观测到随时间缓慢变化的附加电场，称为激发极化效应。激发极化法（或激电法）就是以岩、矿石激发极化效应的差异为基础来解决地质问题的一类勘探方法。激电法是20世纪50年代末在我国开始研究和推广的，早期是以直流（时间域）激电法为主，20世纪70年代初开始研究交流（频率域）激电法———主要是变频法，20世纪80年代初又开始对频谱激电法进行研究，也就是研究复视电阻率随频率的变化———即复视电阻率的频谱。由于该方法测量的是二次场，具有不受地形起伏和围岩电性不均匀的影响、可测量的参数多等优点。

在实际地质应用方面，初期的激电法主要用于勘查硫化金属矿床，后来发展到诸多领域，如氧化矿床、非金属矿床、工程地质问题等。近年来，激电法找水效果十分显著，被誉为“找水新法”。早在20世纪60年代，国外学者Victor Vacquier（1957）等提出了用激电二次场衰减速度找水的思想。在该思想的启迪下，我国也开展了有关研究，并将激电场的衰减速度具体化为半衰时、衰减度、激化比等特征参数，这些参数不仅能较准确地找到各种类型的地下水资源，而且可以在同一水文地质单元内预测涌水量大小，把激电参数与地层的含水性联系起来。目前，我国已有北京地质仪器厂、重庆地质仪器厂和山西平尧地质仪器厂生产出适合寻找地下水的仪器。

2电法应用中的几点认识

众所周知，物探方法是通过观测和研究各种物理场的变化规律，来达到查明地质构造，寻找矿产资源和解决工程地质、环境检测等目的的一种间接勘查方法。所以，我们在使用电法类方法进行水工环勘察过程中应对工区内的地质地球物理特征和技术方法的工作质量、探测精度有足够的把握，并注意以下几点：

（1）应坚持方法组合优化聚焦印证的原则

通过方法技术组合的优化，来实现目标物勘探的聚焦，以克服问题的多解性，尽可能准确地定性解释，尽可能精细地描述目标物的产出特征。在水文地质勘察中，激发极化法和可控源音频大地电磁法是首选的电法勘探方法，但物探方法的多解性是无法克服的，所以在寻找地下水资源或确定地层的含水性时，应按照聚焦原则将激发极化法和高密度电法结合起来应用，两者既可以相互弥补技术缺陷，又可以相互印证，实现定性精细化解释，这样找水的成功率将会大大提高。

（2）应遵循地质地球物理小区求异的原则

在利用电阻率法找水时，高密度电阻率法无疑在确定高阻或低阻地质体方面具有优越性，但低阻现象并不代表富含地下水，可能是由于泥岩引起地层的电阻率下降。这时应按照在同一地质地球物理小区内物性求异的原则，采用激电法来区分含水地层和泥岩，因为激电二次场与岩石的孔隙有关，在纯泥岩中极化率比较小，在含水砂砾岩中极化率比较大，此外二次场的衰减速度也与孔隙的大小、形状和宽窄有关，这也正是激电法找水的机理所在。

（3）应辩证地看待电法勘察方法的准确性和精度问题

客观地讲，任何物探方法的准确性和勘察精度均受测区内地质地球物理前提、环境干扰、仪器自身精度和制造水平及解释软件等方面所限制，电法类勘察更是如此。地质雷达在工程地质勘察领域被公认为是短距离探测分辨率最高的首选电法类勘探方法，但不容忽视的是其探测距离与分辨率的矛盾无法克服；多次波及其他杂波，干扰严重，原始记录的信杂比低，有效波的识别及其成果解译比较困难；所获得的被探测对象的空间信息量太少，其资料成果的解释往往存在多解性。

3结束语

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。

参考文献

[1]张胜业，潘玉玲.应用地球物理学原理[M].武汉：中国地质大学出版社，2004.

[2]马学东，寇静.高密度电法在普光气田黄岭隧道勘察中的应用[J].资源环境与工程，2007， 21（2）.