渗漏型目标监测新型接触式激电法及应用

可通过天然或人工露头接入电流的一类勘探目标体是地球物理勘探领域重要的研究对象，其在矿产、油气、水文工程及环境地球物理领域较为常见。传统充电法原理基于稳定电流场中理想导体（电阻率为零）的等位体前提，通常也将非理想导体（不等位体或有损耗介质）近似为理想导体。但实际应用中充电介质的电阻率通常不为零，即实际应用均涉及有损耗介质目标体，而目前尚缺乏有效的针对有损耗介质而提出的接触式电法（图1所示）观测方式、异常机理与模式、正反演算法等等研究。

 图1. 接触式电法体系（红色为已取得研究进展，蓝色为正在研究内容，黑色为探究阶段内容）

桂林理工大学李静和教授团队近年来开展了接触式电法研究，涉及方法的框架图如图1所示。本文章以环境地球物理勘探中重金属污染源监测为例，介绍接触式电法体系之一——接触式激发极化法的研究成果。

      如何高效、高精度地探测目标区重金属、油气渗漏等渗漏型目标激发极化场源的空间分布是一项极具挑战的任务。为此，以重金属目标污染为例，开展接触式激发极化法渗漏型目标探测的应用研究。提出接触式供电、地面观测和接触式供电、直接观测两种观测系统，解决复杂施工环境条件的限制问题，同时提高了观测信号的强度和观测精度（如图2所示）。

      这种接触式供电的设计源于渗漏污染源是人为创造体，如矿区废水池和尾矿库、工业废水处理锅炉、油气库渗漏区及油气藏上方渗漏晕等，由于渗漏源是可见的，因而直接将供电电极一段接入渗漏源是可以实现的。由于接触式供电是电极一端在渗漏体内部供电，另一端置于无穷远，因而其对场地的环境要求较低，易于实施；内部直接供电，电流主要聚集在具有流动性和连续性的渗漏体范围，可形成最高强度的一次场激励。接触式供电一次场电场与点电流源场相近，其对渗漏体分布不存在契合度问题，在理论上渗漏体分布范围与供电电流聚集范围是一致的，可有效对任意形态的渗漏体进行最佳一次场激励。接触式供电装备可直接利用现有传统激发极化法大功率激电供电系统，因而其实施过程是可实现、可行的。

图2 接触式激发极化法探测原理及观测曲线示意图

      在对接触式重金属目标污染探测的微观极化效应机理进行详细讨论的基础上，构建了边缘渗漏带引起高极化率值的异常模式。引入发射光谱法测定污染样品化学元素含量及四极装置测定样品极化率，分析形成渗漏型目标激发极化场源接触式激发极化效应的物性基础及其探测应用前提。设计渗漏型激发极化场源初始状态（图3所示）、扩散状态（图4所示）两个物理模拟土槽试验，对比、分析观测结果与传统激发极化法观测数据，验证了接触式激发极化效应的存在及其在环境、资源探测领域的可行性。该研究可推广应用到储油库油气泄漏、原生油气藏渗漏、油气储层压裂监测、井筒电磁法油气勘探以及其他重金属渗漏污染目标的探测。

图3 接触式供电与传统激发极化法重金属污染初始状态模型观测极化率曲线对比

（a）考虑地下水；（b）未考虑地下水

图4 接触式激发极化法重金属污染土壤探测的极化率剖面平面图