2自然电场法

离子浓度梯度，反过来又阻碍离子运动，当断电后
浓度的扩散电位形成二次场，直到恢复原来状态。
我们观测的就是二次场△V2 。
图1－7.6 薄膜极化原理
图1－7.7 双电层结构示意图
3．其它假说：施伦伯特的岩石电容说；柯马洛夫和
雷斯提出的固陡界面处的电化学过程产生二次生场，
以及电渗说，扩散层说。
总之，激电法是利用电子导体的激化寻找金属床，
地下介质中的分布规律为基础的一种构造探测方法，
在理论和实践上都有较大发展。与直流电法相比，
优点：生产效率高，分辨率强，具有勘探高阻屏蔽
层以下地层的能力，在干燥沙漠区，冻土区，坚硬
岩石露头区等不能直接接地区能开展工作，该法以
改交频率来代替跑极，可大大减轻野外工作程度， 但在定量解释方面还不够完善。
实例：铁路采空区
缩短供电时间就减轻电源，据吉林省地质队和地质
水文部技术方法队的室内模拟试验指出，充电时间
和充电电流的大小对衰减时影响不大。为此呈在漳
河中用10秒供电也测出较好的效果。
④布极方向问题
在探测地下水时，布极方向与测试参数的稳定性
有直接关系，一般顺岩层走向，沿地下水流向较为
合适，但有时地形条件不允许，这就给探测和资料 解释带来困难。
触带布置测线，进行激电探测，其结果见图1－7.8、 图1－7.9。
-10
-10
-20
-20
-30
-30
-40
-40
-50
-50
-60
-60
-70
-70
-80
-80
0
10
20
30
0
10
20
30
图1－7.8 ηs地电断面图
图1－7.9 ρs地电断面图
五．频率电磁法
是交流电法的一种，是一种研究交变电磁场在
纳装置。
2．绘制图件：ρs η、J、St（Ms）、Z（综合系数）
曲线对比解释，也可以是单支曲线，也可是断面图
或平面图、铜、水都是高极化率。
3．应用实例
例1 甘肃省玉门市东北约90Km有一条成矿带，
主带长度350米，以黑色海相沉积为主的火山沉积岩、 浅灰白色为主的基性岩组成，地表岩性分界明显，
通过航磁图发现该地有磁性异常。为此，在垂直接
仪器
地面
在内蒙古乌力吉进行野外勘探
内蒙古额济纳旗EH-4野外勘探
EH－4电导率成像系统
四川成都彭州宝山村白水河EH-4勘测剖面
六．矿井隧道电法
矿井电法与地面电法原理相同，但地面是半空
间（空气ρs→∞）而井下或隧道中不完全如此，电流
也可以顶板，侧帮等流动。
70年代，前苏联顿巴斯等在煤矿开展了一个电
t1＝1秒
t1＝5秒
t2＝5秒
t2＝20秒
③衰减时（s）(常用半衰时，即50%的衰减时间)
即把断电时的△V2计为100%,当衰减到规定的
（75%、50%、45%时）的时间。
④激发比、衰减度（ 式激电仪）

5.25
令 V2 为0.25~5.25秒放电曲线积分平均值 V
0.25
V2 (t )dt 5
工矿区测量，仪器很简单：电位计（可用电法仪）
不极化电极和导线等，一般电位异常在n•mv~n×10
mv，所以仪器灵敏度要大。
布线要垂直于地质体的走向，有梯度法和电位
法两种观测方式。
电位法：N极固定（基点，即正常场位），M点 移动（流动电极），记录点为M点所在的位置。
梯度法：同时移动MN，记录点为MN的中点。
电子导体和离子导电的岩石在人工电场中被化
的现象称为激发极化现象。激发极化就是经过研究
激发极化电场的分布以达到找矿或解决其它地质问
题的一种方法。
一、 国内外发展现状和仪器
多功能激电仪，DDJ系列、JJ系列等，70年代厂家
较多，现在较少。
二、激发极化
1、激发极化现象
对地质体（岩、矿）供入一直流脉冲△V ，在供
称激发极化效应。
2．激发极化法的各种测量参数
① 极化率（η）η=△V2/△V1 100%
由于△V=△V1+△V2 而△V1﹥﹥△V2 ，故
ηs= △V2/△V 100%
性参数之一，
称视极化率，η是岩石重要电
取决于矿（岩）石中电子导体矿物的百分含量及结
构，构造特征，此外还与温度、孔隙水矿化度 等有关（常见如下表）
秒（有的仪器10秒）。
②时间特征参数
V
荷电率（M） M

1.1
0.45
V2 (t )dt V
0 0.45
1.1
t
即在特定时间区域内
（0.45~1.1秒）对放电曲线下部面积的积分与△V的
比值。 衰減速度D＝△V2（t1）/ △V2(t2) 即不同时刻放电
电位比值 。
常用的有 t1＝0.25秒 t2＝2秒
电电流不变的情况下可观测到如下现象，地面两点
电位差在一定时间内出现稳定质（饱和值）。在断
电后，在最初一瞬间会快速衰减，到一定数值后衰
减变慢，用经几分钟后变减为零。一次场和二次场
叠加，△V(t)=△V1(t)+△V2(t)
激发极化效应：地质体充放电特征类似于蓄电池的
贮藏电能特征，这种复杂的物理化学作用形成现象
矿及石墨化岩石）的激发极化机制问题的意见较一
致，一般认为是由于电子导体与其周围溶液的界面
上发生过电流的结果。在电子导体与溶液面上自然
地形成一双电层。
当有电流通过时，在电场作用下，导体内部电
荷重新分布，自由电子反方向流入端，形成阴极，
另一端形成阳极，（即所谓电极）达到新的平衡，
当外电断开后，电子导体会放电而形成新的平衡，
这个过程称为二次场。
2. 薄膜极化――离子导体激发极化效应的一种假说 有人做了这样试验，在石英沙中几乎观测不到 激发极化效应，而在沙粒中含有粘基于上述原因，
提出了“ 膜极化”假说。
首先是双电层理论，由于电荷的吸引，形成如
所示的结构 在窄孔中形成正离子堆积，继而形成电
2
激发比：
衰减度： 衰减比：
J
D
V2 100% V1
V2 100% V2
max
nm n
nm s 2 s 3 s 4 s5
nmax 表第二块面积积分数值
三、激发极化效应的机制问题
1.超电压――电子导体激电效应产生的原因
目前，国内外对电子导体（包括大多数的金属
时，阻碍了电子流的通过，起到薄膜作用，从而在
孔隙两端形成电位差。
以上各种假说，无论是哪种假说，都存在如下问题：
①测量深度问题
测量深度是解决深部地质体的关键（找水），
1965年在南斯拉夫探测岩溶地区时，以测到170－
190米的异常，按奥基尔维和库兹明娜的意见，
在解决水文地质问题时能测到150－200米，还 有的认为最大测深度不超过350米。探测深度 的大小，主要取决于二次场电压衰减程度的观 测值，在适宜条件下，探测深度可以加大，在 火成岩与石灰岩互层地区探测过500米，效果 良好。
为AB/2＜5 m时可视为半空间曲线，AB/2＞15~20应
为全空间曲线，根据模拟试验曲线，提出了巷道及
影响系数KD的经验公式：
在对数坐标中：y=ln{ y=ln(KD)
2.01
KD 2.01
[1 e
0.21( AB 0.14 ) 2
]
[1 e
0.21( AB 0.14 ) 2
1、过滤电场
地下水在流过多孔介质时，颗粒全吸收水中的
离子。（一般颗粒带正电，吸负离子）。此时水中
有多余地正离子，在水流方向正离子多，形成高电
位，而背水流方向电低，即（补给区为负，排泄地
区为正），这种场称由于水被岩土颗粒过滤而产生，
故而称过滤电场。在山区，由坡顶到坡底，电场由 低到高，因而又称为“山地电场” 。
成果：绘制平面图，剖面图等（等值线图）。
三．自然电场的应用
1．测定浅层地下水流向
用过滤电场的原理，以O为中心
测M1N1……M4N4绘制成右图,长
轴为地下水流向 。
2．测定下降漏斗影响半径
以井R为中心向四个方向测量 ，把变化大的点联起
来即为漏斗半径，用“8”法求出流向 。
3. 确定漏水点，水力联系及地下水流动情况。
⑤激电异常与地下水的富水性关系问题
激电找水的目的是解决某一深度是否有水，富水
性大小，这一问题比较复杂，可以通过参数异常值
拟合计算求得。
Q=b△Ms
△Ms=Ms－Ms0
b回归系数，Ms实测值（时间域），Ms0背景值，Ms
浅含水层系数。
上式为涌水量与异常的关系
四．激发极化法在水文地质调查中应用
1．装置形式：用剖面法和测深法，测深法一般用温
第五节 自然电场法
一、概述
概念：地质体在一定环境中，不需要人工供电，
就能自行产生电场，称自然电场，用此方法解决问
题的方法称自然电场法。
应用，寻找河流、湖泊、水库底部渗漏点或补
给点、岩溶地区的落水洞等、地下渗透漏斗的影响
半径等。由应用可知，在一定的水文地质条件中， 须有水的流动或渗透作用。
二．自然电场产生的原因
]
}
x=ln(AB/2)
鉴于巷道尺寸大小及局部不规则，KD公式中
的常数项应视巷道的情况而有所修正。
七．高密度电法 高密度法实际上是地面电法的组合，将多个电
极全部插入测区每次一个剖面（线矿剖面）任意组
②解释系数问题（仪器问题）
不同的仪器有不同的测成参数，经验证明，在粗
颗粒的松散河床水积物冲积扇的顶部，用衰减时法