地球物理勘探部分知識點

1、測量均勻大地的電阻率，原則上可以采用任意形式的電極排列來進行，即在地表任意兩點(A、B)供電，然后在任意兩點(M、N)測量其間的電位差，根據(jù) （5.2.10)式便可求出M、N兩點的電位. AB在MN間產(chǎn)生的電位差由上式解出大地電阻率,大地電阻率的計算公式為 上式即為在均勻大地的地表采用任意電極裝置(或電極排列)測量電阻率的基本公式。 其中K為電極裝置系數(shù)。電法勘探的基本概念電法勘探是以研究地殼中各種巖石、礦石電學性質之間的差異為基礎，利用電場或電磁場（天然或人工）空間和時間分布規(guī)律來解決地質構造或尋找有用礦產(chǎn)的一類地球物理勘探方法，通稱為電法。場源 穩(wěn)定電流場：點電源電場、兩異極性點電源電場、

2、偶極子源電場。 變化電流場：電磁場裝置類型：對稱四極、三極、偶極視電阻率均勻介質電阻率計算公式實際上大地介質常不滿足均勻介質條件，地形往往起伏不平，地下介質也不均勻，各種巖石相互重疊，斷層裂隙縱橫交錯，或者有礦體充填其中，這時由上式得到的電阻率值在一般情況下既不是圍巖電阻率，也不是礦體電阻率，我們稱之為視電阻率。用s 表示介質視電阻率計算公式視電阻率與真電阻率在概念上有本質的不同，決定視電阻率值大小的因素有： 1） 不均勻體的電阻率及圍巖電阻率； 2） 不均勻地質體的分布狀態(tài)（形狀大小、深淺及產(chǎn)狀等）； 3） 供電電極和測量電極間的相互位置； 4） 工作裝置和地質體的相對位置電測深 電測深法是

3、根據(jù)巖石和礦石導電性的差異，在地面上不斷改變供電電極和測置電極的位置，觀測和研究所供直流電場在地下介質中的分布，了解測點電阻率沿深度的變化，達到測深、找礦和解決其他地質問題的目的。實踐證明，電測深法無論在普查金屬、非金屬礦產(chǎn)方面，還是在能源勘探、地質填圖以及水文、工程地質調查等方面，都有良好的地質效果，發(fā)揮著重要作用 電測深法是在同一測點上逐次增大供電電極距，使勘探深度由小逐漸加深，于是可觀測到測點處沿深度方向的視電阻率的變化規(guī)律。通過對反映地電斷面變化的電測深s曲線的分析，可以了解深度方向地質剖面的特征。自然電場：由地球表層內(nèi)礦體、地下水和各種水系間的物理化學作用產(chǎn)生的電場。自然電場的形成原

4、因 氧化還原：地下水溶液與礦石間的電化學作用。  過濾作用（吸附）：地下水的滲流和過濾作用。  接觸擴散：礦化溶液的離子在巖石交界面上的擴散和巖石骨架對離子的吸附作用。自然電場的野外工作方法 電位法 梯度法充電法：是以巖石電阻率為基礎的一種直流電法勘探，根據(jù)充電體與圍巖電性差異，向充電礦體充電，使充電體變?yōu)橐坏任惑w或似等位體，研究充電體和其周圍電場分布特征，從而解決充電體的形狀、大小和產(chǎn)狀等地質問題；充電法野外工作方法：電位法、梯度法、直接追索等位線法激發(fā)極化法：在充電和放電過程中產(chǎn)生隨時間緩慢變化的附加電場現(xiàn)象，稱為激發(fā)極化效應（簡稱激電效應），它是巖、礦石及其所含水溶液

5、在電流作用下所發(fā)生的復雜電化學過程的結果。激發(fā)極化法（簡稱激電法）是以不同巖、礦石激電效應之差異為物質基礎，通過觀測和研究大地激電效應，來探查地下地質情況的一種分支電法。 激電法可以沿用電阻率法的各種電極裝置，其中用得比較廣泛的有中間梯度（中梯）、聯(lián)合剖面（聯(lián)剖）、對稱四極測深（測深）和偶極一偶極（偶極）等裝置高密度電阻率法實際上是一種陣列式勘探方法。野外測量時只需將全部電極(幾十至上百根)置于測點上，然后利用程控電極轉換開關和微機工程電測儀便可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速和自動采集，當將測量結果送入微機后，可對數(shù)據(jù)進行處理并得出關于地電斷面分布的各種圖示結果。高密度電阻率法是集測深和剖面法于一體的一種多裝

6、置、多極距的組合方法，它具有一次布極即可進行多裝置數(shù)據(jù)采集以及通過求取比值參數(shù)而能突出異常信息的特點 。高密度電阻率相對于常規(guī)電阻家法而言、它具有以下特點： 電極布設是一次完成的，不僅減少了因電極設置而引起的故障和干擾，而且為野外數(shù)據(jù)的快速和自動測量奠定了基礎。 能有效的進行多種電極排列方式的掃描測量，因而可以獲得較豐富的關于地電斷面結構特征的地質信息。 野外數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)了自動化或半自動化，不僅采集速度快，而且避免了由于手工操作所出現(xiàn)的錯誤。 可以對資料進行預處理并顯示剖面曲線形態(tài)，脫機處理后還可自動繪制和打印各種成果圖件。 與傳統(tǒng)的電阻率法相比，成本低、效率高，信息豐富，解釋方便，勘探能力顯

7、著提高。探地雷達利用一個天線發(fā)射高頻寬頻帶電磁波，另一個天線接受來自地下介質界面的反射波。電磁波在介質中傳播時，其路徑、電磁場強度與波形將隨所通過介質的電性質及幾何形態(tài)而變化。因此，根據(jù)接收到波的旅行時間（亦稱雙程走時）、幅度與波形資料，可推斷地下介質的分布情況。地質雷達由發(fā)射部分和接收部分組成。發(fā)射部分由產(chǎn)生高頻脈沖波的發(fā)射機和向外輻射電磁波的天線(Tx)組成。通過發(fā)射天線電磁波以60°90°的波束角向地下發(fā)射電磁波，電磁波在傳播途中遇到電性分界面產(chǎn)生反射。反射波被設置在某一固定位置的接收天線（Rx）接收，與此同時接收天線還接收到沿巖層表層傳播的直達波，反射波和直達波同時

8、被接收機記錄或在終端將兩種顯示出來。測量方式 1）、剖面法2）、多次覆蓋3）、寬角法剖面法是發(fā)射天線(T)和接收天線(R)以固定間距沿測線同步移動的一種測量方式，當發(fā)射天線與接收天線間距為零，亦即發(fā)射天線與接收天線合二為一時稱為單天線形式，反之稱為雙天線形式。剖面法的測量結果可以用探地雷達時間剖面圖來表示。該圖像的橫坐標記錄了天線在地表的位置；縱坐標為反射波雙程定時，表示雷達脈沖從發(fā)射天線出發(fā)經(jīng)地下界面反射回到接收天線所需的時間。這種記錄能準確反映測線下方地下各反射界面的形態(tài)。多次覆蓋：由于介質對電磁波的吸收，來自深部界面的反射波會由于信噪比過小而不易識別。這時可應用不同天線距的發(fā)射接收天線在

9、同一測線上進行里復測量，然后把測量記錄中相同位置的記錄進行疊加，這種記錄能增強對深部地下介質的分辨能力。當一個天線固定在地面某一點上不動，而另一個天線沿測線移動，記錄地下各個不同界面反射波的雙程走時，這種測量方式稱為寬角法。探地雷達已在工程地質勘察、災害地質調查、地基基礎施工質量檢測、考古調查、管線探測、公路工程質量檢測等多個領域中得到了廣泛應用。 巷道圍巖松動圈探測，巷道冒落影響范圍探測，襯砌質量檢測，高速公路檢測，鐵路路基探測波前（波陣面）介質中的各點剛剛開始振動，形成的曲面叫在時刻t1的波前波面（等相面）如果在一個曲面上各個點是同時（在時刻t1）開始振動的，它們的振動是同相的，這樣的曲面

10、稱為波面地震處理三個基本階段：預處理：將野外采集數(shù)據(jù)轉換成適合計算機處理的格式，并對數(shù)據(jù)作相應編輯和校正。常規(guī)處理：對地震數(shù)據(jù)作基本處理運算，包括反褶積、疊加和偏移三大技術 ；特殊處理（目標處理）：針對不同目的采用的特殊處理手段。屬性分析：從地震反射波中提取地震波的動力學參數(shù)，分析動力學參數(shù)與儲層或目的層地質屬性之間的關系。反演:利用觀測地震數(shù)據(jù)推測地球內(nèi)部介質性質。地震反演方法很多，聲阻抗反演應用最廣。另外還有旅行時反演、速度反演等。 聲波探測用聲波儀測試聲源激發(fā)的彈性波在巖體(巖石)中的傳播情況，借以研究巖體(巖石)的物理性質和構造特征的方法，稱為聲波探測。與地震勘探的異同：(1) 相同點

11、 它和地震勘探一樣，也是利用巖石彈性的物探方法，而且都以彈性波理論作為本方法的理論基礎。(2) 區(qū)別 a.二者之間的主要區(qū)別在于聲波探測所利用的是頻率大大高于地震波的聲波或超聲波，其頻率一般為一千赫茲至幾兆赫茲。 b.與地震勘探相比，由于聲波的頻率高、波長短、受巖石的吸收和散射比較嚴重，因此聲波探測對巖體的了解較為細致而探測范圍較小，但具有簡便、快速、經(jīng)濟、便于重復測試、對測試的巖體(巖石)無破壞作用等優(yōu)點。聲波探測可分為主動測試和被動測試兩種工作方法。主動測試所利用的聲波由聲波儀的發(fā)射系統(tǒng)或槌擊方式產(chǎn)生；被動測試的聲波則是巖體遭受自然界的或其它的作用力時，在變形或破壞過程中由它本身發(fā)出的(如

12、滑坡)。當介質中存在分界面時，在一定的條件下體波（P波或S波，或二者兼有）會形成相長干涉并疊加產(chǎn)生出一類頻率較低、能量較強的次生波。這類地震波與界面有關，且主要沿著介質的分界面?zhèn)鞑?，其能量隨著與界面距離的增加迅速衰減，因而被稱為面波。面波主要有兩種類型：瑞雷面波和拉夫面波。瑞雷面波沿界面?zhèn)鞑r，在垂直于界面的入射面內(nèi)各介質質點在其平衡位置附近的運動即有平行于波傳播方向的分量，也有垂直于界面的分量，因而質點合成運動的軌跡呈逆橢圓瑞雷波法勘探實質上是根據(jù)瑞雷面波傳播的頻散特性，利用人工震源激發(fā)產(chǎn)生多種頻率成分的瑞雷面波，尋找出波速隨頻率的變化關系，從而最終確定出地表巖土的瑞雷波速度隨場點坐標(x，

13、z)的變化關系，以解決淺層工程地質和地基巖土的地震工程等問題 穩(wěn)態(tài)法的主要優(yōu)點是可以降至23Hz的較低頻率，從而達到較大的勘探深度；并且可以從各頻點資料的過程中，總結出一套地層地質解釋的經(jīng)驗；缺點是儀器大，施工慢，效率低。針對穩(wěn)態(tài)法施工效率低的缺點，瞬態(tài)激振法用錘擊方式取代了激振器，一次擊發(fā)出各種頻率成分，同時檢波器也接收到富含各種頻率成分的信號。剩下的工作，即穩(wěn)態(tài)法中靠儀器硬件逐個頻點的變更及相應的運算工作，在瞬態(tài)法中，主要靠軟件來完成。 瞬態(tài)法的優(yōu)點是儀器輕便，施工快速，且能解決儀器的防爆問題，資料也利于進行一步的各種處理。目前主要問題的如何激發(fā)出頻率較低的信號，進一步增大它的勘探深度。無

14、論是穩(wěn)態(tài)法還是瞬態(tài)法，方法中核心的部分，都是利用了瑞雷波在層狀介質中傳播時的頻散特性，通過實測的頻散曲線來進行地質解釋。 所不同的，除了施工方式(激振方式、接收方式)外，主要是資料分析過程和運算方式的區(qū)別，前者是通過兩道信號的互相關來求取時間差并計算平均速度的，后則通過傅里葉變換及一系列的譜分析，直接求取相位差得到平均速度值。瞬變電磁法（Transient Electromagnetic Method，簡稱TEM）是利用不接地回線或接地電極向地下發(fā)送脈沖式一次電磁場，用線圈或接地電極觀測由該脈沖電磁場感應的地下渦流產(chǎn)生的二次電磁場的空間和時間分布，從而來解決有關地質問題的時間域電磁法。按其工作

15、空間可分為：航空瞬變電磁法、海洋瞬變電磁法、地面瞬變電磁法、井地瞬變電磁法、礦井瞬變電磁法。裝置類型(1)單線框裝置：單線框裝置是瞬變電磁測量系統(tǒng)中最簡單的一種，其主要特點是發(fā)射器和接收器為同一線框，既做為發(fā)射框，同時又作為接收框。線框形狀可以是正方形，亦可為矩形，線框邊長一般在200m之內(nèi)，視具體情況而定(圖a).(2)共線框裝置：共線框裝置是指發(fā)射框和接收框具有完全相同的幾何形狀和尺寸，但兩線框相互獨立布置在同一位置上(圖b)(3)環(huán)式線框裝置接：收線框位于發(fā)射線框內(nèi)中心位置的形式稱環(huán)狀線框裝置，其尺寸比發(fā)射框小的多，通常接收線框由多芯導線組成多扎線框，由每個單扎線圈可看作是一個磁偶極子，

16、因此這種接收器又稱偶極接收器(圖c)（4）分離式線框裝置：發(fā)射線框與接收線框保持一定距離分別布置的測量系統(tǒng)稱分離式線框裝置。該裝置有兩種形式，一種是發(fā)射和接收線框尺寸大小完全相同，另一種是接收線框為偶極接收器（圖d）(5)雙線框裝置：雙線框裝置是由兩個大小相同，平行而相鄰的線框并聯(lián)構成。該裝置如圖e所示，雙線框即做發(fā)射線框，又做接收線框，工作方式類似于單線框裝置;發(fā)射和接收線框分別由兩個大小相同而又獨立的雙線框組成，工作方式類似于共線框裝置。雙線框裝置抗干擾能力強，但施工不方便，使用時受到限制。(6)固定發(fā)射移動接收裝置：該裝置由一個固定的大線框和一個可移動的多繞層小線框組成，大線框為發(fā)射框、

17、小線框為接收框。發(fā)射線框通常為矩形，長邊約600m以上，有時可達12km;接收框，通常為正方形，邊長在lm以內(nèi);觀測點可布置在發(fā)射框內(nèi)或外。該裝置可通過調節(jié)接收線框方位進行三分量觀測，是目前較普遍的觀測方法之一(圖f).無線電波透視法：是利用探測目標與周圍介質之間的電性差異來研究、確定目標體位置、形態(tài)、大小及物性參數(shù)的一種井中物探方法。所用的頻率屬于高頻頻段，一般為一百千赫至幾十兆赫。無線電波透視法研究的是輻射場，它可以在真空及各種介質中傳播。無線電波透視法就是通過研究電磁波在鉆孔或坑道間傳播特性和被介質吸收的情況來尋找、圈定各種目標的。根據(jù)工作環(huán)境，無線電波透視法分為鉆孔電磁波法和坑道電磁波法。前者按工作方式，又可分為單孔、雙孔、三孔和地井方式；后者又有同步法和定點法兩種. 重力勘探是地球物理勘探的一個分支，以研究對象（礦產(chǎn)資源或地質構造）與圍巖存在著密度上的差異為前提條件的，從觀測重力值中去掉與研究對象無關的各種因素的影響，獲得單純由礦體或構造等密度不均勻體產(chǎn)生的重力異常，通過對異常的處理、反演、解釋，主要用于探查含油氣遠景區(qū)的地質構造和研究深部構造和區(qū)域地質構造。決定巖石和礦石密度的主要因素1）巖石和礦石本身的礦物成分及含量