必读新书：《近地表电阻率与激发极化勘探——理论与应用》，助您掌握前沿地球物理技术！

电阻率和激发极化法广泛地应用于近地表环境领域，包括水文地质学、土木工程、考古学，以及农业和植物学等学科。本书详细介绍了电阻率和激发极化法的基础理论与实践应用，展示了如何在实验室和现场进行测量、建模和数据解译。内容涵盖了电法的发展历史、地质材料的电学性质、仪器设备、数据采集和建模以及实践案例研究。同时，本书还提供了一整套正演和反演软件，便于读者练习书中案例和开展相关研究。

中文版序

电阻率和激发极化法是两种使用最广泛的地球物理方法。这些方法起源于20世纪初，由油气和矿产勘探驱动而得到了持续发展。在过去几十年中，得益于计算资源的普及和仪器设备的改进，这些方法不断发展完善。这种发展在一定程度上是由于人们认识到地下介质的电学性质与孔隙空间内流体的一些物理和化学特性（如饱和度、盐度），以及岩性特性（如孔隙度、黏土含量）密切相关，而这些特性与水文学、污染水文地质学、土木工程、农学、法医学、考古学等多个领域的众多问题息息相关。现如今，我们可以在普通的个人电脑上生成时移电学特性三维图像，并且通过适当的数学物理关系，将这些图像转换成各个学科领域的研究属性和状态。此外，电阻率和激发极化法的可扩展性允许其应用于从厘米到千米的广泛空间尺度。

虽然目前许多已出版著作涵盖了电阻率和激发极化法的各个方面，但本书是第一本全面介绍天然地质材料的基本电学性质以及用于解释测量数据的建模方法基础理论的书籍。我们的目标是提供一个综合的参考书，向读者全面介绍这些方法、应用以及解译所需的基本关系。本书详细讲述了如何在实验室进行电学性质的测量，如何在现场应用这些方法，以及如何使用建模技术分析现场和实验室数据。我们的目标读者包括研究生、科研人员、高年级本科生和相关技术人员。

我们在本书的开头章节介绍了这些方法的部分历史背景，以便让读者了解电阻率和激发极化法几十年来的研究历程。为了展示书中方法概念的广泛应用，我们在书的末尾提供了几个案例研究。此外，本书中还包含了建模方法分析所使用的软件，读者可以利用自己的数据使用该软件开展应用研究。软件（包括专门为本书开发的ResIPy软件）和案例数据集可在www.cambridge.org/binley获取。

本书的英文版于2020年由剑桥大学出版社出版，以纪念Conrad Schlumberger电学方法重要文献发表100周年，该理论奠定了现代电阻率和激发极化法的基础。我们由衷感谢山东大学毛德强教授的支持和帮助，以及他的研究团队在本书中文翻译过程中所付出的巨大努力，特别感谢山东大学刘士亮副教授、南京大学施小清教授、北京建工环境修复股份有限公司张家铭工程师在专著翻译过程中的辛苦付出。我们也感谢多年来在我们的团队中工作的几位来自中国研究人员，特别感谢劳伦斯伯克利国家实验室的Wu Yuxin博士、维也纳大学的Zhang Chi博士、英国环境水文研究中心的Michael Tso博士、河海大学的程勤波博士、劳伦斯伯克利国家实验室的Wang Chen博士、中国农业大学的陈曦博士、香港理工大学的许舒婕、河海大学的陶敏和吉林大学的闫家贺。本书的中译版本将帮助更多的读者，希望能够激励新一代地球物理学家深入推进电阻率和激发极化技术的发展，并开拓新的应用领域。

Andrew Binley Lee Slater

兰卡斯特，英国纽瓦克，美国

2024年12月

前言

2020年是Conrad Schlumberger电学方法重要文献发表100周年，该文献奠定了现代电阻率和激发极化法的基础。电阻率和激发极化法是目前探测近地表（地壳浅部几百米）的两种最常用的地球物理技术。虽然这两种方法最初是为油气和矿产勘探而研发，但在使用过程中，人们普遍认识到近地表特性和过程的电学性质与孔隙空间中流体的物理和化学性质（如饱和度、盐度）及岩性特征（如孔隙度、黏土含量）密切相关，因此这两种方法在近地表得到了迅速普及的应用，从而开辟了包括水文学、土木工程、农学、法医学和考古学等多个学科领域的应用。此外，电阻率和激发极化法的理论概念已经发展完善，现场测量技术具有高度的可扩展性，可开展从厘米到千米尺度的调查研究。测量可以在多种配置下进行，可实现从简单测绘到三维时移成像。与许多其他的近地表方法相比，电阻率和激发极化法的仪器成本相对较低且操作简单。除此之外，许多解译（建模）工具现在已经普及，并且还在持续地发展更新。

虽然已有许多关于电阻率和激发极化法的著作，但仍没有对天然地质材料的基本电学性质和用于解译测量数据的建模方法的理论基础提供全面的说明。此外，大多数参考书仅关注电阻率和激发极化的勘探应用，并未涵盖专门针对近地表应用技术的许多最新进展。这两种方法已积累了海量的相关文献和资料，可能会令一些科研人员和技术人员无从下手。基于25年的长期合作，我们编写了这本教科书，详细解释了电学性质如何与地质材料的其他特性相关，如何在实验室和现场进行电学性质的测量，以及如何分析信号以建立地电模型。我们的目标读者包括研究生、科研人员、高年级本科生和相关技术人员。在书中纳入了许多方法的历史背景，尽管这些概念和观测资料可能在当时并没有进行充分解译，但可以方便读者了解这些技术方法数十年的研究历程。本书深入阐述了方法概念，还附有相关的案例研究，以突出应用的广泛性和在新兴领域的适用性。本书还包含了书中介绍的建模方法使用的建模软件，读者可以利用自己的数据使用书中的方法开展应用研究。我们希望这本书能激励新一代地球物理学家，在Schlumberger和其他前人奠定的近地表地球物理探测技术百年基础上，推进电阻率和激发极化法的进一步发展。

作者简介

Andrew Binley是兰卡斯特大学的水文地球物理学教授，研究领域是利用近地表地球物理电法表征水文地质信息，并开发了广泛使用的地电模型计算机软件。2012年，获得了由勘探地球物理学家协会和环境与工程地球物理学会共同颁发的弗兰克·弗里施克奈希特领导奖（Frank Frischknecht Leadership Award），以表彰其对近地表地球物理学，特别是水文地球物理学领域的长期贡献。2013年，鉴于其在不确定性建模和水文地球物理学研究的开创性工作，当选为美国地球物理学会会士。

Lee Slater是罗格斯大学的亨利·罗格斯地球物理学讲席教授，围绕近地表地球物理研究领域，在电阻率和激发极化法方面开展了许多原创性的实验室和现场研究。2013年，因其在近地表地球物理学领域的长期贡献，特别是在教育和专业推广方面，获得了由勘探地球物理学家协会和环境与工程地球物理学会共同颁发的哈罗德·B.·穆尼奖（Harold B.Mooney Award）。2018年，因其在近地表地球物理学方面的开创性实验研究，当选为美国地球物理学会会士。

译者简介

毛德强，山东大学土建与水利学院教授、博士生导师。2012年毕业于美国亚利桑那大学，获水文学博士学位，之后在科罗拉多矿业大学从事地球物理博士后研究，2017年回国前担任水文地质领域顶级学府新墨西哥理工学院助理教授职位。现任土建与水利学院副院长，兼任山东大学侨界联合会秘书长、中国水利学会地下水科学与工程分会委员，亚洲地球科学协会地学分会秘书。主要从事水文地球物理等方面教学与科研工作，主持相关领域国家级、省部级、工程科研项目20余项，包括国家重点研发计划（国合专项）项目1项，国家重点研发项目子课题2项，中组部特聘专家“青年项目”1项、面上项目1项等。在水资源、环境、地球物理领域等行业权威期刊JGR-Solid Earth、Water Resour. Res.、Environ. Sci. Technol.、Geophysics、J. Hydrol.、Environ. Res.、Waste Manage.、《地学前缘》等发表论文60余篇，授权发明专利、软著20余项，担任Journal of Hydrology副主编，曾任Hydrogeology Journal副主编，应邀在国际和国内学术会议作报告10余次。坚持以德树人、为国育才的教育理念，以“重点平台+科研项目+大学生科创”的教学模式，获2023年山东大学优秀教学案例，指导学生获“互联网+”双创大赛国赛银奖、省赛金奖、银奖各一项，获评山东省优秀创新创业导师。

刘士亮，山东大学土建与水利学院副教授、博士生导师、山东大学未来计划青年学者。主要从事水文-工程-环境地质相关的教学与科研工作，聚焦“生态与污染水文地质”关键科学问题，主持国家自然科学基金面上项目、青年项目、国家重点研发计划（国合专项）子课题、山东省自然科学基金及企事业单位科研攻关项目等20余项。出版专著2部，发表高水平科技论文21篇、授权国内外发明专利和软件著作权14项。研究成果荣获山东省环境技术进步一等奖、中国岩石力学与工程学会科技进步二等奖。担任10余种国内外核心、EI、SCI学术期刊审稿专家，国家自然科学基金委员会同行评议专家，山东省科技专家（技术研发类）等。

施小清，南京大学地球科学与工程学院教授、博士生导师。主要从事污染水文地质学的研究与教学工作，旨在运用水文地球物理监测、污染物运移数值模拟和多源数据同化等技术解决有机污染物多相迁移机制和场地精细刻画难题。以第一作者/通讯作者在JGR-Solid Earth、Geophys. Res. Lett.、Water Resour. Res.、J. Hydrol.、Geophysics等国际水文地质和地球物理期刊发表SCI论文50余篇，2 篇论文被评为Water Resour. Res.高下载论文和高被引论文，1篇论文入选前1% ESI高被引。曾任Geofluids专刊客座主编，Hydrogeology Journal副主编，现任《安全与环境工程》，《地质科技通报》编委。

张家铭，北京建工环境修复股份有限公司研发工程师。主要从事生态环境调查与监测方面的技术研发及推广应用工作，科学运用5G-IOT、无人机载平台、增强现实技术、数字化管理系统等跨领域新兴技术，充分满足生态环境治理过程中不同利益方的实际需求。先后参与4项国家重点研发计划项目，累计授权国内发明专利60余项，发表论文十余篇，并成功在全国十余个工程项目上开展了应用验证及推广工作。

部分书评

毫无疑问，这是关于地球物理电法的最全面最详尽的著作。这是一本非常出色的专著，涵盖了理论和实践应用，囊括了大量关于电阻率和激发极化的实际应用案例。这本书肯定是我向从事地电和近地表地球物理学领域的学生、科研人员和技术人员推荐阅读的首选。

——Jonathan Chambers，英国地质调查局

Binley和Slater是世界上最优秀的两位电法地球物理学家，他们共同编写了一本全面、易懂的教科书，适合任何对电法感兴趣的学者阅读。通过分章节介绍方法历史、开源软件，相关理论、仪器设备、正演和反演建模及应用，两位作者创造了一个关于电法的一站式资源库。这本书从最基础的数学知识入手，逐步介绍了领域最新的科学进展，包括许多图表和补充信息。我强烈推荐任何想了解如何将地球物理电法技术应用于浅地表问题的学生或从业人员了解本书，并期待与我的研究生分享。

——Kamini Singha，科罗拉多矿业学院

Andrew Binley和Lee Slater这两位在近地表地球物理学领域经验丰富的科学家编写了一本现代教材，详细描述了电阻率和激发极化技术的发展及其最新进展。该书深入探讨了基础理论，展示了这些地球物理方法的广泛应用。鉴于书中丰富的信息和清晰的呈现方式，本书不仅可以作为高等教育的教科书，还可以作为科研人员和技术人员的参考书。本书肯定会推动电阻率与激发极化法进一步的研究工作和实际应用。

——Andreas Weller，克劳斯塔尔工业大学

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本书可作为高等院校相关专业的高年级本科生和研究生用书，也可供近地表地球物理、水文地质、水资源、环境工程、工程地质、土木工程、考古学和生态学等相关学科的科研人员及技术人员参考。