激电法找水实例
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。
(一)基岩山区电阻率法找水的效果和规律
1.单一岩性张性构造破碎带
单一岩性的张性构造破碎带本身就是储水构造，其地电断面如图5－4所示，储水带为低阻脉状体。
2.灰岩地层宽破碎带地电特征
图5－5为辽宁建平波罗赤某部队所在地的物探找水综合成果图。
图5－4 单一岩性张性构造破碎富水带地电模型
图5－5 建平波罗赤某部队物探找水综合成果图
工作地段地层岩性为震旦亚界白云质灰岩，具有溶蚀现象，区域地质上一条近SN向断层通过该处，在预测断层带走向上布设3条测线，分别以联合剖面法和电测深法进行探测，结果都获得了反映含水断裂破碎带的电性异常，该图为其中2号剖面的成果图。从图中可见，AB=220m，340m的联合剖面ρS曲线分别在183号点和181号点处呈现明显的低阻正交点，反映为富水断裂破碎带;曲线低阻带从175号点至189号点，跨度较大，反映该破碎带的宽度较大。根据不同极距正交点自东向西位移和正交点两侧，曲线分离宽度为东宽西窄的特征，确定破碎带向西倾斜，倾角约30°。电测深等ρS断面图上的183号点附近，对应联合剖面正交点部位同样呈现近似垂直的低阻异常带，反映为破碎带中心部位，而反映破碎带宽度的低阻带范围与联合剖面ρS曲线范围也是吻合的，等ρS断面右侧各组等值线近似平行地向左倾斜，进一步证实了该断裂破碎带向西倾斜的特点。布井于182号点处，设计井深85m，结果分别在47～54m，59～77m之间揭露到白云质灰岩破碎带和断层裂隙带，涌水量380t/d，水位埋深15.4m，水质清甜。
(二)高密度电阻率法在山区基岩地下水探测中的应用
为提高电阻率法在地下水探测中的勘探能力，应用最新研制的浅地层裂隙孔洞探测仪，以高密度电阻率法进行基岩裂隙地下水探测，取得了较为理想的效果。
【例1】本溪某地地处灰岩出露区，灰岩溶隙发育，是较好的富水地层，以三极装置，2m点距进行观测，其成果如图5－6所示。
在13～21号测点间，低于150Ω·m的电阻率，等值线近似垂直展布，反映为灰岩裂隙富水带，随着深度增加，异常宽度加大。布井于18号测点处，钻进45m，打出了涌水量1300t/d的岩溶水。
【例2】大连旅顺姜家地处山区沟谷地带，第四系松散层为亚砂土和表层砾碎石，厚度不大，仅1～5m。前第四系出露岩性，沟谷东侧为震旦系灰岩，西侧为二叠系泥砾岩。区域地质上，有一条NW向断层通过，垂直于预测断层布设测线，以2m点距的三极装置进行测量，观测剖面及正反演成果如图5－7所示。从反演成果图中可见，64～180号测点间电阻率高于500Ω·m的反映为灰岩地层，断面西侧小于150Ω·m的反映为泥砾岩地层。64号测点处，高、低阻界面向东高角度倾斜，反映为砂页岩与灰岩的断层接触界面。上盘为灰岩裂隙富水层，下盘为泥砾岩隔水层。布井于上盘，钻进110m，单井涌水量500t/d，钻孔揭露地层与分析结果基本一致。
图5－6 本溪某地高密度探测成果图
图5－7 大连姜家高密度探测成果图
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）。
地球物理探测方法
答：为了避免其他方法的干扰,测量是在激电法和直流电阻率法结束后进行。对自然电法的解释需结合实际进行,因为自然电场的场源不固定,受地下水水力梯度,水中离子浓度的综合影响。在靠近断层的地方,显示高电位。其次,还进行了电磁法测量:50 m单线圈,25 m点距。视电阻率的反演精度小于1%(图8.3.19,彩图),与电阻率法、...
激发极化法的地质应用
答：在实际地质应用方面．初期的激电法主要用于助A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Victor Vacquier(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...
打井找水源的方法
答：如何有效地打井找水？以下是一些简单的方法，旨在帮助您顺利找到水源。首先，电法勘探是寻找水源应用最广泛的手段，它包括人工电场法和自然电场法。人工电场法又细分为直流激电法、瞬时供电法和可控源法等不同的操作方式。在相同的地质条件下，为了确保井的出水量最大、水质最佳、水位降深最小以及使用寿命...
贵州岩溶地区岩溶水文地质地球物理勘查
答：(2)针对贵州岩溶地区开发利用地下水存在的技术难题,开展了谱激电法以及水井水力压裂新技术的研究与应用,有效地推进了新技术的发展。 二、应用范围及应用实例 1.应用范围 本项目是在贵州岩溶地区开展示范研究,贵州岩溶地区类型较多,可以代表西南岩溶地区不同类型的岩溶水文地质单元,因此,其应用范围可以覆盖西南岩溶地区不...
激电(IP)效应
答：高密度电法勘探方法与技术 式中:△U2以为供电30s、断电后0.25s时的二次场电位差; 为断电后0.25～5.25 s内二次电位差的平均值,即 高密度电法勘探方法与技术 (4)激发比(J) 由视极化率与衰减度组合的一个综合参数,称为激发比。该参数在激电找水工作中也得到广泛应用。其表达式为 高密度电法勘探方法与技术 ...
打井找水简单的方法
答：电法勘探是目前广泛采用的找水方法，分为人工电场法和自然电场法。人工电场法包括直流供电、激电和可控源等方法，主要应用于大型地质普查项目。然而，这些方法在使用时较为不便，尤其是需要大量人工搬运供电设备。自然电场法经过多年发展，已经克服了信号干扰和深度误差等问题，与传统电法勘探相比有显著优势...
激电剖面法
答：以上3种装置类型激电剖面法在找水工作中常用,它具有工作方法简便易行、勘探深度大等优点;也有受地形影响在局部地段会出现畸变,对接地条件和观测技术均要求较高等不足之处。 (四)近场源装置 近场源装置是一种供小电流可获得二次场大信号、信噪比大、抗干扰能力强、十分轻便的激电法装置。近场源装置的最大特点...
激发极化的野外工作及应用实例
答：频率域激电法原则上也可以用与电阻率法相同的装置。但是，为了克服电磁耦合干扰，用偶极装置（见图4-12（e））效果更好。（二）应用实例 （1）图4-54为激发极化法的中间梯度装置与联合剖面装置在某接触交代矽卡岩型含铜磁铁矿上的应用结果。该矿体为近似于直立的脉状体，下部延伸100m，磁铁矿为致密...
瞬变电磁法找水效果的试验研究
答：电测深和瞬变电磁法对工区的地层岩性结构、基底起伏形态的确定和地质构造的划分起到了决定性的作用,激电测深资料对地下水的埋藏分布状况给出了良好显示。 (二)第三系地下水 对第三系地下水进行研究的野外工作,布设在山丹盆地西侧的位奇镇四坝村(以下简称四坝工区)一带。 四坝工区地处永固隆起的东部边缘带,综...
库岸坍塌、堤坝渗漏勘查典型实例示范
答：8.5.3 高密电阻率法堤坝隐患探测 1999年3月在湖南益阳永申垸大堤实测结果(图8-7),滦河大堤探测渗漏实例剖面(图8-8)。电阻率断面清楚地反映了坝体渗漏位置(图8-71#断面22m处,2#断面133m处,图8-8137m处)和坝体质量。 图8-7 永申垸高密度电法测量断面图 图8-8 滦河大堤高密度电法工作成果图(北京地质仪...
