論電法在水工環(huán)工作中的應(yīng)用

張一冰 陳青

摘要：電法是一種超出常規(guī)的物探方法，也是一種變異性地質(zhì)調(diào)查手段。而地殼是由不同的巖石、礦體和各種地質(zhì)構(gòu)造所組成，它們具有不同的導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性、介電性和電化學(xué)性質(zhì)。根據(jù)這些性質(zhì)及其空間分布規(guī)律和時(shí)間特性，人們可以推斷礦體或地質(zhì)構(gòu)造的賦存狀態(tài)（形狀、大小、位置、產(chǎn)狀和埋藏深度）和物性參數(shù)等，從而達(dá)到勘探的目的。

關(guān)鍵詞：水工環(huán)；地質(zhì)勘查；電法勘察；高密度電法

一、電法概述

我國的電法勘察技術(shù)最早出現(xiàn)于二十世紀(jì)三十年代，經(jīng)過了八十多年的不斷探索與總結(jié)，無論是從工作基礎(chǔ)、勘查技術(shù)還是使用效果等方面進(jìn)行分析，其都取得了極大的進(jìn)步，并成為目前水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查的主要手段與技術(shù)方法。這種物探技術(shù)對(duì)于常規(guī)物探方法而言，其中存在著探察技術(shù)種類多、應(yīng)用范圍廣、適應(yīng)性能強(qiáng)且不受其他因素的限制的優(yōu)勢。特別是在近年來，伴隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，電法調(diào)查被廣泛的應(yīng)用在社會(huì)發(fā)展的各領(lǐng)域之中，如地質(zhì)勘查、考古、礦產(chǎn)勘測、水工環(huán)等，其在這些領(lǐng)域的工作中發(fā)揮著不可替代的重要作用與工作優(yōu)勢。

二、常見的電法勘察技術(shù)

電法勘探（electrical prospecting）根據(jù)地殼中各類巖石或礦體的電磁學(xué)性質(zhì)（ 如導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性、介電性）和電化學(xué)特性的差異，通過對(duì)人工或天然電場、電磁場或電化學(xué)場的空間分布規(guī)律和時(shí)間特性的觀測和研究，尋找不同類型有用礦床和查明地質(zhì)構(gòu)造及解決地質(zhì)問題的地球物理勘探方法。主要用于尋找金屬、非金屬礦床、勘查地下水資源和能源、解決某些工程地質(zhì)及深部地質(zhì)問題。地殼是由不同的巖石、礦體和各種地質(zhì)構(gòu)造所組成，它們具有不同的導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性、介電性和電化學(xué)性質(zhì)。根據(jù)這些性質(zhì)及其空間分布規(guī)律和時(shí)間特性，人們可以推斷礦體或地質(zhì)構(gòu)造的賦存狀態(tài)（形狀、大小、位置、產(chǎn)狀和埋藏深度）和物性參數(shù)等，從而達(dá)到勘探的目的。

2.1高密度電法

高密度電法是為了解決現(xiàn)有工程項(xiàng)目中存在的巖溶、深層土壤裂層構(gòu)造和采空區(qū)域中存在的隱患而基于電法基礎(chǔ)形成的一種新型的電法調(diào)查技術(shù)，是通過準(zhǔn)確、迅速采集地電斷面中存在的各種信息和參數(shù)，從而準(zhǔn)確的反映出地質(zhì)土壤中存在的二維分子情況。近年來，在各種工程項(xiàng)目時(shí)間中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和不良土質(zhì)現(xiàn)象，這些現(xiàn)象與隱患的存在常常都誘發(fā)較大的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，從而危及工程建設(shè)進(jìn)度、施工質(zhì)量甚至是造成施工人員人身傷亡，因此在目前的工程項(xiàng)目中，各企業(yè)單位對(duì)于工程地質(zhì)環(huán)境的調(diào)查日益深入，如何對(duì)其產(chǎn)生原因進(jìn)行處理分析也逐步受到人們的高度重視。尤其是在水工環(huán)地質(zhì)勘察中，高密度電法的應(yīng)用更為明顯。這種調(diào)查方法是基于普通電法為基礎(chǔ)和平臺(tái)優(yōu)化和改進(jìn)形成的一種新型調(diào)查方式，在工作中常常都是利用陣列式物勘法為主，是以測點(diǎn)密度大、電機(jī)點(diǎn)數(shù)量多作為主要的工作特點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各種數(shù)據(jù)參數(shù)的自我采集，并實(shí)現(xiàn)各種精確數(shù)據(jù)的提取和處理，并得到精確、完善的各種數(shù)據(jù)資源。

2.2激發(fā)極化法

激發(fā)極化法（induced polarization method）是根據(jù)巖石、礦石的激發(fā)極化效應(yīng)來尋找金屬和解決水文地質(zhì)、工程地質(zhì)等問題的一組電法勘探方法。它又分為直流激發(fā)極化法（時(shí)間域法）和交流激發(fā)極化法（頻率域法（SIP））。常用的電極排列有中間梯度排列、聯(lián)合剖面排列、固定點(diǎn)電源排列、對(duì)稱四極測深排列等。也可以用使礦體直接或間接允電的辦法來圈定礦體的延展范圍和增大勘探深度。在電法勘探中，當(dāng)電極排列向大地供入或切斷電流的瞬間，在測量電極之間總能觀測到隨時(shí)間而變化的附加電場，稱為激發(fā)極化效應(yīng)。激發(fā)極化法就是利用巖、礦石的導(dǎo)電性、激發(fā)極化特性差異，觀測和研究人工形成的激發(fā)極化場的變化規(guī)律，進(jìn)行找礦和解決其他地質(zhì)問題的一組人工場源形式的勘探方法。激電法在中國的研究和推廣大致經(jīng)歷了直流激電法、交流激電法———主要是變頻法、頻譜激電法三個(gè)階段。在電法的應(yīng)用研究過程中，有關(guān)學(xué)者通過對(duì)大量的巖、礦石極化率實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)：非礦化巖石的充放電速度比礦化巖石更快，利用巖石激電效應(yīng)的這種時(shí)間特性，對(duì)評(píng)價(jià)激電異常和應(yīng)用激電法找水均有實(shí)際意義。

2.3瞬變電磁法

瞬變電磁法最初是由前蘇聯(lián)學(xué)者于20世紀(jì)30年代提出的，主要應(yīng)用于航空物探領(lǐng)域，20世紀(jì)80-90年代在中國開始推廣應(yīng)用。首先在金屬礦勘探中獲得了較好的效果，進(jìn)而推廣應(yīng)用到工程檢測、環(huán)境、災(zāi)害等領(lǐng)域，并顯示出了明顯的優(yōu)勢。其原理是利用回線（接地或不接地的）向地下發(fā)送一次脈沖電磁波，在其間歇期間觀測二次渦流場。當(dāng)?shù)叵麓嬖陔娦圆痪鶆虻刭|(zhì)體時(shí)，能觀測到不均勻體的渦流場。

2.4可控源音頻大地電磁法

可控源音頻大地電磁法是以音頻大地電磁法的基礎(chǔ)上總結(jié)建立的，是利用各項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)和接地水平電偶源為主要的信號(hào)控制手段和方式，并且在應(yīng)用的過程中通常都是以水平技術(shù)為主來進(jìn)行控制的電磁物理勘測法。可控源音頻電磁法是與二十世紀(jì)七十年代提出的一種新型的物理勘查方法，它主要是以電磁波傳輸理論為基礎(chǔ)出現(xiàn)且快速發(fā)展的探察方法，是以改變應(yīng)有探測力度和頻率來達(dá)到為工作目的勘察技術(shù)。

三、新技術(shù)、新儀器的應(yīng)用

3.1瞬變電磁法（TEM）屬時(shí)間域電磁感應(yīng)法

它利用接地電極或不接地回線通以脈沖電流，在地下建立起一次脈沖磁場。在一次場的激勵(lì)下，地質(zhì)體將產(chǎn)生渦流，其大小與地質(zhì)體的電特性有關(guān)。在一次磁場間歇期間，該渦流將逐漸消失并在衰減過程中，產(chǎn)生一個(gè)衰減的二次感應(yīng)電磁場。通過設(shè)備將二次場的變化接收下來，經(jīng)過處理、解釋可以得到與斷裂帶、采礦中的陷落柱及其它與水有關(guān)的地質(zhì)資料。目前，國內(nèi)外推出的儀器系列比較多，如物探所提出的WDC-2瞬變電磁系統(tǒng)，具有瞬變電磁法的全部功能，可實(shí)現(xiàn)多種形式的組合，可用于快速野外不同要求的測量。

四、新的應(yīng)用領(lǐng)域

4.1電法已從傳統(tǒng)的地下水普查、找水定井的應(yīng)用

擴(kuò)大到地下水管理方面的應(yīng)用勘查和保護(hù)這部分地下水格外重要。為了做好管理，必須提前了解：a.淡水透鏡體的深度：b.透鏡體的厚度和橫向延伸：c.補(bǔ)給量和安全出水量。在實(shí)施該開發(fā)保護(hù)計(jì)劃中，利用TDEM提供了上述三條要求中的前兩條所需的資料。整個(gè)TDEM的勘查費(fèi)用僅占鑿一口井所花費(fèi)用的一小部分。

4.2利用電測深資料估算含水層參數(shù)

近幾年來，國外將地面測量電性參數(shù)用于估算水文地質(zhì)參數(shù)，并且取得良好的效果。通過解釋，最終取得最佳擬合模型與巖性間的一致。分別計(jì)算出試驗(yàn)點(diǎn)含水層的標(biāo)準(zhǔn)電阻率和標(biāo)準(zhǔn)橫向電阻率，發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)含水層電阻率與水力傳導(dǎo)系數(shù)密切相關(guān)：而導(dǎo)水系數(shù)則與標(biāo)準(zhǔn)橫向電阻率相關(guān)。這里需要做一個(gè)重要的說明，即使在最好的條件下，在確立地下水的狀態(tài)中電法也代替不了抽水試驗(yàn)。如果將二者有機(jī)地結(jié)合起來，就能得到解決問題的最佳效果。

4.3評(píng)價(jià)地質(zhì)環(huán)境污染

當(dāng)?shù)刭|(zhì)環(huán)境受到無機(jī)或有機(jī)物污染時(shí)，將引起受污染范圍內(nèi)介質(zhì)的電阻率的變化?？梢岳秒姺▋x器將場地的這種電性變化記錄下來。經(jīng)過資料處理和解釋，就可能獲得與受污染位置有關(guān)的信息：如果定期對(duì)受污染場地及其周圍測量，就可以得到與污染物傳播途徑、傳播速度、相對(duì)濃度、以及污染物羽狀流前沿位置等有關(guān)的信息。結(jié)束語近年來，隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，物探儀器的制造水平、探測精度和抗干擾能力以及資料處理水平越來越高，電法在水工環(huán)地質(zhì)勘察領(lǐng)域必將會(huì)有更加廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭桂柱. 試論高密度電法勘探技術(shù)的應(yīng)用[J]. 中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2012，21：26.

[2]郭桂柱. 常用電法勘探的原理及優(yōu)點(diǎn)分析[J]. 科技與企業(yè)，2012，21：274.