自然电场的成因
1.过滤电场
当地下水在岩石的孔隙或裂隙中运动时，由于岩石颗粒表面对地下水中正、负离子有选择的吸附作用，便出现了正、负离子分布的不均衡，从而形成自然电场，称为过滤电场或渗透电场。实践表明，大多数岩石颗粒具有吸附负离子的作用。因此，孔隙壁表面吸附了固定的负离子层，使运动着的地下水中正负离子的数目不相同，结果是多余的正离子出现在靠近孔隙出口的一端，在水流的反方向，则滞留着负离子。随着时间的延续，这种正、负离子分布的差异形成了电位差，形成一稳定的电场，其方向与地下水流方向相反（图3-26）。
图3-26 过滤电场的形成
由于地形起伏形成的过滤电场常称为山地电场，这是潜水由山顶向山谷渗透时产生的，在山顶形成负电位，在山谷形成正电位（图3-27）。
图3-27 山地电场
2.扩散电场
两种浓度或成分不同的水溶液相接触时，便会产生扩散现象，溶液之间形成离子的迁移，但其迁移速度不同，结果使两种不同浓度的溶液中，分别含有过量的正离子或负离子，形成电动势，这种电场称为扩散电场。例如，岩层中含氯化钠（NaCl）的水溶液的浓度相差很大时，溶液中的Na+与Cl-将向浓度小的溶液一方移动，由于Cl-的迁移率大于Na+，因而在浓度小的一侧Cl-数较Na+多，获得负电位，另一侧为正电位，形成扩散电场。
扩散电场的数值很小，一般为10～20mV。在自然条件下，多孔岩石中扩散电场常与过滤电场同时发生。
3.氧化还原电场
金属导体（电子导体）埋藏在潜水面附近时，由于氧化还原作用而形成的自然电场称为氧化还原电场。如图3-28所示，位于潜水面以上的电子导体与氧化带中的地下水发生氧化作用，导体失去电子而带正电，围岩则获得电子而带负电。位于潜水面以下的导体，由于所处的还原环境使导体的电化学反应与其上相反，即围岩失去电子而带正电，电子导体获得电子而带负电。在导体与围岩之间，导体上端和下端产生了符号相反的电位跳跃。这样，在导体上下端形成电位差，产生自上而下的电流，而在围岩中产生自下而上的电流，构成电流回路。所以在导体上方的地面进行电位测量，能获得负的电位异常。
应当指出，关于电子导体形成自然电场的原因，至今并不完全清楚，而且尚有不同的看法。
图3-28 氧化还原电场
1—金属导体；2—潜水面；3—氧化带；4—还原带；5—自然电位曲线（负异常）