电法勘探的勘探方法
电法勘探的方法：
1、按场源性质可分为人工场法主动源法、天然场法被动源法。
2、按观测空间可分为航空电法、地面电法、地下电法。
3、按产生异常电磁场的原因可分为传导类电法、感应类电法。
4、按观测内容可分为纯异常场法、总合场法等。
5、按电磁场的时间特性可分为直流电法时间域电法、交流电法频率域电法、过渡过程法脉冲瞬变场法。
电法勘探原理与方法
电法勘探是根据岩石和矿石电学性质（如导电性、电化学活动性、导磁性和介电性，即所谓“电性差异”）来找矿和研究地质构造的一组地球物理勘探方法。它是通过仪器观测人工的、天然的电场或交变电磁场，分析、解释这些场的特点和规律，达到找矿勘探的目的。
电法勘探分为两大类：研究直流电场的，统称为直流电法，就是研究与地质体有关的直流电场分布特点和规律来找矿和解决某些地质问题，包括电阻率法、充电法、自然电场法和直流激发极化法等；研究交变电磁场的，统称为交流电法，就是研究与地体有关的交变电磁场的建立、分布、传播特点和规律来找矿和解决某些地质问题，包括交流激发极化法、电磁法、大地电磁场法、无线电波透视法和微波法等。按工作场所的差别，电法勘探又分为地面电法、坑道和井中电法、航空电法、海洋电法等。
激电法找水实例
大量实验结果已经证明（钟新淮，陈居和，1987；李金铭，1993；李金铭，1996），激发极化法利用含水岩石在人工电流场作用下产生的激电效应及其时间特性可以寻找地下水。由于这种方法受地形影响小，所以最适用于山区找水。我国是世界上激电法找水用户最多、效果最好的国家。在援助索马里的找水工作中激电法发挥了重要作用。其中在该国城市供水方面打井七眼，准确率为百分之百，在条件非常复杂的牧区，成井率也在70%以上。由山西平遥卜宜水利电探仪器厂、河南农科院农经区划研究所、黑龙江省水利厅和中国地质大学（北京）等十单位协作完成的“激电极化法找水的研究和推广”项目，据不完全统计，共创直接和间接经济效益3.6亿元。该项成果获得了1992年国家科技进步二等奖。近年来由我国派往非洲等国的找水队伍，用激电法找水取得了令人满意的效果，为国家争得了荣誉。 （一）激电法找水所利用的主要参数 激电法找水除与激电法找矿所利用的表征岩矿石激发极化强弱的参数η和表征岩矿石导电性好坏的参数ρ以外，还有其他一些参数。 1.表征岩石激发极化放电快慢的参数 （1）半衰时（St／2）。该参数由原陕西省地质局第一物探队（1975）提出。所谓半衰时，系指放电二次场由断电后的最大值衰减到一半时所需要的时间，通常用St／2表示。显然，半衰时小的说明二次场衰减快，半衰时大的说明衰减慢。St／2的单位为秒或毫秒。 图2-2-101 含水砂样上半衰时供电时间的实验关系曲线 实验结果表明，在线性条件下St／2与供电电流无关。St／2与供电时间的关系如图2-2-101所示，即随供电时间增加St／2值变大。其特点是开始上升很快，以后则变慢，最后趋于一饱和值。为了取得较明显St／2值，供电时间不宜过短。T=30 s已达饱和值的80%以上，故工作中多取30 s。 实验结果还表明，St/2值随测量延时Δt的增加成正比地变大。因此，在同一工作地区应采用相同的延时。 （2）衰减度（D）。该参数由山西平遥卜宜电探仪器厂提出（钟新淮等，1987）其测算式为 地电场与电法勘探 即以断电后0.25 s到5.25 s的5 s时间段内ΔV2的平均值与0.25 s的ΔV2值之比，作为衡量二次场放电快慢的参数，并用百分数表示。不难理解，D值小的说明放电快，D值大的说明放电慢。 国外常以不同时刻二次场比值作为指示放电快慢的参数，如ΔV2（1 s）/ΔV2（5 s）、ΔV2（5 s）/ΔV2（20 s）等。比值大的表示放电快，比值小的表示放电慢。 2.综合参数 为了突出有用异常，提高解释能力和找水效果，有时还采用一些综合参数。 （1）激发比（J） 地电场与电法勘探 通常在含水层上η和D值均较高，所以取二者的乘积作为综合参数可使异常放大，反映更明显。实际上激发比（J）的实质仍是极化率，只不过它所用的二次场是取一段时间内的平均值，故在一定程度上又反映了二次场的衰减快慢。 （2）η·St／2。将极化率与半衰时相乘也可对有用异常起到突出或放大作用。因为通常在含水层上η和St／2均有较高值。该参数名称未定但符号可用Z表示。 地电场与电法勘探 单位为毫秒。不难看出，综合参数Z的实质乃是充电率。它在一定程度上也反映了二次场的衰减快慢。 （3）相对衰减时（SR）。该参数是由河南省地矿局物探队在用衰减时法找水时提出的。 地电场与电法勘探 单位为s／（Ω·m）。当在某些地区，半衰时St／2反映富水性不明显，而富水性好的含水层电阻率较低时，则可选用SR参数，这样可使异常明显增大。 3.其他参数 （1）含水因素（MS）。该参数也是由原陕西省地矿局第一物探提出的。他们是根据半衰时St／2测深曲线与电极距（AB/2）轴所夹面积而定义的。 地电场与电法勘探 式中，x表示AB/2轴，dx表示电极距单元，积分限a，b表示由小极距到大极距。MS的单位为秒·米。 实验表明，St／2与含水量正相关（反映静水量），MS与涌水量Q正相关（反映动水量）。所以，St／2与MS参数的增高可反映地下水的相对富集。MS与涌水量Q有以下关系 地电场与电法勘探 式中，M0为无水地段含水因素的背景值；b为回归系数，该系数与地下水赋存条件有关，可通过已知钻孔用数理统计方法求得。 （2）偏离度（r）。偏离度是中国地质大学（北京）通过大量样品观测总结提出的一个激电找水新参数（李金铭，1993）。实验结果表明，含水岩石放电曲线的数学模型，可用对数直线方程ΔV2（t）=B-Klgt进行描述。如图2-2-102所示，当将放电曲线绘于时间轴为对数的坐标纸上时，则均表现为一条直线。所谓偏离度，系指实测结果与直线方程的偏离程度。其测算式为 图2-2-102 含水自然砂样上ΔV2衰减曲线实验结果 地电场与电法勘探 式中n为取样点数。r值小，说明衰减曲线的“直线性”强；r值大，说明“直线性”差，故称r为偏离度。式中K和B可通过最小二乘法求得，其计算式为 地电场与电法勘探 实验表明，偏离度与含水量有负相关关系。即含水量增加时，偏离度减小。因此，在含水层上r表现为低值。由于该参数计算时利用了放电曲线的全部数据，故其抗干扰能力较强（图2-2-103）。 目前在我国的激电找水工作中，由于采用的仪器和观测参数的不同，已形成两个分支。其中一个分支是以JJ型仪器为代表，观测整理ηs、Js、Ds和ρs参数；另一分支是以DWD和DWJ型仪器为代表，观测整理ηs、Ss、Zs和ρs参数。两个分支虽各有特点，但都能从二次场强弱和衰减快慢上反映地下水情况，并在实际应用中取得了良好效果。另外，由中国地质大学（北京）提出的激电找水新参数——偏离度r（视参数用rs表示）。 图2-2-103 自然砂偏离度（r）与湿度（ω）的关系 实践证明，在反映含水层能力方面与其他参数相比，更具有可靠性。 （二）利用ηs、Js和ρs参数的找水实例 20世纪70年代以来，由山西平遥卜宜电探仪器厂研制生产的JJ型积分式激发电位仪，在激电法找水中已占有相当份额。用ηs、Js和ρs等参数作激电测深，在国内许多省、市、自治区不同水文地质条件下找水取得了明显效果和重大社会效益和经济效益。这方面的找水实例很多，这里仅举一例作简单说明。 河南省新安县轸南区属于浅山丘陵区，该省农科院农经区划研究所在普查找水工作中（面积527.5 km2）发现了南岗异常区。这是新第三纪末期所形成的一个小型封闭状的断陷盆地，盆地中有巨厚的第四系砂卵石松散沉积物，因此称它为地下水库，因为涧河河水流经盆地中心部位，汛期可以得到河水的大量补充。 他们共作了六条井字型骨架轮廓剖面及三个高程（280m，220m，170m）各参数（ηs、Js和ρs）等值线平面图。根据三参数曲线特征，结合地面地质调查，做出了高程为280m时的地质推断平面图（图2-2-104）。 图中的西北部58号点至60号点为震旦系石英岩和寒武—奥陶系灰岩地层。在南岗、韩都湾、铁门一带，则为第四系松散沉积物。其余广大地区则为三叠系紫红色砂页岩地层。图2-2-105为Ⅲ—Ⅲ′剖面视电阻率（ρs）、视极化率（ηs）视激发比（Js）等值线断面图与地质推断剖面图。在ρs等值线断面图中，53与58号点，ρs曲线均表现陡直密集，说明岩性急剧变化，推断为地堑构造。55号点，三参数（ρs、ηs、Js）等值线均存在有高值封闭圈，其中ρsmax=120 Ω·m，说明浅部为砂卵石地层，而深部为基岩；ηsmax=2.6%、Jsmax=1.4%，说明富水性很好。地质推断如图2-2-105（d）。 图2-2-104 新安县轸南区地质推断平面图（高程280 m） 图2-2-105 新安县轸南区Ⅲ—Ⅲ′面图 根据南岗、省庄、庙头、韩都湾等地所打机井来看，出水量都很大。基岩埋深80m左右，砂卵石含水层组厚度超过40m。 （三）利用St/2、ηs和ρs参数的找水实例 20世纪80年代以来，由于北京地质仪器厂研制生产了能测二次场衰减曲线的微机激电仪（DWJ型）和能直读St/2的微机电测仪（DWD型），所以半衰时法找水又再度兴起，并在国内许多地区应用取得明显找水效果。这方面的实例也很多，现举其中一例予以说明。 图2-2-106 河北省易县七里庄激电测深曲线 河北省易县七里庄位于丘陵山区，地表被大面积耕植土所覆盖，因缺水曾打过三口井（130～180m）但均为干孔。后请了地矿部水文地质工程地质技术方法研究所来此进行勘查。据干孔资料知当地基岩为寒武系暗紫色页岩和中厚层灰岩。灰岩累计厚度约45 m，具有富水条件，关键在于要找到断裂构造。过去打的三个干孔均属井位选择不当造成。为此该所先用声频大地电场法扫面找出断裂构造带，然后再在ΔVs有明显低值异常地段做激电测深以确定含水层埋深和估算涌水量。图2-2-106 示出了某测深点的激电测深结果。图中除 St/2、ηs、ρs曲线外，还给出了综合参数 Zs=0.75 ·ηs·曲线。由图可见，St/2和ηs曲线在=38 m以后逐渐上升，当=100 m时ρs曲线升中有降且St/2在此亦有跳动，说明是富水显示。根据几种参数的异常变化，判断在 40～130 m段内应有富水层；并根据St/2曲线和Zs曲线在此段与AB/2轴所夹面积MS，通过Q=b（MS -M0 ）关系，推算涌水量 Q=35 t/h。打井结果说明，推算基本正确，最后抽水出水量为36 t/h。接着打第二眼井又获成功，从此该村有了水。 图2-2-107 吉林通化吉火车站以rs为主的综合参数激电测深曲线温纳装置及钻井剖面图 （四）利用偏离度（rs）参数的找水实例 吉林省地矿局第四地质调查所是最早应用偏离度参数找水并取明显效果的单位。他们在通化地区多处找水的结果证明，偏离度反映含水层的能力较强，是个值得信赖的参数（李金铭，1996）。 图2-2-107是他们在通化铁路分局安吉火车站为找水而做的激电测深结果。该地找水难度较大，钻井单位过去曾在此打过三个浅钻井对已知大井做了抽水试验但均未成功。第四地调所首先通过电阻率联合剖面工作，确定了一条构造带。然后选择构造带上异常明显部位，做了以rs为主的综合参数激电测深。由图可见，ρs、St/2曲线无明显反映。视偏离度rs在AB/2=20～30 m之间有rs=2%的明显低值异常。该异常经反复检查确实存在，且又有ηs异常与其对应，因此判定在AB/2=16～32 m深度范围内有一含水层。经钻探验证，在17～28 m之间见到了灰岩破碎带且含水丰富。 关于用激电法找油气问题，我国物探工作者自20世纪80年代以来，先后在国内许多油气田上做过不少试验研究工作。结果表明，在多数情况下利用激电异常可检测地质构造的含油气性（郑秀芬，李金铭，1997；刘任，1980；张赛珍等，1986；聂馨五等，1987；张赛珍等，1989；周安昌等，1990；王晓红，1996）。
激电法找水基本原理
大量室内试验和野外实际观测资料表明，不含电子导体的含水岩石（包括非固结的含水砂砾卵石、黏土等），在外电场作用下也能产生相对明显的激发极化效应。其表现特征如图2－1－1所示。 图2－1－1 充放电曲线示意图 对地下地质体（岩、矿石）供入一直流脉冲△V1，在供电电流不变的情况下，可观测到如下现象：地面上两个测量电极的电位差ΔV（t），随时间增加而趋于一稳定值（饱和值）。这个充电过程趋于饱和所需的时间与供电电流大小有关，大约需几分钟。在断开供电电流后，会发现电极间电位差在最初一瞬间快速衰减，到一定数值后衰减速度变慢，经几秒甚至几分钟后可衰减至零。见图2－1－1的充放电曲线。 如果把激发场△V1称作一次场的话，则把断电后观测到的衰减电场称为二次场，它是由电化学过程产生的极化场。断电瞬间观测到的极大值用△V2表示。供电过程中，一次场和二次场是叠加在一起的。 地球物理找水方法技术与仪器 式中：△V（t）为总场；△V1（0）为一次场；△V2（t）为二次场。 在供电时由于两种场叠加在一起，而且一次场往往比二次场大得多，不便观测和研究二次场的变化。为了观测和记录二次场的变化规律，大多采用在断电瞬间或积分一段时间取二次场平均值的观测、记录方法。 二次场的方向在大多数情况下是和一次场一致的，个别情况下也有例外，后者出现的反向极化称作负激发极化效应。 对离子导体激发极化效应的进一步研究发现，它与一定的水文地质条件下地质体特征（如岩石的湿度、黏土的含量、孔隙水的含量及矿化程度等因素）有着密切的关系。利用上述关系的有关激电参数可寻找地下水，达到计算地下水位埋深及预报井位涌水量。