广西润宏水利水电勘测设计有限公司 广西壮族自治区 530007
摘要：自然电场法是通过观测研究自然电场的分布规律，来解决地质问题的一种方法。自然电场法可确定水库漏水地点，了解河水和地下水的水力联系，了解岩溶地区地下水活动情况。
关键词：自然电场法；水利水电工程；电位法；中间梯度法；渗漏点；电极
1 前言
在地层中产生积聚电荷现象的各种过程均可形成自然电场，利用局部自然电场的探测方法称为自然电场法。它是通过观测研究自然电场的分布规律，来解决地质问题的一种方法。由于自然电场电流场强度小、电极极化等原因，测量电极需采用不极化电极。在水利水电工程中水库漏水点的确定，河水与地下水的水力联系，岩溶地区地下水活动情况等问题一直影响着水利事业的发展，解决这些问题的方式方法有诸多方案，就比较而言，采用自然电场法相对高效及经济。
2 方法特点
自然电场法是地下的一些岩石或矿石，可以由氧化还原作用、地下水渗透作用、扩散作用和岩石颗粒的吸附作用等自然形成的电场。自然电场法在寻找金属矿、煤以及在水文地质、地下热源工作中都有一定的应用。在水利水电工程勘测中，自然电场法主要研究渗漏电场；当水透过岩土介质时，由于介质的过滤活动性而产生过滤电位；过滤电位与介质孔隙空间的构造、孔度系数、渗透系数、过滤液体的化学成分及矿化作用有关；当渗透性很小时，过滤电位随介质渗透系数的增加而增加；当介质渗透系数极小时，过滤电位实际上为零，其介质过滤活动性为零；过滤电位随含有能过滤液体的孔隙空间部分增多而减小；过滤活动性是随动电位、电阻率、过滤液体的介电常数减小和过滤液体的黏滞性的增加而衰减，随过滤压力增加而增加。它的优点是不需要供电电源，工作速度快，成本低。缺点是非矿异常和干扰较多。
3 野外工作方法
（1）测网布置：主要根据勘探对象的大小，以及研究工作的详细程度而定，一般与电阻率法的要求相同。基线通常平行于勘探对象的走向，测线垂直于基线。测点点距0.5H～1H，剖面间距宜为点距2～4倍或由试验确定或按工作比例尺选择；至少有2～3条测线通过异常段，每条测线上至少有3个异常点；用自然电位测量抽水影响半径时，测线应按放射状布置。
（2）仪器设备：由直流电位计、导线和不极化电极组成。
（3）测量方式：自然电场法的基本工作方法是电位观测法。在电位观测法不能进行或不便于工作或某种特殊需要时，可采用梯度法观测。当研究区域性地下水渗透方向时，可辅以环形自然电位观测法。其中：电位法是测量相对于某一固定点电位的方法；使用一个固定电极和一个流动电极，将固定电极N布于测区内某一固定点上，用流动电极M沿测线逐点移动；基点一般选择在测区边缘，电场比较稳定的正常场内（避开乱石堆、流水、垃圾）。电位梯度法是测量相邻两个测点间电位梯度的方法；当地下水埋藏较浅、流速足够大，并有一定矿化度时，能取得较好效果；可判定岩溶、滑坡以及覆盖层下地下水沿断裂带活动的情况。环形观测法是在同一测点上进行十字或4个方向用一个测量距离的电位梯度观测法。
4 资料解释
（1）自然电场法在定性解释中，首先必须确定自然电场的性质与研究对象之间的联系，渗漏场的特征与一定岩性水文地质或地貌条件的相关，容易与其他电场区别。
（2）确定影响观测资料正确解释的各种因素，同时结合其他物探及调查资料一起综合研究。
（3）注意不同时间产生和存在的自然电场本身的物理条件不同，探测对象和目的的不同，有效场和干扰场也各异。
（4）区分正常场和异常场，识别有用异常和干扰异常；异常值应超过测量误差及正常电场背景变化的2～3倍，并有一定的规律性和分布范围。
（5）通过异常幅度值、范围确定调查对象的大体形状及埋深，圈定和追踪各种异常，查明其与研究对象的联系。
5 应用实例
自然电场法可确定水库漏水地点，了解河水和地下水的水力联系，了解岩溶地区地下水活动情况。
地表水自上往下运动，渗入岩石中，会产生自然电场的负异常。为了确定河流、湖泊、水库和渠道底部的渗漏点，工作时，可将一个不极化电极放在水库岸上（固定电极），另外一个流动电极用绞车或小船牵引沿库底移动，移动按事先标号方向进行。可连续记录自然电位差的变化，从而确定引起漏水的裂隙或透水层的位置。记录的是直接在异常源附近的电位。而在地表探测工作中，在异常源与测点之间一般隔着一个第四系沉积层。所以，水底进行自电测量所得的异常曲线其振幅要大得多。渗漏水速越大，自然电场负异常就越明显。
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过滤电场在河床、水库渗漏或补给处均有显示，电位差的符号决定于地表水和地下水相互补给关系。当地下水补给地表水时，在地面上能观测到自电正异常。图5-1为灰岩和花岗岩检查点上的上升泉，观测到明显的自电正异常；反之，当地表水补给地下水时，见自电的负异常。如图5-2所示为水库渗漏点上出现的自电负异曲线。图5-3所示为自电反映地下水补给关系的两个实例。图5-3a所示为某河床自电观测结果，观测到强度达40mv的正自电异常，确定了该区的地下水补给河水。图5-3b所示为某地河水补给地下水，为负自电异常。
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6 结论及建议
（1）自然电场法是通过观测研究自然电场的分布规律，来解决地质问题的一种方法；它的优点是不需要供电电源，工作速度快，成本低；缺点是非矿异常和干扰较多。
（2）自然电场法在寻找金属矿、煤以及在水文地质、地下热源工作中都有一定的应用；在水利水电工程勘测中，自然电场法主要研究渗漏电场。
（3）自然电场法的基本工作方法是电位观测法；在电位观测法不能进行或不便于工作或某种特殊需要时，可采用梯度法观测；当研究区域性地下水渗透方向时，可辅以环形自然电位观测法。
（4）合理选择自然电场野外观测方法是取得好的勘探效果的关键。
（5）自然电场法可确定水库漏水地点，了解河水和地下水的水力联系，了解岩溶地区地下水活动情况。
参考文献
1. 《电法勘探教程》，傅良魁, 地质出版社，1983年.
2. 《工程地质学》，张咸恭，地质出版社，1983年.
3. 《工程地质分析原理》，张卓元，地质出版社，1985年.
4. 《工程地质手册》，第四版，中国建筑工业出版社，2007年.
5. 《自然电场法剧变场的起因初探及其应用》，张荣，物探与化探，1995年04期.