电阻率(Resistivity)、激发极化(IP)与自然电位(SP)技术联合可视化沉积物中水的下渗、上涌与流动过程及其水文地质意义

本综述创新性整合电阻率(Resistivity)、激发极化(IP)与自然电位(SP)等地球物理技术，通过三维建模实现了沉积物中水下渗（downwelling）、上涌（upwelling）与流动过程的可视化，突破了传统方法在复杂水文地质环境中的局限性，为研究含水层补给机制、污染物迁移及海水入侵提供了多参数联合解析方案。

　　

Highlight

本研究通过电阻率(Resistivity)、激发极化(IP)与自然电位(SP)技术的协同应用，实现了对沉积物中水下渗、上涌及流动过程的三维可视化解析，为水文地质系统研究提供了多参数融合的创新方法论。

Conclusion

理解水的下渗、上涌及流动过程需综合沉积物的地质学、水文学及水力特性分析。本研究通过地表地球物理测量（电阻率、激发极化与自然电位）结合野外地质与水文数据，构建了三维电阻率与水文岩性模型，明确了沉积物类型、空间展布、含水特性及水质分布。激发极化(IP)技术有效区分了黏土与非黏土沉积层及咸淡水界面，自然电位(SP)建模则揭示了地下水流动路径、特定水力传导度及渗透过程。多技术联合应用显著提升了沉积物特性与水文过程的解析精度，在含水层补给、污染物迁移及海水入侵研究中具有广泛应用前景。

Introduction

电阻率(VES)、时域激发极化(TDIP)与自然电位(SP)作为地球物理技术，为地球科学（含环境地质与水文地质）提供了重要的间接研究手段。沉积物中地下水的下渗、上涌及盐分积累通常是推断渗透性等水力特性的关键线索，渗透性对沉积物或含水层中水平与垂向水流运动至关重要。当存在地下水垂向或水平流动时，表明沉积物具有中高渗透性且不含或含少量页岩；而盐分在表层沉积物的积累则指示了下伏存在低渗透性岩层（如致密灰岩或黏土层）。

综合研究需整合地质与地球物理数据以厘清沉积环境与水文特性。Ciampi等(2024)指出地下模型需兼容所有可用地质地球物理数据，避免纯定性解读导致的矛盾结果。Chibani等(2025)采用多学科方法评估了多层含水层系统的水文地质特征。地球物理技术尤其适用于区分黏土与非黏土沉积物及咸淡水界面，但在非均质地质环境中可靠性降低。研究区水文地质条件复杂，涉及黏土/页岩的空间变异及水质差异，因此地球物理技术成为关键补充手段。

Weller等(1999)指出时域激发极化(TDIP)较直流电阻率能更好区分岩性。Ammar等(2021)证实TDIP与瞬变电磁(TEM)在海岸含水层研究中具重要价值。TDIP可有效识别含黏土沉积物与咸水饱和纯沉积物，故本研究优先采用该技术分析浅层页岩/黏土、海水入侵及盐分积累区。Ammar等(2023)强调电阻率、极化率与SP值对区分饱和/非饱和层、判定水源及水流动态具决定性作用。极化率受含水率与页岩含量显著影响，SP则能指示渗流、水源及渗透性。

研究区农业灌溉水下渗与地下水位上涌（如海水入侵）是核心现象，需明确其地质组成与水文特性。这些过程常引发含水层污染、土壤结构破坏、排水积水成湖（盐湖与沼泽）等环境问题。多数问题难以根治，故需在开发前系统评估沉积物特性（水质、含水率、渗透性、储水能力），以规避未来环境风险。研究区存在类似问题，因此需依托地球物理技术量化沉积物电性参数。图1展示了水未能下渗深层、水上涌至地表、海水入侵及盐分积累的现象，这些过程促进了沼泽湖泊形成与土壤植被退化。

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Area Description

研究区位于西奈半岛西北部，毗邻苦湖，地理坐标北纬30°19′11″至30°22′50″，东经32°28′00″至32°33′20″。属大陆性气候，冬季气温15°C，夏季35–40°C。降水多集中于冬季，南部偶有暴雨，年均降水量80–90毫米。

Materials and Methods

本研究采用浅层电法技术（电阻率、IP与SP）探索沉积物的地质、构造与水文地质特征及其几何尺度。重点通过电阻率、极化率与自极化电位等电性参数可视化水的下渗、上涌与流动过程。

3D model of resistivity

基于电阻率解释值构建三维电阻率模型，用于区分水文-岩性单元（含非饱和/饱和沉积物、黏土/非黏土层、地下水水质分区），并预测水在沉积物中的上涌与下渗运动。区分黏土与非黏土沉积有助于推断渗透性差异，支持水文地质过程解析。