自然电场法的应用

自然电场法是进行硫化金属矿和石墨矿快速普查，乃至详查的有效方法，在水文地质和工程地质调查中也应用相当广泛。下面举几个实例说明自然电场法的实际应用。

2.2.4.1 青海某铜钴矿床的应用实例

该矿区与充电法所列举应用实例为同一矿区。矿体为层状或似层状，以含铜黄铁矿为主的硫化矿，产于超基性岩中。矿体从地表向下延伸较大，约为100米。矿体导电性好，电阻率比围岩低四个级次以上。区内地表水与地下水均较发育，为形成自然电场提供了良好的氧化-还原环境。这些都是开展自然电场法的有利条件，不利因素是碳质板岩形成非矿自然电场的干扰。不过，碳质板岩无磁性，层位稳定，沿走向分布有一定规模，且自电异常较大(超过-500 mV)，故可识别。

该区利用自然电场法作为主要的普查手段，在很短时间内扩大了原已勘探的I号矿体的规模，并发现了12个自然电场异常，其中除一个推断为碳质板岩外，其余11个异常经钻探验证，有8个异常见矿。图2.2.11 给出了其中两个典型剖面曲线，矿体上对应有-200～-400 mV的异常。

图2.2.11 青海某铜钴矿床自然电位综合剖面图

1—超基性岩；2—浮土；3—矿体；4—氧化矿；5—平巷

2.2.4.2 确定地下水流向的应用实例

过滤电场的方向与地下水流的方向有关。在地下水埋藏不深，流速大和地形比较平坦的条件下，应用自然电场法可以确定地下水的流向。野外观测方式常采用“8”字形观测法(或称环形观测法)，如图2.2.12 a所示。即在一个测点上用两个不极化电极沿直径两倍于地下水埋深的圆周上，观测不同方位的自然电位差，然后将观测结果绘成“极形图”(图2.2.12 b)。正常情况下，在地下水流方向上测得的电位差最大，而在与其垂直的方向上，电位差观测值应为零，故电位差极形图呈“8”字形。在自然条件下，由于地下水运动的不均匀性和其他干扰，实测极形图多呈椭圆形，其长轴方向为地下水流动的轴向，而水流方向由沿长轴所测电位差的极性确定，正电位为下游，负电位为上游，即水流方向由负电位指向正电位。

图2.2.12 自然电场“8”字形观测法

a—测网布置图；b—“8”字形异常图。

1—电位计；2—地下水流方向

图2.2.13为河南荥阳地区利用自然电场法了解区域性地下水流向的实测结果。图中同时给出了根据水文地质资料绘出的地下水等水位线。可以看出，自电和水文地质资料所反映的流向是一致的。在图的西北部，即在黄河附近，自电极形图反映的地下水流向为南东-北西向，表明黄河水与地下水存在补给关系。实际上，根据水文资料，地下水位高于黄河水位。这说明自然电场资料指示的地下水补给黄河水是符合实际的。

图2.2.13 河南荥阳地区潜水流向图

1—铁道；2—村庄；3—电位差极形图(mV)；4—等水位线

2.2.4.3 寻找水库坝体渗漏位置中的应用

该水库与第1章1.4节高密度电阻率法第二个应用实例同属一个水库。为确定漏水位置，除高密度电阻率法外，还采用了自然电场法和地质雷达探测等综合电法勘探手段。自然电位测量是在水中进行的，测线与水位线平行，离水岸2.0 m距离，点距2.0 m。下面我们主要来分析一下水中自然电位曲线特征。如图2.2.14所示，自然电位从左到右：①测线距离0～41 m属坝体区段，自然电位在4.2～-4.0 mV之间变化；②测线距离41～92 m范围内，属坝体与左坝肩的接触带范围，自然电位出现明显的负异常，其值小于-4.0 mV，最低达到-10.0 mV；③测线距离92～140m范围内，属山体(左坝肩)范围内，自然电位上升，趋向于恢复背景值，后又下降；④测线位置140 m处，发电用进水管(平硐)产生了明显的自然电位负异常，峰值为-19 mV；⑤测线距离为140～160m范围内，自然电位又上升，恢复到背景值。

从整条自然电位异常上，可以明显看到，从接触面开始，出现自然电位负异常，越往右，异常区变窄，形成漏斗状，在漏斗尖(漏水出水点正对背面)出现负的自然电位异常极值。综合其他方法的探测结果，表明土坝体是完好的，漏水主要发生在坝体与左坝肩的接触带上。由于山体岩石是深变质的花岗斑岩，表面强风化层较厚，岩体内裂隙发育。该坝是20世纪50年代末修建的土坝(所谓万人大坝)，没有使用机械力开挖，致使坝体与左坝肩的山体接触带处理不佳，加上使用时间长，从而产生渗水。通过本次工作，基本查清水库漏水地段及漏水通道位置，并查清了发电进水平硐的空间位置，为后续打钻灌浆加固处理提供了技术依据。

图2.2.14 坝体与左坝肩接触带附近水上自然电位异常曲线