电法勘探技术的原理及其应用

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　　摘要：我国电法勘探的发展概况，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：电法勘探 岩土体电阻率测试技术 三堆直流电法 高密度电法
　　引言：
　　电法勘探是根据岩、矿石电学性质的电性差异来找矿和研究地质构造的一种地球物理勘探方法，也是勘探行业应用比较广泛的一种勘探方法。它是通过仪器观测人工、天然的电场或交变电磁场，分析、解释这些场的特点和规律达到找 ‘勘探的归的。
　　1我国电法勘探的发展
　　从20世纪5O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。
　　2O世纪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。
　　2O世纪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。
　　1三种电法勘探的主要方法及特色
　　1．1 岩土体电阻率测试技术
　　对岩土体电阻率的测试，可以采用多种方法。下面主要介绍直流电测深中的温纳装置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一-1／3，所以视电阻率与电位差及电流强度的关系式为：P S-k A UAM ／ 1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P S。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／ S，并以MN／ P s为纵坐标，在双对数坐标纸上绘制MN／ p S与MN的关系图。对各测深点依次作图解释，可求得各测点处分层的电阻率值，对获得的各层电阻率值进行数理统计，便可获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。该方法较传统的解释方法具有快速、准确的特点，相对于传统的解释方法而言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。它的确定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。
　　1 2 三维直流电法
　　三维直流电法探测就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，进行加密采样数据以取得三维数据体，然后采取电阻率层析成像技术进行资料处理和成图。该方法是传统直流电法的三维化，可使勘探精度得到很大提高，在原有仪器设备条件下提高了传统直流电法勘探的能力，其工作丰体是测试工作，以“时间换取空『日]上的高分辨率”。施工采取一次布极，多极距测量技术，本文主要介绍的三维直流电法勘探施工两极装置是：在勘探区域布置m 条测线，每个测线布置n个测点(电极)，测网密度根据探测对象及其探测深度而定，在城市建设和水利电力工程勘测中，一般选取测线距L一2～1 0米、测点距D=2～5米即可。外业工作时将m x n个电极一次布置完毕。该法较传统直流电法勘探具有信息量大、精度高的优点，在工程勘察中有较好的应用效果，同时又拓展了老式电法仪的应用范围，延长了老式仪器的经济使用寿
　　命；但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。
　　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P 与电位差△U及电流强度I的关系式为：p。=kAUAM ／I现场观测施工方法：AB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／P。，并以MN／P 为纵坐标，在双对数坐标纸上绘制MN／P。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人大地，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。
　　4高密度电法
　　1 3 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，
　　即以岩石、矿物的电性差异为基础，通过观测和研究人工建立的电流场在大地中的分布规律，解决水文、环境和工程地质问题，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。高密度电法野外测量时将全部电极(几十至上百根)置l丁剖面上，利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现剖面中不同电极距、不同电极排列方式的数据快速自动采集。现场测量时，只需将全部电极布置在一定间隔的测点上，然后进行观测。在设计和技术实施上，高密度电测系统采用先进的自动控制理论和大规模集成电路，使用的电极数量多，而且电极之间可自由组合，这样就可以提取更多的地电信息，使电法勘探能像地震勘探一样使用覆盖式的测量方式。高密度电法勘探的前提条件是地下介质间的导电性差异，和常规电法一样，它通过A、B电极向地下供电(电流为I)，然后测量M 、N 极电位差△ U，从而求得该记录点的视电阻率值P s-K △ U／I。根据实测的视电阻率剖面进行计算、处理、分析，便可获得地层中的电阻率分布情况，从而解决相应的工程地质问题。电极排列布置在工作中最优先选用的是四极装置，它是公认的最稳妥的装置，虽然需要的场地开阔，但是能获得最大的测量电位，对节省外接电源，减少供电电压，高密度电法广泛应用于城市建筑等工程物探中，由丁受场地范围、地形起伏的局限，高密度电法多选用AMN 和MNB的三极装置，如同常规电法的三极装置一样，在性界面附近，因P S电流密度呈现非线性变化，造成M N 极的电位差的阶跃，从而使P S出现规律性的畸变。对于三极装置，在方法上可按照联合剖面的工作方法进行，即把测得的值作对称四极装置化处理。特别是压制干扰，增强有效信号，有着重要意义，而且四极装置受地形的影响较小，电测剖面形态比较好判别。
　　2结语
　　三维直流电法探测技术、岩土体电阻率测试技术等，它们在勘测中具有信息量大、准确、直观、经济、快速、便于分析等特点而具有广泛的应用前景。高密度电法由于其高效率、深探测和精确的地电剖面成像，成为地质勘察中最有效的方法。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。

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