第4章 電法勘探-2013

1、第第 4 4 章章 電法勘探電法勘探 電法勘探是根據(jù)所測(cè)得的地下電場(chǎng)或電磁場(chǎng)的分布 規(guī)律來(lái)查明地下地質(zhì)構(gòu)造和尋找有用礦產(chǎn)的一種常用物 探方法。 電法勘探是地球物理勘探方法中的重要分支。 一、什么是電法勘探(electrical prospecting)？ 第 0 節(jié) 概 述 二、電法勘探分類(lèi) 按場(chǎng)源性質(zhì)等為依據(jù)可對(duì)電法勘探進(jìn)行分類(lèi): 按工作場(chǎng)所的差別，電法勘探又分為: 地面電法，坑道和井中電法、航空電法、海洋電法等。 電法勘探方法可以追溯到19世紀(jì)初P.Fox在硫化金屬 礦上發(fā)現(xiàn)自然電場(chǎng)現(xiàn)象，至今已有100多年的歷史。 我國(guó)電法勘探始于20世紀(jì)30年代，由當(dāng)時(shí)北平研究 院物理研究所的顧功敘先生

2、所開(kāi)創(chuàng)。經(jīng)過(guò)70余年的發(fā)展， 我國(guó)的電法勘探無(wú)論在基礎(chǔ)理論、方法技術(shù)和應(yīng)用效果 等方面都取得了巨大的進(jìn)展，使電法成為應(yīng)用地球物理 學(xué)中方法種類(lèi)最多、應(yīng)用面最廣、適應(yīng)性最強(qiáng)的一門(mén)分 支學(xué)科。 三、電法勘探的發(fā)展歷史 各種電法勘探方法是適應(yīng)不同地質(zhì)任務(wù)的需要而發(fā)展 起來(lái)的。 它們廣泛地應(yīng)用于各種地質(zhì)工作中，不僅可以尋找金 屬及非金屬礦產(chǎn)，還可以進(jìn)行地質(zhì)填圖，查明地下地質(zhì)構(gòu) 造、尋找油氣田、煤田和地下水等。 近年來(lái)，一些建立在電法勘探基本原理基礎(chǔ)之上的新 方法如管線探測(cè)、探地雷達(dá)等廣泛用于城市工程勘查，它 們?cè)诠芫€勘查、路基、高層建筑地基及大型水電站、水庫(kù) 壩基勘查方面發(fā)揮了重要作用。 四、 應(yīng)用

3、第 1 節(jié)電阻率法 電阻率法是傳導(dǎo)類(lèi)電法勘探方法之一。它建立在地 殼中各種巖 ( 礦 ) 石之間具有導(dǎo)電性差異的基礎(chǔ)上， 通過(guò)觀測(cè)和研究與這些差異有關(guān)的天然電場(chǎng)或人工電場(chǎng) 的分布規(guī)律，達(dá)到查明地下地質(zhì)構(gòu)造或?qū)ふ业V產(chǎn)資源之 目的。 工作方法： 1、電剖面法；2、電測(cè)深法；3、高密度電阻率法。 一、電阻率法理論基礎(chǔ) 1電阻率 巖 ( 礦 ) 石間的電阻率差異是電阻率法的物理 前提。從物理學(xué)中可知，當(dāng)電流沿著一段導(dǎo)體的延伸 方向流過(guò)時(shí)，導(dǎo)體的電阻 R 與其長(zhǎng)度 l 成正比，與 垂直于電流方向的導(dǎo)體橫截面積 S 成反比。 式中比例系數(shù) 稱為該導(dǎo)體的電阻率。 電阻率在數(shù)值上等于電流垂直通過(guò)單位立方體截面

4、 時(shí)，該導(dǎo)體所呈現(xiàn)的電阻。 巖、礦石的電阻率值越大，其導(dǎo)電性就越差；反之， 則導(dǎo)電性越好。 在 SI 制中，電阻率的單位為 ( 歐姆 米 ) 。 2 2電阻率公式及視電阻率電阻率公式及視電阻率 (1) 電阻率公式 電阻率法工作中，通常是在地面上任意兩點(diǎn)用供 電電極A、B供電，在另兩點(diǎn)用測(cè)量電極 M、N測(cè)定電 位差。 電阻率計(jì)算公式 上式是利用四極裝置測(cè)定均勻各向同性半空間電阻 率的基本公式。K 稱為裝置系數(shù) ( 或排列系數(shù) ) ，它 是一個(gè)與各電極間距離有關(guān)的物理量。 在野外工作中，裝置形式和極距一經(jīng)確定，K值便 可計(jì)算出來(lái)。 如地電斷面呈傾斜接觸，電阻率分別為 和 的兩種巖層，還有一個(gè)電阻率

5、為3 的透鏡體。 (2) 視電阻率 向地下通電并進(jìn)行測(cè)量，求出一個(gè)“電阻率”值。 不過(guò)，它既不是 ，也不是 和 ，而是與三者 都有關(guān)的物理量。用符號(hào) s 表示，并稱之為視電阻率。 即 視電阻率實(shí)質(zhì)上是在電場(chǎng)有效作用范圍內(nèi)各種地質(zhì) 體電阻率的綜合影響值。 雖然前兩式等號(hào)右端的形式完全相同，但左端的 和 s 卻是兩個(gè)完全不同的概念。 只有在地下介質(zhì)均勻且各向同性的情況下， 和 s 才是等同的。 影響視電阻率的因素有： (1) 電極裝置的類(lèi)型及電極距； (2) 測(cè)點(diǎn)位置； (3) 電場(chǎng)有效作用范圍內(nèi)各地質(zhì)體的電阻率； (4) 各地質(zhì)體的分布狀況，包括它們的形狀、大小、厚度、 埋深和相互位置等。 二、

6、電阻率法儀器及裝備 電剖面法是采用不變的供電極距，并使整個(gè)或部分 裝置沿觀測(cè)剖面移動(dòng)，逐點(diǎn)測(cè)量視電阻率 的值。 三、電剖面法 由于供電極距不變，探測(cè)深度就可以保持在同一范圍 內(nèi)，因此電剖面法所了解的是沿剖面方向地下某一深度范 圍內(nèi)不同電性物質(zhì)的分布情況。 1聯(lián)合剖面法裝置形式及視電阻率公式 聯(lián)合剖面法是用兩個(gè)三極裝置 AMN 和 MNB 聯(lián) 合進(jìn)行探測(cè)的一種電剖面方法。 A、M、N、B 四個(gè)電極位于同一測(cè)線上，以 M、N 之 間的中點(diǎn)為測(cè)點(diǎn)，且 AO=BO、 MO=NO 。 電極 C 是兩個(gè)三極裝置共同的無(wú)窮遠(yuǎn)極，一般在測(cè) 線的中垂線上，與測(cè)線的距離大于 AO 的 5 倍。 工作中將 A、M、

7、N、B 四個(gè)電極沿測(cè)線一起移動(dòng)，并 保持各電極間的距離不變。在每個(gè)測(cè)點(diǎn)上分別測(cè)出 A、C 極供電和B、C 極供電時(shí)的電位差 、電流強(qiáng)度 ，然后分 別求得兩個(gè)視電阻率值。 因此，聯(lián)合剖面法有兩條視電阻率曲線。 2. 聯(lián)合剖面法 s 曲線分析 聯(lián)合剖面法主要用于尋找產(chǎn)狀陡傾的層狀或脈狀低 阻體或斷裂破碎帶。 當(dāng)供電極距大于這些地質(zhì)體的寬度時(shí)，可以把它們 視為薄脈狀良導(dǎo)體，因此，我們主要分析良導(dǎo)薄脈的聯(lián) 合剖面 s 曲線特征。 視電阻率和電流密度之間的關(guān)系: MN MN s j j 0 j0：介質(zhì)完全均勻時(shí)的電流密度。 什么是重力異常布格校正？地形對(duì)重力異常影響為什 么恒為正？ 2.地下磁性體與其磁

8、異常場(chǎng)平面和剖面上曲線分布有何對(duì) 應(yīng)關(guān)系？ 注：學(xué)號(hào)尾數(shù)為單做第1題，學(xué)號(hào)尾數(shù)為雙做第2題。 課堂作業(yè)課堂作業(yè) MN MN s j j 0 (1) 當(dāng)電極 A、M、N 在良導(dǎo)薄脈左側(cè)且與之相距較遠(yuǎn)時(shí)， 薄板對(duì)電流分布影響很小，jj0 ，由于1 ， 故 sA 1 ( 曲線上點(diǎn) 1) ； (2) 當(dāng) A、M、N 逐漸移近良導(dǎo)薄脈時(shí)，薄脈向右“吸引” 由 A 極發(fā)出的電流，使M、N 間的電流密度增大，即 jj0 ，故 sA 1，曲線上升 (曲線上點(diǎn) 2) ； (3) 隨著 A、M、N 繼續(xù)向右移動(dòng)，良導(dǎo)薄脈對(duì)電流的 “吸引”逐漸增強(qiáng)，致使 sA 曲線繼續(xù)上升，并達(dá)到極 大值 (曲線上點(diǎn) 3); (4

9、) 當(dāng) M、N 靠近并越過(guò)脈頂時(shí)，薄脈向下“吸引”電流， 使得 M、N 間電流密度反而減少，即j j0，sA 開(kāi)始 迅速下降。當(dāng) A 和M、N 分別在薄板兩側(cè)移動(dòng)時(shí)，絕大部 分電流被“吸引”到薄脈中去，由于薄脈的屏蔽作用，造 成 M、N 間的電流密度更小，因而 sA 曲線出現(xiàn)一段平 緩的低值帶 ( 曲線上點(diǎn) 4 附近一小段 ) ； (5) 當(dāng) A、M、N 都越過(guò)脈頂后，低阻脈向左 “吸引”電流。隨著電極向右移動(dòng)，“吸引”作 用逐漸減弱，故j逐漸增大， sA 曲線上升 (曲線上點(diǎn)5) ； (6) A、M、N 繼續(xù)右移，當(dāng)遠(yuǎn)離低阻脈時(shí)，薄脈對(duì)電流的 “吸引”十分微弱，因而對(duì)電流的畸變作用可以忽略不

10、計(jì)， jj0 ，故sA曲線逐漸趨于1(曲線上點(diǎn) 6) 。 用同樣的方法可以分析 sB 曲線，由于 A、M、N 自 左至右移動(dòng)與 M、N、B 自右至左移動(dòng)時(shí)視電阻率曲線的 變化規(guī)律相同。因此，只須將 sA 曲線繞薄脈轉(zhuǎn)動(dòng) 180，即可得到 sB 曲線。 在直立良導(dǎo)薄脈頂部上方， sA 和sB曲線相交，且 在交點(diǎn)左側(cè)， sA sB ，交點(diǎn)右側(cè)， sA sB 。這種 交點(diǎn)稱為聯(lián)合剖面曲線的“正交點(diǎn)”。 在正交點(diǎn)兩翼，兩條曲線明顯地張開(kāi)，一條達(dá)到極大 值，另一條達(dá)到極小值，形成橫“ 8 ”字形的明顯特征。 直立高阻薄脈上聯(lián)合剖面模型試驗(yàn) 當(dāng) A、M、N 在薄脈左側(cè)時(shí)，高阻薄脈向左“排斥”電 流，故 s

11、A 值下降；當(dāng) M、N 位于薄脈頂部時(shí)，由于 A 極發(fā)出的電流被“排斥”到地表，故 sA 出現(xiàn)極大值； 當(dāng)M、N 達(dá)到薄脈右側(cè)而 A 還在左側(cè)時(shí)，則由于高阻體 “排斥”電流 而使sA值降至極??； A、M、N 都在高阻薄 脈右側(cè)時(shí)， sA 值隨電極排列的右移先稍有上升，然后下 降，直至 sA 趨于1為止。 兩條 s 曲線也有一個(gè)交點(diǎn)，交點(diǎn)左側(cè) sAsB ，與低阻薄脈恰好相反，稱為“反交點(diǎn)”， 但反交點(diǎn)并不明顯， sA和sB 曲線近于重合，各自呈 現(xiàn)一個(gè)高阻峰值，且交點(diǎn)兩側(cè) sA 和sB 曲線靠得很攏， 沒(méi)有明顯的橫“ 8 ”字形特征。這是因?yàn)閷?duì)于高阻薄脈而 言，無(wú)論 M、N 在哪一側(cè)，s 值都是

12、降低的。 由此可見(jiàn)： 雖然利用聯(lián)合剖面法在直立高阻薄脈上也有異常顯 示，但其效果比在直立低阻薄脈上差，加之與其它對(duì)高 阻薄脈同樣有效的電剖面法相比，它的效率又低，因此， 一般都不用聯(lián)合剖面法尋找高阻地質(zhì)體。 1概述 電測(cè)深法是探測(cè)電性不 同的巖層沿垂向分布情況的 電阻率方法。 四、電測(cè)深法 適當(dāng)加大供電極距可以增大勘探深度，在同一測(cè)點(diǎn)上 不斷加大供電極距所測(cè)出的 s 值的變化，將反映出該 測(cè)點(diǎn)下電阻率有差異的地質(zhì)體在不同深度的分布狀況。 按照電極排列方式的不同，電測(cè)深法又可以分為對(duì)稱 四極電測(cè)深、三極電測(cè)深、偶極電測(cè)深、環(huán)形電測(cè)深等方 法，其中最常用的是對(duì)稱四極電測(cè)深。 對(duì)稱四極電測(cè)深的裝置形

13、式與對(duì)稱剖面法完全相同， 因此，其視電阻率和裝置系數(shù)的表達(dá)式也是一致的。 注意：注意： 由于電測(cè)深法是在同一測(cè)點(diǎn)上每增大一次極距 AB ， 就計(jì)算一個(gè) K 值，因此，其 K 值是變化的，這與對(duì)稱剖 面法中 K 為恒值不同之處。 2電測(cè)深曲線類(lèi)型 為便于分析解釋電測(cè)深曲線，可以按地電斷面的類(lèi)型， 將電測(cè)深曲線分為以下幾種類(lèi)型： （1） 二層斷面的電測(cè)深曲線類(lèi)型 二層地電斷面 具有1和2 兩 個(gè)電性層。 G 型曲線 D 型曲線 二層地電斷面具有兩個(gè)電性層，設(shè)第一層厚度為h1， 第二層厚度h2為無(wú)窮大，電阻率分別為1和2 。 按1 和2 組合關(guān)系，將地電斷面分為 12 和 12 斷面的曲線定名為 D

14、 型曲線，對(duì)應(yīng)于 122 ，只當(dāng) h2 h1 時(shí)，smin 才趨于2 ，此時(shí)s 曲線中段出現(xiàn)寬緩的極 小值段。 如果3，則 H 型曲線尾部將呈斜線上升，其漸 近線與橫軸成 45相交。 (b) A 型 2)A 型對(duì)應(yīng)于 123 的三層斷面 其特點(diǎn)是s 曲線由1 值開(kāi)始逐漸上升， 達(dá)2值時(shí)形成一個(gè)轉(zhuǎn)折，第二層愈厚，轉(zhuǎn)折愈明 顯，最后趨于3值 。 在3時(shí)，A型曲線尾部漸近線也與橫軸成 45相交。 (c) K 型 3) K 型對(duì)應(yīng)于13 的三層斷面 其特點(diǎn)是有s 極大值smax，一般smax h1時(shí)，smax才趨于2 。 (d) Q 型 4)Q 型對(duì)應(yīng)于123 的三層斷面 其特點(diǎn)是s 曲線由1 值開(kāi)始

15、逐漸下降， 達(dá)2 值時(shí)形成一個(gè)轉(zhuǎn)折，最后趨于3值 G 型曲線 D 型曲線 (a) H 型(b)A 型(a) H 型 (c)K 型(d)Q 型 （3）多層斷面的電測(cè)深曲線類(lèi)型 由四個(gè)電性層組成的地電斷面，按相鄰各層電阻率 之間的組合關(guān)系，其測(cè)深曲線可以有 8 種類(lèi)型。 每種類(lèi)型的電測(cè)深曲線用兩個(gè)字母表示。第一個(gè)字 母表示斷面中前三層所對(duì)應(yīng)的電測(cè)深曲線類(lèi)型，第二個(gè) 字母表示斷面中后三層所對(duì)應(yīng)的電測(cè)深曲線類(lèi)型。 四層斷面的電測(cè)深曲線 四層斷面的電測(cè)深曲線 綜上所述，電測(cè)深曲線的變化與地電斷面中各電性 層的電阻率以及厚度都有密切的關(guān)系。 因此，可以通過(guò)電測(cè)深曲線推斷地下電性層的電阻率 和埋深，再結(jié)合地

16、質(zhì)資料進(jìn)行綜合對(duì)比，把電性層與地質(zhì) 上的巖層聯(lián)系起來(lái)，就可能解決所提出的地質(zhì)問(wèn)題。 電測(cè)深法適宜于劃分水平的或傾角不大 (20) 的 巖層，在電性層數(shù)目較少的情況下，可進(jìn)行定量解釋。 1. 巖礦石密度實(shí)驗(yàn)巖礦石密度實(shí)驗(yàn) 分別測(cè)出巖漿巖，沉積巖和變質(zhì)巖各2個(gè)巖樣標(biāo)本的 密度。 2. 磁法勘探實(shí)驗(yàn)磁法勘探實(shí)驗(yàn) 分組實(shí)驗(yàn)，每10人左右1組（每班4組），用磁力儀 校園內(nèi)實(shí)測(cè)1條100米測(cè)線。 具體實(shí)驗(yàn)時(shí)間請(qǐng)與朱鑫老師聯(lián)系。 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 1. 實(shí)驗(yàn)原理 2. 實(shí)驗(yàn)過(guò)程 3. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 4. 實(shí)驗(yàn)成果（曲線） 5. 實(shí)驗(yàn)小結(jié) 實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)結(jié)束，要求每人必須完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，作為平時(shí)成 績(jī)一部分

17、，不交實(shí)驗(yàn)報(bào)告就沒(méi)有總成績(jī)。 1.采用赫爾默特正常重力值公式計(jì)算地球緯度分別等于 90o、45o、0o水準(zhǔn)面上的重力值，并說(shuō)明地球表面正常 重力值得變化規(guī)律? 2.何為重力異常的正常場(chǎng)校正? 3.什么是地球物理正演和反演?兩者的關(guān)系如何? 4.何為重力異常值向上（或下）延拓，各有什么作用？ 5.說(shuō)明地磁場(chǎng)梯度值 分別表示什么含義？ kmnT r T kmnT x T /01.20/23. 5 和kmnT r T kmnT x T /01.20/23. 5 和 作業(yè)作業(yè) 6.T物理意義?T與Ta之間關(guān)系？ 7.怎樣利用特征點(diǎn)法確定球體的埋深和體積? 8.按場(chǎng)源性質(zhì)和工作場(chǎng)所的差別電法勘探是如何分類(lèi)? 9.視電阻率含義，它與真電阻率關(guān)系？影響地層視電阻 率主要因素? 10.什么是電剖面法？其觀測(cè)裝置特點(diǎn)？ 11.聯(lián)合剖面法在直立良導(dǎo)和直立高阻薄脈模型中所測(cè) 得的視電阻率s曲線各有什么特點(diǎn)？ 12.什么是電測(cè)深法？其觀測(cè)裝置特點(diǎn)？ 請(qǐng)認(rèn)真閱讀教材及