電法勘探方法在水文與工程地質(zhì)中之應(yīng)用

【摘   要】文章簡(jiǎn)要敘述了我國(guó)目前發(fā)展較快之幾種主要電法勘探方法之發(fā)展概況及其在工程和水文地質(zhì)中之應(yīng)用。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：
　　【關(guān)鍵詞】電法勘探；高密度電法；激發(fā)極化法；CSAMT；瞬變電磁法；地質(zhì)雷達(dá)
   
      一、引言
　　電法勘探方法可以追溯到19世紀(jì)初P．Fox在硫化金屬礦上發(fā)現(xiàn)自然電場(chǎng)現(xiàn)象，至今已有100多年之歷史。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：我國(guó)電法勘探始于20世紀(jì)30年代，由當(dāng)時(shí)北平研究院物理研究所之顧功敘先生所開(kāi)創(chuàng)。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：經(jīng)過(guò)70余年之發(fā)展，我國(guó)之電法勘探無(wú)論在基礎(chǔ)理論、方法技術(shù)和應(yīng)用效果等方面都取得了巨大之進(jìn)展，使電法成為應(yīng)用地球物理學(xué)中方法種類(lèi) 多、應(yīng)用面 廣、適應(yīng)性 強(qiáng)之一門(mén)分支學(xué)科。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：同時(shí)，經(jīng)過(guò)廣大地球物理工作者不懈努力，在深部構(gòu)造、礦產(chǎn)資源、水文及工程地質(zhì)、考古、環(huán)保、地質(zhì)災(zāi)害、反恐等領(lǐng)域，電法已經(jīng)和正在發(fā)揮著重要作用。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：限于篇幅，本文僅對(duì)其中幾種主要方法，如高密度電法、激發(fā)極化法、CSAMT、瞬變電磁法和地質(zhì)雷達(dá)等作簡(jiǎn)要介紹，并就這些方法在水文和工程地質(zhì)中之應(yīng)用進(jìn)行闡述，供廣大水文和工程地質(zhì)、工程物探人員參考。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：
　　二、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，所不同之是在觀測(cè)中設(shè)置了高密度之觀測(cè)點(diǎn)，是一種陣列勘探方法。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：關(guān)于陣列電法勘探之思想源于20世紀(jì)70年代末期，英國(guó)人設(shè)計(jì)之電測(cè)深偏置系統(tǒng)就是高密度電法之 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)了野外高密度電法之?dāng)?shù)據(jù)采集。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：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)用之角度進(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、重慶之有關(guān)儀器廠家研制成了幾種類(lèi)型之儀器。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：
　　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、不同電極排列方式之?dāng)?shù)據(jù)快速自動(dòng)采集。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：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)置引起之故障和干擾，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，可以獲得豐富之有關(guān)地電斷面之信息；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。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：此外，隨著地球物理反演方法之發(fā)展，高密度電法資料之電阻率成像技術(shù)也從一維和二維發(fā)展到三維，極大地提高了地電資料之解釋精度。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：
　　高密度電法應(yīng)用領(lǐng)域比較廣，尤其在水文和工程地質(zhì)勘查方面，主要有：底青云（2002）、吳長(zhǎng)盛（2001）、郭鐵柱（2001）、董浩斌（2001）等使用高密度電法在水庫(kù)大壩之壩體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、壩基滲漏勘查、堤壩裂縫檢測(cè)上見(jiàn)到了好之應(yīng)用效果；嚴(yán)文根（2002）將高密度電法用在電廠大壩之基巖面起伏及其強(qiáng)度特性評(píng)價(jià)上；王文州（2001）、王玉清（2001）、侯烈忠（1997）等將高密度電法用在高速公路高架橋、高層建筑選址、機(jī)場(chǎng)跑道之地基勘探中；郭秀軍（2001）采用高密度電法探測(cè)防空洞、涵洞、溶洞、地下局部不明障礙物等物理性質(zhì)有別于周?chē)橘|(zhì)之地下有形體；楊湘生（2001）在湘西北巖溶石山區(qū)找水中應(yīng)用高密度電法確定 佳井位方面取得了好之效果；解愛(ài)華（2003）采用高密度電法與瞬態(tài)瑞雷面波法完成了國(guó)際機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建工程中之巖土工程勘察問(wèn)題，查明古河道、墓穴和洞穴之分布及埋深，利用土層之剪切波速劃分場(chǎng)地類(lèi)別。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：此外，何門(mén)貴（2002）、劉曉東（2001）、王士鵬（2000）在尋找地下水、管線探測(cè)、查明采空區(qū)、調(diào)查巖溶及地質(zhì)災(zāi)害等工程物探中使用了高密度電法。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：
　　三、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之瞬間，在測(cè)量電極之間總能觀測(cè)到隨時(shí)間緩慢變化之附加電場(chǎng)，稱(chēng)為激發(fā)極化效應(yīng)。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：激發(fā)極化法（或激電法）就是以巖、礦石激發(fā)極化效應(yīng)之差異為基礎(chǔ)來(lái)解決地質(zhì)問(wèn)題之一類(lèi)勘探方法。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：激電法是20世紀(jì)50年代末在我國(guó)開(kāi)始研究和推廣之，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)視電阻率隨頻率之變化——即復(fù)視電阻率之頻譜。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：由于該方法測(cè)量之是二次場(chǎng)，具有不受地形起伏和圍巖電性不均勻之影響、可測(cè)量之參數(shù)多等優(yōu)點(diǎn)。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：
　　在實(shí)際地質(zhì)應(yīng)用方面，初期之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。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：近年來(lái)，激電法找水效果十分顯著，被譽(yù)為“找水新法”。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：早在上世紀(jì)60年代，國(guó)外學(xué)者Victor Vacquier（1957）等提出了用激電二次場(chǎng)衰減速度找水之思想。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：在該思想之啟迪下，我國(guó)也開(kāi)展了有關(guān)研究，并將激電場(chǎng)之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)型之地下水資源，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)與地層之含水性聯(lián)系起來(lái)。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：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)出適合尋找地下水之儀器。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：
　　在找水方面之具體應(yīng)用有：楊進(jìn)（1997）用回歸系數(shù)之顯著性檢驗(yàn)及回歸預(yù)測(cè)方法預(yù)報(bào)了地下涌水量；姜義生（2000）使用雙頻激電法不僅解決了居民飲用之地下水源，而且解決了干擾地下施工之漏水帶；龍凡（2002）使用激電法中視激化率和半衰時(shí)參數(shù)在砂頁(yè)巖地區(qū)、灰?guī)r地區(qū)、花崗巖地區(qū)和玄武巖地區(qū)找到了地下水資源，并且用回歸直線法預(yù)測(cè)了單井涌水量；王聿軍（2001）使用激電法在貧水山區(qū)進(jìn)行找水；王俊業(yè)（2000）用激電參數(shù)和電阻率參數(shù)對(duì)地層之富水性進(jìn)行評(píng)價(jià)，取得了好之結(jié)果；李金銘（1993）、金學(xué)名（1993）使用激電法之偏離度參數(shù)尋找地下水資源；李茂塔（2001）、李金銘（1990、1994）對(duì)激電法找水之基礎(chǔ)理論進(jìn)行了研究；周立功（2001）使用激電法在重力土壩穩(wěn)定性檢測(cè)中查明 大下沉段堤下介質(zhì)賦水情況。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：
　　值得一提之是，利用激電法找水或確定地層之含水性， 好與高密度電阻率法相結(jié)合，這樣可以降低地球物理解釋之多解性，提高找水之成功率。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：高密度電阻率法在確定高阻或低阻地質(zhì)體具有優(yōu)越性，但低阻地質(zhì)體并不代表富含地下水，湖南陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家認(rèn)為：也許是由于泥巖引起地層之電阻率下降。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：湖南陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家認(rèn)為：可以通過(guò)使用激電法來(lái)區(qū)分含水地層和泥巖，因?yàn)榧る姸螆?chǎng)與巖石之孔隙有關(guān)，在純粹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)之衰減速度也與孔隙之大小、形狀和寬窄有關(guān)，這就是激電法找水之機(jī)理所在。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：
　　四、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(chǔ)上發(fā)展起來(lái)之一種可控源頻率測(cè)深方法。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：CSAMT是1975年由Myron Goldstein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(chǎng)與磁場(chǎng)比值之間之關(guān)系，并且根據(jù)電磁波之趨膚效應(yīng)理論得出電磁波之傳播深度（或探測(cè)深度）與頻率之間之關(guān)系，這樣可以通過(guò)改變發(fā)射頻率來(lái)改變探測(cè)深度，達(dá)到頻率測(cè)深之目之。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：目前，已商業(yè)化

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