常用电法勘探技术原理及其应用实例

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[摘要]电法勘探是以岩石或矿石与围岩之间的电性差异为基础，对天然产生的或人工建立起来的电场或电磁场的空间的或时间的分布特征进行观测，以查明地质构造和有用矿产的一种物探方法。文章对目前常用的几种电法勘探技术的原理进行了解释，并举例说明了其在实际中的应用效果。

[关键词]岩土体电阻率测试技术 三维直流电法 高密度电法 激发极化法 可控源音频大地电磁法

[中图分类号] P631.3+22 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-8-233-2

电法勘探是根据岩石和矿石电学的性质来寻找矿藏和研究地质构造的一种地球物理勘探方，主要是通过过仪器观测人工的、天然的电场或交变电磁场等手段来勘探矿脉。

目前，电法勘探已经成为寻找矿产、煤田、油气藏和地下水的有效方法， 近年来其应用领域又逐渐扩展到地质工程、工程勘查、环境监测等各个领域， 与国民经济建设、人民社会生活的关系越来越密切。

1我国电法勘探的发展

从50年代初期到中期是我国电法勘探技术的建立时期，自然电场法， 电阻率剖面法和电测深法在这一时期得到了完善和发展。在一些矿产资源勘查中，自然电场法很快成为勘查浅埋良导矿的经济而有效的手段，电测深法也成为煤田等资源勘查的重要方法， 各种相关装置也得到了广泛的试验， 联合剖面装置已经成为确定各种电性体地面投影位置和产状要素等最有效的一种手段。

50年代中期至60年代中期是我国电法勘探技术的全面发展阶段。倾角法、振幅相位法、虚分量振幅法， 小功率瞬变脉冲电磁法或称过渡场法， 大地电流法、激发极化法等技术方法及其相应仪器在这一时期受到广泛的重视。

60年代中期到70年代是电法勘探技术的提高和发展时期。在理论、技术和应用领域等方面激电法、充电法和各种电阻率法等方法都有较大提高和发展， 并且引进了电偶源和磁偶源频率测深、大地电磁测深、音频大地电磁测深、甚低频和地质雷达等方法和相应仪器。

80年代至今是电法勘探技术再提高、再发展并已臻成熟的时期。我国金属矿的找矿主体进入勘查深部隐伏矿的新阶段， 要求电法勘探向深部进军并具有区分常规电法干扰的能力此时期， 针对这个要求，针对我国矿业发展的要求，不仅对上述上述已开展的方法技术作了相应的深入研究，而且引进了可控源音频大地电磁法、新颖时域瞬变脉冲电磁法和电磁测深法、宽频谱激电法等新的方法技术及其相应的仪器设备。

经过60多年的发展，我过的电法勘探技术经历了开创、发展、提高和成熟的阶段，在应用领域和理论领域都取得了丰硕的研究成果，并且新技术和方法在实际中的得到了广泛而有效的应用，下面我们介绍了岩土体电阻率测试技术、三维直流电法和高密度电法的原理及其应用[1]。

2岩土体电阻率测试技术

现有多种方法可以对岩土体电阻率进行测试。比较常用的是直流电测深中的温纳装置，下面主要介绍其在岩土体电阻率测试中的具体应用。根据试验研究和工程实测结果可知，该法具有快速、准确地测定岩土体电阻率，并对不同岩性层划分做出客观解释的优点。

实施原理：由于温纳装置是等比装置，且MN/AB=1/3，所以视电阻率ρs与电位差ΔU及电流强度I的关系式为：ρs=kΔUAM / I。

现场观测施工方法：A B 供电极距逐渐加大，以增加勘探深度，可以测得不同电极距下的视电阻率。采取处理与解释采用现场作图的方式，快速测定电阻率及划分岩性层位。以MN 为横坐标，计算MN/ρs，并以MN/ρs为纵坐标，在双对数坐标纸上绘制MN/ρs与MN的关系图。

对各测深点依次进行作图解释，可计算出各测点处分层的电阻率值，数理统计各层电阻率值，可求得得地层的平均电阻率值。物性层位的划分可以采用计算机数值模拟计算、量板法或其它手工解释方法。

与传统的方法相比，这种解释方法具有快速、准确的特点，更适合工程物探在解决地层划分和电阻率测试中的应用。另外，场地的岩土电阻率是工程设计接地装置的一个重要参数。确定场地的岩土电阻率对电流尽快地散入大地，达到足够小的接地电阻及接地装置地下部分的合理布局起到十分重要的作用，它沿地层深度的变化规律是选择接地装置型式设计的主要依据[2]。

3三维直流电法

该探测方法是应用现有的直流电法仪器和勘探方法，在施工方法上优化改进而来，是传统直流电法的三维化，可使勘探精度得到很大提高。施工时，进行加密采样数据以取得三维数据体后，采取电阻率层析成像技术进行资料处理和成图。该方法在原有仪器设备条件下提高了传统直流电法勘探的能力，以“时间换取空间上的高分辨率”。

相对传统的直流电法勘探而言，该方法具有信息量大、精度高的优点，在工程勘察中应用效果比较好，还可延长了老式仪器的经济使用寿命；但同时该法又具有施工量大的缺点，性价比决定其适合于小区域的工程勘察。

皖北煤电集团卧龙湖矿某工作面现场探测采用256个电极，AM法进行采集，得到该工作面底板下的三维电阻率分布图，与实际情况基本一致。在施工中，通过疏水降压，保证了工作面的安全回采，采用NPEI进行探测，有效地指导了工作面疏水降压钻孔的布置[3]。

4高密度电法

高密度电法在观测中设置了高密度的观测点，是一种阵列勘探方法。野外测量时，将全部电极置于剖面上，然后利用程控电极转换开关和微机工程电测仪实现不同电极距及电极排列方式数据的快速自动采集。而后使用微机对数据进行处理，得出关于地电断面分布的各种物理解释的结果。高密度电阻率勘探技术的运用与发展， 使电法勘探的智能化程度大大提高。高密度电阻率法相对于传统的电阻率法具有自动化程度高、数据量丰富、成本低、效率高、解释方便、勘探能力强等诸多优点。

京九铁路豫东某段路基下沉，采用高密度电法勘察，根据高密度电阻率勘探剖面图和实测的视电阻率断面图反演后得到的影像断面图，然后推测出地质断面图，可较清晰地圈定地下各种不良路基位置和程度，有目的的对不良路基进行注浆加固，取得了非常好的效果[4]。

5激发极化法

在电法勘探中，当电极排列向大地供入或切断电流的瞬间，在测量电极之间总能观测到随时间缓慢变化的附加电场，称为激发极化效应。激发极化法（或激电法）就是以岩、矿石激发极化效应的差异为基础来解决地质问题的一类勘探方法。激电法是20世纪50年代末在我国开始研究和推广的，早期是以直流（时间域）激电法为主，20世纪70年代初开始研究交流（频率域）激电法――主要是变频法，20世纪80年代初又开始对频谱激电法进行研究，也就是研究复视电阻率随频率的变化――即复视电阻率的频谱。由于该方法测量的是二次场，具有不受地形起伏和围岩电性不均匀的影响、可测量的参数多等优点。

在实际地质应用方面，初期的激电法主要用于勘查硫化金属矿床，后来发展到诸多领域，如氧化矿床、非金属矿床、工程地质问题等。近年来，激电法找水效果十分显著，被誉为“找水新法”。早在上世纪60年代，国外学者VictorVacquier（1957）等提出了用激电二次场衰减速度找水的思想。在该思想的启迪下，我国也开展了有关研究，并将激电场的衰减速度具体化为半衰时、衰减度、激化比等特征参数，这些参数不仅能较准确地找到各种类型的地下水资源，而且可以在同一水文地质单元内预测涌水量大小，把激电参数与地层的含水性联系起来。

湖北鄂东北地质大队利用激发极化法在申扎县嘎日阿统钼多金属矿区银铅锌矿找矿中，通过对测区进行直流激电中梯和直流电测深工作，结合工区的岩矿石电性和激电特性，对其场源性质和激化体特征进行了解释和推断，圈定出五个铅锌矿异常。对该区多金属矿找矿具有一定的指导意义[5]。

6可控源音频大地电磁法

可控源音频大地电磁法是在大地电磁法（MT）和音频大地电磁法（AMT）基础上发展起来的一种可控源频率测深方法。CSAMT是1975年由MyronGoldstein提出，它基于电磁波传播理论和麦克斯韦方程组建立了视电阻率和电场与磁场比值之间的关系，并且根据电磁波的趋肤效应理论得出电磁波的传播深度（或探测深度）与频率之间的关系，这样可以通过改变发射频率来改变探测深度，达到频率测深的目的[6]。

CSAMT采用可控制人工场源，测量由电偶极源传送到地下的电磁场分量，两个电极电源的距离为1～2km，测量是在距离场源5～10km以外的范围进行，此时场源可以近似为一个平面波。

由于该方法的探测深度较大（通常可达2km），并且兼有剖面和测深双重性质，因此具有诸多优点：

第一，使用可控制的人工场源，测量参数为电场与磁场之比――卡尼亚电阻率，增强了抗干扰能力，并减少地形的影响。

第二，利用改变频率而非改变几何尺寸进行不同深度的电测深，提高了工作效率，一次发射可同时完成7个点的电磁测深。

第三，探测深度范围大，一般可达1～2km。

第四，横向分辨率高，可以灵敏地发现断层。

第五，高阻屏蔽作用小，可以穿透高阻层。CSAMT法一出现就展示了比较好的应用前景，尤其是作为普通电阻率法和激发极化法的补充，可以解决深层的地质问题，如在寻找隐伏金属矿、油气构造勘查、推覆体或火山岩下找煤、地热勘查和水文工程地质勘查等方面，均取得了良好的地质效果。

广东省核工业地质局二九三大队利用CSAMT方法在下庄矿田沙溪―焦坑地区有效的探测出硅化带的赋存位置，以及与辉绿岩的界面分层，为该区“焦点矿”（即辉绿岩与硅化带交界处成铀矿）找矿提供了可靠的依据。

综上所述，三维直流电法、岩土体电阻率测试技术在勘测中具有信息量大、准确、直观、经济、快速、便于分析等特点，因此它们的应用前景广泛。

高密度电法的效率高、成像精确，目前已成为地质勘察中最有效的方法。

激发极化法和可控源音频大地电磁法具有探测深、成像效果好的特点。

随着科学技术的发展，在深部地质找矿中应用越来越广泛。

随着电子和数据处理技术的发展，利用电阻率的常规物探方法的应用范围和应用领域以及数据处理技术也不断进展和创新，在工程建设和实践中发挥着不可替代的作用，取得了良好的经济效益和社会效益。

参考文献

[1] 张赛珍， 王庆乙， 罗延钟. 中国电法勘探发展概况[J]. 地球物理学报， 1994， 37， 408-424.

[2] 曹静 吴灿灿 李雪等. 浅谈几种常用电法勘探的原理及优点[J]. 科技资讯. 2009， 18， 37.

[3] 刘盛东， 吴荣新， 张平松等. 三维并行电法勘探技术与矿井水害探查[J]. 煤炭学报. 2009， 34（7）， 927-932.

[4] 赵光辉. 高密度电法勘探技术及其应用[J]. 矿产与地质. 2006， 20（2）， 166-168.

[5]陈炜 李志华 王彤等. 激发极化法在申扎县嘎日银铅矿勘查中的应用[J].物探与勘探1989

[6]底青云 王若等著 可控源音频大地电磁数据正反常及方法应用《科学出版社》.