谈谈电法勘探在水文地质勘察的运用

文学乐 人气:1.24W

电法勘探技术是地球物理学中适应性最强、种类最大和应用最广的方法,逐渐渗透到多种领域的检测勘察当中。

谈谈电法勘探在水文地质勘察的运用

摘要:电法勘探是一种利用地下水文、岩石和矿体的电化学或电磁学的差异性进行地质勘察的方法。经过几十年的发展,电法勘探发展为高密度电法、可控源音频大地电磁法(CSAMT)、瞬变电磁法(TEM)和地质雷达法(GPR)等多种电法勘探技术。电法勘探以其适应性强、种类多和勘察效果好的特点被广泛的应用在水文地质勘察行业,并得到业内的广泛认可。本文对电法勘探的几种常见方法及其优点进行了分析和讨论。

关键词:电法勘探;技术;地质勘察

电法勘探的原理是利用自然电场或者人工电场、磁场或电化学场进行测量,通过分析被测对象的磁性、电性、介电性和电化学分布规律进行地质勘察的。在1835年,英国科学家福克斯()首次在硫化铜矿床发现了自然电场,人们初次利用自然电场法进行地质勘察。在19世纪末科学家提出采用电阻率人工场源法进行地质勘察的方法,后来发展为联合剖面法、四极法、电测深法和偶极剖面法等多个分支方法。电磁感应法于1917年被科学家提出,并在1925年成功应用在地质勘察中。在1920年,科研工作者经过深入研究提出采用激发极化效应进行地质勘察的电化学方法。到20世纪30年代电法勘探技术引入我国,我国的电法勘探技术、基础理论和应用效果经过几十年的发展取得巨大的进步,我国目前常用的电法勘探技术有:充电法、电阻率法、大地电磁测深罚、激发极化法、电磁感应法和自然电场法等。限于篇幅,本文仅对高密度电法、可控源音频大地电磁法(CSAMT)、瞬变电磁法(TEM)和地质雷达法(GPR)这四种主要的电法勘探技术进行分析与阐述。

1电法勘探技术及其优点

1.1高密度电法高密度电法实际就是高密度电阻率法,与电阻率法的不同点是在勘探中的观测点布设密度较高,属于阵列勘探法的一种。英国科学家于20世纪70年代末首次利用阵列电法勘探思想设计出电测深偏置系统,电测深偏置系统为最初的高密度电法模型。高密度电法集成了电测深法和电剖面法两种方法,进行测量时需将数十根和上百根的测量电极布设在测量剖面上,然后利用电极转换板和微机电测仪进行数据的采集。高密度电法成像图主要为二维的地电断面图,随着技术的'发展高密度电法也可以进行三维成像,大大的提高了地电断面测量的精度。

高密度电法具有如下优点:

1)高密度电法的电极为一次性布设完成,减少了电极布设引起的测量误差和干扰,便于野外数据的自动和快速的采集。

2)可以对电极的排列方式进行组合,可以得到不同的地电断面扫描图,能够较完整的反映出地电断面的结构特征。

3)实现了野外数据的半自动和全自动化的采集,并且测量的速度很快,极大的提高了工作效率。

4)可以对测量对象进行二维的或三维的成像和自动绘图,大大的提高了地电断面测量的精度。

5)相比电阻率法具有成像精度高、成本低、测量速度快和勘探能力强的特点。因此,在含水破碎带、采空区、溶洞和金属矿藏等电差异性较大的区域均可以采用高密度电法进行勘察。

1.2可控源音频

大地电磁法可控源音频大地电磁法(CSAMT)是一种可控源频率探测技术,是在音频大地电磁法(AMT)和大地电磁法(MT)的基础上发展起来的。可控源音频大地电磁法的测量原理是通过麦克斯韦方程和电磁波传播方程建立电场、磁场和电磁波之间关系的方程组,计算探测深度和频率之间的比例关系。通过调整可控源的频率可以改变电磁波的探深,从而达到频率探测的目的。可控源音频大地电磁法的测量方法为:在相隔约2km的测量地点布设两个电偶极源,这样场源将近似成为一个平面波,然后可对电偶极源传播到地下的电磁分量进行测量。可控源音频大地电磁法的探测深度可达2km,同时还可以对被测对象的剖面进行探测。

可控源音频大地电磁法的优点为:

1)使用人工场源,不但可以控制场源频率还可以减少外界的干扰。

2)可以控制探测的频率和深度,可同时进行多点的电磁探测,大大的提高了工作效率。

3)探测深度大,一般可以进行2km深度的探测。

4)分辨率高,可以有效的对断层进行扫描。

5)屏蔽效应低,电磁波可以有效穿透高阻屏蔽层,不影响测量。可控源音频大地电磁法可以应用于深层的地质勘察,如:油气构造、地下煤、地下金属矿、地下水和地热等方面的勘察。

1.3瞬变电磁法

瞬变电磁法的测量原理为电磁感应定律。测量方法为:不接地在空中布设可以发射一定波形电磁场的发射线圈,通过发射线圈向地下发射一次电磁场,地下导电矿体产生感应电流,断电后测量感应电磁场随时间的衰减变化。瞬变电磁法属于二次场检测,避免了一次场偶合噪声的影响,具有分辨率高、体积效应小、受旁测地质影响小、低阻反映灵敏和探测深度深的优点。

1.4地质雷达

地质雷达(GroundPenetratingRadar)的测量原理是:利用发射器发射宽带高频时域电磁脉冲,当脉冲遇到探测目标后会反射回地面,然后被接收天线接收。通过对反射电磁波的振幅、频率等特征进行分析可以得到被测目标的性质和形态。地质雷达的分辨率可达0.05米以下,但是探测深度最多可达100米,主要应用于浅层地质勘察。

2结语

除了本文介绍的电法勘探技术还有激发极化法、自然电场法、充电法和大地电磁场法等多种电法勘探技术。电法勘探技术是地球物理学中适应性最强、种类最大和应用最广的方法,逐渐渗透到多种领域的检测勘察当中。勘察工作者应对每种电法勘探技术的特点进行深入的学习和了解,根据当地环境恰当的选择勘探方法,以取得可靠、准确和详细的水文地质资料。

参考文献:

[1]刘树才,刘志新,姜志海.瞬变电磁法在煤矿采区水文勘探中的应用[J].中国矿业大学学报,2005,4(34):414-417.

[2]王志磊,刘彦涛,许晓阳等.电法勘探在矿山水文勘探中的应用王[J].中州煤炭,2011(8):66-68