电法勘探方法在水文和工程地质中应用

摘要：文章叙述电法勘探方法的发展概况及其在工程和水文地质中的应用。

关键词：电法勘探；高密度电法；激发极化法；瞬变电磁法；地质雷达

中图分类号：p631.3；文献标识码：a；文章编号：

本文仅对其中几种主要方法，如高密度电法、激发极化法、瞬变电磁法和地质雷达等作简要介绍，并就这些方法在水文和工程地质中的应用进行阐述。

一、电法勘探的几种方法、原理 1、高密度电法

高密度电法实际上是集中了电剖面法和电测深法，其原理与普通电阻率法相同，所不同的是在观测中设置了高密度的观测点，是一种阵列勘探方法。高密度电法具有以下优点：（１）．电极布置一次性完成，不仅减少了因电极设置引起的故障和干扰，并且提高了效率；（２）．能够选用多种电极排列方式进行测量，可以获得丰富的有关地电断面的信息；（３）．野外数据采集实现了自动化或半自动化，提高了数据采集速度，避免了手工误操作。此外，随着地球物理反演方法的发展，高密度电法资料的电阻率成像技术也从一维和二维发展到三维，极大地提高了地电资料的解释精度。

高密度电法应用领域比较广，尤其在水文和工程地质勘查方面，主要有：底青云（2002）、吴长盛（2001）、郭铁柱（2001）、董浩

斌（2001）等使用高密度电法在水库大坝的坝体稳定性评价、坝基渗漏勘查、堤坝裂缝检测上见到了好的应用效果；严文根（2002）将高密度电法用在电厂大坝的基岩面起伏及其强度特性评价上；王文州（2001）、王玉清（2001）、侯烈忠（1997）等将高密度电法用在高速公路高架桥、高层建筑选址、机场跑道的地基勘探中；郭秀军（2001）采用高密度电法探测防空洞、涵洞、溶洞、地下局部不明障碍物等物理性质有别于周围介质的地下有形体；杨湘生（2001）在湘西北岩溶石山区找水中应用高密度电法确定最佳井位方面取得了好的效果；解爱华（2003）采用高密度电法与瞬态瑞雷面波法完成了国际机场扩建工程中的岩土工程勘察问题，查明古河道、墓穴和洞穴的分布及埋深，利用土层的剪切波速划分场地类别。 2、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。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。

在找水方面的具体应用有：杨进（1997）用回归系数的显著性检验及回归预测方法预报了地下涌水量；姜义生（2000）使用双频激电法不仅解决了居民饮用的地下水源，而且解决了干扰地下施工的漏水带；龙凡（2002）使用激电法中视激化率和半衰时参数在砂页

岩地区、灰岩地区、花岗岩地区和玄武岩地区找到了地下水资源，并且用回归直线法预测了单井涌水量；王聿军（2001）使用激电法在贫水山区进行找水；金学名（1993）使用激电法的偏离度参数寻找地下水资源；周立功（2001）使用激电法在重力土坝稳定性检测中查明最大下沉段堤下介质赋水情况。 3、瞬变电磁法（tem）

瞬变电磁法是利用不接地或接地线源向地下发送一次场，在一次场的间歇期间，测量由地质体产生的感应电磁场随时间的变化。根据二次场的衰减曲线特征，就可以判断地下不同深度地质体的电性特征及规模大小等。由于该方法是观测纯二次场，消除了由一次场所产生的装置偶合噪音，具有体积效应小、横向分辨率高、探测深度深、对低阻反映灵敏、与探测地质体有最佳偶合、受旁侧地质体影响小等优点。

瞬变电磁法除了广泛应用于金属矿产、石油、煤田、地热以及冻土带和海洋地质等地质勘查工作之外，在水文和工程地质勘查中也取得了非常好的应用效果，如杨文钦（2002）、张保祥（2002）、郁万彩（2001）、蒋文（2004）等使用瞬变电磁法查明断层及顶板砂岩的导水性及富水性、勘查地下水资源及界定地下水位、评价断层空间位置及含水性和寻找地下含水构造；刘继东（1999）、李貅（2000）、袁江华（2002）、阎述（1999）等使用瞬变电磁法探测煤柱及圈定老窑采空区、勘察煤田矿井涌水通道、探测小浪底水库库区煤矿采空区和探测地下洞体的存在；刘羽（1995）用瞬变电磁法

评价塌陷成因及危害性、评价防渗帷幕稳定性、探测高层建筑地基和评价大桥桥址稳定性；郭玉松（1998）使用瞬变电磁法探测堤防工程隐患、勘查水库坝址；李文尧（2000）用瞬变电磁法在抗洪抢险中寻找漏水断裂或溶洞。 4、地质雷达（gpr）

地质雷达与探空雷达技术相似，是利用宽带高频时域电磁脉冲波的反射探测目标体，只是频率相对较低，用于解决地质问题，又称“探地雷达”。

地质雷达是由地面的发射天线将电磁波送入地下，经地下目标体反射被地面接收天线所接收，通过分析接收到电磁波的时频、振幅特性，可以评价地质体的展布形态和性质。由于雷达穿透深度与发射的电磁波频率有关，使其穿透深度有限，但分辨率很高，可达0.05米以下。早期，地质雷达只能探测几米内的目标体，应用范围比较狭窄。此外，地质雷达与地震反射法原理相似，一些地震资料处理解释方法可以借用。目前，地质雷达探测深度最大可达100米，使之成为水文和工程地质勘察中最有效的地球物理方法。

地质雷达因具有分辨率高，成果解释可靠的特点，在浅层地质勘探中，有着非常广泛的应用。如探测覆盖层厚度、基岩面起伏，查找潜伏断层、破碎带、古溶洞、管道沟、涵洞以及地下掩埋体，进行环境地质、考古调查等。在水文和工程地质中，地质雷达应用也是非常广泛，主要有：杨天春（2001）、钱荣毅（2003）、邓居智（1999）使用地质雷达进行公路、高速公路、机场道路等质量的无损检测；

赵永贵（2003）、薛建（2000）、史付生（2003）使用地质雷达进行隧道地质超前预报、检测隧道衬砌质量；王俊茹（2003）、李永革（2001）、姬继法（2002）使用地质雷达探测建筑物地下边坡孤石、机场地下古墓等不良地质体分布，消除其对邻近或上部构筑物构成的潜在威胁；高建东（1999）、曾校丰（2000）、王百荣（2001）、（2000）使用地质雷达探测水库地下防渗墙、探测水库坝体结构层及结构层材料老化变质、检测灌浆质量及混凝土厚度、调查覆盖层厚度及衬砌混凝土质量；杨向东（2001）使用地质雷达探测地下管道；李张明（2000）使用地质雷达在三峡工程施工中探明花岗岩不均匀风化分布范围、圈定较大断层及风化夹层的延伸范围和产状、检测高速公路质量；王孝起（2001）使用地质雷达调查南水北调中线天津干渠基岩岩性及基岩面高程；张兴磊（2001）使用地质雷达查明了煤柱破坏情况和采空区分布范围，指导注浆施工。 二、通过对几种主要电法勘探方法的发展、原理及实际应用进行综述，可以看出，电法勘探方法在水文和工程地质勘探领域有着广泛的应用，归结起来有以下几方面：

1.高密度电法由于其高效率、深探测和精确的地电剖面成像，成为水文和工程地质勘察中最有效的方法。考虑到该方法的分辨率不高，在具体的应用中可以结合其他电法勘探、电测井等方法，达到精细地质解释的目的。

2.地质雷达主要用于各类工程地质勘探，是工程地质勘探首选的电法勘探方法。同时，该方法可以借用地震勘探中已有的资料处理

和解释技术，使其迅速发展，可以在更多的领域发挥作用。 3.瞬变电磁法在水文地质和工程地质勘探中都有着广泛的应用，尤其是大功率瞬变电磁仪不仅可以在深部地质勘探中发挥作用，还具有较高的分辨能力。如果将该方法与高密度电法结合使用，有望解决深部精细地质勘察问题。 三、结束语：

通过本文简单的介绍，希望对勘探方法有更全面的认识。 参考文献：

[1]李金铭．电法勘探方法发展概况[j]．物探与化探，1996，20（4）.

[2]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（增刊1）.

[3]董浩斌，王传雷．高密度电法的发展与应用[j]．地学前缘（中国地质大学），2003，10（1）.