電法在水工環(huán)地質(zhì)勘察應(yīng)用中的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

錢(qián)林豐

[摘要]電法勘探技術(shù)已經(jīng)在深部構(gòu)造、礦產(chǎn)資源、水工環(huán)地質(zhì)、考古、地質(zhì)災(zāi)害勘察等領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。本文僅對(duì)目前發(fā)展比較快的激發(fā)極化法、高密度電法、可控源音頻大地電磁法、瞬變電磁法和地質(zhì)雷達(dá)作一介紹， 并就這些方法在水工環(huán)地質(zhì)勘察中的有關(guān)技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行探討。

[關(guān)鍵詞]電法 水工環(huán) 地質(zhì)勘查

[中圖分類(lèi)號(hào)] P631.3 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2014）-7-160-1

0前言

隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，涌現(xiàn)出了大批先進(jìn)的勘查技術(shù)，從而使得水工環(huán)地質(zhì)勘查的質(zhì)量和效率都得到了大幅度提高，從而為社會(huì)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在當(dāng)前的水工環(huán)地質(zhì)勘查中，電法是一種較為普遍且非常實(shí)用的勘查方法，隨著電法在水工環(huán)地質(zhì)勘查中的應(yīng)用，使得水工環(huán)地質(zhì)勘查的水平得到了大幅度提高。然而就當(dāng)前電法在水工環(huán)地質(zhì)勘查中應(yīng)用的實(shí)際情況而言，為了進(jìn)一步提高水工環(huán)地質(zhì)勘查的水平，還必須要加大對(duì)電法以及水工環(huán)地質(zhì)勘查的分析研究力度。

1高密度電法

高密度電法實(shí)際上是集中了電剖面法和電測(cè)深法，其原理與普通電阻率法相同，所不同的是在觀測(cè)中設(shè)置了高密度的觀測(cè)點(diǎn)，是一種陣列勘探方法。關(guān)于陣列電法勘探的思想源于20世紀(jì)70年代末期，英國(guó)人設(shè)計(jì)的電測(cè)深偏置系統(tǒng)就是高密度電法的最初模式，20世紀(jì)80年代中期日本借助電極轉(zhuǎn)換板實(shí)現(xiàn)了野外高密度電法的數(shù)據(jù)采集。我國(guó)是從20世紀(jì)末期開(kāi)始研究高密度電法及其應(yīng)用技術(shù)，從理論方法和實(shí)際應(yīng)用的角度進(jìn)行了探討并完善，現(xiàn)有中國(guó)地質(zhì)大學(xué)、原長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院、重慶的有關(guān)儀器廠家研制成了幾種類(lèi)型的儀器。

高密度電法野外測(cè)量時(shí)將全部電極（幾十至上百根）置于剖面上，利用程控電極轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和微機(jī)工程電測(cè)儀便可實(shí)現(xiàn)剖面中不同電極距、不同電極排列方式的數(shù)據(jù)快速自動(dòng)采集。與常規(guī)電阻率法相比，高密度電法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）電極布置一次性完成，不僅減少了因電極設(shè)置引起的故障和干擾，并且提高了效率；

（2）能夠選用多種電極排列方式進(jìn)行測(cè)量，可以獲得豐富的有關(guān)地電斷面的信息；

（3）野外數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化或半自動(dòng)化，提高了數(shù)據(jù)采集速度，避免了手工誤操作。此外，隨著地球物理反演方法的發(fā)展，高密度電法資料的電阻率成像技術(shù)也從一維和二維發(fā)展到三維，極大地提高了地電資料的解釋精度。

激發(fā)極化法：

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(cè)量電極之間總能觀測(cè)到隨時(shí)間緩慢變化的附加電場(chǎng)，稱(chēng)為激發(fā)極化效應(yīng)。激發(fā)極化法（或激電法）就是以巖、礦石激發(fā)極化效應(yīng)的差異為基礎(chǔ)來(lái)解決地質(zhì)問(wèn)題的一類(lèi)勘探方法。激電法是20世紀(jì)50年代末在我國(guó)開(kāi)始研究和推廣的，早期是以直流（時(shí)間域）激電法為主，20世紀(jì)70年代初開(kāi)始研究交流（頻率域）激電法———主要是變頻法，20世紀(jì)80年代初又開(kāi)始對(duì)頻譜激電法進(jìn)行研究，也就是研究復(fù)視電阻率隨頻率的變化———即復(fù)視電阻率的頻譜。由于該方法測(cè)量的是二次場(chǎng)，具有不受地形起伏和圍巖電性不均勻的影響、可測(cè)量的參數(shù)多等優(yōu)點(diǎn)。

在實(shí)際地質(zhì)應(yīng)用方面，初期的激電法主要用于勘查硫化金屬礦床，后來(lái)發(fā)展到諸多領(lǐng)域，如氧化礦床、非金屬礦床、工程地質(zhì)問(wèn)題等。近年來(lái)，激電法找水效果十分顯著，被譽(yù)為“找水新法”。早在20世紀(jì)60年代，國(guó)外學(xué)者Victor Vacquier（1957）等提出了用激電二次場(chǎng)衰減速度找水的思想。在該思想的啟迪下，我國(guó)也開(kāi)展了有關(guān)研究，并將激電場(chǎng)的衰減速度具體化為半衰時(shí)、衰減度、激化比等特征參數(shù)，這些參數(shù)不僅能較準(zhǔn)確地找到各種類(lèi)型的地下水資源，而且可以在同一水文地質(zhì)單元內(nèi)預(yù)測(cè)涌水量大小，把激電參數(shù)與地層的含水性聯(lián)系起來(lái)。目前，我國(guó)已有北京地質(zhì)儀器廠、重慶地質(zhì)儀器廠和山西平堯地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)出適合尋找地下水的儀器。

2電法應(yīng)用中的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

眾所周知，物探方法是通過(guò)觀測(cè)和研究各種物理場(chǎng)的變化規(guī)律，來(lái)達(dá)到查明地質(zhì)構(gòu)造，尋找礦產(chǎn)資源和解決工程地質(zhì)、環(huán)境檢測(cè)等目的的一種間接勘查方法。所以，我們?cè)谑褂秒姺?lèi)方法進(jìn)行水工環(huán)勘察過(guò)程中應(yīng)對(duì)工區(qū)內(nèi)的地質(zhì)地球物理特征和技術(shù)方法的工作質(zhì)量、探測(cè)精度有足夠的把握，并注意以下幾點(diǎn)：

（1）應(yīng)堅(jiān)持方法組合優(yōu)化聚焦印證的原則

通過(guò)方法技術(shù)組合的優(yōu)化，來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物勘探的聚焦，以克服問(wèn)題的多解性，盡可能準(zhǔn)確地定性解釋?zhuān)M可能精細(xì)地描述目標(biāo)物的產(chǎn)出特征。在水文地質(zhì)勘察中，激發(fā)極化法和可控源音頻大地電磁法是首選的電法勘探方法，但物探方法的多解性是無(wú)法克服的，所以在尋找地下水資源或確定地層的含水性時(shí)，應(yīng)按照聚焦原則將激發(fā)極化法和高密度電法結(jié)合起來(lái)應(yīng)用，兩者既可以相互彌補(bǔ)技術(shù)缺陷，又可以相互印證，實(shí)現(xiàn)定性精細(xì)化解釋?zhuān)@樣找水的成功率將會(huì)大大提高。

（2）應(yīng)遵循地質(zhì)地球物理小區(qū)求異的原則

在利用電阻率法找水時(shí)，高密度電阻率法無(wú)疑在確定高阻或低阻地質(zhì)體方面具有優(yōu)越性，但低阻現(xiàn)象并不代表富含地下水，可能是由于泥巖引起地層的電阻率下降。這時(shí)應(yīng)按照在同一地質(zhì)地球物理小區(qū)內(nèi)物性求異的原則，采用激電法來(lái)區(qū)分含水地層和泥巖，因?yàn)榧る姸螆?chǎng)與巖石的孔隙有關(guān)，在純泥巖中極化率比較小，在含水砂礫巖中極化率比較大，此外二次場(chǎng)的衰減速度也與孔隙的大小、形狀和寬窄有關(guān)，這也正是激電法找水的機(jī)理所在。

（3）應(yīng)辯證地看待電法勘察方法的準(zhǔn)確性和精度問(wèn)題

客觀地講，任何物探方法的準(zhǔn)確性和勘察精度均受測(cè)區(qū)內(nèi)地質(zhì)地球物理前提、環(huán)境干擾、儀器自身精度和制造水平及解釋軟件等方面所限制，電法類(lèi)勘察更是如此。地質(zhì)雷達(dá)在工程地質(zhì)勘察領(lǐng)域被公認(rèn)為是短距離探測(cè)分辨率最高的首選電法類(lèi)勘探方法，但不容忽視的是其探測(cè)距離與分辨率的矛盾無(wú)法克服；多次波及其他雜波，干擾嚴(yán)重，原始記錄的信雜比低，有效波的識(shí)別及其成果解譯比較困難；所獲得的被探測(cè)對(duì)象的空間信息量太少，其資料成果的解釋往往存在多解性。

3結(jié)束語(yǔ)

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(cè)精度和抗干擾能力以及資料處理水平越來(lái)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)

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