电法勘探方法在水文和工程地质中的应用分析

哈连金，李海龙

（北京桔灯地球物理勘探股份有限公司，北京102200）

我国电法勘探起步较晚，但是经过长期的发展，现如今国内不管是在基础理论，亦或是相关的方法技术等诸多方面都取得了明显进步，让电法变成了地球物理学中运用范围最广、适用性最强的一门学科。另外，经过众多相关工作人员的共同努力，电法勘探已经在考古、地质灾害、矿产资源等众多领域都得到了广泛应用，并发挥了十分重要的作用。

1 地质雷达

地质雷达这种勘探方法的工作原理与探空雷达类似，勘探的过程中，都是运用发射宽带高频时域电磁脉冲的方式，但是相较而言，地质雷达的探测频率更低，所以在探地工程中运用的更为广泛。该种技术最早运用到探地时，多数都限制在波吸收率相对较低的冰层和盐介质中，在发展了很长时间之后才得到快速推广运用。国内在地质雷达勘探仪器的研制上是由相关机构与高校一同完成的，然而由于受到诸多因素的影响，直至今天仍然没有用于实际地质勘探中，我们在工程实际中运用的大都是从国外引进的先进设备[1]。具体运用地质雷达勘探时，通常应用发射天线把电磁波传送到地下，之后通过目标物把电磁波反射回接收天线，经过这一系列环节之后，分析并研究电磁波的有关参数，就可以确立出地质体的性质。这一过程中，由于雷达的探测深度和电磁波自身频率存在很大关联，其工作原理和地震反射原理大致相同，所以在具体研究中能够适宜性地参照地震的相关资料。地质雷达勘探方法具有多方面优势，如分辨率较高。所以在具体工程中普遍运用在浅层地质勘察中，具体而言包含：公路、机场道路的质量检测；隧道地质情况的预测。该种方法在工程中也得到了广泛应用，例如，2000年在三峡工程施工过程中，工程师李张明针对花岗岩应用地质雷达勘探法，探出了分化不是十分均匀的花岗岩分布范围，确定了断层比较大和风化夹层延伸的具体范围及产状。

2 可控源音频大地电磁法

此种方法是以MT与AMT为前提建立的，其工作原理是以电磁波传播理论与麦克斯韦方程组为基础，使视电阻率的磁场和电场间的比例关系得以建立，同时进一步依据电测波理论得出频率和探测深度间的关联性，从而实现频率探测的目标。具体勘测运用可控源音频大地电磁法的过程中，可以运用能够控制的人工场源，重点对两个有电偶极源传输到地面以下的电磁场分量加以测量，同时应该控制好电源和具体测量位置的间距以及电极电源的间距，在这样的情况中才可以把场源看成是平面波[2]。这种勘探方法的特征是同时具备测深与剖面两种性质，同时探测深度也很大，所以在实际运用中有着十分明显的优势，具体体现在如下几点：首先，可以明显提升工作效率，这是由于此种方法在勘测深度时是根据频率的改变而测定的，却不是根据几何尺寸的改变进行测定的；其次，抗干扰能力增强，这是由于此种方法运用的是能够控制的人工场源，所以可以有效减小工程现场地质产生的影响；再次，加大了探测深度范围；最后，在横向上具有极高的分辨率，这样更加有利于断层的发现。基于此种方法在不同环境条件中的优势，使其呈现出了较为良好的发展空间：可以用作水文地质、油气结构的勘探，或是勘探金属矿的位置；可以用作地下水资源的勘察；可以在地形状况较为复杂的环境中勘探水资源位置。

3 高密度电法

从根本上来讲，高密度电法是电测深法与电剖面法的融合，该种方法的工作原理和普通电阻率法相同，与其的根本的区别是，该种方法中设定了高密度观测点，属于阵列勘探法之一。在上个世纪七十年代末，对于电测深偏置系统，英国人就在其中设计了该种方法的初始模式，而日本是在十年之后采用电极转换板，采集相关数据，我国关于这一方法的研究起步较晚，在二十世纪末才开始加大研究力度，经过长时间的研究与一系列尝试，不管是在基础理论，亦或是实际应用中都取得了很大进步与改善。在野外测量时采用高密度电法通常是把全部电极集合在同一剖面中，之后运用微机工程电测仪等设备，在不同情况下采集相关数据。可见，相较于常规电阻率法而言，该种方法具有十分明显的优势，重点展现在如下几个层面：首先，采集野外数据的过程中，无需采用手工的方式对数据进行采集，实现了自动化，大幅提升了采集数据的速度；其次，测量时，因为可以采取各种电极排列的形式而大幅提升了断面上可以获得的相关数据信息；最后，该种方法的电极布设能够通过一次工作完成，这样可以大大降低测量中产生故障或是干扰等情况的几率。正是由于高密度电法的各种优势，使其在众多行业中都得到了极为普遍的运用，特别是在工程地质以及水文勘探中，更是发挥着极为重要的作用，具体而言：可以检验和评估坝体的稳定程度；可以评估及分析大坝岩基面的强度特点；可以确立地下最合理的井位。

4 激发极化法

这种勘探方式是根据矿石和岩石在激发极化效应中的不同研究及处理相应的地质问题，这里面说到的激发极化效应指的是一种现象，电极排列给大地提供或是断开电流的一刹那可以看到伴随时间发生改变的附加电场，因为此种方式在实际运用中，二次场是其测量主体，所以具备能够测量参数以及地质情况不会对其产生影响等诸多方面的优点。激发极化法期初运用于地质勘测中，重点针对的对象是硫化金属矿床，但是在长时间的发展中其已经逐渐渗入到众多行业中，应用范围越发广泛，其中效果最为明显就是在找水工作中的应用，其也由此被称作找水新法，在找水中的实际应用包含：运用回归系数的预测方式和显著性检测来预测地下涌水量；检验重力土坝稳定程度中的下沉区段最大的介质赋水状况时，可以采用激电法查找出来；运用双频激电法处理地下水源和解决会对地下工程造成影响的漏水带；在水源缺乏的地方，利用此种方法进行找水。一些工程实际中也应用了此种方法，例如，2002年，工程师龙凡针对灰岩地带、玄武岩地区运用此种方法中的半衰时数据以及视激化率寻找到了地下水，同时应用回归直线法对单口井的涌水量进行了科学预测。值得注意的是，运用激电法确立地质中含水特点的过程中，需要与高密度电阻率这种勘探方式结合使用，这样能够尽量减少地球物理多解情况的发生，从而给水源的寻找提供方便，增加找水成功的概率。

5 结语

综上所述，我们可以看到，在工程地质与水文勘探中，电法勘探得到了十分普遍的应用，其在滑坡等各种工程质量缺陷检验、各种有害物质造成土层和水源污染的检验等诸多方面，都发挥着极为重要的作用，并且效果十分明显。当前，直流电法仪逐步实现国产化生产，物探方法借助其高度敏感和无损等方面特点也逐渐在众多行业中得到了广泛应用。相信未来我国在这一领域的发展将会越来越好，最终达到世界先进水平。