论电法在水工环工作中的应用

张一冰 陈青

摘要：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。而地壳是由不同的岩石、矿体和各种地质构造所组成，它们具有不同的导电性、导磁性、介电性和电化学性质。根据这些性质及其空间分布规律和时间特性，人们可以推断矿体或地质构造的赋存状态（形状、大小、位置、产状和埋藏深度）和物性参数等，从而达到勘探的目的。

关键词：水工环；地质勘查；电法勘察；高密度电法

一、电法概述

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。这种物探技术对于常规物探方法而言，其中存在着探察技术种类多、应用范围广、适应性能强且不受其他因素的限制的优势。特别是在近年来，伴随着科学技术的飞速发展，电法调查被广泛的应用在社会发展的各领域之中，如地质勘查、考古、矿产勘测、水工环等，其在这些领域的工作中发挥着不可替代的重要作用与工作优势。

二、常见的电法勘察技术

电法勘探（electrical prospecting）根据地壳中各类岩石或矿体的电磁学性质（ 如导电性、导磁性、介电性）和电化学特性的差异，通过对人工或天然电场、电磁场或电化学场的空间分布规律和时间特性的观测和研究，寻找不同类型有用矿床和查明地质构造及解决地质问题的地球物理勘探方法。主要用于寻找金属、非金属矿床、勘查地下水资源和能源、解决某些工程地质及深部地质问题。地壳是由不同的岩石、矿体和各种地质构造所组成，它们具有不同的导电性、导磁性、介电性和电化学性质。根据这些性质及其空间分布规律和时间特性，人们可以推断矿体或地质构造的赋存状态（形状、大小、位置、产状和埋藏深度）和物性参数等，从而达到勘探的目的。

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。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

激发极化法（induced polarization method）是根据岩石、矿石的激发极化效应来寻找金属和解决水文地质、工程地质等问题的一组电法勘探方法。它又分为直流激发极化法（时间域法）和交流激发极化法（频率域法（SIP））。常用的电极排列有中间梯度排列、联合剖面排列、固定点电源排列、对称四极测深排列等。也可以用使矿体直接或间接允电的办法来圈定矿体的延展范围和增大勘探深度。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可控源音频大地电磁法

可控源音频大地电磁法是以音频大地电磁法的基础上总结建立的，是利用各项先进技术和接地水平电偶源为主要的信号控制手段和方式，并且在应用的过程中通常都是以水平技术为主来进行控制的电磁物理勘测法。可控源音频电磁法是与二十世纪七十年代提出的一种新型的物理勘查方法，它主要是以电磁波传输理论为基础出现且快速发展的探察方法，是以改变应有探测力度和频率来达到为工作目的勘察技术。

三、新技术、新仪器的应用

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。目前，国内外推出的仪器系列比较多，如物探所提出的WDC-2瞬变电磁系统，具有瞬变电磁法的全部功能，可实现多种形式的组合，可用于快速野外不同要求的测量。

四、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：a.淡水透镜体的深度：b.透镜体的厚度和横向延伸：c.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]郭桂柱. 试论高密度电法勘探技术的应用[J]. 中国新技术新产品，2012，21：26.

[2]郭桂柱. 常用电法勘探的原理及优点分析[J]. 科技与企业，2012，21：274.