天然电场选频法在寻找地下水中的应用

天然电场选频法在寻找地下水中的应用

牛合香

水赋存情况的一种物探方法，与常规物探方法相比，具有快速、信息丰富、独特的地

质效果。配合激电测深法，成井率较高。

【关键词】天然电场选频法；地下水；应用Applicationofnaturalelectric

field'schoosingmethodforundergroundaquatic

NiuHe-xiang

(HenanEarthphysicsengineeringinreconnoitres

instituteZhengzhouHenan450053)

【Abstract】Naturalelectricfield'schoosingmethodisakindofthing

thatinvestigatesgroundwatertoendowwithtosaveacircumstanceto

exploreamethodandexploreamethodwithnormalregulationsthingto

coMPareandhavequickly,informationabundantandspecialgeologyeffect.

Thematcharousesanelectricitytomeasureadeepmethodandbecomea

wellratehigher.

【Keywords】Naturalelectricfieldchoosemethod;Groundwater;

Application天然电场选频物探法简称天然电场选频法或选频法，是利用大地电磁场

作为工作场源，以地下岩矿石电阻率差异为基础，在地面上测量大地电磁场产生的几

个不同频率的电场分量的变化规律来研究地下地电断面的电性变化，达到解决地质问

题的一种交流电勘探方法。因为该方法测量的电场是大地电磁场的电场分量，所以称

天然电场；又因为测量时选择了几个低频电场分量作为测量参数，即进行了选频，故

总称天然电场选频法。

研究地下地电断面的电性差异，以达到探测地下洞穴、岩溶及基岩列隙构造的一种新

兴物探方法。该方法设备轻便，工作方法简单，获取信息量大，资料直观易解释，工

作效率高，适应于普查工作。

1.基本原理

天然电场选频法场源为大地电磁场及交变电磁场,在距离场源很远的地面所分布

的场,可视为一平面波，其方向近似垂直于地面，场的变化规律服从麦克斯韦方程组

。通过对普通型波动方程求解，可以导出波阻抗与介质交流电阻率的关系：

s=15f(ExHy)2（1）

式中：s表示交流电阻率（Ω·m）；f为工作频率（Hz）；Ex和Hy分别为电场分量

和磁场分量；ExHy为波阻抗。这里不考虑Ex和Hy之间的相位差。

根据平面电磁波在地层中传播时的衰减特征，电磁波在介质中穿透深度公式为

δ=503.3ρf（2）

式中δ为穿透深度（m）。由（2）式可知，电磁波的穿透深度与频率、电阻率有关。

当频率一定，电阻率越高穿透深度越大；当电阻率一定，频率越低穿透深度越大。因

此，通过改变工作频率可达到改变探测深度的目的。由于在同一地区小范围内磁场分

量基本稳定，可视为一常数，因而可以利用电场分量与电阻率的定性关系判断地质体

的高、低阻特征。

仪器测量工作频率选用的是具有大地电磁场特征的频率。大地电磁场的频谱是相

当宽的，从0.001Hz到106Hz之间。但根据实际的地质问题需要，选用15.7～2520

（Hz）10个频点的工作频率，频率间隔在对数坐标纸上均匀分布，达到探测不同深度

的目的。实践得知：由理论公式计算的深度比实际深度大，所以要乘以一个改正系数

，一般取1/2～1/3。

天然电场选频法主要用于寻找基岩构造、基岩裂隙、洞穴、岩溶的测量以及文物

勘探中探测墓穴遗址等。垂直构造的走向布线，沿测线移动测量。

2.应用实例及效果

2.1断层破碎带裂隙水。舞钢某乡位于舞钢市南部。测区地层为：经实地察勘并据区

域地质资料，测区上部地层主要由第四系地层组成，由粉质粘土夹结核、泥卵石等组

成；基岩为石英砂岩。埋深9～12m。

区内断裂构造发育情况不明，用天然场选频法进行扫面工作，在测区内布置了5条近

南北向剖面。选用两个工作频率，MN和点距为10米，沿测线进行观测。5条剖面中的

高电位在平面上呈北东向的条带状展布，最大值为0.2mv，最小值为0.01mv，宽度为

10m左右。结合区内水文地质情况分析认为，△V曲线上高电位段和低电位段分别由地

下第四系粗砂和石英砂岩所引起。推断地下可能有一条小隐伏断裂构造存在。天然电

场选频法3号剖面异常曲线见图1。

在3号测线异常点上布置了激电测深点1个，电阻率曲线在AB/2=75～90m低阻异常，视

极化率、激发比(下转第79页)

(上接第69页)

数值较高。经钻探验证，该孔在76-86m、95-106m之间，岩石破碎，裂隙较发育。经

抽水实验水量为25t/h。电测深曲线见图2。

图1天然电场选频法3号剖面曲线图2电测深异常曲线2.2岩溶裂隙水。宝丰县某

基地位于宝丰县城西南侧。测区上部地层为第四系粉质粘土等；下伏基岩为寒武系中

统毛庄组泥质灰岩、砂质页岩及粉砂岩；寒武系中统（八段）条带状灰岩；寒武系中

统（七段）泥质灰岩与白云质灰岩互层。

在该区进行天然电场选频法找水，布置了2条互相平行的东西向剖面，测量点距

20m，工作频率为23.6Hz和129Hz。2条剖面线上天然电场选频曲线在30~40号测点左

右出现低电位异常。分析认为所观测到的物探异常为一北西向的基岩断裂构造带或岩

溶裂隙发育带所引起的。在1号测线异常段上布置了激电测深3个，电阻率曲线在

AB/2=60～75m、120～150m、180～210m为低阻异常，而视极化率、激发比数值较高。

结合地质、水文地质资料，在1剖面异常点处设计井位一眼，钻探240米，上部0~20米

为第四系粉质粘土，下部20~240米为寒武系灰岩和泥灰岩，其中80~90m、150～180m

岩芯破碎，节理裂隙发育，有溶蚀现象，成井后抽水试验，静水位50米，出水量

80t/h。

3.结论

通过本人多年的找水工作和研究，在地下水勘察工作中，天然电场选频法配合常规物

探，快速高效、信息丰富等特点，成井率较高。

(上接第69页)

数值较高。经钻探验证，该孔在76-86m、95-106m之间，岩石破碎，裂隙较发育。经抽水实验水量为25t/h。电测深曲线见图2。

图1天然电场选频法3号剖面曲线图2电测深异常曲线2.2岩溶裂隙水。宝丰县某基地位于宝丰县城西南侧。测区上部地层为第四系粉质粘土等；下伏基岩为寒武系中统毛庄组泥质灰岩、砂质页岩及粉砂岩；寒武系中统（八段）条带状灰岩；寒武系中统（七段）泥质灰岩与白云质灰岩互层。

在该区进行天然电场选频法找水，布置了2条互相平行的东西向剖面，测量点距20m，工作频率为23.6Hz和129Hz。2条剖面线上天然电场选频曲线在30~40号测点左右出现低电位异常。分析认为所观测到的物探异常为一北西向的基岩断裂构造带或岩溶裂隙发育带所引起的。在1号测线异常段上布置了激电测深3个，电阻率曲线在AB/2=60～75m、120～150m、180～210m为低阻异常，而视极化率、激发比数值较高。结合地质、水文地质资料，在1剖面异常点处设计井位一眼，钻探240米，上部0~20米为第四系粉质粘土，下部20~240米为寒武系灰岩和泥灰岩，其中80~90m、150～180m岩芯破碎，节理裂隙发育，有溶蚀现象，成井后抽水试验，静水位50米，出水量80t/h。

3.结论

通过本人多年的找水工作和研究，在地下水勘察工作中，天然电场选频法配合常规物探，快速高效、信息丰富等特点，成井率较高。