應(yīng)用地球物理系列課程Ⅱ

1、應(yīng)用地球物理系列課程電法勘探原理與方法 教 案 劉 國 興 20035總學(xué)時(shí)64，講授54學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)10緒論：（1學(xué)時(shí)）緒論中講5個(gè)方面的問題1. 對(duì)電法勘探所屬學(xué)科及具體定義。2. 電法勘探所利用的電學(xué)性質(zhì)及參數(shù)。3. 電法勘探找礦的基本原理。在此主要解釋如何利用地球物理（電場）的變化，來表達(dá)找礦及解決其它地質(zhì)問題的原理。4. 電法勘探的應(yīng)用。1) 應(yīng)用條件2) 應(yīng)用領(lǐng)域3) 解決地質(zhì)問題的特點(diǎn)4) 電法勘探在勘探地球物理中所處的位置第一章 電阻率法本章為電法勘探的常用成熟的方法，在地質(zhì)勘察工作中發(fā)揮著重要作用，是學(xué)習(xí)電法勘探的重點(diǎn)之一。本章計(jì)劃用27學(xué)時(shí)，其中理論教學(xué)21學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)6學(xué)

2、時(shí)。§1.1 電阻率法基礎(chǔ)本節(jié)計(jì)劃用7學(xué)時(shí)，其中講授5學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)2學(xué)時(shí)。本節(jié)主要講述如下五個(gè)問題一、 礦石的導(dǎo)電性（1學(xué)時(shí)）講以下3個(gè)問題：1) 巖，礦石導(dǎo)電性參數(shù)電阻率的定義及特性。2) 天然巖，礦石的電阻率礦物的電阻率及變化范圍，巖石電阻率的變化范圍。3) 影響巖，礦石電阻率的因素。I. 與組成的礦物成分及結(jié)構(gòu)有關(guān)。II. 與所含水分有關(guān)。III. 與溫度有關(guān)。二 穩(wěn)定電流場的基本性質(zhì)。 主要回顧場論中有關(guān)穩(wěn)定電流場的一些知識(shí)，給出穩(wěn)定電流場的微分歐姆定律公式 電流的連續(xù)性（克?；舴蚨桑环€(wěn)定電流場是勢場三個(gè)基本性質(zhì)。三 均勻介質(zhì)中的點(diǎn)源電場及視電阻率的測定主要講述三個(gè)內(nèi)容：1

3、) 導(dǎo)出位場微分方程（拉氏方程）及的位函數(shù)的解析解法。2) 點(diǎn)電流源電場空間分布規(guī)律。3) 均勻大地電阻率的測定方法。電法勘探中測量介質(zhì)電阻率的方法由此問題引出，開始建立電法勘探中“裝量”這一詞的概念，本節(jié)重點(diǎn)：穩(wěn)定電流場的求法及空間分布；均勻大地電阻率的公式的導(dǎo)出及測定方法。以上內(nèi)容兩學(xué)時(shí)四 非均勻介質(zhì)中的電場及視電阻率（1學(xué)時(shí)）闡述4個(gè)問題1) 什么是非均勻介質(zhì)中的電場？特點(diǎn)，交代出低阻體吸引電流，高阻體排斥電流的概念2) 非均勻電場的實(shí)質(zhì)：積累電荷的過程。3) 什么是視電阻率？如何定義？4) 視電阻率微分公式。（導(dǎo)出和用法）五 電阻率法的勘探深度問題（1學(xué)時(shí)）由穩(wěn)定電流場中電流隨深度變化

4、的特征來討論，并導(dǎo)出電流密度隨供電電極距的變化規(guī)律。即：AB何值時(shí)，h深度的電流密度最大。由以上關(guān)系得出結(jié)論： ·決定電阻率法勘探深度的因素是供電極距·影響電阻率法勘探深度的因素是斷面電阻率達(dá)分布。§1.2 電阻率法的儀器和裝備 （2學(xué)時(shí)）闡述電阻率法儀器的特點(diǎn)及發(fā)展，目前的情況，擬講四個(gè)方面的內(nèi)容：一， 對(duì)電測儀的要求。二， 具有代表性電測儀器的工作原理簡介。1， DDC系列電子自動(dòng)補(bǔ)償儀的工作原理。2， DWD系列（北京地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)）微機(jī)電測儀的工作原理。三， 電阻率法主要裝備1， 供電電極。 2，供電電源。 3，測量電極。 4，導(dǎo)線和線架。5，通訊設(shè)備。

5、6，記錄，計(jì)算用具。§1.3電阻率剖面法介紹什么是剖面法及剖面法特點(diǎn)。這部分內(nèi)容是電阻率法中較重要的內(nèi)容。一，剖面法概述 （1學(xué)時(shí)）（一）裝置類型。二極，三極，聯(lián)合三極等 視電阻率表達(dá)式：ksdflkasdf（二） 裝置間的關(guān)系 1，和三極之間的關(guān)系。（推導(dǎo)公式引出） 2，三極和四極之間的關(guān)系。二，三極，聯(lián)合三極，對(duì)稱四極跑面法子各類地質(zhì)體上的視電阻率異常（34學(xué)時(shí)）。（一）垂直接觸面上三極，聯(lián)合三極，對(duì)稱四極的異常。 1 三極裝置視電阻率表達(dá)式 用鏡像法求出位函數(shù)表達(dá)式，沿剖面方向微分求出場強(qiáng)，進(jìn)而求出視電阻率表達(dá)式。將AMN排列和MNB排列第視參數(shù)畫在同一坐標(biāo)便得到聯(lián)合三極，過垂

6、直接觸面上的視電阻率異常。由聯(lián)合三極與對(duì)稱四極的關(guān)系便又可求出對(duì)稱四極裝置的視電阻率異常。（二）球體上聯(lián)合三極，對(duì)稱四極大視電阻率異常。1 由點(diǎn)源場中的導(dǎo)電球體的場論問題，求出此問題的電位函數(shù)表達(dá)式，導(dǎo)出視電阻率表達(dá)式。 1討論低阻球體和高阻球體的聯(lián)合三極異常形態(tài)，給出“低阻正交點(diǎn)”和“高阻反交點(diǎn)”的概念。利用三極和四極大關(guān)系得出對(duì)稱四極球體上的異常規(guī)律。（一）脈狀地質(zhì)體上聯(lián)合三極，對(duì)稱四極視電阻率異常 1 直立情況與球體相似，曲線對(duì)稱。 2 傾斜情況，要進(jìn)行仔細(xì)分析，然后給出傾斜脈體的聯(lián)合三極，對(duì)稱四極大異常情況。三、偶極剖面法 （1學(xué)時(shí)）（一）球體上的偶極剖面法視電阻率異常 1 視電阻率解

7、析表達(dá)式求法類似于三極中的求法。2 視電阻率曲線特征 要特別強(qiáng)調(diào)，異常形態(tài)與n（間隔系數(shù)）有關(guān)。當(dāng)n>3時(shí)，異常形態(tài)有單峰值異常變化成雙峰值異常，這為介紹野外實(shí)例異常帶來一定困難。四、中間梯度法 （1學(xué)時(shí)） 強(qiáng)調(diào)一下中間梯度與其它裝置的異同點(diǎn)，方法的特點(diǎn)：異常簡單，工作效率高，適合于普查。（一） 球形地質(zhì)體上的中梯視電阻率異常1， 由均勻場中球體的場論問題，求出位函數(shù)表達(dá)式，求場強(qiáng)，利用微分公式求解析表達(dá)式。2， 視電阻率異常特征3， 視電阻率異常與相對(duì)電阻率達(dá)關(guān)系得出：只要地質(zhì)體與圍巖有一個(gè)級(jí)次的電阻率差異，即可獲得明顯異常。視電阻率異常不隨異常增大而無限增大。4， 利用視電阻率曲線特

8、征點(diǎn)確定球心埋深的方法。五、剖面法的應(yīng)用1， 應(yīng)用前提。2， 方法的選擇。3， 電極距的選擇。A， 三極。AOh頂b，中間梯度：AB（810）h頂4， 應(yīng)用實(shí)例。§1.4 高密度電阻率法 （2學(xué)時(shí)）一、概述。由工程環(huán)境調(diào)查的特殊性發(fā)展起來的一種電阻率剖面方法，有如下特征：1， 電極一次性布設(shè)完成，可減少故障和干擾，測量速度快。2， 可采樣多種組合方式，兼有一定深度的測試功能。3， 采集自動(dòng)化，半自動(dòng)化，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。4， 效率較高。二、基本原理及裝置結(jié)構(gòu)。 （一）、原理 高密度電阻率法的理論與前面所講的剖面法理論相同，測量參數(shù)也相同。不同的是觀測階段，數(shù)據(jù)處理和成圖與傳統(tǒng)的剖面法有

9、區(qū)別。 （二）、三電位電極系。 1、溫納裝置。2，偶極裝置。3，微分裝置。 由這三種裝置可換算出有利于分辨低阻體的參數(shù)和有利于分辨高阻體的T參數(shù)。 三、野外工作方法 一次布設(shè)電極（供電，測量）測量單一裝置或多種裝置多種極距的視電阻率。應(yīng)注意的是，要保證每一根電極與電纜連接。四、測量儀器。 國內(nèi)第一臺(tái)高密度電阻率儀器始于長春地質(zhì)學(xué)院。目前，國內(nèi)有多家廠商生產(chǎn)該儀器，有北京地質(zhì)儀器廠，重慶地質(zhì)儀器廠。 注：儀器測量原理及測量參數(shù)與常規(guī)儀器相同，所不同的是，必須配合多路電極轉(zhuǎn)換儀。五、 密度電阻率法的應(yīng)用。 1、應(yīng)用條件工程地質(zhì)，勘探深度淺的地質(zhì)問題。 2、具體應(yīng)用實(shí)例（1）探測煤礦采空區(qū)（2）橋梁

10、，水文選址。六、反演解釋（簡要介紹）。左迪反演，模擬退火反演，層析成像等（發(fā)展方向）。§15 電阻率測深法 （8學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)2學(xué)時(shí)）解釋電阻率測深的概念，原理。一、多層水平地層上點(diǎn)電流源電場及視電阻率表達(dá)式。（2學(xué)時(shí)）1， 求解多層水平地層上地面任意點(diǎn)的電位。2， 電位函數(shù)求場強(qiáng)，得視電阻率公式（積分式）3， 電阻率轉(zhuǎn)換函數(shù)及雙曲函數(shù)表達(dá)式。二、水平層上電測深曲線類型及性質(zhì)（1學(xué)時(shí)）。 （一） 曲線類型1， 水平二層地層。（G型，D型）2， 水平三層地層。（A，H，K，Q型）闡述三層命名規(guī)則及多層命名規(guī)則。 （二）電測深曲線的性質(zhì)及有關(guān)證明1， 曲線的首枝2， 曲線的尾枝（有限證明，趨

11、于無窮大證明）三、對(duì)稱四極測深視電阻率定量解釋 （2學(xué)時(shí)）講的內(nèi)容：量板法解釋，數(shù)值解釋（主要以數(shù)值解為主）。（一） 量板法解釋電測深曲線（簡要介紹）講述什么是量板，如何構(gòu)成，作用。（二） 電測深曲線的計(jì)算機(jī)解釋 解釋數(shù)值解釋的概念，過程，原理。 講述擬合電阻率轉(zhuǎn)換函數(shù)的解釋方法，擬合視電阻率實(shí)測曲線的解釋方法（安排一次解釋實(shí)驗(yàn)）。四、電測深法的應(yīng)用家 （1學(xué)時(shí)）1， 應(yīng)用條件及領(lǐng)域：基巖形狀調(diào)查，土壤厚度，水文地質(zhì)，工程地質(zhì)。2， 電極距選擇。3， 定性圖件的繪制，及所表明的地質(zhì)現(xiàn)象。第二章 （4學(xué)時(shí)）本章講兩種方法：自然電場法，充電法。§21 充電法 （計(jì)劃2學(xué)時(shí)）解釋等位體的概

12、念，充電的概念。一，等位體的充電電場。特點(diǎn)：理想導(dǎo)體，體內(nèi)不產(chǎn)生電位降，電流垂直于導(dǎo)體表面流出。充電電場與充電點(diǎn)無關(guān)；與充電電流，導(dǎo)體形狀，產(chǎn)狀，大小及圍巖的導(dǎo)電性有關(guān)。（一） 充電法的基本原理可以認(rèn)為是電源場在地下，故可以用點(diǎn)源場來討論。二，不等位體的充電電場三，充電法的應(yīng)用（一） 應(yīng)用條件和范圍（二） 測量方法（三） 應(yīng)用實(shí)例§22自然電場法 （計(jì)劃2學(xué)時(shí)）解釋什么是自然電場法，自然電場法的種類一、巖，礦石的自然極化講述自然電場法的成因，分兩種情況：（一） 電子導(dǎo)體的自然極化條件：地下水條件，氧化還原電動(dòng)勢（二） 離子導(dǎo)體的自然電場成因過濾電場的形成二、極化電場的求法三、自然電場

13、法的應(yīng)用1， 應(yīng)用條件，范圍：硫化金屬礦普查，水文地質(zhì)，工程地質(zhì)，油氣田勘查。2， 測量方法：電位法，電位梯度法。3， 儀器設(shè)備：電阻率法中的儀器都可以用于測量自然電場電位。測量要用不極化電極。解釋不極化電極的原理和特點(diǎn)應(yīng)用實(shí)例。第三章（計(jì)劃14學(xué)時(shí)） 解釋什么是激發(fā)極化§31理論基礎(chǔ) （計(jì)劃5學(xué)時(shí)）一、激發(fā)極化原理 （計(jì)劃3學(xué)時(shí)）分電子導(dǎo)體和離子導(dǎo)體分別闡述。（一） 電子導(dǎo)體激發(fā)極化形成過程形成的機(jī)理是國際上比較公認(rèn)的一種假說。主要講解假說之一，過電位的形成過程。（二） 離子導(dǎo)體激發(fā)極化機(jī)理主要介紹一種雙電層形變引起激電效應(yīng)的學(xué)說。二、穩(wěn)定電流場和交變電流場中激發(fā)極化特征（2學(xué)時(shí)）

14、（一） 體極化的時(shí)間特征，及測量參數(shù)（二） 幅頻特征和相頻特征。（三） 頻率特征和時(shí)間特征之間的關(guān)系。（四） 描寫頻率域激電效應(yīng)的參數(shù)。三、激發(fā)極化場的理論計(jì)算 （1學(xué)時(shí)）主要介紹體極化場的“等效電阻率法”，解釋等效電阻率，及體極化邊界條件。講述體極化場的模擬計(jì)算方法，過程。§32 激發(fā)極化儀器，設(shè)備強(qiáng)調(diào)激發(fā)極化儀器與電阻率法儀器的異同點(diǎn)，特殊性，及發(fā)展過程。本節(jié)講三個(gè)方面的內(nèi)容，以幫助學(xué)生對(duì)激發(fā)極化儀器的工作原理有些認(rèn)識(shí)。一，對(duì)儀器及設(shè)備的要求1， 發(fā)射要求：直流，交流。2， 測量要求：直流，交流。二，時(shí)間域激發(fā)極化儀器原理介紹由介紹發(fā)射機(jī)功能框圖和測量系統(tǒng)框圖構(gòu)成。三，頻率域激發(fā)

15、極化儀器原理介紹介紹發(fā)射機(jī)功能框圖和測量系統(tǒng)框圖。注：時(shí)間域激電設(shè)備中，對(duì)測量電極有特殊要求，測量電極要使用不極化電極。四，國內(nèi)具有代表性的儀器1， 北京地質(zhì)儀器廠的DWD1A型微機(jī)激電儀2， 重慶地質(zhì)儀器廠的DWD1A型微機(jī)激電儀§33 常用裝置的激電異常 （計(jì)劃7學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)2學(xué)時(shí)）一，中間梯度法及單極梯度法 （4學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)2學(xué)時(shí)）（一） 球體上方的中梯視極化異常1， 極化場的表達(dá)及視極化公式2， 平面特征與剖面特征3， 強(qiáng)調(diào)橫向中梯和縱向中梯的區(qū)別，異常特點(diǎn)和作用。4， 單極異常曲線異常分析二，激電聯(lián)剖裝置 偶極裝置的激電異常 （1學(xué)時(shí)）（一） 球狀：聯(lián)剖異常，偶極異常（二） 脈

16、狀：聯(lián)剖異常，偶極異常三，激電測深 （1學(xué)時(shí)）目的：研究局部不均勻體的分布情況強(qiáng)調(diào)：測深曲線沿用視電阻率測深曲線的名稱，類型。曲線類型的變化表明了測深是相對(duì)球形地質(zhì)體的位置。14 激發(fā)極化的應(yīng)用一，應(yīng)用條件及范圍：金屬礦及非金屬礦普查，尋找地下水，直接尋找油氣資源。二，方法選擇：時(shí)域：可用大功率；頻率域：難進(jìn)入地區(qū)，功率小，輕便。三，裝置選擇：中梯：應(yīng)用較普遍聯(lián)剖：詳查，判定地質(zhì)體產(chǎn)狀等偶極：用于頻率域較多，電磁干擾小測深：研究地質(zhì)體的縱向變化。四，應(yīng)用實(shí)例第四章 電磁感應(yīng)法 （計(jì)劃 18學(xué)時(shí)）概述電磁法的工作原理，研究的物性參數(shù)，場的空間，時(shí)間分布，解決地質(zhì)問題的特點(diǎn)等。§41理論

17、基礎(chǔ) （計(jì)劃6學(xué)時(shí)）本節(jié)講四方面的內(nèi)容一，交變電磁場中的電磁學(xué)性質(zhì) （1學(xué)時(shí)）解釋交變電磁場中巖，礦石的導(dǎo)電性，導(dǎo)磁性，介電性。強(qiáng)調(diào)傳導(dǎo)電流和位移電流的概念，在什么條件下以那種電流為主。二，均勻介質(zhì)中交變電磁場的傳播 （2學(xué)時(shí)）（一） 電磁場的波動(dòng)方程由麥克思維方程出發(fā)導(dǎo)出均勻介質(zhì)中的波動(dòng)方程，導(dǎo)出諧變場的赫姆霍茲方程。（二） 電磁場的傳播與模擬指出衰減系數(shù)和相位系數(shù)概念并具體討論得出趨服深度公式和波長公式。（三） 波阻抗兩個(gè)正交的電場分量和磁場分量的比值具有阻抗量綱，由此得出均勻介質(zhì)中交變電磁場的電阻率公式：dfkjasldk三，導(dǎo)電地質(zhì)體電磁感應(yīng)的一些性質(zhì) （1學(xué)時(shí)）（一） 講述電磁感應(yīng)原

18、理，感應(yīng)二次場的實(shí)部，虛部；相互關(guān)系，給出電磁場中重要的相位關(guān)系三角形（二） 感應(yīng)二次場的頻率特征解釋實(shí)分量的變化，虛分量的變化。（三） 感應(yīng)二次場的時(shí)間特征交代出良導(dǎo)體二次磁場隨時(shí)間衰減慢的特征，此為時(shí)間域電磁法的基礎(chǔ)。（四） 交變電磁場的橢圓極化產(chǎn)生橢圓極化的原因，條件，橢圓極化說明了什么。42 電磁感應(yīng)法的基本理論 （2學(xué)時(shí)）本節(jié)給出回線場，偶極場，（電源，磁源）一，不接地回線場以畢沙定律為基礎(chǔ)進(jìn)行求解二，偶極子場源的電磁場（一） 電偶極子場源的電磁場從矢量位角度，提出解的思路，方法概要及結(jié)果。提出近區(qū)，遠(yuǎn)區(qū)的概念，及近區(qū)，遠(yuǎn)區(qū)視電阻率的概念。（二） 均勻大地表面垂直磁偶極子場源的電磁場1， 由磁性引入矢量位，解關(guān)于電矢量位的方程。得出具體解。2， 頻率特征。3， 電阻率定義：近區(qū)：kr1；遠(yuǎn)區(qū)：kr1。43電磁剖面法 （2學(xué)時(shí)）介紹幾種測量不同參數(shù)的代表性方法。一，不接地回線法1， 觀測總場振幅的方法。2， 觀測實(shí)，虛分量的方法。3， 觀測振幅比相位差的方法。二，電磁偶極剖面法（一） 收，發(fā)線圈的組合關(guān)系。（二） 偶極剖面法的異常特征。分析（ZZ）裝置，直立良導(dǎo)脈體上的異常特征（三） 無參考線測量虛分量的原理1， 原理，由圖說明2， 實(shí)現(xiàn)過程，測量參數(shù)，異常特征。電磁測深法 （8