電法勘探在找水方面的簡介

摘要：近年來，電法勘探在找水方面的效果已得到普遍的肯定。本文介紹了高密度電法、CSAMT法、激發極化法、瞬變電磁法及地質雷達法在這方面的應用以及各種方法間的相互比較。

關鍵詞：電法找水高密度電法CSAMT法激發極化法瞬變電磁法地質雷達法

中圖分類號：F407文獻標識碼： A

1概述

我國乃至世界目前都面臨著嚴重的水資源的短缺，利用新技術、新方法合理勘探開發并利用水資源，是經濟騰飛的關鍵。地下水是重要的生產、生活水源之一。地下各種含水構造對采礦、環保、農業、地下工程等部門也有重大意義。在我國遠離江河的城鎮、農村，亟待解決用水的問題，已迫在眉睫，隨著國民經濟的發展，為滿足四個現代化建設的要求，對水資源的需要將提到重要的議事日程上來。因此，今日應用物探手段，電法方法找到天然、純凈、豐富的地下水資源，已是我們物探工作者的重要任務之一了。

2電法找水

2.1電法找水的含義及理論依據

所謂電法就是用電場測量地下巖石的視電阻率，由于巖石視電阻率不同，可以劃出巖石界面的一種方法。水的電阻率很低，利用水與圍巖的明顯電性差異來尋找賦水位置的一種方法稱電法找水。目前電法找水有很多種方法，其中最常用的是視電阻率法和視極化率法（也稱激發極化法）。電法找水的理論依據是利用巖石的這種電性差異，當我們在地面用兩電極向地下供電時，在兩極間就形成了一個電場，在這個電場中我們用儀表測出某點的點位和電流強度，而求出該點的視電阻率。如果在電場之間有水，那么就可在水位上面顯現低阻值。正是根據這樣的手段進行電法找水的。

2.2應用電法找水的準確性

電法找水的理論依據是科學的，因為電阻率是反映地下巖石的導電能力的，所以我們得到電阻率值恰恰反映了巖石的電性，因而使我們找到的水位準確。找到水位后，可在水位上面應用測深法求出該水位的埋藏深度，同時根據多個測深點可以得到賦水構造的走向和傾向，因此，電法找水準確率高，是其他地質方法所無法比擬的。

3電法找水方法簡介

3.1高密度電法

高密度電阻率法實際上是集中了電剖面法和電測深法，就其原理而言與傳統的電阻率法完全相同，它仍然是以巖（礦）石的導電性差異為基礎的一類電探方法，研究在施加電場的作用下，地中傳導電流的分布規律。高密度電阻率法最大的特點是電極可以沿測線同時布設幾十到幾百根，儀器按選定的供電、測量排列方式自動采集所有電極的電位值。電極距可以視探測深度和探測目標體的尺度設置到很小的距離（最小極距可設置到幾十厘米），并且可以同時采集地面和井中的數據，充分體現了高密度的特點，多方位大量的數據為反演成像打下了良好的基礎。方法可用于剖面測量、面積性三維電性細結構成像。該方法的優勢是可以探測200m以內的電阻率精細結構，以推斷精細的地質構造。與常規電法相比，高密度電法具有以下優點：

1）電極布設一次性完成，減少了因電極設置引起的干擾和由此帶來的測量誤差。

2）能有效進行多種電極排列方式的測量，從而可以獲得較豐富的關于地電結構狀態的信息。

3）數據的采集和收錄全部實現了自動化或半自動化，不僅采集速度快，而且避免了由于人工操作所出現的誤差和錯誤。

4）可以實現資料的的現場實時處理和脫機處理，根據需要自動繪制和打印各種成果圖件，大大提高了電阻率法的智能化程度。

此外，隨著地球物理反演方法的發展，高密度電法資料的電阻率成像技術也從一維和二維發展到三維，極大地提高了地電資料的解釋精度。

3.2 可控源音頻大地電磁法（CSAMT）

可控源音頻大地電磁法，是在大地電磁法（MT）和音頻大地電磁法（AMT）基礎上發展起來的一種可控源頻率測深方法?？煽卦匆纛l大地電磁法是1975年由MyronColdstein提出，它基于電磁波傳播理論和麥克斯韋方程組建立了視電阻率和電場與磁場比值之間的關系（），并且根據電磁波的趨膚效應理論得出電磁波的傳播深度（或探測深度）與頻率之間的關系（），這樣可以通過改變發射頻率來改變探測深度，以達到頻率測深的目的。

目前，可控音頻大地電磁法采用可控制人工場源，測量由電偶極源傳送到地下的磁場分量，兩個電極電源的距離為1～2km，測量是在距離場源5～10km以外的范圍進行，此時場源可以近似為一個平面波。由于該方法的探測深度較大（通?？蛇_2km），并且兼有剖面和測深雙重性質，因此具有諸多優點：①使用可控制的人工場源，信號強度比天然場大得多，測量參數為電場與磁場之比—卡尼亞電阻率，增強了抗干擾能力，并減少地形影響。②基于電磁波的趨膚深度原理，利用改變頻率而非改變幾何尺寸進行不同深度的電測深，一次發射可同時完成7個點電磁測深，提高了工作效率。③探測深度范圍大，一般可達1～2km。④橫向分辨率高，可靈敏地發現斷層。⑤由于接收機在接收電場的同時還要接收磁場，因此高阻屏蔽作用小，可以穿透高阻層。

與大地電磁法和音頻大地電磁法相同，可控音頻大地電磁法也受靜態效應和近場效應的影響，可以通過多種靜態校正方法來清除“靜態效應”的影響?？煽匾纛l大地電磁法一出現就展示了比較好的應用前景，尤其是作為普通電阻率和激發極化法的補充，可以解決深層的地質問題，如在尋找隱伏金屬礦，油氣構造勘查，推覆體或火山巖下找煤，地熱勘查和水文工程地質勘查等方面，均取得良好的地質效果。

由于電法勘探本身的局限性，CSAMT方法同樣存在無法避免的不足之處，即在劃分第四系到第三系各地層之間因電阻率的差異小而不穩定。

3.3激發極化法

在進行電阻率法測量時，人們常常發現：在向地下供入穩定電流的情況下，仍可觀測到測量電極間的點位差是隨時間而變化（一般是變大），并經相當長時間（一般約幾分鐘）后趨于某一穩定的飽和值。在斷開供電電流后，測量電極間的電位在最初一瞬間很快下降，而后便隨時間相對緩慢下降，并在相當長時間后（通常約幾分鐘）衰減接近于零。這種在充電和放電過程中產生隨時間緩慢變化的附件電場現象稱為激發極化效應（簡稱激發效應），它是巖、礦石及其所含水溶液在電流作用下所發生的復雜電化學過程的結果。激發極化法（簡稱激電法）是以不同巖、礦石激電效應之差異為物質基礎（見圖1），在人工電場作用下，通過觀測和研究激發極化電場以達到找礦或解決其他地質問題的一種電法勘探方法。

圖1激電二次場充放電實驗觀測曲線

值得一提的是，利用激發極化法找水或確定地層的含水性，最好與高密度電阻率法相結合，這樣可以降低解釋的多解性，提高找水的成功率。高密度電阻率法在確定高阻或低阻地質體方面具有優越性，但低阻地質體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，可以通過使用激發極化法來區分含水地層和泥巖，因為激電二次場與巖石的孔隙有關，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，二次場的衰減速度也與孔隙的大小、形狀和寬窄有關，這就是激發極化電法找水機理所在。應用激發極化法找水的過程中，應注意以下幾個方面：

①在存在地電干擾的情況下，各種激電參數可能在含水層的反映不一致，根據各參數的表達式以及實際工作經驗可以得出，極化率的穩定性、重復性、準確性較高，異常幅度大，好于其他各參數。

②在含水層的解釋中，主要參數是極化率，結合視電阻率，并參照激發比、衰減度和半衰時。

③極化率是觀測衰減二次場，一般是一次場的百分之幾。為了提高觀測精度，必須通過提高一次場來達到提高二次場的目的，因此，在實際測量中，應采用溫納測深裝置來提高一次場的電壓值。

④在變質巖、火成巖區中硫化物的含量較高，極化率等激電參數往往大于含水層的值，小于鐵礦等硫化礦體的值，在上述區域找水應引起足夠注意。

3.4瞬變電磁法（TEM）

瞬變電磁法是時間域的人工源主動探測法。其基本原理是通過地面水平線框向地下發射脈沖磁矩，該一次場關斷后，測量一段時間內由地下介質感應生成二次場。地質體所感應出電流越大，其異常也越明顯，因此，瞬變電磁法對含水的高導地層靈敏，并且有較強的抗干擾能力。該方法的探測深度與所使用的磁矩（即發射框面積乘以發射電流大?。┐笮〕烧?，一般有效分辨區間為400m以內。突出優點是觀測純二次場，且不受靜態、近場效應、地形、接地條件影響。

瞬變電磁法不足之處是評估地層含水量時一般只能通過電阻率對比，定量研究需要做抽水試驗。瞬變電磁法在變質巖地區，對異常推斷較困難。隨著探測深度加大，層間滲透水和金屬礦的影響越來越明顯。瞬變電磁法資料中容易因激發極化效應出現測深曲線的非正常變化。另外還存在數據量大，資料解釋較為復雜的特點。不便于野外工作的快速分析和現場決策。

3.5地質雷達法（GPR）

地質雷達法與探空雷達技術相似，利用寬帶高頻時域電磁脈沖波的反射探測目標體，只是頻率相對較低，用于解決地質問題，又稱“探地雷達”，將雷達技術用于地質探測，早在1910年就已經提出，在隨后的60年中該方法多限于對波吸收很弱的鹽、冰等介質中。直到20世紀70年代以后，地質雷達才得到迅速推廣應用。

地質雷達是由地面的發射天線將電磁波送入地下，經地下目標體反射被地面接收天線所接收，通過分析所接收到電磁波的時頻、振幅特性，可以評價地質體的展布形態和性質。由于雷達穿透深度與發射的電磁波頻率有關，使其穿透深度有限，但分辨率很高，可達0.05m以下。早期地質雷達只能探測幾米內的目標，應用范圍比較窄。此外，地質雷達與地震反射原理相似，一些地震資料處理解釋方法可以借用。目前，地質雷達探測深度最大可達100m，使之成為水文和工程地質勘查中有效地地球物理方法。

4結論

物探找水時首先要根據水文地質條件確定含水層，再根據含水層的埋深及與圍巖的物性差異選擇物探方法及確定裝置系數。目前，我國各地找水均采用電法找水，有的依據巖石的電阻率，有的依據巖石的極化率，近年來又興起了半衰時法、聲選頻大地電場法等找水?？傊?，電法找水效益可行，效果極佳，隨著電法儀的不斷更新，方法的不斷改善，電法找水越來越準確，缺水地區的用水問題已不再是個困難的事情了。

通過對上述方法的簡述，電法勘探在找水方面的應用，歸納起來有以下幾個方面：

1）高密度電法由于其高效率，深探測和精確的地電剖面成像，成為水文和工程地質勘查中最有效的方法?？紤]到該方法分辨率不高，在具體的應用中可以結合其他電法勘探、電測井等方法，達到精細地質解釋的目的。

2）在水文勘探中，激發極化法和可控源音頻大地電磁法是首選的電法勘探方法，如果將激發極化法和高密度電法結合起來尋找地下水資源，效果會更好。

3）瞬變電磁法在水文地質和工程地質勘探中都有著廣泛的應用，尤其是大功率瞬變電磁儀不僅可以在深部地質勘探中發揮作用，還具有較高分辨能力。如果將該方法與高密度電法結合使用，有望解決深部精細地質勘探問題。

4）地質雷達主要用于各類工程地質勘探，是工程地質勘探首選地電法勘探方法。同時，該方法可以借用地震勘探中已有的資料處理和解釋技術，使其迅速發展，可以在更多領域發揮作用。

5）深層找水和淺層找水，決定了應采用深淺相結合的地球物理方法。CSAMT法探測深度大，可查明從地表到地下2000m深的地質情況；高密度電法探測深度較淺，但分辨率極高，因此兩種方法相結合，就可形成深淺相結合的立體電法。

綜上分析，認為物探電法勘探是探測地下水行之有效的方法。要想取得理想的效果，首先要根據測區不同的地貌地質單元、地球物理特征等要素，合理布置電法剖面，采用不同的排列方式，有針對性地開展野外工作；然后對不同的電性參數認真分析研究，結合已知地質資料，將電法資料轉化為地質成果。

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作者簡介

王麗1984女，河北省唐山市，物探助工，本科，主要從事工程物探工作。