2自然电场法

与空气接触而还原；氧化后失
电子而带正电荷，其围岩带得到电子而带负电荷，
在水下还原环流正好相反，形成上下符号相反的电
位跳跃，于是形成电位差而产生电流。
除金属矿外，石墨化岩层，黄铁矿化岩层也产 生强大的自然电位。
二、自然电场的外业工作方法
二、自然电场的外业工作方法
由于自然电场电位较小，故要远离人为干扰的
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
4. 寻找金属矿体
第六节 充电法
充电法多用于金属矿区的详查勘探阶段，也可以
用于测地下水流速、流向岩溶区地下暗河，研究滑
坡等，主要用来查明低电阻体。
原理简单，用天然或人工露头、地下水出露点，
直接接上供电极A（一般为正极）而将另一极置无穷
远处接地，用MN测量充电点周围电场的变化。
第七节 激发极化法
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，
一般测量采用偶极装置供电和测量，有赤道式和轴
向式两种。（武安东梁庄，EH-4探测）。
在国内用的不多，外国进口仪器用的比较好，如：
EH－4方法：
在AB的中垂中线约为AB/2的位置放发射机
（300m左右），由一电瓶供电转化成磁波，向地下
发射，在接收部为一磁度棒接收，并与发射装置导
线形成电磁信号回路，用MN测量，通过供电发射不 同频率的电磁波，在地下不同深度传播，来达到探 测深度的目的，
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，而在沙粒中含有粘土时可以观测到，
而增加粘土时，激电效应会降低。 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
法试验，并研制防爆仪器，国内煤科院，中国矿业
大学专门进行了研究。我国大部分煤矿地下水都有
比较大。因此查明导水构造或导高是很有必要的， 超前探测也是很有必要的。
在井下探测时影响因素较多，铁轨、金属支架、井
下电机、地下巷道积水、煤层都有影响，再则空间
有限，也不能完全利用地表达的解释方法。巷道一
般2.8m宽3m高，而工作面高度小、宽度大，一般认
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
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，
仪器测出数后自动转化成地质体不同层位的电
阻，储存起来，当测定一条剖面AB后可自动 绘制出地电断面图。该方法在找水方面效果较 好，同时在不发射时测出天然场N、M之间的 差异。在罗布泊找水等，保定方法所用的较多。 （该方法不多讲，可参考傅良魁的电磁法勘探 教程）
发射不同频 率，达到的 深度不同， 将频率转化 为电阻率， 以此来了解 地下介质的 电阻率变化 情况。
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
比较稳定，也更接近实际。因此，在松散粗粒地层
这用衰减时法比较客观。
③供电时间问题
供电时间直接影响到所要选择电源，一般要求供
电时间不少于30秒。故电源笨重，是影响该方法发 展主要原因之一。如发电机，电瓶，干电池等，要
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
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。
纳装置。
2．绘制图件：ρs η、J、St（Ms）、Z（综合系数）Hale Waihona Puke Baidu
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
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
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。
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。
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
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
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）
岩石名称
η
η
η
砂土、土、粘土 白玉岩 石灰岩 泥质页岩
0.2－2 0.2－10 2－5 2－5
玄武岩 花岗岩 片岩、板岩
0.2－4 0.2－3 0.2－5
凝灰岩 石英岩 石墨化页岩 含炭石灰岩
0.2－4 0.3－2 0.5－50 0.5－50
水， 铁矿等都有高数字的极化率（与围岩比）。测
量方法与对称四极化相同，只是供电时间一般为30
2．扩散电场
当两种岩层中溶液的浓度有差别时，就会在溶
液之间形成离子迁移，从而产生扩散电位差，即形
成扩散电场。电位差的大小与离子迁移能力和速度
有关，扩散电场的数值很少，通常扩散电场与过滤
电场同时产生，因此，扩散电场很难观测到。
3．氧化还原的自然电场
金属导体由于在一定条件下，
如水位以上氧化而水位以下不
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
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
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” 。
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
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。
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
而用离子导电激化论寻找地下水，而被多数人接受
的是双电层变形说和薄膜激化。前者认为在正常情
况下颗粒表面与水溶液之间由于选择性吸附而形成
静电力，使离子难以运动，使双电层失去平衡而变 形，在断电后，堆积的离子放电，即离子导体
转化成电子导体，使原平衡难以恢复，故形成次生
场。薄膜激化说认为 粒间直径与双电层的厚度接近
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
]
}
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