電法勘探方法在水文和工程地質(zhì)中的應(yīng)用分析

哈連金，李海龍

（北京桔燈地球物理勘探股份有限公司，北京102200）

我國電法勘探起步較晚，但是經(jīng)過長期的發(fā)展，現(xiàn)如今國內(nèi)不管是在基礎(chǔ)理論，亦或是相關(guān)的方法技術(shù)等諸多方面都取得了明顯進(jìn)步，讓電法變成了地球物理學(xué)中運用范圍最廣、適用性最強(qiáng)的一門學(xué)科。另外，經(jīng)過眾多相關(guān)工作人員的共同努力，電法勘探已經(jīng)在考古、地質(zhì)災(zāi)害、礦產(chǎn)資源等眾多領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用，并發(fā)揮了十分重要的作用。

1 地質(zhì)雷達(dá)

地質(zhì)雷達(dá)這種勘探方法的工作原理與探空雷達(dá)類似，勘探的過程中，都是運用發(fā)射寬帶高頻時域電磁脈沖的方式，但是相較而言，地質(zhì)雷達(dá)的探測頻率更低，所以在探地工程中運用的更為廣泛。該種技術(shù)最早運用到探地時，多數(shù)都限制在波吸收率相對較低的冰層和鹽介質(zhì)中，在發(fā)展了很長時間之后才得到快速推廣運用。國內(nèi)在地質(zhì)雷達(dá)勘探儀器的研制上是由相關(guān)機(jī)構(gòu)與高校一同完成的，然而由于受到諸多因素的影響，直至今天仍然沒有用于實際地質(zhì)勘探中，我們在工程實際中運用的大都是從國外引進(jìn)的先進(jìn)設(shè)備[1]。具體運用地質(zhì)雷達(dá)勘探時，通常應(yīng)用發(fā)射天線把電磁波傳送到地下，之后通過目標(biāo)物把電磁波反射回接收天線，經(jīng)過這一系列環(huán)節(jié)之后，分析并研究電磁波的有關(guān)參數(shù)，就可以確立出地質(zhì)體的性質(zhì)。這一過程中，由于雷達(dá)的探測深度和電磁波自身頻率存在很大關(guān)聯(lián)，其工作原理和地震反射原理大致相同，所以在具體研究中能夠適宜性地參照地震的相關(guān)資料。地質(zhì)雷達(dá)勘探方法具有多方面優(yōu)勢，如分辨率較高。所以在具體工程中普遍運用在淺層地質(zhì)勘察中，具體而言包含：公路、機(jī)場道路的質(zhì)量檢測；隧道地質(zhì)情況的預(yù)測。該種方法在工程中也得到了廣泛應(yīng)用，例如，2000年在三峽工程施工過程中，工程師李張明針對花崗巖應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)勘探法，探出了分化不是十分均勻的花崗巖分布范圍，確定了斷層比較大和風(fēng)化夾層延伸的具體范圍及產(chǎn)狀。

2 可控源音頻大地電磁法

此種方法是以MT與AMT為前提建立的，其工作原理是以電磁波傳播理論與麥克斯韋方程組為基礎(chǔ)，使視電阻率的磁場和電場間的比例關(guān)系得以建立，同時進(jìn)一步依據(jù)電測波理論得出頻率和探測深度間的關(guān)聯(lián)性，從而實現(xiàn)頻率探測的目標(biāo)。具體勘測運用可控源音頻大地電磁法的過程中，可以運用能夠控制的人工場源，重點對兩個有電偶極源傳輸?shù)降孛嬉韵碌碾姶艌龇至考右詼y量，同時應(yīng)該控制好電源和具體測量位置的間距以及電極電源的間距，在這樣的情況中才可以把場源看成是平面波[2]。這種勘探方法的特征是同時具備測深與剖面兩種性質(zhì)，同時探測深度也很大，所以在實際運用中有著十分明顯的優(yōu)勢，具體體現(xiàn)在如下幾點：首先，可以明顯提升工作效率，這是由于此種方法在勘測深度時是根據(jù)頻率的改變而測定的，卻不是根據(jù)幾何尺寸的改變進(jìn)行測定的；其次，抗干擾能力增強(qiáng)，這是由于此種方法運用的是能夠控制的人工場源，所以可以有效減小工程現(xiàn)場地質(zhì)產(chǎn)生的影響；再次，加大了探測深度范圍；最后，在橫向上具有極高的分辨率，這樣更加有利于斷層的發(fā)現(xiàn)。基于此種方法在不同環(huán)境條件中的優(yōu)勢，使其呈現(xiàn)出了較為良好的發(fā)展空間：可以用作水文地質(zhì)、油氣結(jié)構(gòu)的勘探，或是勘探金屬礦的位置；可以用作地下水資源的勘察；可以在地形狀況較為復(fù)雜的環(huán)境中勘探水資源位置。

3 高密度電法

從根本上來講，高密度電法是電測深法與電剖面法的融合，該種方法的工作原理和普通電阻率法相同，與其的根本的區(qū)別是，該種方法中設(shè)定了高密度觀測點，屬于陣列勘探法之一。在上個世紀(jì)七十年代末，對于電測深偏置系統(tǒng)，英國人就在其中設(shè)計了該種方法的初始模式，而日本是在十年之后采用電極轉(zhuǎn)換板，采集相關(guān)數(shù)據(jù)，我國關(guān)于這一方法的研究起步較晚，在二十世紀(jì)末才開始加大研究力度，經(jīng)過長時間的研究與一系列嘗試，不管是在基礎(chǔ)理論，亦或是實際應(yīng)用中都取得了很大進(jìn)步與改善。在野外測量時采用高密度電法通常是把全部電極集合在同一剖面中，之后運用微機(jī)工程電測儀等設(shè)備，在不同情況下采集相關(guān)數(shù)據(jù)?？梢?，相較于常規(guī)電阻率法而言，該種方法具有十分明顯的優(yōu)勢，重點展現(xiàn)在如下幾個層面：首先，采集野外數(shù)據(jù)的過程中，無需采用手工的方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，實現(xiàn)了自動化，大幅提升了采集數(shù)據(jù)的速度；其次，測量時，因為可以采取各種電極排列的形式而大幅提升了斷面上可以獲得的相關(guān)數(shù)據(jù)信息；最后，該種方法的電極布設(shè)能夠通過一次工作完成，這樣可以大大降低測量中產(chǎn)生故障或是干擾等情況的幾率。正是由于高密度電法的各種優(yōu)勢，使其在眾多行業(yè)中都得到了極為普遍的運用，特別是在工程地質(zhì)以及水文勘探中，更是發(fā)揮著極為重要的作用，具體而言：可以檢驗和評估壩體的穩(wěn)定程度；可以評估及分析大壩巖基面的強(qiáng)度特點；可以確立地下最合理的井位。

4 激發(fā)極化法

這種勘探方式是根據(jù)礦石和巖石在激發(fā)極化效應(yīng)中的不同研究及處理相應(yīng)的地質(zhì)問題，這里面說到的激發(fā)極化效應(yīng)指的是一種現(xiàn)象，電極排列給大地提供或是斷開電流的一剎那可以看到伴隨時間發(fā)生改變的附加電場，因為此種方式在實際運用中，二次場是其測量主體，所以具備能夠測量參數(shù)以及地質(zhì)情況不會對其產(chǎn)生影響等諸多方面的優(yōu)點。激發(fā)極化法期初運用于地質(zhì)勘測中，重點針對的對象是硫化金屬礦床，但是在長時間的發(fā)展中其已經(jīng)逐漸滲入到眾多行業(yè)中，應(yīng)用范圍越發(fā)廣泛，其中效果最為明顯就是在找水工作中的應(yīng)用，其也由此被稱作找水新法，在找水中的實際應(yīng)用包含：運用回歸系數(shù)的預(yù)測方式和顯著性檢測來預(yù)測地下涌水量；檢驗重力土壩穩(wěn)定程度中的下沉區(qū)段最大的介質(zhì)賦水狀況時，可以采用激電法查找出來；運用雙頻激電法處理地下水源和解決會對地下工程造成影響的漏水帶；在水源缺乏的地方，利用此種方法進(jìn)行找水。一些工程實際中也應(yīng)用了此種方法，例如，2002年，工程師龍凡針對灰?guī)r地帶、玄武巖地區(qū)運用此種方法中的半衰時數(shù)據(jù)以及視激化率尋找到了地下水，同時應(yīng)用回歸直線法對單口井的涌水量進(jìn)行了科學(xué)預(yù)測。值得注意的是，運用激電法確立地質(zhì)中含水特點的過程中，需要與高密度電阻率這種勘探方式結(jié)合使用，這樣能夠盡量減少地球物理多解情況的發(fā)生，從而給水源的尋找提供方便，增加找水成功的概率。

5 結(jié)語

綜上所述，我們可以看到，在工程地質(zhì)與水文勘探中，電法勘探得到了十分普遍的應(yīng)用，其在滑坡等各種工程質(zhì)量缺陷檢驗、各種有害物質(zhì)造成土層和水源污染的檢驗等諸多方面，都發(fā)揮著極為重要的作用，并且效果十分明顯。當(dāng)前，直流電法儀逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化生產(chǎn)，物探方法借助其高度敏感和無損等方面特點也逐漸在眾多行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。相信未來我國在這一領(lǐng)域的發(fā)展將會越來越好，最終達(dá)到世界先進(jìn)水平。