電法勘探基本理論電阻率法

關于電法勘探基本理論電阻率法第1頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)電阻率法第二節(jié)充電法和自然電場法第三節(jié)激發(fā)極化法第四節(jié)電磁法第三章電法勘探第五節(jié)瞬變電磁法

第六節(jié)甚低頻法第七節(jié)可控源音頻大地電磁法第八節(jié)探地雷達√√√√√第2頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月

電法勘探

以巖、礦石的電學性質（如導電性）差異為基礎，通過觀測和研究與這些電性差異有關的（天然或人工)電場或電磁場分布規(guī)律來查明地下地質構造及有用礦產的一種物探方法，簡稱“電法”。第二部分電法勘探第3頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月電法勘探的特點：

①可利用的物性參性多導電性（電阻率ρ或電導率σ[σ=1/ρ]

）電化學活動性（η）介電性（ε）導磁性（μ）②利用場源多人工場源天然場源直流電（穩(wěn)定場）交流電（交變場）第二部分電法勘探第4頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月傳導類電法勘探（直流電法）研究穩(wěn)定電流場感應類電法勘探（交流電法）研究交變電流場電阻率法充電法自然電場法激發(fā)極化法低頻電磁法頻率測深法甚低頻法電磁波法大地電磁法③方法種類多第二部分電法勘探第5頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)電阻率法電阻率法的理論基礎1電阻率法的儀器和裝備2345電剖面法電測深法高密度電阻率法第6頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)電阻率法電阻率法是傳導類電法勘探方法之一。建立在地殼中各種巖礦石具有各種導電性差異的基礎上，通過觀測和研究與這些差異有關的天然電場或人工電場的分布規(guī)律，從而達到查明地下構造或者尋找有用礦產的目的。第7頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月電阻R（Ω）長度（m）截面積（m2）電阻率ρ(

Ω·m)S一、電阻率法的理論基礎（一）巖、礦石的電阻率1.電阻率基本公式2.電阻率單位SI制中第一節(jié)電阻率法第8頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月3.主要巖礦石電阻率及其變化范圍ρ沉＜ρ變＜ρ火沉積巖：10～102Ω·ｍ火成巖：102

～

105Ω·ｍ變質巖：介于兩者之間第一節(jié)電阻率法第9頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月4.影響巖石電阻率的主要因素⑴礦物成分、含量及結構

金屬礦物含量↑，電阻率↓結構：侵染狀＞細脈狀⑵巖礦石的孔隙度、濕度

孔隙度↑，含水量↑，電阻率↓風化帶、破碎帶，含水量↑，電阻率↓⑶水溶液礦化度

礦化度↑，電阻率↓第一節(jié)電阻率法第10頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月⑷溫度溫度T↑，溶解度↑，離子活性↑，電阻率↓

結冰時，電阻率↑⑸壓力壓力↑，孔隙度↓，電阻率↑超過壓力極限，巖石破碎，電阻率↓⑹構造層這種層狀構造巖石的電阻率，則具有各向異性，即沿層理方向的電阻率小于垂直層理方向的電阻率。第一節(jié)電阻率法第11頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月地下水及其他天然水的電阻率均較低，通常小于100Ω.m，并且含鹽分越多，電阻率值越低。巖、礦石中所含水分的多少(或濕度大小)對其電阻率值有較大影響。一般含水量大的巖石電阻率較低，而含水量小或干燥巖石的電阻率較高。巖石含水量的大小，主要決定于巖石本身的孔隙度及當?shù)氐乃牡刭|條件。在潛水面以下，巖石孔隙通常被地下水所充滿，此時，巖石的濕度便等于其孔隙度。第一節(jié)電阻率法巖（礦）石的電阻率與所含水分的關系第12頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）、均勻各向同性半空間點電源的電場為了研究地下電流場地分布規(guī)律，設大地是水平的，與不導電的空氣接觸，介質充滿整個地下半空間，且電阻率在介質中處處相等，稱這樣的介質模型為均勻各向同性半空間。即第一節(jié)電阻率法地面第13頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月為了建立地下電場，總是用兩個電極（例如A、B）向地下供電。這兩個接地的電極（A、B）稱為“供電電極”。

第一節(jié)電阻率法任意四裝極置示意圖第14頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月兩個異性點電源的電場第一節(jié)電阻率法在任意的M處的，可按場的疊加原理知：AB地面ρ空氣ρρρAMBMM第15頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）、電阻率公式及視電阻率

1.（均勻大地）電阻率公式第一節(jié)電阻率法MNAB地面ρ空氣ρρρ第16頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)電阻率法則→均勻大地電阻率公式裝置系數(shù)第17頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)電阻率法上面所討論的情況是在地形水平、地下僅有單一的均勻各向同性介質。然而實際中，地下巖石的導電性往往是不均勻的、且地形亦不是水平的，因此有必要進一步討論非均勻條件下地中電流場分布的情況。2.非均勻介質中的地下電流場及視電阻率（1）非均勻介質中的地下電流場（a）均勻巖石；（b）圍巖中賦存良導礦體；（c）圍巖中賦存高阻巖體第18頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）視電阻率當?shù)乇聿凰交蛘叩叵码娮杪史植疾痪鶆驎r（存在兩種或者兩種以上介質），仍然采用前述均勻介質中的供電方式及測量方式，仍由前述的公式計算“電阻率值”，不過這時計算出的“電阻率值”，既不是ρ1，也不是ρ2和ρ3，而是三者都有關的一個量，稱為“視電阻率”，用符號ρs表示，即※視電阻率——在電場有效作用范圍內各種地質體電阻率的綜合影響值。第一節(jié)電阻率法第19頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)電阻率法A(+I)B(-I)X(a)(b)地電斷面？？電阻率不均勻時地下電流分布示意圖地電斷面的概念MNV在自然界中，地下地質情況是復雜的，各種不同巖(礦)石分布是不均勻的。在電法勘探中，常把按電阻率劃分的地質斷面稱為地電斷面。第20頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月由視電阻率的計算公式可知，其儀器功能就是測量出供電電流I及測量電極M、N間的電位差△UMN即可。除儀器外，其它裝備還有：供電電極——鐵棒或銅棒測量電極——銅棒、導線及供電電源。第一節(jié)電阻率法（四）、電阻率法的儀器和裝備第21頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月重慶地質儀器廠第22頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月在電法勘查中，為了解決不同的地質問題，常采用不同的裝置。目前，我國采用的電阻率裝置類型有電剖面法、中間梯度法和電測深法。電阻率剖面法簡稱電剖面法。它包括許多分支裝置：二級裝置、三級裝置、聯(lián)合剖面裝置、對稱四級裝置和偶極裝置等。第一節(jié)電阻率法（五）、電阻率法的常用電極裝置類型第23頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)電阻率法二級裝置（AM）三級裝置（AMN）聯(lián)合三級裝置（AMN∞MNB）對稱四級裝置（AMNB）偶極裝置（ABMN）中間梯度裝置（AMNB）第24頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月思考題什么是電法勘探？電法勘探的類型？影響巖石電阻率的因素有哪些？解釋下列名詞：均勻各向同性半空間；裝置系數(shù)；地電斷面；視電阻率；掌握均勻大地電阻率公式。第25頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)電阻率法二、電剖面法方法特點：研究地電斷面橫向變化的一類方法——采用固定的電極距，沿剖面移動電極裝置，觀測一定深度范圍內視電阻率沿剖面的變化。解決主要地質問題：探測產狀陡立的高、低阻體，如劃分不同巖性接觸帶、追索斷層及構造破碎帶。第26頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)電阻率法裝置特點：各電極間距離保持不變，使整個或部分裝置沿著測線移動，逐個測量視電阻率的值，探測深度保持在同一范圍內。所得到的ρs曲線是反映測線下某一深度范圍內不同電性物質沿水平方向的分布情況。分類：電阻率法聯(lián)合剖面法中間梯度法對稱剖面法偶極剖面法第27頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月1.裝置特點及ρs公式AO=BOMO=NOOC>5AO（AMN∞）（∞MNB

）（一）聯(lián)合剖面法在測量時，C極固定不動，AMNB間保持距離不變，四個極沿測線同時移動，逐點進行測量，測點為M、N的中點O。每個點測量兩次，得到兩個ρs值由于C極為無窮遠極，它在M、N處產生的電位很小，故可忽略不計，因此，聯(lián)合剖面法的電場可視為一個“點電源”的電場。第一節(jié)電阻率法C第28頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月2.聯(lián)合剖面法ρs曲線特征分析直立良導薄脈上的聯(lián)合剖面曲線的分析1—正交點；2—良導薄脈；3—A電極的電流線(示意圖)直立低阻薄脈上聯(lián)合剖面法ρs曲線特征第29頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月由圖可見：①在直立良導薄脈頂部上方，與相交，且（圍巖）②交點左側交點右側，此交點稱為聯(lián)合剖面法的“正交點”（或低阻交點）；③與曲線對稱，交點兩側，兩條曲線明顯張開。第一節(jié)電阻率法第30頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月當薄脈為直立高阻脈時：聯(lián)合剖面法曲線ρs曲線右圖。兩條曲線也有一交點，但交點左側，交點右側，此交點稱為聯(lián)合剖面法的“反交點”；且反交點不明顯，而且兩條曲線近于重合。第一節(jié)電阻率法第31頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月當薄脈傾斜時：

曲線不對稱，交點兩側兩條曲線所圍的面積不相等。薄脈向兩條曲線所圍面積較大的一側傾斜。第一節(jié)電阻率法第32頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月

在實際工作中，常采用不同極距的聯(lián)合剖面曲線交點的位移來判斷脈狀體的傾向。第一節(jié)電阻率法第33頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月(二)中間梯度法采用四極AMNB裝置，A、B供電，M、N兩電極測量，供電電極距AB很大，工作時，A、B固定不動，M、N在AB中部（1/2～1/3）AB范圍內同時移動，逐點進行測量，測點為

MN的中點。也可以在AB連線兩側1/6AB范圍內的測線上布置MN進行測量?！耙痪€布極，多線測量”AB=(70～80)HH浮土厚MN=(1/30～1/50)AB1.裝置特點及ρs公式：第34頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月K不是恒定的，而是逐點變化的第一節(jié)電阻率法ρs第35頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)電阻率法由圖可見：中間梯度法主要用來尋找陡傾的高阻薄脈（如石英脈、偉晶巖脈等）；原因：在均勻場中，高阻體的屏蔽作用比較明顯，排斥電流使其匯聚于地表附近，使jMN急劇增加，致使ρs曲線上升，形成突出的高峰。而低阻薄脈易于讓電流垂直通過，只使jMN發(fā)生很小的變化，故ρs異常不明顯

。第36頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月A、B、M、N四個電極排列在一條直線上，并且相對于MN的中點O對稱分布，AO=BO,NO=MO,AMNB又稱為“對稱四極剖面法”

（三）對稱剖面法第一節(jié)電阻率法1.裝置形式及ρs公式第37頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月對稱剖面法與中間梯度法都屬于兩個異性點電源的場，測量電極都位于剖面的中部，屬均勻場，ρs異常曲線的特點與中間梯度法類似，但ρs曲線比中間梯度的ρs曲線復雜、生產效率低些?！虼耍话隳苡弥虚g梯度法解決的問題，就不用對稱四級剖面法。根據(jù)場的疊加原理，易證明對稱剖面法的ρSAB

為聯(lián)合剖面法兩個視電阻率（ρSA

和ρSB

）值的平均值，即：第一節(jié)電阻率法第38頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月由圖可見：顯然低阻薄脈上的對稱剖面法ρｓ異常不如聯(lián)合剖面法的異常反應明顯。因此，一般不用對稱四極剖面法尋找低阻的薄脈狀地質體。第一節(jié)電阻率法AB過大AB過小ρ0<ρ1<ρ2第39頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)電阻率法例1:用對稱四極剖面法尋找地下古河道。某古河道兩側以及下部巖石由砂粘土組成，電阻率較低。而古河床中充填的沙卵石則為高阻。應用實例1第40頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月1.電測深法概念

電測深法是在同一點上逐次擴大供電電極距，使探測深度逐漸增大，以此來得到觀測點處沿垂直方向上由淺到深的ρs變化情況。第一節(jié)電阻率法三、電測深法電測深法主要用于探測水平產狀（或傾角不超過20°）的不同電性層的分布（如斷裂帶，含水破碎帶等）第41頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月2.裝置形式及視電阻率公式有四極、三級、偶極等形式，通常采用對稱四級裝置AO=BO;MO=NOk－隨電極距地逐次擴大而改變。第一節(jié)電阻率法第42頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月3.電測深曲線視電阻率ρs隨著供電極距（AB/2）變化的曲線，稱之為電測深曲線。電測深曲線的特點：（1）每個電測深點均可以得到一條電測深曲線（2）該曲線通常以AB/2為橫坐標，以ρs為縱坐標，繪制在模數(shù)為6.25cm的雙對數(shù)坐標紙上。第一節(jié)電阻率法第43頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)電阻率法電測深曲線第44頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月電測深曲線類型AB/2AB/2AB/2AB/2AB/2AB/2AB/2G型D型H型K型A型Q型HA型KH型AA型QQ型HK型KQ型AK型QH型二層曲線三層曲線四層曲線第一節(jié)電阻率法第45頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月電測深法主要圖件：視電阻率斷面圖（剖面和平面等值線圖）電測深曲線類型圖（分為剖面上和平面上）注意曲線類型的變化，一般反應了電性層的變化，如構造接觸帶、地層尖滅、基底起伏等。第一節(jié)電阻率法第46頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）高密度電法概述(二)高密度電阻率法常用裝置（三）三電位電極系視參數(shù)及特點四、高密度電阻率法第一節(jié)電阻率法（四）高密度電阻率法的實際應用第47頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月電剖面法測量示意圖電測深法測量示意圖AMNBAMNB(一)高密度電阻率法概況第48頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月高密度電阻率法電測剖面法電測深法第一節(jié)電阻率法高密度電阻率法第49頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月高密度電阻率法測量儀器1.主機2.轉換開關3.電池4.電極5.電纜線第一節(jié)電阻率法高密度電阻率法第50頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)電阻率法高密度電阻率法第51頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月實踐證明，高密度電阻率法是一種多快好省的勘探方法，目前在地基勘查、壩基選址、水庫或堤壩查漏、地裂縫探測、巖溶塌陷及煤礦采空區(qū)調查等方面得到了廣泛的應用，解決了諸多實際問題。第一節(jié)電阻率法高密度電阻率法第52頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月1)．高密度電阻率法的裝置形式

采用三電位電極系。第一節(jié)電阻率法高密度電阻率法三電位電極系是將溫納四極、偶極及微分裝置按一定方式組合后所構成的一種統(tǒng)一測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)在實際測量時，只須利用電極轉換開關，便可將每四個相鄰電極進行一次組合。從而在一個測點便可獲得多種電極排列的測量參數(shù)。第53頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月施工過程為：先以固定間距x沿測線布置若干根電極，這些電極在整個測量過程中固定在原處不動；取a=nx(n=1，2，3，...)，對每一個取定的活動電極間距a，將兩兩相距為a的四根電極經電極轉換開關連接到儀器上，一次完成各種裝置形式的電阻率測量(各裝置形式的記錄點均選在電極排列的中點)；一個測點的全部測量完成后，將整個電極排列向前移動一個x距離，然后進行下一測點的觀測，這種過程重復進行，直到活動電極間距為a的整條剖面全部測完為止。2)．高密度電阻率法的測量過程第一節(jié)電阻率法高密度電阻率法第54頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月由于一條剖面地表測點總數(shù)是固定的，因此，當極距擴大時，反映不同勘探深度的測點數(shù)將依次減少。把三電位電極系的測量結果置于測點下方深度為a的點位上。于是，整條剖面的測量結果便可以表示成一種倒三角形的二維斷面的電性分布。第一節(jié)電阻率法高密度電阻率法第55頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月高密度電阻率法測點分布示意圖第一節(jié)電阻率法高密度電阻率法第56頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月①點距x的選擇主要依據(jù)勘探的詳細程度（1～10米）。②最大電極距的大小，取決于預期勘探深度；隔離系數(shù)n一般1～15或更大；③無窮遠極C要求CO＞（3～5）AO。說明：第一節(jié)電阻率法高密度電阻率法第57頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月(二)高密度電阻率法常用裝置第一節(jié)電阻率法高密度電阻率法第58頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)電阻率法高密度電阻率法第59頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月【特點】測量斷面為倒梯形?！久枋觥繙y量時，AB=BM=MN=a為一個電極間距，A、B、M、N逐點同時向右移動，得到第一條剖面線；接著AB、BM、MN增大一個電極間距，A、B、M、N逐點同時向右移動，得到另一條剖面線；這樣不斷掃描測量下去，得到倒梯形斷面。

偶極裝置排列示意圖第60頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)電阻率法高密度電阻率法第61頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月γ（微分）裝置排列示意圖【特點】測量斷面為倒梯形。【