電阻率和激發極化法廣泛地應用于近地表環境領域，包括水文地質學、土木工程、考古學，以及農業和植物學等學科。本書詳細介紹了電阻率和激發極化法的基礎理論與實踐應用，展示了如何在實驗室和現場進行測量、建模和數據解譯。內容涵蓋了電法的發展歷史、地質材料的電學性質、儀器設備、數據采集和建模以及實踐案例研究。同時，本書還提供了一整套正演和反演軟件，便于讀者練習書中案例和開展相關研究。

中文版序

電阻率和激發極化法是兩種使用最廣泛的地球物理方法。這些方法起源于20世紀初，由油氣和礦產勘探驅動而得到了持續發展。在過去幾十年中，得益于計算資源的普及和儀器設備的改進，這些方法不斷發展完善。這種發展在一定程度上是由于人們認識到地下介質的電學性質與孔隙空間內流體的一些物理和化學特性（如飽和度、鹽度），以及巖性特性（如孔隙度、黏土含量）密切相關，而這些特性與水文學、污染水文地質學、土木工程、農學、法醫學、考古學等多個領域的眾多問題息息相關。現如今，我們可以在普通的個人電腦上生成時移電學特性三維圖像，并且通過適當的數學物理關系，將這些圖像轉換成各個學科領域的研究屬性和狀態。此外，電阻率和激發極化法的可擴展性允許其應用于從厘米到千米的廣泛空間尺度。

雖然目前許多已出版著作涵蓋了電阻率和激發極化法的各個方面，但本書是第一本全面介紹天然地質材料的基本電學性質以及用于解釋測量數據的建模方法基礎理論的書籍。我們的目標是提供一個綜合的參考書，向讀者全面介紹這些方法、應用以及解譯所需的基本關系。本書詳細講述了如何在實驗室進行電學性質的測量，如何在現場應用這些方法，以及如何使用建模技術分析現場和實驗室數據。我們的目標讀者包括研究生、科研人員、高年級本科生和相關技術人員。

我們在本書的開頭章節介紹了這些方法的部分歷史背景，以便讓讀者了解電阻率和激發極化法幾十年來的研究歷程。為了展示書中方法概念的廣泛應用，我們在書的末尾提供了幾個案例研究。此外，本書中還包含了建模方法分析所使用的軟件，讀者可以利用自己的數據使用該軟件開展應用研究。軟件（包括專門為本書開發的ResIPy軟件）和案例數據集可在www.cambridge.org/binley獲取。

本書的英文版于2020年由劍橋大學出版社出版，以紀念Conrad Schlumberger電學方法重要文獻發表100周年，該理論奠定了現代電阻率和激發極化法的基礎。我們由衷感謝山東大學毛德強教授的支持和幫助，以及他的研究團隊在本書中文翻譯過程中所付出的巨大努力，特別感謝山東大學劉士亮副教授、南京大學施小清教授、北京建工環境修復股份有限公司張家銘工程師在專著翻譯過程中的辛苦付出。我們也感謝多年來在我們的團隊中工作的幾位來自中國研究人員，特別感謝勞倫斯伯克利國家實驗室的Wu Yuxin博士、維也納大學的Zhang Chi博士、英國環境水文研究中心的Michael Tso博士、河海大學的程勤波博士、勞倫斯伯克利國家實驗室的Wang Chen博士、中國農業大學的陳曦博士、香港理工大學的許舒婕、河海大學的陶敏和吉林大學的閆家賀。本書的中譯版本將幫助更多的讀者，希望能夠激勵新一代地球物理學家深入推進電阻率和激發極化技術的發展，并開拓新的應用領域。

Andrew Binley Lee Slater

蘭卡斯特，英國 紐瓦克，美國

2024年12月

前 言

2020年是Conrad Schlumberger電學方法重要文獻發表100周年，該文獻奠定了現代電阻率和激發極化法的基礎。電阻率和激發極化法是目前探測近地表（地殼淺部幾百米）的兩種最常用的地球物理技術。雖然這兩種方法最初是為油氣和礦產勘探而研發，但在使用過程中，人們普遍認識到近地表特性和過程的電學性質與孔隙空間中流體的物理和化學性質（如飽和度、鹽度）及巖性特征（如孔隙度、黏土含量）密切相關，因此這兩種方法在近地表得到了迅速普及的應用，從而開辟了包括水文學、土木工程、農學、法醫學和考古學等多個學科領域的應用。此外，電阻率和激發極化法的理論概念已經發展完善，現場測量技術具有高度的可擴展性，可開展從厘米到千米尺度的調查研究。測量可以在多種配置下進行，可實現從簡單測繪到三維時移成像。與許多其他的近地表方法相比，電阻率和激發極化法的儀器成本相對較低且操作簡單。除此之外，許多解譯（建模）工具現在已經普及，并且還在持續地發展更新。

雖然已有許多關于電阻率和激發極化法的著作，但仍沒有對天然地質材料的基本電學性質和用于解譯測量數據的建模方法的理論基礎提供全面的說明。此外，大多數參考書僅關注電阻率和激發極化的勘探應用，并未涵蓋專門針對近地表應用技術的許多最新進展。這兩種方法已積累了海量的相關文獻和資料，可能會令一些科研人員和技術人員無從下手。基于25年的長期合作，我們編寫了這本教科書，詳細解釋了電學性質如何與地質材料的其他特性相關，如何在實驗室和現場進行電學性質的測量，以及如何分析信號以建立地電模型。我們的目標讀者包括研究生、科研人員、高年級本科生和相關技術人員。在書中納入了許多方法的歷史背景，盡管這些概念和觀測資料可能在當時并沒有進行充分解譯，但可以方便讀者了解這些技術方法數十年的研究歷程。本書深入闡述了方法概念，還附有相關的案例研究，以突出應用的廣泛性和在新興領域的適用性。本書還包含了書中介紹的建模方法使用的建模軟件，讀者可以利用自己的數據使用書中的方法開展應用研究。我們希望這本書能激勵新一代地球物理學家，在Schlumberger和其他前人奠定的近地表地球物理探測技術百年基礎上，推進電阻率和激發極化法的進一步發展。

作者簡介

Andrew Binley是蘭卡斯特大學的水文地球物理學教授，研究領域是利用近地表地球物理電法表征水文地質信息，并開發了廣泛使用的地電模型計算機軟件。2012年，獲得了由勘探地球物理學家協會和環境與工程地球物理學會共同頒發的弗蘭克·弗里施克奈希特領導獎（Frank Frischknecht Leadership Award），以表彰其對近地表地球物理學，特別是水文地球物理學領域的長期貢獻。2013年，鑒于其在不確定性建模和水文地球物理學研究的開創性工作，當選為美國地球物理學會會士。

Lee Slater是羅格斯大學的亨利·羅格斯地球物理學講席教授，圍繞近地表地球物理研究領域，在電阻率和激發極化法方面開展了許多原創性的實驗室和現場研究。2013年，因其在近地表地球物理學領域的長期貢獻，特別是在教育和專業推廣方面，獲得了由勘探地球物理學家協會和環境與工程地球物理學會共同頒發的哈羅德·B.·穆尼獎（Harold B.Mooney Award）。2018年，因其在近地表地球物理學方面的開創性實驗研究，當選為美國地球物理學會會士。

譯者簡介

毛德強，山東大學土建與水利學院教授、博士生導師。2012年畢業于美國亞利桑那大學，獲水文學博士學位，之后在科羅拉多礦業大學從事地球物理博士后研究，2017年回國前擔任水文地質領域頂級學府新墨西哥理工學院助理教授職位。現任土建與水利學院副院長，兼任山東大學僑界聯合會秘書長、中國水利學會地下水科學與工程分會委員，亞洲地球科學協會地學分會秘書。主要從事水文地球物理等方面教學與科研工作，主持相關領域國家級、省部級、工程科研項目20余項，包括國家重點研發計劃（國合專項）項目1項，國家重點研發項目子課題2項，中組部特聘專家“青年項目”1項、面上項目1項等。在水資源、環境、地球物理領域等行業權威期刊JGR-Solid Earth、Water Resour. Res.、Environ. Sci. Technol.、Geophysics、J. Hydrol.、Environ. Res.、Waste Manage.、《地學前緣》等發表論文60余篇，授權發明專利、軟著20余項，擔任Journal of Hydrology副主編，曾任Hydrogeology Journal副主編，應邀在國際和國內學術會議作報告10余次。堅持以德樹人、為國育才的教育理念，以“重點平臺+科研項目+大學生科創”的教學模式，獲2023年山東大學優秀教學案例，指導學生獲“互聯網+”雙創大賽國賽銀獎、省賽金獎、銀獎各一項，獲評山東省優秀創新創業導師。

劉士亮，山東大學土建與水利學院副教授、博士生導師、山東大學未來計劃青年學者。主要從事水文-工程-環境地質相關的教學與科研工作，聚焦“生態與污染水文地質”關鍵科學問題，主持國家自然科學基金面上項目、青年項目、國家重點研發計劃（國合專項）子課題、山東省自然科學基金及企事業單位科研攻關項目等20余項。出版專著2部，發表高水平科技論文21篇、授權國內外發明專利和軟件著作權14項。研究成果榮獲山東省環境技術進步一等獎、中國巖石力學與工程學會科技進步二等獎。擔任10余種國內外核心、EI、SCI學術期刊審稿專家，國家自然科學基金委員會同行評議專家，山東省科技專家（技術研發類）等。

施小清，南京大學地球科學與工程學院教授、博士生導師。主要從事污染水文地質學的研究與教學工作，旨在運用水文地球物理監測、污染物運移數值模擬和多源數據同化等技術解決有機污染物多相遷移機制和場地精細刻畫難題。以第一作者/通訊作者在JGR-Solid Earth、Geophys. Res. Lett.、Water Resour. Res.、J. Hydrol.、Geophysics等國際水文地質和地球物理期刊發表SCI論文50余篇，2 篇論文被評為Water Resour. Res.高下載論文和高被引論文，1篇論文入選前1% ESI高被引。曾任Geofluids專刊客座主編，Hydrogeology Journal副主編，現任《安全與環境工程》，《地質科技通報》編委。

張家銘，北京建工環境修復股份有限公司研發工程師。主要從事生態環境調查與監測方面的技術研發及推廣應用工作，科學運用5G-IOT、無人機載平臺、增強現實技術、數字化管理系統等跨領域新興技術，充分滿足生態環境治理過程中不同利益方的實際需求。先后參與4項國家重點研發計劃項目，累計授權國內發明專利60余項，發表論文十余篇，并成功在全國十余個工程項目上開展了應用驗證及推廣工作。

部分書評

1

毫無疑問，這是關于地球物理電法的最全面最詳盡的著作。這是一本非常出色的專著，涵蓋了理論和實踐應用，囊括了大量關于電阻率和激發極化的實際應用案例。這本書肯定是我向從事地電和近地表地球物理學領域的學生、科研人員和技術人員推薦閱讀的首選。

——Jonathan Chambers，英國地質調查局

2

Binley和Slater是世界上最優秀的兩位電法地球物理學家，他們共同編寫了一本全面、易懂的教科書，適合任何對電法感興趣的學者閱讀。通過分章節介紹方法歷史、開源軟件，相關理論、儀器設備、正演和反演建模及應用，兩位作者創造了一個關于電法的一站式資源庫。這本書從最基礎的數學知識入手，逐步介紹了領域最新的科學進展，包括許多圖表和補充信息。我強烈推薦任何想了解如何將地球物理電法技術應用于淺地表問題的學生或從業人員了解本書，并期待與我的研究生分享。

——Kamini Singha，科羅拉多礦業學院

3

Andrew Binley和Lee Slater這兩位在近地表地球物理學領域經驗豐富的科學家編寫了一本現代教材，詳細描述了電阻率和激發極化技術的發展及其最新進展。該書深入探討了基礎理論，展示了這些地球物理方法的廣泛應用。鑒于書中豐富的信息和清晰的呈現方式，本書不僅可以作為高等教育的教科書，還可以作為科研人員和技術人員的參考書。本書肯定會推動電阻率與激發極化法進一步的研究工作和實際應用。

——Andreas Weller，克勞斯塔爾工業大學

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本書可作為高等院校相關專業的高年級本科生和研究生用書，也可供近地表地球物理、水文地質、水資源、環境工程、工程地質、土木工程、考古學和生態學等相關學科的科研人員及技術人員參考。

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本文摘自科學出版社2025年3月出版《近地表電阻率與激發極化勘探——理論與應用》一書，內容有刪節。標題為編者所加。

（本文編輯：韋沁weiqin@cspm.com.cn）

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