充电法

出处：按学科分类—天文学、地球科学 地质出版社《地质灾害勘查地球物理技术手册》第120页（3252字）

10．2．1 基本原理

充电法(Excitation-at-the-Mass Method)以不同岩性的电性差异为基础，研究对象是相对围岩为良导体或导电性较好的地质体。

实际工作中，在钻井、槽探、坑道等人工揭露或天然露头上接一供电电极(A)，另一供电电极(B)置于远离充电体的地方，然后向AB线路里供电，这时充电体为一等位体或似等位体，电流由充电体流入围岩，形成稳定电流场，该电场的分布特征与充电体的形态、大小和产状等因素有关。在地面、坑道或钻井中观测充电电场，研究其分布特征，查明充电体的空间分布形态、产状、延伸等，从而为解决诸如地下水流速、流向、渗漏通道、滑坡位移等地质灾害提供依据。

10．2．2 观测方法

充电法主要有两种观测方法，即电位观测法和梯度观测法。

电位观测法是将一个测量电极N置于远离测区可视为无穷远处，另一测量电极M沿测线逐点移动，观测相对于N极的电位值△U；同时观测供电电流强度I。观测结果用规一化值△U／I表示。

电位梯度观测法是使M、N测量电极保持一定距离(通常等于1～2个测点距)，沿测线同时移动，逐点进行电位差△U和供电电流I的观测。结果用(△U／I)·MN表示，记录点为MN之中点。

10．2．3 技术要求

(1)测区范围要使异常场能在较完整的正常场背景上显示出来，测浅长度应为勘探对象长度的2～4倍；

(2)测量电极最好用不极化电极，电极间极化电位差不得大于±2mV；

(3)测线布置应垂直勘探体走向，当勘查体与围岩电阻率差异不大时，还应设计一定数量的斜交剖面；

(4)采用电位测量方式时，无穷远处电极至测线中心的距离应大于测线长度的2倍以上；

(5)在进行普查时，预计的异常范围内至少要有一条测线穿过异常，异常范围内测点不得少于3个；在详查时要求有3～5条测线穿过异常带，在异常范围内测点不少于5个。在井下或坑道工作时，比例尺一般为1：500～1：1000，点距为2．5～5m；

(6)为确保成果质量，系统检查工作量一般应为测区总工作量的3%～5%，不能确定观测精度时，允许增加检查工作量，但增加至20%时仍然证明观测质量不符合要求时，则受检范围内的工作量应予以报废。观测工作总精度以均方相对误差衡量，其分级及误差要求见表10－3。

表10－3 充电法质量分级及误差表

系统检查观测结果应按下式计算均方相对误差，并应满足设计要求：

式中：I_i为第i点原始观测电流值；I′_i为第i点检查观测电流值；U_i为第i点原始观测电位值；U′_i为第i点检查观测电位值；△U_i为第i点原始观测电位梯度值；△U′_i为第i点检查观测电位梯度值；u_i为第i点检查点相对误差；△为平均绝对误差；n为参加统计检查计算的点数；MN为梯度观测时测量电极距。

各检查点的相对误差u_i的半值分布应满足如下要求：①超过实测精度的测点数应不大于受检点总数的32%；②超过两倍实测精度的测点数不大于受检点总数的5%；③超过三倍实测精度的测点数不大于受检点总数的1%。

10．2．4 成果表达形式

(1)梯度测量的剖面平面图及纵向梯度平面图；

(2)电位测量的剖面平面图及等位线平面图；

(3)典型剖面上的综合剖面图；

(4)地质推断解释成果图。

10．2．5 资料解释原则

10．2．5．1 异常的定性解释

(1)正确区分正常场和异常场。均匀各向同性介质中点源场的电位和梯度曲线有如下特征： H=0．3q或H=0．7p

其中：q为电位曲线半极值间水平距离；p为梯度曲线两极值间水平距离；H为充电点深度。

充电点深度已知，从实测曲线量出p、q，依据上述公式，可区分正常场和异常场。

(2)单条剖面异常点不少于3个，并且剖面平面图中异常有规律可循。在充电体地表投影范围内，各剖面横向梯度的两极值点之间距离变化较小，其强度也大致相同，而在充电体两端之外电位梯度的两极值点间距离迅速增大，强度迅速下降，点源场则不具备上述稳定部分。

(3)从等位线分布特征来看，异常体在地表投影部分电位变化较慢，而在异常体边缘电位急剧变化，可根据等位线梯度变化密集程度确定异常源。

10．2．5．2 异常的定量解释

定量解释的方法主要有特征点法、数值模拟法和物理模拟法等。解释的目标体与围岩电阻率都应较均匀，几何形态近似为规则体(球、柱、板状等)，各种干扰因素影响较小，并有足够的已知参数资料。应正确选择解释剖面，所选的典型剖面异常应满足定量解释异常的条件，地质条件比较清楚。

10．2．5．3 地质推断解释

推断解释时，还应识别各种干扰因素，如天然场源的变化、地形起伏、各向异性以及覆盖层不均匀等导致电场畸变形成的假异常。

10．2．6 仪器设备

充电法仪器设备见表10－2。

【参考文献】：

长春地质学院水文物编写组．1980．水文地质工程地质物探教程，北京：地质出版社

傅良魁．1983．电法勘探教程，北京：地质出版社

［美］I．S萨姆纳若．1981．地理物勘探的激发极化原理，北京：地质出版社

高等工业学校物理学编写组编．1957．物理学，北京：高等教育出版社(内)

李金铭，罗延钟．1996．电法勘探新进展，北京：地质出版社

煤田电法勘探．1978．北京：煤炭工业出版社

西安地质学院等．1979．电法勘探，北京：地质出版社

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