水文和工程地质中电法勘探法的应用

水文和工程地质中电法勘探法的应用

王雪源

湖北省地质调查院                430030

摘要：电法勘探法在我国发展历程较长，截止到目前发展位置，不管是在理论基础还是技术方法方面，都获得了理想的应用效果，这也使电法勘探法成为了当前种类较多且应用性较强的一门分支学科。另外，电法勘探法在环境保护和地质灾害控制方面都有着相当明显的表现，也正因如此，针对电法勘探技术的研究和探索都具有十分重要的现实意义。对此本文将主要介绍电法勘探法的应用原理和优势，并提出该方法在水文与工程地质中的具体应用。

关键词：电法勘探技术；高密度电法；地质雷达；应用原理

在我国社会经济快速发展的同时，资源领域的需求量也呈现出了明显上升趋势，对各种金属矿、能源的依赖性变得越来越强。同时，我国也属于能源消耗大国，加大资源勘探力度是促进国民经济顺利发展的基础，也能够帮助我国对地质结构有所了解。所以，资源勘探技术的发展也变得越来越成熟。其中，在电子信息技术和计算机技术快速发展的趋势下，电法勘探技术成为了地理科学研究中的主流技术，也是我国发展进程中不可缺少的重要组成部分。

1. 电法勘探的原理及优势

通常情况下，地质勘探工作涉及到了土木工程建设、城市规划以及矿产资源开采等多个领域。其中，电法勘探技术应用范围十分广泛，其主要就是根据地质结构中不同岩体的电化学特征与电磁学性质之间的区别，通过分析岩层结构属性来判断地质情况，是一种较为精准高效的勘测方法[1]。电法勘探技术一般会应用在矿产资源探索过程中，在应用领域不断扩展的同时，应用方法也变得越来越多样化。比如高密度电法勘探技术一般都应用在野外环境中，能够利用远程控制电极转换开关和电测仪器顺利完成勘探工作，在短时间内可以实现数据自动化收集。而从整体角度来看，高密度电法勘探技术的主要工作原理就是电阻率法，能够根据不同岩土层之间电阻率的差异性，对地质结构信息进行探查，在科学技术快速进步的同时，也可以逐渐加强电阻率成像技术水平，由以往的二维过渡到了三维层面，勘探信息清楚度也得到了大幅度提升。不仅可以一次性完成现场电极布置工作，还能够辅助勘测工作人员顺利获得地电断面的基本地质信息。电法勘探法主要分类如图1所示。

图1 电法勘探的主要分类
2.电法勘探法在水文与工程地质中的具体应用
2.1高密度电法

高密度电法属于一种直流电阻率法，其原理与普通电阻率法基本一致，但不同之处就是观测过程中设置了高密度观测点，属于一种阵列勘探方法。阵列电法勘探技术的思想最初起源于上个世纪七十年代末期的英国，而我国也在二十世纪末开始对高密度电法及其应用技术展开了研究，在理论方法和实际应用角度方面都进行了深入探讨和完善。从目前实际情况来看，高密度电法应用十分广泛，尤其是在水文和地质勘测中的应用效果更加明显[2]。在野外勘探测量过程中，此方法会将所有电极放置在剖面上，利用程控电极转换开关与微机工程电测仪器设备就可以了解剖面当中的不同电极距和排列方式，并可以对数据进行快速采集。与传统的电阻率法相比，高密度电法具备以下应用优势：一是可以一次性完成电极布置，减少了因电极设置导致的故障和干扰问题，提高了整体工作效率。二是能够采取多样化的电极排列方式，对故障信号进行测量，从而获得与地电断面相关的信息。三是野外数据采集过程实现了自动化与半自动化，数据采集速度得到了明显提升，减少了手工操作失误问题的出现概率。
2.2瞬变电磁法

瞬变电磁法也被称之为时间电磁法，简称为TEM。该技术主要是利用不接地或接地线源，向地下发送一次场，在间歇过程中，测量在地质体中产生的感应电磁场随时间的变化。结合二次场的曲线衰减特征，判断不同深度地质体的电性特征与规模大小。此外，瞬变电磁法技术应用的基本原理就是电磁感应定律。瞬变电磁场具备了体积效应小、横向分辨率高且探测深度深等特点，不会受旁侧地质体的影响，与探测地质体能够形成最佳耦合。
2.3激发极化法

激发极化法简称为激电法，主要是以地壳中不同岩土和矿石激电效应差异为物质基础，在观测和研究基础上，人工建立起直流或交流激电场，从激电场中的分布规律中探寻处理地质问题的有效方法[3]。在电法勘探技术应用过程中，当电极排列向大地供入或切断电流的一瞬间，通过测量电极就可以观测到时间的缓慢变化，这也被称之为激发极化效应。激发极化法最初是在二十世纪五十年代末期在我国开始研发和推广的，其中变频法是激电法当中应用较为广泛的方法之一。此方法主要测量对象是二次场，不会受围岩电性不均匀的影响，可供测量参数较多。

激发极化法最初在地质勘探中的应用主要是以金属矿床为主，但是在长期发展过程中，已经逐渐渗透到了多个领域中，其效果最为明显的就是应用在了找水工程中。通过双频激点法可以处理居民地下水源问题，利用电阻率参数和激电参数来评价和分析地层当中的富水层。
2.4可控音频大地电磁法

可控音频大地电磁法采用了可控制的人工场源，测量过程主要是由电偶极源传送在地下电磁场分量。此方法具备一下优点：一是通过应用卡尼亚电阻率，减少了地形因素造成的影响。二是在改变频率并不改变几何尺寸的基础上，展开不同深度的电测，从而明显提高工作效率

[4]。三是探测深度的范围较大，通常可以在2km。四是横向分辨率较高，能够更加灵敏地探测断层。五是高阻屏蔽作用较小，能够有效穿透高阻层。另外，可控音频大地电磁法在地质问题处理中具备很好的应用前景，在探寻异常金属矿、掩盖体以及火山岩煤层过程中，都发挥出了十分理想的效果。还有部分研究人员会采取此方法来探寻地下水资源。
2.5地质雷达法

与探地雷达方法相比，地质雷达法的应用原理与其基本一致。都是在宽带高频应用过程中，采用电磁脉冲发射的方法来对目标体进行高效探测，但频率要相对较低一点，所以基本都应用在了探地工程中。雷达技术最初在探地过程中通常都会限制于波吸收能力较弱的冰介质与盐当中。我国很多地质雷达仪器都是由高校与相关研究机构共同研制的，但是在各方面因素的影响下，还有一部分仪器设备需要从国外发达国家引进。另外，在地质雷达法应用过程中，主要是利用地面发射天线将电磁波输送到地下环境中，随后再由目标体将其反射在接收天线。在分析电磁波相关参数之后，可以对地质体性质进行明确。在整个过程中，雷达穿透深度与电磁波自身频率存在很大关联，其基本原理和地震发射原理基本一致，所以在研究和处理过程中可以适当根据地震资料来进行解释。也就是说，地质雷达法具有很强的分辨率且成果解释十分可靠，所以在实际工程中被广泛应用在了浅层地质勘探工作中。像机场道路、高速公路以及普通公路等道路无损检查等等。
结束语：

综上所述，电法勘探技术主要就是采取电阻率法来监控地质结构的实际分布情况，在以电子技术为基础的传感器技术快速发展的时代，高密度电阻率方法一般都将电测探法和电剖面法的特点融合在了一起，不仅可以呈现出垂向电性的改变特征，还能够将一定范围深度内的电性变化情况体现出来。因此，将电法勘探技术应用在地质与水文工程勘测工作中，能够通过大批先进的技术设备，为我国电法勘察技术在工程地质中的应用，创造良好的发展空间。
参考文献：

[1]哈连金,李海龙.电法勘探方法在水文和工程地质中的应用分析[J].世界有色金属,2019(24):233-234.

[2]罗志龙.电法勘探在寻找矿区水文地质中的应用研究[J].世界有色金属,2018(15):251-252.

[3]黄笑春,黄子茜.综合物探方法在水文地质调查中的应用[J].地球,2018(09):100-101.

[4]杨锡伟.电法勘探在无锡城市地质勘查中的对比分析[J].城市建设理论研究(电子版),2018(18):108-109.