電法勘探實(shí)驗(yàn)報(bào)告(中南大學(xué))

1、電 法 勘 探 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告電 法 勘 探實(shí)驗(yàn)報(bào)告班 級(jí)： 地科1301班 學(xué) 號(hào)： 0403130105 姓 名： 莊銘煌 指導(dǎo)老師： 嚴(yán)家斌、龔安棟 地球科學(xué)與信息物理學(xué)院 2015年12月目錄第1章 實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)述 2第2章 實(shí)驗(yàn)儀器 2 一、DDC-5 電子自動(dòng)補(bǔ)償儀2 二、雙頻激電儀2第3章 實(shí)驗(yàn)原理及操作 3 一、中梯裝置3 二、三極裝置3 三、二級(jí)裝置4 四、偶極裝置4 五、對(duì)稱四級(jí)裝置5 六、溫納裝置5 七、礦石電阻率測(cè)量裝置5第4章 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析 6 一、中梯裝置6 二、三極裝置8 三、二級(jí)裝置10 四、偶極裝置11 五、對(duì)稱四級(jí)裝置14 六、溫納裝置16 七、礦石電阻率測(cè)量裝

2、置17第5章 實(shí)驗(yàn)小結(jié)19第一章 實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)述電法勘探，即根據(jù)地殼中不同巖層之間、巖石和礦石之間存在的電磁性質(zhì)差異，通過觀測(cè)天然存在的或由人工建立的電場(chǎng)、電磁場(chǎng)分布，研究地質(zhì)構(gòu)造、尋找有用礦產(chǎn)資源，解決工程、環(huán)境、災(zāi)害等地質(zhì)問題的一類地球物理勘探方法，是一種常用的勘探方法。此次實(shí)驗(yàn)以水槽模擬實(shí)驗(yàn)為主，包括電阻率法和激發(fā)極化法兩種方法；此外，還有測(cè)量礦體電阻率實(shí)驗(yàn)。多個(gè)電法實(shí)驗(yàn)的完成，加深我們對(duì)理論知識(shí)的理解，熟悉并學(xué)會(huì)DDC-5和雙頻激電儀的操作流程，讓我們對(duì)電法勘探過程有更加直觀的理解。第2章 實(shí)驗(yàn)儀器一、DDC-5 電子自動(dòng)補(bǔ)償儀DDC5是一種直流電法儀器，它將傳統(tǒng)電法儀器的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)組裝

3、在一個(gè)箱體里，可直接用于電阻率法的測(cè)量?？芍苯语@示所測(cè)得的參數(shù)值，如視電阻率值Rs值，及電流I和電壓V的平均值。該儀器廣泛用于尋找地下水源，解決人畜用水及工農(nóng)業(yè)用水問題。用于水文工程，環(huán)境的地質(zhì)勘探及高分辨電阻率法工程地質(zhì)勘探，用于金屬與非金屬礦產(chǎn)資源勘探，能源勘探，城市物探，鐵道及橋梁工程勘探，并用于找地?zé)?，確定水庫(kù)壩基和防洪大堤隱患位置等。二、雙頻激電儀SQ-3C雙頻道輕便型激電儀是基于中華人民共和國(guó)地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)雙頻道激發(fā)極化法技術(shù)規(guī)定開發(fā)完成，該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊組成。數(shù)據(jù)采集模塊屬嵌入式軟件，嵌入運(yùn)行在雙頻激電儀的接收機(jī)和發(fā)送機(jī)內(nèi)，主要有模塊參數(shù)設(shè)置功能、信號(hào)發(fā)送功能

4、、電流自動(dòng)紀(jì)錄功能、模塊校準(zhǔn)功能、數(shù)據(jù)采集功能、數(shù)據(jù)查詢功能、數(shù)據(jù)成圖功能。數(shù)據(jù)處理模塊運(yùn)行在Windows操作平臺(tái)上，主要有通訊自動(dòng)連接、手動(dòng)掃描串口、電流數(shù)據(jù)傳輸、剖面數(shù)據(jù)傳輸、測(cè)深數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)保存、電流數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)打印。該系統(tǒng)用于雙頻激電方法適用于在礦產(chǎn)探測(cè)中信號(hào)的采集、傳輸和數(shù)據(jù)處理。金屬非金屬固體礦產(chǎn)勘察、水文工程、物探以及探測(cè)其他具有電性差異的目標(biāo)體。 第三章 實(shí)驗(yàn)原理及操作1、 中梯裝置圖3-1中梯裝置示意圖 如圖所示，中梯裝置的特點(diǎn)是：供電電極AB距離去的很大，且固定不動(dòng)；測(cè)量電極MN在其中間三分之一地段逐點(diǎn)測(cè)量。記錄點(diǎn)去在MN中點(diǎn)。此外，中梯裝置還可在離開AB連線一定距離

5、且平行于AB的旁側(cè)線上進(jìn)行觀測(cè)。實(shí)驗(yàn)裝置如右圖所示。實(shí)驗(yàn)中，將供電電極A、B接在坐標(biāo)尺的兩端，即AB=1m，以測(cè)量電極M、N的中點(diǎn)為記錄點(diǎn)，測(cè)量剖面的視電阻率，觀察異常變化。二、三極裝置圖3-2三極裝置示意圖如圖所示，聯(lián)合剖面由兩個(gè)三極裝置聯(lián)合組成，其中供電電極B置于無窮遠(yuǎn)，記錄點(diǎn)為MN中點(diǎn)O。兩個(gè)三極裝置聯(lián)合組成聯(lián)合剖面裝置。實(shí)驗(yàn)中，將一個(gè)供電電極置于水池壁邊緣，充作無窮遠(yuǎn)極。當(dāng)進(jìn)行剖面實(shí)驗(yàn)時(shí)，取AO=BO=15cm，MN=2cm，移動(dòng)MN；進(jìn)行測(cè)深實(shí)驗(yàn)時(shí)，將MN的中心點(diǎn)置于坐標(biāo)尺中點(diǎn)，單向移動(dòng)供電電極A進(jìn)行測(cè)量。三、二極裝置圖3-3二極裝置示意圖如圖所示，二極裝置的特點(diǎn)是：供電電極B和測(cè)量

6、電極N均置于無窮遠(yuǎn)。實(shí)驗(yàn)中，由于條件限制，將供電電極B和測(cè)量電極N分別置于水池壁的兩個(gè)角落，原理供電電極A和測(cè)量電極M，充作無窮遠(yuǎn)。由于時(shí)間關(guān)系，二極裝置的實(shí)驗(yàn)只做了測(cè)深實(shí)驗(yàn)。與之前三級(jí)測(cè)深實(shí)驗(yàn)不同的是，此次實(shí)驗(yàn)將N設(shè)置在坐標(biāo)尺的60cm處，故水槽壁的影響頗大。4、 偶極裝置圖3-4偶極裝置示意圖如圖所示，偶極裝置的特點(diǎn)：供電電極AB和測(cè)量電極MN均采用偶極并分開有一定距離，四個(gè)電極都在一條直線上。需要說明的是，對(duì)于值n，DDC-5電子自動(dòng)補(bǔ)償儀和雙頻激電儀的設(shè)置略有不同。DDC-5電子自動(dòng)補(bǔ)償儀的na，是指AB的中點(diǎn)到MN中點(diǎn)的距離，而雙頻激電儀則是指BM之間的距離。圖3-5對(duì)稱四極裝置示意

7、圖 五、對(duì)稱四極裝置如圖所示，對(duì)稱四極裝置的特點(diǎn)是AM=NB，記錄點(diǎn)取在MN中點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)中，測(cè)量了多組極距，如AB/2=9cm、AB/2=15cm；也測(cè)量了多個(gè)異常體，包括低阻板、板磚等。 六、溫納裝置圖3-6溫納裝置示意圖 溫納裝置是一種特殊的對(duì)稱四極裝置，其特點(diǎn)為AM=MN=NB=a。由于溫納剖面效果不佳，不常使用，故此次實(shí)驗(yàn)只研究溫納測(cè)深曲線。測(cè)點(diǎn)設(shè)置為坐標(biāo)尺中點(diǎn)。 七、礦石電阻率測(cè)量裝置圖3-7礦石電阻率測(cè)量裝置示意圖實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ腿缬覉D所示，在混合好的硫酸銅面團(tuán)卡在所測(cè)礦體兩側(cè)，并用支架架好，確保礦體懸空絕緣。將供電電極A、B接在礦體和硫酸銅面團(tuán)之間，并在礦體上取合適的一段，綁縛上銅絲，并接

8、上測(cè)量電極M、N。確保準(zhǔn)備工作無誤，給礦體供電。由于未設(shè)置裝置系數(shù)，故測(cè)量并記錄電位差U、電流I、橫截面積S以及長(zhǎng)度L，由公式算得電阻率。第4章 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析1、 中梯裝置1、視電阻率異常選取低阻金屬板，分別水平及豎直放置，用DDC-5測(cè)量其視電阻率。結(jié)果如下：圖4-1-1中梯裝置電阻率曲線（金屬板）由圖可知，中梯裝置測(cè)量水平低阻板的曲線比較明顯，趨近于水平板中心位置時(shí)，有明顯的異常變化。然豎直低阻板的曲線也十分明顯，與書上所述有所不同，在豎直板正上方出現(xiàn)了高阻異常。這是由于薄低阻板的激發(fā)極化效應(yīng)導(dǎo)致的假異常。因此，中梯裝置適合尋找水平低阻體，而并不適合尋找豎直低阻體。此外，還進(jìn)行了不同剖面

9、上的測(cè)量。如下圖所示，為水平低阻板多剖面測(cè)量曲線圖。由圖可見，四條側(cè)向剖面視電阻率曲線皆中部下凹平緩，呈現(xiàn)盆狀，這是由于側(cè)向距選取不當(dāng)，略微偏大，以及實(shí)驗(yàn)條件限制等多種因素，導(dǎo)致測(cè)出的效果并不理想。若無四周水池壁的影響，則這些曲線可能趨向于一條平緩的直線，說明側(cè)向距過大時(shí)，實(shí)驗(yàn)所用的低阻板對(duì)其影響不大。圖4-1-1中梯裝置水平低阻板旁側(cè)線測(cè)量2、激電異常 圖4-1-3中梯裝置低阻板激電異常仍然選取低阻金屬板（29.0cm*17.4cm*0.4cm），深約6.2cm，水平放置。用雙頻激電儀對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果如上圖所示?？梢?，遠(yuǎn)離異常體時(shí)，無極化現(xiàn)象；當(dāng)靠近異常體，產(chǎn)生激電異常，水平板中部上方二次

10、場(chǎng)方向和一次場(chǎng)方向相同，視極化率為正值，且出現(xiàn)極大值；當(dāng)靠近水平板兩側(cè)時(shí)，二次場(chǎng)方向與以磁場(chǎng)方向相反，視極化率為負(fù)值。二、三極裝置1、剖面a) 視電阻率異常聯(lián)合剖面裝置測(cè)量水平低阻板（32.0cm*17.5cm*0.5cm），深約4.7cm，結(jié)果如下圖所示。由圖可知，兩條曲線大致對(duì)稱，產(chǎn)生正交點(diǎn)，說明水槽中存在水平金屬板，與實(shí)際相符合。 圖4-2-1聯(lián)合剖面裝置測(cè)量水平低阻版b) 激電異常取上述水平板，進(jìn)行測(cè)量。由于聯(lián)合剖面裝置測(cè)得的曲線是由兩個(gè)三極剖面裝置測(cè)得的曲線組成，且兩條曲線相互對(duì)稱，故僅測(cè)量三極剖面。測(cè)得激電異常如下：圖4-2-1三極裝置水平低阻板激電異常上圖與中梯裝置激電異常圖趨勢(shì)

11、相似，其因也類似，在此不贅述。2、測(cè)深a) 視電阻率異常 依舊取上述水平板，測(cè)量結(jié)果如下：圖4-2-2三極測(cè)深視電阻率曲線初看，曲線先上升，后下降，再上線，呈現(xiàn)KH型；然曲線初始部分，電極距離過近，難免產(chǎn)生一些影響，帶來誤差，若除去誤差，曲線整體呈現(xiàn)H型，說明水槽中存在三層，中間的一層為低阻層，與實(shí)際中存在低阻異常體的情況相吻合。b) 激電異常 下圖為三級(jí)測(cè)深實(shí)驗(yàn)的激電異常曲線圖。圖4-2-3 三極測(cè)深裝置激電異常由曲線可知，視極化率先呈上升趨勢(shì)，后來達(dá)到極大，趨于飽和。這是由于極距尚小時(shí)，測(cè)深小，水平板附近電流密度小，所以視極化率??；隨著極劇增大，測(cè)深增大，水平板二次場(chǎng)增強(qiáng)，故視極化率增大。

12、極距持續(xù)增加，低阻水平板吸引電流，此時(shí)水平板完全處于均勻外電場(chǎng)中，二次場(chǎng)變化不大，故視極化率趨于飽和。3、 二極裝置下圖為二極裝置測(cè)深曲線。圖4-3-1 二極裝置測(cè)深視電阻率曲線由圖可見，曲線并不理想，這是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室條件所限，兩個(gè)無窮遠(yuǎn)極的條件難以實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致二極裝置實(shí)驗(yàn)做出的效果不佳。未知野外效果如何？下圖為測(cè)深激電異常曲線，同樣不甚理想。圖4-3-2 二極測(cè)深激電異常曲線四、偶極裝置1、剖面a) 視電阻率異常用偶極裝置分別測(cè)量低阻球體和高阻板，曲線如下。 圖4-4-1偶極裝置測(cè)量低阻球體曲線圖 圖4-4-2偶極裝置測(cè)量高阻板曲線圖由圖可見，低阻球體曲線變化并不明顯，而高阻板視電阻率異常明顯，

13、在高阻水平板中部出現(xiàn)極大值，而在高阻板兩側(cè)出現(xiàn)極小值。與其他同學(xué)交流后，對(duì)比其他同學(xué)的測(cè)量結(jié)果，得知在當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室的條件下，測(cè)量低阻球體效果并不理想，而高阻板、低阻板尚佳。應(yīng)當(dāng)如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，是今后需要思考的問題之一。b) 激電異常偶極裝置測(cè)量水平高阻板的視極化率曲線如下： 圖4-4-3偶極裝置水平高阻板激電異常由圖可見，異常相對(duì)板中心是對(duì)稱的。當(dāng)n偏?。╪=3）時(shí)，水平板中心有較小的正異常，隨著n的增加（n=7），異常逐漸增大，當(dāng)達(dá)到某個(gè)值時(shí)，有極大值。進(jìn)一步增加電極距（n=9）時(shí)，則異常減小，出現(xiàn)雙峰。然而由于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)過少，無法判斷偶極裝置測(cè)量的最佳電極距。這是今后需要探索研究的問題之一。2、

14、測(cè)深a) 視電阻率異常測(cè)點(diǎn)取坐標(biāo)尺中點(diǎn)。偶極裝置實(shí)驗(yàn)似乎是個(gè)不太好做的實(shí)驗(yàn)，前述測(cè)量低阻球異常就已十分不理想，測(cè)深實(shí)驗(yàn)情況同樣不盡人意。圖4-4-4偶極裝置測(cè)深曲線如上圖所示，為偶極裝置測(cè)深曲線。雖然乍看上去是比較標(biāo)準(zhǔn)的K型曲線，但實(shí)際測(cè)量的異常體是實(shí)打?qū)嵉牡妥璋?，理論上而言，得出的?yīng)該是完全相反的H型曲線。與其他同學(xué)討論后，發(fā)現(xiàn)雙方存在同樣的問題，這樣即排除了個(gè)別水槽和操作人員帶來的偶然誤差。那么，為何會(huì)有如此結(jié)果？大概時(shí)間會(huì)告訴我們答案。革命尚未成功，壯士仍需努力。b) 激電異常如下圖所示，為偶極裝置測(cè)深激電異常曲線圖。圖4-4-5偶極裝置測(cè)深激電異常由圖可見，曲線前半段是一個(gè)明顯的高峰，

15、先升后降，其原因前有所述，即Oo尚小時(shí)，測(cè)深小，水平板附近電流密度小，所以視極化率??；隨著Oo增大，測(cè)深增大，水平板二次場(chǎng)增強(qiáng)，故視極化率增大。與前述不同的是，后半段是一個(gè)較為平緩的低谷。Oo持續(xù)增加，視極化率極劇減小。這是由于Oo的長(zhǎng)度已超過板長(zhǎng)，此時(shí)低阻板上方已無電極，低阻板周圍的電流密度極劇減小，故視極化率也隨之減小。有意思的是，當(dāng)極距增到一定程度后，視極化率又呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)。究竟是水池壁的影響，還是其他的因素所致？一切盡待君探尋。 五、對(duì)稱四極裝置1、 剖面 a）視電阻率異常圖4-5-1 對(duì)稱四極高祖體電阻率異常 取AB/2=9cm以及15cm，MN/2=1cm，測(cè)量高阻板磚（23.

16、5cm*10.5cm*5.1cm），結(jié)果如上圖所示。由圖可見，在板磚正上方，兩條曲線均出現(xiàn)高阻異常；所不同的是，AB/2=15cm時(shí)，在板心上方有一個(gè)凹點(diǎn)。這是因?yàn)闃O劇增大時(shí)，AB的長(zhǎng)大于板長(zhǎng)（30cm>23.5cm），AB電極恰好均位于板磚外，而AB/2=9cm時(shí)，該區(qū)域內(nèi)AB總有一個(gè)位于板磚上方，兩者電流分布不同，故產(chǎn)生差異。b）激電異常圖4-5-2對(duì)稱四極剖面激電異常由于對(duì)稱四極裝置的對(duì)稱性，故所測(cè)視極化率較小且較為平緩，無大波動(dòng)。2、測(cè)深a) 視電阻率異常 下圖為對(duì)稱四極裝置測(cè)深曲線。由圖可見，此為較為明顯的H型曲線，其探測(cè)結(jié)果說明水槽中存在三層，其中中間一層略顯低阻，即水槽中存

17、在低阻異常體。這些都與實(shí)際相符。圖4-5-3對(duì)稱四極裝置測(cè)深曲線b) 激電異常如下圖所示，為對(duì)稱四極裝置測(cè)深激電異常曲線。圖4-5-4 對(duì)稱四級(jí)裝置測(cè)深激電異常由圖可見，視極化率隨極距的增加而增大。當(dāng)達(dá)到極大值后，視極化率便趨于飽和，不再增加。此與前述三極裝置測(cè)深的曲線類同，再次不多加贅述。 六、溫納裝置1) 視電阻率異常圖4-6-1溫納裝置測(cè)深視電阻率異常上圖為溫納測(cè)深視電阻率異常圖。由圖可見，曲線先小幅上升，再下降，后上升，是一條較為平緩的KH型曲線。除去誤差，便是所求的H型曲線。情況與前述三極裝置測(cè)深情況類同，在此不多加贅述。2) 激電異常圖4-6-2溫納裝置測(cè)深激電異常雖然溫納裝置屬于

18、對(duì)稱四極裝置的一種，但曲線卻不同之前對(duì)稱四極裝置所測(cè)。由圖可見，曲線先升后降，是一個(gè)明顯的單峰。這是由于極距尚小時(shí)，測(cè)深小，異常體附近電流密度小，所以視極化率??；隨著極劇增大，測(cè)深增大，異常體二次場(chǎng)增強(qiáng)，故視極化率增大。然而極距持續(xù)增加，直到電極距大于異常體的長(zhǎng)度，電極逐漸排列在異常體之外，水槽內(nèi)電流分布改變，導(dǎo)致異常體附近電流密度大幅下降，故視極化率也大幅下降。7、 礦石電阻率測(cè)量裝置1) 通電時(shí)間實(shí)驗(yàn)選取1個(gè)單位時(shí)間到12個(gè)單位時(shí)間，共計(jì)12個(gè)時(shí)間單位進(jìn)行測(cè)量；每個(gè)單位時(shí)間取12次測(cè)量結(jié)果，刪去誤差極大值。結(jié)果如下：圖4-7-1測(cè)量礦體電阻率最佳通電時(shí)間由圖可知，當(dāng)通電時(shí)間在5個(gè)單位時(shí)間以

19、內(nèi)時(shí)，所測(cè)得電阻率較為穩(wěn)定，且隨著通電時(shí)間的增加而增大；當(dāng)通電時(shí)間超過5個(gè)單位時(shí)間后，電阻率增大，且波動(dòng)幅度較大，測(cè)量結(jié)果變得不穩(wěn)定。此變化多因礦體內(nèi)部激發(fā)極化效應(yīng)造成。故最佳測(cè)量時(shí)間為5個(gè)時(shí)間單位。2) 供電電壓由于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)沒有可以調(diào)節(jié)電壓的電源，本次測(cè)量使用3V、6V、9V、12V供電電源。參考上次測(cè)量的數(shù)據(jù)，選取通電時(shí)間在5個(gè)單位時(shí)間進(jìn)行電阻測(cè)量。對(duì)折線圖觀察可發(fā)現(xiàn)，電阻在3V時(shí)明顯偏高，且出現(xiàn)大幅波動(dòng)；而在6V、9V、12V幾乎沒有變化，推測(cè)是由于黃鐵礦的半導(dǎo)體特性導(dǎo)致在3V時(shí)的電阻偏高且波動(dòng)較大。 圖4-7-2測(cè)量礦體電阻率最佳供電電壓因此，測(cè)量黃鐵礦石標(biāo)本電阻的最好電壓在6V以上，但是，測(cè)量時(shí)電流偏高一點(diǎn)比較準(zhǔn)確。所以，黃鐵礦石標(biāo)本測(cè)量電壓在12V比較合適。第5章 實(shí)驗(yàn)