谈水工环地质调查电法的应用与发展

谈水工环地质调查电法的应用与发展

陈军华任莉

陈军华任莉

湖北省地质局第七地质大队湖北襄阳441000

摘要：我国地球物理勘查方法，经过几十年的发展，至今已成为地质工作中区域地质调查，矿产资源勘查等多领域的主要勘测手段。电法勘查方法是其中既为传统的又为发展蠕变较快的一种。本文分析了水工环地质调查电法勘探技术的现状与应用要点，并对其发展进行了探讨。

关键词：水工环；电法；高密度电法

一、电法勘探技术的现状

电法勘探是以岩土、矿石的导电性为基础，通过观测分析电场分布变化规律来解决地质问题的一种地球物理勘探方法。

电法勘探技术的应用可以追溯到19世纪初，至今已有100多年的历史。我国电法勘探始于20世纪30年代，经过70余年的发展，我国的电法勘探无论在基础理论、方法技术和应用效果等方面都取得了巨大的进展，使电法成为应用地球物理学中方法种类最多、应用面最广、适应性最强的一门分支学科。同时，经过广大地球物理工作者不懈努力，在深部构造、矿产资源、水文及工程地质、考古、环竟地质、灾害地质等领域，电法勘探已经和正在发挥着重要作用。

电法勘探的方法有多种。按场源性质分类,有人工场法（主动源法）、天然场法（被动源法）；按地质目标分类，有金属与非金属矿电法、石油与天然气电法、水文与工程电法、煤田电法;按观测空间分类,有航空电法、地面电法、地下电法；按电磁场的时间特性分类，有直流电法（时间域电法）、交流电法（频率域电法）、过渡过程法（脉冲瞬变场法）；按产生异常电磁场的原因分类，有传导类电法、感应类电法；按观测内容分类，有纯异常场法、综合场法。中国常用的电法勘探方法有电阻率法、充电法、激发极化法、自然电场法、大地电磁测深法和电磁感应法等。

二、水工环地质调查电法的应用要点

（一）认真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。

（二）应着力解决提高分辨率和探测深度相互矛盾的问题

在物探方法中,提高“分辨率”和解决“大探测深度”问题是相互矛盾的。就目前的电法勘察方法而言,解决这两个问题只能是相对的。一方面,高密度电法由于其高效率、深探测和精确的地电剖面成像,成为水文和工程地质勘察中最有效的方法。但该方法的分辨率不高,在具体的应用中可以结合其他电法勘探、电测井等方法,达到精细地质解释的目的。另一方面,瞬变电磁法在水工环地质勘察中有着广泛的应用,尤其是大功率瞬变电磁仪不仅可以在深部勘察中发挥作用,还具有较高的分辨能力;如果与高密度电法结合使用,有望解决深部精细地质勘察问题。

三、水工环地质调查电法的发展

电法勘探在整个水工环地质调查中占有重要的地位。目前勘探的水平仍不高，比如勘探深度、地电断面横向和垂向的分辨能力、压制干扰的能力及定量解释的精度都有待提高。至于电性参数的运用也比较局限。因此电法勘探的发展方向是：研究电法勘探的新理论、新参数、新仪器及方法。

（一）新技术方法的发展

1、高密度电法

高密度电法对地下地电结构具有高分辨率，是研究浅层地质结构行之有效的方法。随着深部找矿等深部勘探工作的巨大需求，大功率、大探测深度、多参数测量和一机多能是高密度电法仪器今后发展的主要方向。高密度电法施工环境突破地表限制，实现坑道、井中、水上、水下的全天候勘探，井-井、井-地、坑道—地表联合测量将大大提高高密度电法的分辨率。二维反演在未来较长时间内将仍然是高密度反演的主要方法，三维反演将随着三维数据采集成本的降低而逐渐增加，四维反演，特别是定时遥测四维监测系统的反演，在污染监测、堤坝渗漏、海水入侵等一些对时间比较敏感的领域中将发挥重要作用。

2、频谱激电法

频谱激电法(SIP)是采用电阻率法的布极装置(通常采用偶极装置),在超低频段上观测视复电阻率频谱,通过研究复电阻率的频谱特性,解决地质问题。SIP方法在地面采用偶极偶极排列装置,扫频观测径向电场,是一种高密度几何测深方法。频谱激电法在未来水工环勘察应用中要更好地了解激电效应的前提条件是实验仪器的不断发展，这样频谱激电法测量岩石样品时有可靠的数据基础；频谱激电特征和目标体物性关系的理论和经验模型的建立，需要复杂的正反演算法研究。同时考虑激电效应和电磁效应的三维电磁场正演计算技术是研究的前沿和热点。频谱激电法的三维反演算法和程序开发是研究的前沿。针对SIP野外数据的反演运算程序开发和可消除电磁耦合效应的新的SIP仪器研制也是极具前景的研究领域。由于砂岩和非固结沉积岩内部的几何结构参数，低频时在引起激发极化效应方面具有代表性，所以目前对砂岩和非固结沉积岩的SIP研究很多；但是SIP方法是否对所有不同岩性的岩石都具有适用性仍是不明确的，这是值得研究的方向；在探测近地表构造、水文物探和生物物理研究方面具有广阔的应用前景。SIP方法在探查渗流区和地下蓄水层里的有机物污染方面具有潜在的作用，当污染物侵入岩脉，岩石、土壤颗粒表面和污染溶质间的相互作用改变了岩土颗粒表面的电学特性；当含有机碳源和营养物质时，微生物数量会增长、增生并产生生物作用，在微生物增长过程中，消耗了碳酶作用物，使用了营养物质，产生了代谢副产品，这些副产品（如碳酸和有机酸）与岩石或沉积物基质发生化学反应，极大改变了毛孔流体的化学性质，因此，这些物理化学和生物物理化学因素改变了岩土颗粒表面电学特性，使得谱激电对有机污染的探查成为可能。

（二）新的应用领域

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。

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。

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。可以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，就可能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。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。

参考文献

[1]钟志远.电法在水工环地质勘察应用中的几点认识[J].地球,2013年11期.

[2]张一冰,陈青.论电法在水工环工作中的应用[J].世界华商经济年鉴·城乡建设,2013年6期.