揭示天然電場打井找水儀測水原理

天然電場

打井找水儀

測水利用的是天然電磁波，電磁波在地下的傳播規律與電阻率法利用的電流在地下的傳播規律是不一樣的。電阻率法遵循的是流網原理，電磁波遵循的是麥克斯韋方程。

對於用電阻率法測基岩裂隙水而言，雖然水的電阻率比岩石的電阻率小，但二者相比，水佔的權重要比岩石佔的權重小得多（堅硬岩石裂隙率大多為1～5%），二者的電阻率加權平均得出的綜合電阻率數值主要是反映了數值很大的岩石的電阻率值。所以堅硬岩石不論是否含水，電阻率都很大。我們用電阻率法找水研究了幾十年，大多數基岩裂隙水不容易反映出來，效果不盡人意。

電磁波測水為何對水的反映更明顯，更直觀呢？這需要從不同物質對電磁波的遮蔽吸收能力說起。各種物質遮蔽吸收電磁波的能力不同，這種能力叫做“遮蔽效能”。在非金屬物質中水對電磁波的遮蔽吸收能力是最強的。吸收能力越強越能阻礙電磁波的傳播。水分子可以消耗一部分電磁波的能量，如果是極弱的電磁波會在水中被完全耗散掉，也可以說是在一定程度上隔斷了電磁波向下的傳播。水分子是極性很強的分子，水就是極性很強的極性物質，或者說水吸收電磁波的能力是很強的。當地下某個部位的岩石有含水的大裂隙時，水吸收了電磁波，這個點就成為了低值點。

遮蔽效能由大到小分為6級，單位為分貝db。電磁波在海水中衰減是很嚴重的，電磁波的頻率越高在海水中衰減越大。水下實驗表明：普通發射的無線電波在水下僅能傳播1米左右，低頻長波無線電波則可達6-8米，而超低頻電磁波對海水穿透能力也只有100多米。利用這個道理，我們還可以用天然電場打井找水儀分辨地下水是鹹水還是淡水。水越鹹，電磁波衰減越快，天電值越低。

微波爐加熱也是利用的電磁波，只是頻率不同而已。含水的食物用它很容易加熱，但幹物質卻較難加熱，原因就在於水是吸收電磁波的，沒有水分的物質吸收電磁波的能力就弱得多，不容易加熱。純金屬與水不同，確切的說，它主要不是吸收電磁波而是反射電磁波，所以用微波爐對金屬也難以加熱。地下的鋼管反射電磁波的結果，使電磁波也不能向下傳播，在天電圖中也會顯示為低值。

水為何會吸收電磁波呢？這是因為，水分子是極性分子（即分子中的各個原子的正負電荷中心不重合，電荷分佈不對稱）。水是極性分子，是因為水是由兩個氫原子和一個氧原子形成的，兩個氫原子的角度大約是109度。也就是說兩個氫原子的中心點與氧原子的中心點不重合。氧原子吸引電子的能力遠遠大於氫原子，氧——氫鍵上的電子更偏向於氧。水分子中正負電荷重心距離很遠，所以水的極性很大。電磁波是高頻振盪，在這種高頻振盪的作用下水分子會發生振動，從而動能增加。動能增加會使電磁波的能量減小，也可以認是為電磁波被吸收變成了熱能，於是食物就被加熱了。

電磁波在地下傳播，遇到基岩裂隙水時，電磁波被吸收，數值減小，成為低值，向下傳播能力減弱，就會出現低值下傳。只要能排除非構造性低值下傳的假異常，堅硬岩石中低值“異常”有水的機率是很大的。

電磁波的這個特性在電阻率法中是不存在的，電阻率法更多的是反映了岩石骨架的導電效能而不是水的遮蔽吸收能力。這就是天然電場打井找水儀對含水體反映更靈敏的原因所在。

有裂隙水的岩石大多呈橫向或縱向的低值異常反映，但無異常的低值不一定有裂隙水。土層、軟巖或強風化層呈現低值是因為含礦物水較多。這些岩土的天電值不高不是因為它的電阻率小，而是因為它的礦物成分中含礦物水多。例如粘土礦物中的高嶺石的晶體化學式為2SiO2·Al2O3·2H2O，含兩個結晶水。電阻率很大的硬巖經常也會形成低值層，原因也是含結晶水或結構水等礦物水較多的緣故。例如角閃石是含（OH）的Mg、Fe、Ca、Na、Al的鏈狀結構矽酸鹽，OH在這裡不是氫氧根，而是結構水通常的表現形式，把它加熱到600度以上，水就分離出來了。

由此可見，在電磁環境一定的情況下，天電圖出現的低值異常和數值大小主要是由地層和礦物中的“水”決定的，而不是巖礦的電阻率決定的，這就是天然電場打井找水儀對基岩裂隙水解析度更高，反映更直觀的原因。