物探電法勘探

1、第一章 電法勘探電法勘探的分類（1）電法勘探的分類方法分類（2）： 天然場源法：自然電位法、大地電流法、大地電磁法等。 人工場源法：電阻率法、激發(fā)極化法、電磁法等。 電法勘探的分類方法分類（3）：傳導(dǎo)類電法：電阻率法、充電法、自然電場法、激發(fā)極化法等。 電阻率法：剖面法（二、三極剖面、聯(lián)合剖 面等）、測深法感應(yīng)類電法：電磁剖面法（偶極剖面、航空電磁法等） 電磁測深法（大地電磁測深、頻率測深等） 實(shí)質(zhì)：實(shí)質(zhì)：以巖、礦石之間電磁學(xué)性質(zhì)及電化學(xué)性質(zhì)以巖、礦石之間電磁學(xué)性質(zhì)及電化學(xué)性質(zhì) 差異為基礎(chǔ)，通過觀測和研究電差異為基礎(chǔ)，通過觀測和研究電(磁磁)場在地場在地 下的分布規(guī)律，探查地質(zhì)構(gòu)造和礦產(chǎn)資源下

2、的分布規(guī)律，探查地質(zhì)構(gòu)造和礦產(chǎn)資源 主要用途：主要用途：探查深部和區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、尋找油氣探查深部和區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、尋找油氣 田和煤田、金屬非金屬礦產(chǎn)、地下水、田和煤田、金屬非金屬礦產(chǎn)、地下水、 工程地質(zhì)和環(huán)境勘察等。工程地質(zhì)和環(huán)境勘察等。第一節(jié) 電法勘探基礎(chǔ)知識(shí) 一、巖層的電阻率1、電阻率的概念 由均勻材料制成的具有一定橫截面積的導(dǎo)體，其電阻R與長度L成正比，與橫截面積S成反比，即 式中，為比例系數(shù)，稱為物體的電阻率。電阻率僅與導(dǎo)體材料的性質(zhì)有關(guān)，它是衡量物質(zhì)導(dǎo)電能力的物理量。不同巖石的電阻率變化范圍很大，常溫下可從10-8m變化到1015m，與巖石的導(dǎo)電方式不同有關(guān)。 SLR電阻率電阻率是電法

3、中最重要的物理參數(shù)，電法的是電法中最重要的物理參數(shù)，電法的許多方法技術(shù)都與巖石和礦物的電阻率許多方法技術(shù)都與巖石和礦物的電阻率 （或其倒數(shù)（或其倒數(shù)- 電導(dǎo)率）有關(guān)。電導(dǎo)率）有關(guān)。 巖石的導(dǎo)電方式大致可分為以下三種： 金屬導(dǎo)電和半導(dǎo)體導(dǎo)電、溶液離子導(dǎo)電、固體電解質(zhì)導(dǎo)電 巖石的電阻率由組成巖石的礦物成分決定 巖石和礦物的導(dǎo)電性或電阻率巖石和礦物的導(dǎo)電性或電阻率 ：取決于物質(zhì)中電荷取決于物質(zhì)中電荷 運(yùn)移的難易程度。運(yùn)移的難易程度。 礦物的電阻率礦物的電阻率 ： 金屬導(dǎo)體：金屬導(dǎo)體：電阻率電阻率 很小，很小，例如：金的例如：金的電阻電阻 率率 為為2 10-8 m，銅的電阻率，銅的電阻率 為為1.2

4、30 10-8 m。 半導(dǎo)體：半導(dǎo)體：大多數(shù)大多數(shù)硫化礦物硫化礦物如黃銅礦、黃鐵如黃銅礦、黃鐵 礦、方鉛礦等礦、方鉛礦等電阻率電阻率 小于小于1 m。 氧化礦物氧化礦物如鉻鐵礦、赤鐵礦、軟錳如鉻鐵礦、赤鐵礦、軟錳 礦等電阻率礦等電阻率 大于大于1 m。固體電解質(zhì)：固體電解質(zhì)：造巖礦物造巖礦物如長石、石英、輝如長石、石英、輝 石、云母、方解石等石、云母、方解石等電阻率大電阻率大， 大于大于106 m。巖石的電阻率巖石的電阻率 ：火成巖和變質(zhì)巖火成巖和變質(zhì)巖：電阻率電阻率很大，很大，電阻率電阻率 變化范圍變化范圍102 105 m。沉積巖：沉積巖：電阻率較小。電阻率較小。例如：粘土的例如：粘土的電

5、阻率電阻率 變化范圍變化范圍100101 m， 砂巖的砂巖的電阻率電阻率 變化范圍變化范圍102 103 m。2、影響電阻率的因素（1） 巖石電阻率與礦物成分的關(guān)系 巖石電阻率與組成巖石的礦物的電阻率、礦物的含量和礦物的分布有關(guān)。當(dāng)巖石中含有良導(dǎo)電礦物時(shí)，礦物導(dǎo)電性能能否對(duì)巖石電阻率的大小產(chǎn)生影響取決于良導(dǎo)礦物的分布狀態(tài)和含量。如果巖石中的良導(dǎo)礦物顆粒彼此隔離地分布著，且良導(dǎo)礦物的體積含量不大，那么巖石的電阻率基本上與所含的良導(dǎo)礦物無關(guān)，只有當(dāng)良導(dǎo)礦物的體積含量較大時(shí)（大于30%），巖石的電阻率才會(huì)隨良導(dǎo)礦物的體積含量的增大而逐漸降低。但是，如果良導(dǎo)礦物的電連通性較好，即使它們的體積含量并不大

6、，巖石的電阻率也會(huì)隨良導(dǎo)礦物含量的增加而急劇減小。（2） 巖石電阻率與其含水性的關(guān)系 沉積巖主要依靠孔隙水溶液來傳導(dǎo)電流，因此巖層中水的導(dǎo)電性質(zhì)將直接影響沉積巖的電阻率。在其他條件相同的情況下，巖層電阻率與巖層中水的電阻率成正比。影響水的導(dǎo)電性的主要因素是水中離子的濃度和水的溫度。常見的巖層水一般含低或中等濃度的離子，巖層中水的含鹽濃度增大，離子數(shù)量隨之增多，溶液導(dǎo)電性將變好。同時(shí)巖層中水的導(dǎo)電性還與溫度有關(guān)，它的電阻率將隨溫度的升高而降低。這是因?yàn)?，一方面水中鹽類的溶解度隨溫度的升高而增大，致使溶液中離子數(shù)量增多；另一方面，溫度的升高還會(huì)降低溶液粘度，加快離子的遷移速度。（3）巖石電阻率與層

7、理的關(guān)系 層理構(gòu)造是大多數(shù)沉積巖和變質(zhì)巖的典型特征，如砂巖、泥巖、片巖、板巖以及煤層等，它們均由很多薄層相互交替組成。這種巖石的電阻率具有明顯的方向性，即沿層理方向和垂直層理方向巖石的導(dǎo)電性不同，稱為巖石電阻率的各向異性。巖石電阻率的各向異性可 用各向異性系數(shù)來表示，定義為 式中，n代表垂直層理方向上的平均電阻率，稱為橫向電阻率；t代表沿層理方向的平均電阻率，稱為縱向電阻率。tn層狀結(jié)構(gòu)巖石模型（4）巖石電阻率與溫度的關(guān)系 巖石電阻率隨溫度的變化遵循導(dǎo)電理論的有關(guān)定理。電介質(zhì)中離子的能動(dòng)性隨溫度升高而增大，其運(yùn)動(dòng)能量積累到一定值時(shí)，很容易脫離晶格，因此導(dǎo)電性增強(qiáng)。半導(dǎo)體的溫度升高時(shí)，導(dǎo)電區(qū)電子

8、濃度增大，導(dǎo)電性也相應(yīng)增大。如前所述，在低溫條件下，含水巖石中水溶液的導(dǎo)電性隨溫度的升高而增大，這是由于溫度升高導(dǎo)致水溶液濃度增大和粘滯度降低，水溶液中離子數(shù)量增多、活動(dòng)性增強(qiáng)的緣故；當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí)，因水分蒸發(fā)，巖石電阻率略有增加，只有溫度繼續(xù)升高時(shí)，電阻率才開始減小。例如，對(duì)油頁巖進(jìn)行加溫實(shí)驗(yàn)時(shí)，溫度升高到50100時(shí)，試樣的電阻率減??；溫度繼續(xù)升高至200時(shí)，試樣電阻率增大；溫度繼續(xù)升高超過200時(shí)，試樣電阻率急劇下降；當(dāng)溫度超過600后，試樣電阻率又呈回升趨勢。（5）巖石電阻率與壓力的關(guān)系 巖石原生結(jié)構(gòu)破壞是壓力作用下巖石性質(zhì)變化的主要原因。根據(jù)壓力特征，這種破壞可能是巖石的壓實(shí)，孔隙

9、收縮，顆粒接觸面積的增大，形成裂隙組，或是個(gè)別區(qū)域之間粘結(jié)性減小等等。 靜水壓力對(duì)巖石的壓實(shí)作用最大，在靜水壓力作用下，巖石內(nèi)出現(xiàn)殘余變形，從而使孔隙度降低。此時(shí)壓力對(duì)巖石電阻率的影響與巖石內(nèi)液體和氣體的含量有關(guān)，往往隨壓力的增大，干燥或者稍許含水巖石的電阻率減小，這是由于孔隙度降低、顆粒間接觸良好的原因。 除此之外，巖石中孤立的含水孔隙在壓力作用下閉合并形成連續(xù)的導(dǎo)電通路，也會(huì)使其電阻率減小。對(duì)于大多數(shù)巖石，當(dāng)單軸壓力由10Mpa增加到60Mpa時(shí)，可觀測到巖石電阻率的劇烈變化。但是，某些粘土在壓力作用下，由于孔隙中的水分被擠出，含水孔隙通道的截面縮小，從而使其電阻率增大。 相反，在應(yīng)力弱化

10、作用下，巖石顆粒之間內(nèi)部粘結(jié)性降低，致使巖石強(qiáng)度變小，巖石可碎性增強(qiáng)。當(dāng)巖石內(nèi)部裂隙發(fā)育但裂隙不充水時(shí)，巖石電阻率會(huì)增大，若裂隙充水，巖石電阻率會(huì)顯著減小。二 、地下人工電場的建立1、點(diǎn)電源的電場、點(diǎn)電源的電場 電阻率電阻率的半無限空間，地表有一點(diǎn)電源的半無限空間，地表有一點(diǎn)電源A，電流強(qiáng)度電流強(qiáng)度I，距點(diǎn)電源，距點(diǎn)電源A為為rAM的的M點(diǎn)的電流密度：點(diǎn)的電流密度：由歐姆定律的微分形式，得：由歐姆定律的微分形式，得： rrrIjAM22rrrIEAM22 穩(wěn)定電流場中，單位距離的電位變化等于穩(wěn)定電流場中，單位距離的電位變化等于 該點(diǎn)的該點(diǎn)的點(diǎn)電場強(qiáng)度：點(diǎn)電場強(qiáng)度：drdUErdrrIdrEdU

11、r22兩邊積分：兩邊積分：由于由于r無窮遠(yuǎn)時(shí)，無窮遠(yuǎn)時(shí)，U=0，所以積分常數(shù)，所以積分常數(shù)c=0結(jié)論：電阻率均勻、各向同性的半無限空間，地結(jié)論：電阻率均勻、各向同性的半無限空間，地 表點(diǎn)電源場的電位與表點(diǎn)電源場的電位與r成反比，等位面是以成反比，等位面是以 點(diǎn)源為中心的同心圓。點(diǎn)源為中心的同心圓。crIU2rIU2兩個(gè)點(diǎn)電源的電場：兩個(gè)點(diǎn)電源的電場： 根據(jù)電場疊加原理，當(dāng)?shù)乇碛蓛蓚€(gè)異性根據(jù)電場疊加原理，當(dāng)?shù)乇碛蓛蓚€(gè)異性 點(diǎn)電點(diǎn)電源源A（+I）、）、B（-I）供電時(shí)，地表測點(diǎn)）供電時(shí)，地表測點(diǎn)M處的位：處的位：)11(222BMAMIrIrIUUUBMAMBMAMM兩個(gè)點(diǎn)電源的等位線和電流線兩個(gè)

12、點(diǎn)電源的等位線和電流線 (a)平面圖平面圖 (b)剖面圖剖面圖 (c)地表電位剖面地表電位剖面2、電流在地下的分布規(guī)律jAB10.80.60.40.20123j /jh0hLAOBh0hjhjhj電流密度隨深度的變化hI /I三 、電阻率法的基本原理1、巖、礦石電阻率的測定、巖、礦石電阻率的測定巖、礦石電阻率的測定：巖、礦石電阻率的測定：由電阻定義及歐姆定律，得：由電阻定義及歐姆定律，得：均勻大地電阻率的測定：均勻大地電阻率的測定： 當(dāng)?shù)乇碛蓛蓚€(gè)異性點(diǎn)電源當(dāng)?shù)乇碛蓛蓚€(gè)異性點(diǎn)電源A（+I）、）、B（-I）供電時(shí)，地表測點(diǎn)）供電時(shí)，地表測點(diǎn)M、N處的電位：處的電位：LSIULRSMN)()11(2

13、)11(2BNANIUBMAMIUNMM、N兩點(diǎn)的電位差：兩點(diǎn)的電位差： 令：令：則均勻大地電阻率為：則均勻大地電阻率為：式中，式中，K為裝置系數(shù)為裝置系數(shù)。)1111(2BNBMANAMIUUUNMMNBNBMANAMK11112IUKMN 2、視電阻率、視電阻率 若進(jìn)行測量的地段地下巖石電性分布不均勻時(shí)，若進(jìn)行測量的地段地下巖石電性分布不均勻時(shí)，上式計(jì)算出的電阻率稱為視電阻率，它不是巖上式計(jì)算出的電阻率稱為視電阻率，它不是巖石的真電阻率，是地下巖石電性不均勻體的綜石的真電阻率，是地下巖石電性不均勻體的綜合反映，通常以合反映，通常以 s s表示：表示：IUKMNs視電阻率視電阻率 s s的微

14、分表示：的微分表示：由歐姆定律微分形式和電由歐姆定律微分形式和電 場強(qiáng)度定義，得場強(qiáng)度定義，得 則測量電極則測量電極M、N間視電阻率間視電阻率 s s為：為： MNMNMNMNsdljIKIUKdrdUEEjr 當(dāng)當(dāng)M、N間距離很小時(shí)，可以認(rèn)為電流密度間距離很小時(shí)，可以認(rèn)為電流密度jMN、巖石電阻率巖石電阻率 MNMN為常量，則為常量，則：當(dāng)當(dāng)?shù)叵聨r石電性均勻時(shí)：地下巖石電性均勻時(shí)：所以：所以：MNMNMNMNMNsjIMNKdljIK001,jIMNKjjMNMNsMNMNMNMNsjjjIMNK0視電阻率與地電斷面性質(zhì)的關(guān)系視電阻率與地電斷面性質(zhì)的關(guān)系(a)均勻介質(zhì)均勻介質(zhì) (b)圍巖中賦

15、存良導(dǎo)礦體圍巖中賦存良導(dǎo)礦體 (c)圍巖中賦存高阻巖體圍巖中賦存高阻巖體第二節(jié) 電測深法一、地電斷面的概念 由不同電性層所構(gòu)成的斷面。二、電測深法裝置二極裝置（二極裝置（AM）：）： 特點(diǎn)：將特點(diǎn)：將B、N極置于極置于“無窮遠(yuǎn)無窮遠(yuǎn)”處接地。取處接地。取AM中中 點(diǎn)為記錄點(diǎn)。點(diǎn)為記錄點(diǎn)。IUKAMKMAMsAM2三極裝置（三極裝置（AMN）：）： 特點(diǎn)：只將特點(diǎn)：只將B極置于極置于“無窮遠(yuǎn)無窮遠(yuǎn)”處接地，取處接地，取MN中點(diǎn)為記錄點(diǎn)。中點(diǎn)為記錄點(diǎn)。IUKMNANAMKMNAMNsAMN2對(duì)稱四極裝置對(duì)稱四極裝置（AMNB）：）： 特點(diǎn)：特點(diǎn)：AM=BN，取，取MN中點(diǎn)為記錄點(diǎn)。中點(diǎn)為記錄點(diǎn)。I

16、UKMNANAMKMNABABsAB偶極裝置偶極裝置（ABMN）：）： 特點(diǎn)：特點(diǎn)：AB、MN為分開的偶極，取為分開的偶極，取OO中點(diǎn)為記錄點(diǎn)。中點(diǎn)為記錄點(diǎn)。IUKBNBMANAMMNBNBMANAMKMNoooosoo)(2二、電測深法電阻率測深法：電阻率測深法：測量電極測量電極MN固定，不斷增大供電固定，不斷增大供電 電極電極AB電極距，逐次觀測。電極距，逐次觀測。特點(diǎn)：特點(diǎn)：隨供電電極距的加大，逐次觀測的視電阻率隨供電電極距的加大，逐次觀測的視電阻率 反映了地下電性層隨深度增大變化的分布特反映了地下電性層隨深度增大變化的分布特 征。但在實(shí)際測量中，征。但在實(shí)際測量中， AB極距不斷加大，

17、極距不斷加大， 測測 量電極量電極MN固定不變，固定不變，UMN 將逐漸小到不可測，將逐漸小到不可測， 通常要求：通常要求：ABMNAB301311、電阻率測深法的實(shí)質(zhì)、電阻率測深法的實(shí)質(zhì)電阻率測深大多采用電阻率測深大多采用對(duì)稱四極裝置對(duì)稱四極裝置IUKMNANAMKMNABABsAB特點(diǎn)：特點(diǎn)：AM=BN，取，取MN中點(diǎn)為記錄點(diǎn)中點(diǎn)為記錄點(diǎn)雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙 8976543218976543218976543218976543218976543218976543218976543218976543212345678912345678912345678912345678912345678912345

18、67892、電測深曲線、電測深曲線水平二層電測深曲線類型水平二層電測深曲線類型 G G型：型： D D型：型：212121水平三層電測深曲線類型圖水平三層電測深曲線類型圖H H型型: Q: Q型型: : A A型型: K: K型型: :321321321321水平二層電測深曲線量板水平二層電測深曲線量板及其使用及其使用水平水平三三層電測深曲線量板層電測深曲線量板3、電測深曲線的解釋、電測深曲線的解釋（1）電測深曲線類型分析）電測深曲線類型分析（2）電測深曲線特征研究）電測深曲線特征研究（3）斷層在電測深曲線上的反映）斷層在電測深曲線上的反映（4）電測深曲線的定量解釋）電測深曲線的定量解釋4、電

19、測深定性圖件的繪制及解釋、電測深定性圖件的繪制及解釋（1）曲線類型圖）曲線類型圖（2）等視電阻率斷面圖）等視電阻率斷面圖（3）等視電阻率平面圖）等視電阻率平面圖5、電測深法的應(yīng)用、電測深法的應(yīng)用電阻率測深的應(yīng)用電阻率測深的應(yīng)用 電阻率測深斷面圖電阻率測深斷面圖 1-1-粘土；粘土；2-2-泥灰?guī)r；泥灰?guī)r；3-3-巖溶泥灰?guī)r巖溶泥灰?guī)r 4-4-砂層；砂層；5-5-粘土；粘土； 6-6-電阻率等值線電阻率等值線 7-7-斷層；斷層；8-8-煤層煤層第三節(jié) 電剖面法一、電剖面法裝置 包括多種裝置類型，如二極裝置、包括多種裝置類型，如二極裝置、 三極裝置、三極裝置、聯(lián)合裝置、對(duì)稱四極聯(lián)合裝置、對(duì)稱四極

20、 裝置、偶極裝置等。裝置、偶極裝置等。特點(diǎn)：特點(diǎn)：各電極之間保持一定距離，同時(shí)沿測線移各電極之間保持一定距離，同時(shí)沿測線移 動(dòng)，逐點(diǎn)觀測動(dòng)，逐點(diǎn)觀測UMN 、 I、 計(jì)算測線之下地電計(jì)算測線之下地電 斷面斷面視電阻率視電阻率 s s沿測線方向的沿測線方向的綜合綜合變化。變化。二極裝置（二極裝置（AM）：）： 特點(diǎn)：將特點(diǎn)：將B、N極置于極置于“無窮無窮遠(yuǎn)遠(yuǎn)”處接地。取處接地。取AM中中 點(diǎn)為記錄點(diǎn)。點(diǎn)為記錄點(diǎn)。IUKAMKMAMsAM2三極裝置（三極裝置（AMN）：）： 特點(diǎn)：只將特點(diǎn)：只將B極置于極置于“無窮遠(yuǎn)無窮遠(yuǎn)”處接地，將處接地，將AMN沿測沿測線線 排列逐點(diǎn)觀測。排列逐點(diǎn)觀測。 取取

21、MN中點(diǎn)為記錄點(diǎn)。中點(diǎn)為記錄點(diǎn)。IUKMNANAMKMNAMNsAMN2聯(lián)合剖面裝置聯(lián)合剖面裝置（AMN&MNB）：）： 特點(diǎn)：兩個(gè)三極裝置特點(diǎn)：兩個(gè)三極裝置 聯(lián)合，聯(lián)合，C極為極為“無窮遠(yuǎn)無窮遠(yuǎn)”。MN中點(diǎn)為記錄中點(diǎn)為記錄點(diǎn)。點(diǎn)。BMNBBBsAMNAAAsBAIUKIUKMNANAMKK,2對(duì)稱四極裝置對(duì)稱四極裝置（AMNB）：）： 特點(diǎn)：特點(diǎn)：AM=BN，取，取MN中點(diǎn)為記錄點(diǎn)。中點(diǎn)為記錄點(diǎn)。IUKMNANAMKMNABABsAB偶極裝置偶極裝置（ABMN）：）： 特點(diǎn)：特點(diǎn)：AB、MN為分開的偶極，取為分開的偶極，取OO中點(diǎn)為記錄點(diǎn)。中點(diǎn)為記錄點(diǎn)。IUKBNBMANAMMNBN

22、BMANAMKMNoooosoo)(2中間梯度法中間梯度法：供電電極：供電電極A、B相距很遠(yuǎn)且固定，測相距很遠(yuǎn)且固定，測 量電極量電極MN在在AB中段中段1/3范圍內(nèi)逐范圍內(nèi)逐點(diǎn)點(diǎn) 特點(diǎn)：特點(diǎn)：半無限介質(zhì)條件下，半無限介質(zhì)條件下，AB中部電場中部電場 近似均勻，近似均勻，AB固定不動(dòng)，固定不動(dòng)，MN沿剖沿剖 面移動(dòng)，逐點(diǎn)觀測面移動(dòng)，逐點(diǎn)觀測UMN 、 I，計(jì)算，計(jì)算視視 電阻率電阻率 s s ，得地電斷面沿水平方，得地電斷面沿水平方 向的變化曲線。向的變化曲線。中間梯度裝置中間梯度裝置主測線上裝置系數(shù)主測線上裝置系數(shù)K和和視電阻率視電阻率 s s ：IUKBNBMANAMMNBNBMANAMK

23、MNMNMNsMN)(2二、四極對(duì)稱電剖面法對(duì)稱四極裝置對(duì)稱四極裝置（AMNB）：）： 特點(diǎn)：特點(diǎn)：AM=BN，取，取MN中點(diǎn)為記錄點(diǎn)中點(diǎn)為記錄點(diǎn)IUKMNANAMKMNABABsAB三、聯(lián)合剖面法聯(lián)合剖面裝置聯(lián)合剖面裝置（AMN&MNB）：）：特點(diǎn)：兩個(gè)三極裝置特點(diǎn)：兩個(gè)三極裝置 聯(lián)合，聯(lián)合，C極為極為“無無 窮窮 遠(yuǎn)遠(yuǎn)”。MN中點(diǎn)為記錄點(diǎn)。中點(diǎn)為記錄點(diǎn)。BMNBBBsAMNAAAsBAIUKIUKMNANAMKK,2良導(dǎo)球體上聯(lián)合剖面視電阻率剖面圖良導(dǎo)球體上聯(lián)合剖面視電阻率剖面圖 第四節(jié) 高密度電阻率法1、 基本原理 高密度電阻率法是二十世紀(jì)八十年代才發(fā)展起來的一種新型陣列勘探方法

24、，是基于靜電場理論，以探測目標(biāo)體的電性差異為前提進(jìn)行的。該方法采集數(shù)據(jù)信息量大，可進(jìn)行層析成象計(jì)算，成圖直觀，可視性強(qiáng)，采集裝置種類多，儀器輕便。該方法在不同領(lǐng)域受到廣泛的應(yīng)用。山東科技大學(xué)第四節(jié) 高密度電阻率法/2uas/3uas山東科技大學(xué) /6uas 第四節(jié) 高密度電阻率法第四節(jié) 高密度電阻率法 山東科技大學(xué)第四節(jié) 高密度電阻率法第四節(jié) 高密度電阻率法2、工作方法技術(shù) 具體測量方法為：首先以固定點(diǎn)距沿井下巷道測線布置一系列電極，電極通過多芯電纜經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)接到儀器上，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)改變裝置類型，一次完成該測點(diǎn)上各種裝置形式的觀測，一個(gè)測點(diǎn)觀測完后，通過開關(guān)轉(zhuǎn)換到下一相鄰測點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電極，以相同

25、方法進(jìn)行該點(diǎn)觀測，直到某一電極間距的整條剖面觀測完為止。改變電極間距，重復(fù)以下觀測，直到有所不同電極間距的剖面觀測完為止。 點(diǎn)距的選擇主要依據(jù)探測精度要求，精度要求越高應(yīng)越小。最大電極距大小，決定于預(yù)期探測深度，探測深度越深，要求越大，但一般隔離系數(shù) 最大值不超過15為好，當(dāng)然，由于一條剖面測點(diǎn)總數(shù)是固定的，因此當(dāng)極距擴(kuò)大時(shí)，反映不同勘探深度的測點(diǎn)數(shù)將依次減少。第四節(jié) 高密度電阻率法 山東科技大學(xué) 3、資料處理和正演模擬4、高密度電阻率資料的反演 （圖見下頁） 第四節(jié) 高密度電阻率法 山東科技大學(xué)井下巷道超前探測簡介在樁號(hào)1030米位置為低阻顯示，說明該位置頂板三灰富水，這也與該位置頂板淋水一

26、致；巷道迎頭位置以及前方80米范圍為高阻顯示，說明該地段地層富水性差；迎頭出水估計(jì)與后方的1030米位置富水區(qū)有關(guān)，在迎頭位置右側(cè)電阻率有相對(duì)低阻顯示，說明迎頭出水通過該位置與后方的1030米位置富水區(qū)聯(lián)系；巷道迎頭前方80米以遠(yuǎn)為低阻顯示，說明迎頭前方80米以遠(yuǎn)地層富水性強(qiáng) 。-90-80-70-60-50-40-30-20-1001020304050607080-90-80-70-60-50-40-30-20-1001020304050607080102030102030井下巷道超前探測簡介-90-80-70-60-50-40-30-20-1001020304050607080901001

27、10-90-80-70-60-50-40-30-20-100102030405060708090100110102030102030井下三維電法勘探簡介井下三維電法勘探簡介 山東科技大學(xué)井下三維電法勘探簡介 山東科技大學(xué)第五節(jié)第五節(jié) 激發(fā)極化法、充電法、自然電場法激發(fā)極化法、充電法、自然電場法1、激發(fā)極化法、激發(fā)極化法 激發(fā)極化效應(yīng)（激電效應(yīng)）：激發(fā)極化效應(yīng)（激電效應(yīng)）：在充電和放電在充電和放電 過程中產(chǎn)生隨時(shí)間緩慢變化的附加電場現(xiàn)過程中產(chǎn)生隨時(shí)間緩慢變化的附加電場現(xiàn)象。象。一次電位差：一次電位差：無激電效應(yīng)時(shí)穩(wěn)定電流形成的電位差無激電效應(yīng)時(shí)穩(wěn)定電流形成的電位差U1。 不隨時(shí)間變化。不隨時(shí)間變

28、化。二次電位差：二次電位差：激發(fā)極化產(chǎn)生電位差激發(fā)極化產(chǎn)生電位差U2（T）。隨時(shí)間非線性）。隨時(shí)間非線性 變化，充電時(shí)從零逐漸增大，放電時(shí)逐漸減為變化，充電時(shí)從零逐漸增大，放電時(shí)逐漸減為零。零?？倛鲭娢徊睿嚎倛鲭娢徊睿阂淮坞娢徊詈投坞娢徊畹暮鸵淮坞娢徊詈投坞娢徊畹暮?U（T）= U1+ U2（T） U2（T）= U（T）- U（0）極化率極化率：表征體極化介質(zhì)的激電性質(zhì)，與電流無關(guān)，表征體極化介質(zhì)的激電性質(zhì)，與電流無關(guān)， 與供電時(shí)間與供電時(shí)間T和測量延遲時(shí)間和測量延遲時(shí)間t有關(guān)。有關(guān)。 極化率是百分?jǐn)?shù)表示的無量綱參數(shù)。提到極化極化率是百分?jǐn)?shù)表示的無量綱參數(shù)。提到極化率時(shí)必須指出其供電時(shí)間率

29、時(shí)必須指出其供電時(shí)間T T和測量時(shí)間和測量時(shí)間t t。 巖礦石極化率主要取決于所含電子導(dǎo)電礦物巖礦石極化率主要取決于所含電子導(dǎo)電礦物的體積百分含量，含量增高激電效應(yīng)增強(qiáng)。的體積百分含量，含量增高激電效應(yīng)增強(qiáng)。%100)(),(),(2TUtTUtT2、充電法、充電法 當(dāng)理想導(dǎo)體被充電后，不產(chǎn)生電位降，導(dǎo)體當(dāng)理想導(dǎo)體被充電后，不產(chǎn)生電位降，導(dǎo)體內(nèi)電位處處相等。內(nèi)電位處處相等。許多金屬礦體、高礦化度的地下許多金屬礦體、高礦化度的地下水等，電阻率較低，可以看作為理想導(dǎo)體。當(dāng)它們局部水等，電阻率較低，可以看作為理想導(dǎo)體。當(dāng)它們局部出露時(shí)，如果向露頭充電，觀測其充電電場，便可以推出露時(shí)，如果向露頭充電，

30、觀測其充電電場，便可以推斷整個(gè)地下良導(dǎo)電地質(zhì)體的電性分布，解決地質(zhì)問題。斷整個(gè)地下良導(dǎo)電地質(zhì)體的電性分布，解決地質(zhì)問題。 充電電場與充電點(diǎn)位置無關(guān)，只決定于充充電電場與充電點(diǎn)位置無關(guān)，只決定于充電電流大小、充電導(dǎo)體形狀、產(chǎn)狀、大小及周圍電電流大小、充電導(dǎo)體形狀、產(chǎn)狀、大小及周圍介質(zhì)的電性分布。介質(zhì)的電性分布。 理想導(dǎo)電橢球體充電電場是與該橢球體表理想導(dǎo)電橢球體充電電場是與該橢球體表面共焦的橢球面簇。面共焦的橢球面簇。3、自然電位法（自然電場法）、自然電位法（自然電場法） 巖石和礦石的自然極化：巖石和礦石的自然極化：破壞電中性、正負(fù)破壞電中性、正負(fù)電子彼此分離、極化、形成自然電場。電子彼此分離、

31、極化、形成自然電場。 電子導(dǎo)體的自然極化：電子導(dǎo)體的自然極化：導(dǎo)體或溶液具有不均導(dǎo)體或溶液具有不均 性，形成氧化性，形成氧化-還原電還原電 場。場。 離子導(dǎo)體的自然極化離子導(dǎo)體的自然極化：動(dòng)電效應(yīng)產(chǎn)生的流動(dòng)電動(dòng)電效應(yīng)產(chǎn)生的流動(dòng)電 位。過位。過 濾電場。與地下水流向和地濾電場。與地下水流向和地 下水下水-地表水補(bǔ)給有關(guān)。地表水補(bǔ)給有關(guān)。 多孔介質(zhì)巖石中，過濾電場電位異常的估算式多孔介質(zhì)巖石中，過濾電場電位異常的估算式： 式式中中:w為地下水電阻率，為地下水電阻率，P地下水流的水壓差（地下水流的水壓差（kPa）。）。PUw77max第六節(jié)地磁感應(yīng)類電法：電磁剖面法、電磁測深第六節(jié)地磁感應(yīng)類電法：電

32、磁剖面法、電磁測深法法1、電磁法理論基礎(chǔ)、電磁法理論基礎(chǔ) 交變電磁場中巖礦石電磁學(xué)性質(zhì)：交變電磁場中巖礦石電磁學(xué)性質(zhì)：傳導(dǎo)電流：與電阻率傳導(dǎo)電流：與電阻率有關(guān)。有關(guān)。位移電流：與介電常數(shù)位移電流：與介電常數(shù)有關(guān)。有關(guān)。介電常數(shù)介電常數(shù)：真空中：真空中8.85 10-12F/m磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率: 真空中真空中4 10-7H/mEDHBtEEjjjD 均勻交變電磁場在導(dǎo)電介質(zhì)中的傳播均勻交變電磁場在導(dǎo)電介質(zhì)中的傳播:麥克斯韋方程組：麥克斯韋方程組： 式中：式中：H為磁場強(qiáng)度，為磁場強(qiáng)度，E為電場強(qiáng)度，為電場強(qiáng)度，D為電位移，為電位移，B為磁為磁 感應(yīng)強(qiáng)度，感應(yīng)強(qiáng)度，j為傳導(dǎo)電流密度，為傳導(dǎo)電流密度，q

33、為自由電荷，為自由電荷， dD/dt為位移電流密度。為位移電流密度。qDBtBEtDjH0EDHBEj 在電法勘探中，導(dǎo)電介質(zhì)內(nèi)：在電法勘探中，導(dǎo)電介質(zhì)內(nèi)：可得電極方程：可得電極方程：高頻場、高阻介質(zhì)，上式右端第一項(xiàng)可忽略。這時(shí)方程變高頻場、高阻介質(zhì)，上式右端第一項(xiàng)可忽略。這時(shí)方程變?yōu)榧儾▌?dòng)型的。為純波動(dòng)型的。低頻場、良導(dǎo)介質(zhì)，上式右端第二項(xiàng)可忽略，方程變?yōu)闊岬皖l場、良導(dǎo)介質(zhì)，上式右端第二項(xiàng)可忽略，方程變?yōu)闊醾鲗?dǎo)型的（或擴(kuò)散性的）傳導(dǎo)型的（或擴(kuò)散性的）。0 D222222tEtEEtHtHH由此可見，在導(dǎo)電的強(qiáng)吸收介質(zhì)中，電磁擾動(dòng)的傳播是不由此可見，在導(dǎo)電的強(qiáng)吸收介質(zhì)中，電磁擾動(dòng)的傳播是不按波

34、動(dòng)規(guī)律的，而是按著擴(kuò)散規(guī)律傳播的。按波動(dòng)規(guī)律的，而是按著擴(kuò)散規(guī)律傳播的。 2、地下交變電磁場的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、地下交變電磁場的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) a、諧變場的傳播、諧變場的傳播： 諧變場的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：諧變場的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：諧變場是頻率域法中諧變場是頻率域法中常用的波場。其中場強(qiáng)、電流密度以及其它量常用的波場。其中場強(qiáng)、電流密度以及其它量均按余弦或正弦規(guī)律變化。均按余弦或正弦規(guī)律變化。titieEEeHH00諧變場的傳播諧變場的傳播：其微分方程其微分方程亥姆霍茲齊次方程亥姆霍茲齊次方程 式中式中k稱為波數(shù)（或傳播系數(shù)）。稱為波數(shù)（或傳播系數(shù)）。 在導(dǎo)電介質(zhì)中忽略位移電流時(shí)：在導(dǎo)電介質(zhì)中忽略位移電流時(shí)：EkEHkH22

35、22iiqk22在不同介質(zhì)的分界面上，即在在不同介質(zhì)的分界面上，即在 或或 出現(xiàn)不連續(xù)出現(xiàn)不連續(xù)處，滿足邊界條件：處，滿足邊界條件： 腳標(biāo)腳標(biāo) t 表示切向分量，表示切向分量，n 表示法分量。表示法分量。nnnnttttBBEDHHEE21212121 諧變場的激發(fā)諧變場的激發(fā)：借肋于交流電的發(fā)射裝置，如振蕩器、借肋于交流電的發(fā)射裝置，如振蕩器、 發(fā)電機(jī)等，在地中及空氣中建立諧變場。激發(fā)方式一發(fā)電機(jī)等，在地中及空氣中建立諧變場。激發(fā)方式一般為接地式的和感應(yīng)式。般為接地式的和感應(yīng)式。接地式：與直流電法一樣利用接地式：與直流電法一樣利用A、B供電電極將交流電源供電電極將交流電源 直接接到大地，激發(fā)

36、出交變電磁場。直接接到大地，激發(fā)出交變電磁場。感應(yīng)式：在地表敷設(shè)通有交變電流的不接地回線或者多匝感應(yīng)式：在地表敷設(shè)通有交變電流的不接地回線或者多匝 的小型發(fā)射線圈的小型發(fā)射線圈磁偶極子，激發(fā)出交變電磁偶極子，激發(fā)出交變電 磁場。磁場。諧變場激發(fā)方式諧變場激發(fā)方式 均勻大地表面上諧變偶極子場源的電磁場：均勻大地表面上諧變偶極子場源的電磁場：x、y軸軸位于水平面內(nèi)，位于水平面內(nèi)，z軸向下，在電阻率為軸向下，在電阻率為的均勻大地表面上：的均勻大地表面上： 式中式中I0、K0、I1、K1為貝塞爾函數(shù)，為貝塞爾函數(shù)，r為收為收-發(fā)距，發(fā)距，k為傳播系數(shù)，為傳播系數(shù)，PE為電偶極距，為電偶極距， 為為r方

37、向與方向與x軸的夾角。軸的夾角。3)33(1sin2)(sin2)sin41(2)(8cossin40cossin23)1 (2cos3222240110211220110113323krEzEyExzEykrExerkkrkrPHKIKIkrKIrPHKIKIkrKIrPHErPEekrrPE b、平面電磁波的傳播：、平面電磁波的傳播： 平面電磁波的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：平面電磁波的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：在無限均勻介質(zhì)中，在無限均勻介質(zhì)中，同一相位面為平面的電磁波稱為平面電磁波。若同一相位面為平面的電磁波稱為平面電磁波。若在這一平面上場振幅為常數(shù)，則稱為均勻平面電在這一平面上場振幅為常數(shù)，則稱為均勻平面電磁波，否則

38、為非均勻平面電磁波。磁波，否則為非均勻平面電磁波。 平面電磁波的傳播：平面電磁波的傳播：在電阻率為在電阻率為的均勻介質(zhì)中選的均勻介質(zhì)中選擇擇X和和Y軸位于波的極化平面上，軸位于波的極化平面上，Z軸位于波的傳播方向軸位于波的傳播方向上，則電磁場的分量為：上，則電磁場的分量為：上式為復(fù)數(shù)式，且沿上式為復(fù)數(shù)式，且沿z軸的正方向按指數(shù)規(guī)律衰減軸的正方向按指數(shù)規(guī)律衰減.) 1)(1(21) 1)(1(210,0,221111111iiabkEeCiEeCiEHekCHekCHZzkyyzkxxZzkxyzkyxEx分量振幅和相位分別為：分量振幅和相位分別為： b為振幅衰減系數(shù)，為振幅衰減系數(shù)，a為相位系

39、數(shù)。為相位系數(shù)。 電場沿電場沿Z軸方向前進(jìn)軸方向前進(jìn)1/b距離時(shí)，振幅衰減為距離時(shí)，振幅衰減為1/e倍。倍。習(xí)慣上將距離習(xí)慣上將距離1/b稱為電磁波的趨膚深度。稱為電磁波的趨膚深度。2)()2(aztteCEeeCEbzxxzatibzxx趨膚深度亦可寫為：趨膚深度亦可寫為： 電磁波的趨膚深度隨電阻率的增加和頻率的降低電磁波的趨膚深度隨電阻率的增加和頻率的降低而增大。所以，為了進(jìn)行深部地質(zhì)調(diào)查應(yīng)采用較低的而增大。所以，為了進(jìn)行深部地質(zhì)調(diào)查應(yīng)采用較低的工作頻率。工作頻率。 mfHzm503 平面電磁波傳播中的波阻抗平面電磁波傳播中的波阻抗Z： 在均勻介質(zhì)中電場在相位上落后于磁場在均勻介質(zhì)中電場在

40、相位上落后于磁場/4。這是通。這是通過測量相互正交的電場和磁場分量確定介質(zhì)電阻率的計(jì)算過測量相互正交的電場和磁場分量確定介質(zhì)電阻率的計(jì)算公式。如果介質(zhì)為非均勻的，則計(jì)算的電阻率為視電阻率公式。如果介質(zhì)為非均勻的，則計(jì)算的電阻率為視電阻率。如果介質(zhì)電阻率為已知，則可確定介質(zhì)的磁導(dǎo)率。如果介質(zhì)電阻率為已知，則可確定介質(zhì)的磁導(dǎo)率。2241;1ZZeZiiiZi c、瞬變場的傳播、瞬變場的傳播： 瞬變場的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：瞬變場的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：瞬變場是指那些在階躍電流瞬變場是指那些在階躍電流 源作用下，地中產(chǎn)生的過渡源作用下，地中產(chǎn)生的過渡 過程感應(yīng)電磁場。因?yàn)檫@一過程感應(yīng)電磁場。因?yàn)檫@一 過渡過程的場具有瞬時(shí)變

41、化過渡過程的場具有瞬時(shí)變化 的特點(diǎn)，故取名為瞬變場。的特點(diǎn)，故取名為瞬變場。 瞬變場的激發(fā)：瞬變場的激發(fā)：與諧變場情況一樣，其激發(fā)方向也有與諧變場情況一樣，其激發(fā)方向也有 接地式和感應(yīng)式兩種。在階躍電流接地式和感應(yīng)式兩種。在階躍電流 （通電或斷電）的強(qiáng)大變化磁場作（通電或斷電）的強(qiáng)大變化磁場作 用下，良導(dǎo)介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生渦旋的交變用下，良導(dǎo)介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生渦旋的交變 電磁電磁 場，其結(jié)構(gòu)和頻譜在時(shí)間與空?qǐng)觯浣Y(jié)構(gòu)和頻譜在時(shí)間與空 間上均連續(xù)地變化。間上均連續(xù)地變化。諧變場和瞬變場渦旋電流結(jié)構(gòu)諧變場和瞬變場渦旋電流結(jié)構(gòu) 瞬變場的參數(shù)：瞬變場的參數(shù)：瞬變電磁場狀態(tài)的基本參數(shù)是時(shí)間。瞬變電磁場狀態(tài)的基本參數(shù)是時(shí)

42、間。 這一時(shí)間依賴于巖石的導(dǎo)電性和收這一時(shí)間依賴于巖石的導(dǎo)電性和收 發(fā)距。研究瞬變電磁場隨時(shí)間的發(fā)距。研究瞬變電磁場隨時(shí)間的 變化規(guī)律，可探測具有不同導(dǎo)電性變化規(guī)律，可探測具有不同導(dǎo)電性 的地層分布縱向電導(dǎo)。也可以發(fā)現(xiàn)的地層分布縱向電導(dǎo)。也可以發(fā)現(xiàn) 地下賦存的較大的良導(dǎo)礦體。地下賦存的較大的良導(dǎo)礦體。 在頻率域中電場強(qiáng)度按指數(shù)規(guī)律衰減。在頻率域中電場強(qiáng)度按指數(shù)規(guī)律衰減。均勻大地表面上階躍偶極子場源的電磁場均勻大地表面上階躍偶極子場源的電磁場（瞬變電磁法的理論基礎(chǔ)）（瞬變電磁法的理論基礎(chǔ)）遠(yuǎn)區(qū)（早期）的瞬變電場規(guī)律：波區(qū)范圍內(nèi)電場強(qiáng)度與介遠(yuǎn)區(qū)（早期）的瞬變電場規(guī)律：波區(qū)范圍內(nèi)電場強(qiáng)度與介質(zhì)電阻率

43、成正比質(zhì)電阻率成正比近區(qū)（晚期）的瞬變電場規(guī)律：近區(qū)（晚期）的瞬變電場規(guī)律： 41022rPEMt25031)(40trPEMt3、 電磁剖面電磁剖面法法電磁剖面法電磁剖面法：主要應(yīng)用于礦床普查、地質(zhì)填圖、工程地主要應(yīng)用于礦床普查、地質(zhì)填圖、工程地 質(zhì)、水文地質(zhì)調(diào)查?？煞譃槿斯ぶ鲃?dòng)源質(zhì)、水文地質(zhì)調(diào)查?？煞譃槿斯ぶ鲃?dòng)源 電磁剖面法和被動(dòng)源方法兩類：電磁剖面法和被動(dòng)源方法兩類： a 、人工主動(dòng)源電磁剖面法人工主動(dòng)源電磁剖面法： 研究深度為幾十米到一、二百米。研究深度為幾十米到一、二百米。 包括包括不接地回線法、電磁偶極剖面法、航空電磁法不接地回線法、電磁偶極剖面法、航空電磁法 等。等。 這些方法這

44、些方法 既可在頻率域中采用，也可在時(shí)間域中采用。既可在頻率域中采用，也可在時(shí)間域中采用。航空電磁法航空電磁法：在實(shí)際工作中，航空電磁法不局限于直找礦，：在實(shí)際工作中，航空電磁法不局限于直找礦，應(yīng)用范圍較廣。應(yīng)用范圍較廣。 b、被動(dòng)源電磁剖面法：主要有、被動(dòng)源電磁剖面法：主要有甚低頻法甚低頻法和和大地電磁法大地電磁法。 甚低頻法甚低頻法：世界上許多國家為了潛艇通訊及導(dǎo)航目的，設(shè)立了：世界上許多國家為了潛艇通訊及導(dǎo)航目的，設(shè)立了強(qiáng)功率的長波電臺(tái)。其發(fā)射頻率在強(qiáng)功率的長波電臺(tái)。其發(fā)射頻率在1525kHz范圍內(nèi)，甚低頻范圍內(nèi)，甚低頻電臺(tái)發(fā)射的電磁波，在遠(yuǎn)離電臺(tái)地區(qū)可視為典型的電臺(tái)發(fā)射的電磁波，在遠(yuǎn)離電

45、臺(tái)地區(qū)可視為典型的平面波平面波。這。這種電磁波適合做電導(dǎo)率填圖，還可用于探測大的斷層、破碎帶、種電磁波適合做電導(dǎo)率填圖，還可用于探測大的斷層、破碎帶、石墨化地層和礦化帶，在有利條件下還可探測浸染和塊狀硫化石墨化地層和礦化帶，在有利條件下還可探測浸染和塊狀硫化礦。礦。 大地電磁剖面法大地電磁剖面法：研究深度可達(dá)到結(jié)晶基底，可提供研究區(qū)域的：研究深度可達(dá)到結(jié)晶基底，可提供研究區(qū)域的基礎(chǔ)資料?；A(chǔ)資料。4、 電磁測深法電磁測深法：根據(jù)電磁感應(yīng)原理研究天然或人工根據(jù)電磁感應(yīng)原理研究天然或人工 （可控）場源在大地中激勵(lì)的電磁（可控）場源在大地中激勵(lì)的電磁 場場 分布，由觀測到的電磁場值來研究地分布，由觀

46、測到的電磁場值來研究地 電參數(shù)沿深度的變化。電參數(shù)沿深度的變化。目前常用方法包括：目前常用方法包括：天然大地電磁測深方法、人工源天然大地電磁測深方法、人工源 頻率電磁測深方法（簡稱頻率測頻率電磁測深方法（簡稱頻率測 深法）、人工源瞬變電磁測深方深法）、人工源瞬變電磁測深方 法（簡稱瞬變測深法）法（簡稱瞬變測深法）。天然大地電磁測深方法、人工源頻率電磁測深方法天然大地電磁測深方法、人工源頻率電磁測深方法（簡稱頻（簡稱頻 率測深法）、率測深法）、可控源音頻大地電磁測深法可控源音頻大地電磁測深法（ CSAMT）屬于頻率屬于頻率域方法，通過改變頻率來控制探測深度。域方法，通過改變頻率來控制探測深度。人

47、工源瞬變電磁測深方法人工源瞬變電磁測深方法（簡稱瞬變測深法）（簡稱瞬變測深法）為時(shí)間域方法。為時(shí)間域方法。應(yīng)用方向：應(yīng)用方向：在我國，在我國，電磁測深方法主要用于觀測地殼和上地幔物電磁測深方法主要用于觀測地殼和上地幔物 質(zhì)結(jié)構(gòu)、普查石油天然氣、煤田、地?zé)崽?、尋找地質(zhì)結(jié)構(gòu)、普查石油天然氣、煤田、地?zé)崽?、尋找?下水和金屬礦產(chǎn)過程。下水和金屬礦產(chǎn)過程。大地電磁測深法大地電磁測深法：設(shè)平面電磁波垂直射入地面，：設(shè)平面電磁波垂直射入地面， n層水平層水平層狀介質(zhì)的層厚度為層狀介質(zhì)的層厚度為hn，電阻率，電阻率 n，界面深度，界面深度dn，每，每層波數(shù)層波數(shù)kn。對(duì)于任意層，場變量的基本方程為：對(duì)于任意

48、層，場變量的基本方程為：根據(jù)均勻場的特點(diǎn)，由亥姆霍茲方程得電磁場的解為：根據(jù)均勻場的特點(diǎn)，由亥姆霍茲方程得電磁場的解為：)(1(E;222AkAiAHAkA)()()()(kzykzyykzxkzxxkzxkzxykzykzyxebeaiEebeaiEebeakHebeakH對(duì)于任意層，阻抗為：對(duì)于任意層，阻抗為：設(shè)第推函數(shù)設(shè)第推函數(shù)Rn為：為： 則第一水平層阻抗則第一水平層阻抗Z1、電阻率、電阻率 1和地表阻抗和地表阻抗Z10關(guān)系可寫為：關(guān)系可寫為：nyxnHEZ )(11nnnnnnRkkarthhkthR2010111011ZRkiZ 由上式，得出大地電磁法所測得的視電阻率的?；蛘裼缮鲜?/p>

49、，得出大地電磁法所測得的視電阻率的?；蛘穹哂幸韵滦问剑悍哂幸韵滦问剑喊催@種方法確定的視電阻率稱為按這種方法確定的視電阻率稱為卡尼亞視電阻率卡尼亞視電阻率。大大地地電電磁磁測測深深兩兩層層曲曲線線2101ZT大大地地電電磁磁測測深深三三層層曲曲線線頻率電磁測深法頻率電磁測深法：采用電或磁偶極場源，：采用電或磁偶極場源，用改變頻率的方用改變頻率的方法來控制探測深度法來控制探測深度，而不用增加供電電極距，而不用增加供電電極距AB。對(duì)。對(duì)地層的分辯力強(qiáng)；勘探深度較大等。近年來，頻率深地層的分辯力強(qiáng)；勘探深度較大等。近年來，頻率深法已成為國內(nèi)外應(yīng)用較廣的一種測深方法。法已成為國內(nèi)外應(yīng)用較廣的一種測深

50、方法。 頻率測深視電阻率：頻率測深視電阻率：s為接收線框面積，為接收線框面積，n為匝數(shù)。為匝數(shù)。ABnsrKMNABrKIUKIUKzxzzxxHEHHEE3243K型斷面頻率測深曲線型斷面頻率測深曲線A型斷面頻率測深曲線型斷面頻率測深曲線H型斷面頻率測深曲線型斷面頻率測深曲線可控源音頻大地電磁測深法可控源音頻大地電磁測深法原理 CSAMT法是可控源音頻大地電磁法的簡稱。該方法是九十年代才興起的一種地球物理新技術(shù)，它基于電磁波傳播理論和麥克斯韋方程組導(dǎo)出了水平電偶極源在地面上的電場及磁場公式視電阻率 (s )公式 山東科技大學(xué) 2251yssHEf可控源音頻大地電磁測深法 山東科技大學(xué) 根據(jù)電

51、磁波的趨膚效應(yīng)理論，導(dǎo)出了趨膚深度公式 fH256 可控源音頻大地電磁測深法從上式可見，當(dāng)?shù)乇黼娮杪使潭〞r(shí)，電磁波的傳播深度（或探測深度）與頻率成反比，高頻時(shí)，探測深度淺，低頻時(shí)，探測深度深。人們可以通過改變發(fā)射頻率來改變探測深度，達(dá)到頻率測深的目的。九十年代，加拿大鳳凰公司和美國的宗吉公司根據(jù)這一理論首先研究制造了CSAMT的測量儀器系統(tǒng)，編制了軟件，建立了野外工作方法（見下圖）。 山東科技大學(xué) 可控源音頻大地電磁測深法接 收 機(jī)測 量 線AB4 km2-4 km4-8 km60發(fā) 射 機(jī)TransmitterSurvey lineReceiver山東科技大學(xué)可控源音頻大地電磁測深法- 1

52、0 0 0- 9 5 0- 9 0 0- 8 5 0- 8 0 0- 7 5 0- 7 0 0- 6 5 0- 6 0 0- 5 5 0- 5 0 0- 4 5 0- 4 0 0- 3 5 0- 3 0 0- 2 5 0- 2 0 0- 1 5 0- 1 0 0- 5 00D e p t h ( m )- 1 0 0 0- 9 0 0- 8 0 0- 7 0 0- 6 0 0- 5 0 0- 4 0 0- 3 0 0- 2 0 0- 1 0 00141 01 52 03 04 05 06 08 08 59 09 51 0 01 0 51 1 01 1 51 2 01 3 01 4 01 5 0

53、6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 06 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0山東科技大學(xué)可控源音頻大地電磁測深法 CSAMT法具有如下的一些特點(diǎn)： （1）使用可控制的人工場源，信號(hào)強(qiáng)度比天然場要大得多，因此可在較強(qiáng)干擾區(qū)的城市及城郊開展工作。 （2）測量參數(shù)為電場與磁場之比，得出的是卡尼亞電阻率。由于是比值測量，因此可減少外來的隨機(jī)干擾，并減少地形的影響。 （3）基于電磁波的趨膚深度原理，利用改變頻率進(jìn)行不同深度的電測深，大大提高了工作效率，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，一次發(fā)射，可同時(shí)完成七個(gè)點(diǎn)的電磁測深。 （4）勘探深度范圍大，一般可達(dá)12Km； （5）橫向分辨率高，可靈敏地發(fā)現(xiàn)斷層； （6）由

54、于接收機(jī)在接收電場的同時(shí)還要接收磁場，因此高阻屏蔽作用小，可穿透高阻層。 山東科技大學(xué) 瞬變電磁測深法瞬變電磁測深法 即時(shí)間域瞬變電磁測深法，是近年來發(fā)展很快的即時(shí)間域瞬變電磁測深法，是近年來發(fā)展很快的 電法勘探的分支方法電法勘探的分支方法 。應(yīng)用方法：應(yīng)用方法：在階躍脈沖作用下，良導(dǎo)地層中產(chǎn)生的瞬變渦在階躍脈沖作用下，良導(dǎo)地層中產(chǎn)生的瞬變渦 流電磁場持續(xù)時(shí)間較長，流電磁場持續(xù)時(shí)間較長，所以在沉積巖地層所以在沉積巖地層 內(nèi)尋找和確定良導(dǎo)地層空間狀態(tài)時(shí)可給出較內(nèi)尋找和確定良導(dǎo)地層空間狀態(tài)時(shí)可給出較 好的結(jié)果。因此，好的結(jié)果。因此，瞬變測深法主要用于用于瞬變測深法主要用于用于 解決油天然氣、煤系以

55、及地?zé)峥碧降鹊刭|(zhì)問解決油天然氣、煤系以及地?zé)峥碧降鹊刭|(zhì)問 題。題。水平層狀大地的瞬變電磁測深法計(jì)算公式：水平層狀大地的瞬變電磁測深法計(jì)算公式： 對(duì)于水平多層介質(zhì)的瞬變電磁測深計(jì)算公式，多采用對(duì)于水平多層介質(zhì)的瞬變電磁測深計(jì)算公式，多采用余弦變換或逆拉氏變換方法求解。余弦變換或逆拉氏變換方法求解。111121222212111111QeQeQRdieRhkhktiT三層瞬變電磁測深曲線三層瞬變電磁測深曲線(a)H型斷面測深曲線型斷面測深曲線;(b)K型斷面測深曲線型斷面測深曲線;(c)A型斷面測深曲線型斷面測深曲線;(d)Q型斷面測深曲線型斷面測深曲線瞬變電磁測深法的特點(diǎn)瞬變電磁測深法的特點(diǎn)(1

56、)由于TEM是在無一次場背景情況下觀測二次場，即觀測的是純異常，自動(dòng)消除了FEM中的主要噪聲源裝置耦合噪聲，從而提高了探測精度。(2) 裝置形式靈活多樣，可隨不同工程任務(wù)的要求和施工場地的條件來選擇合適的裝置。具有施工方便、測地工作簡單、工作效率高及地質(zhì)效果好等優(yōu)點(diǎn)。使用同點(diǎn)裝置工作，與欲探測的地質(zhì)對(duì)象能達(dá)到最佳的耦合，取得的異常幅度強(qiáng)、形態(tài)簡單、分層能力強(qiáng)，從而具有較高的探測能力，并且受到旁測地質(zhì)體的影響也是最小的。(3)對(duì)于受到導(dǎo)電圍巖及導(dǎo)電覆蓋層等地質(zhì)噪聲干擾的“礦異?！钡膮^(qū)分能力優(yōu)于FEM。在高阻圍巖條件下，不存在地形起伏引起的假異常；低阻圍巖起伏地形引起的異常也比較容易識(shí)別。 (4)在TEM測量中，對(duì)于線框鋪設(shè)的點(diǎn)位、方位及形狀等的要求相對(duì)于FEM可以放寬，測地工作簡單，