第一章海洋電法勘探10

1、第一章第一章 海洋電法勘探海洋電法勘探 1.1、海洋電法的歷史和現(xiàn)狀、海洋電法的歷史和現(xiàn)狀 地球表面的地球表面的70%是海洋，海洋對(duì)于人類是海洋，海洋對(duì)于人類的生存和發(fā)展極其重要。的生存和發(fā)展極其重要。 海底是世界上最大的資源寶庫(kù)海底是世界上最大的資源寶庫(kù).大量的石大量的石油、天然氣及各種礦產(chǎn)都蘊(yùn)藏其中。油、天然氣及各種礦產(chǎn)都蘊(yùn)藏其中。 除部分石油天然氣已開發(fā)外，大部分寶除部分石油天然氣已開發(fā)外，大部分寶藏有待查明和開發(fā)。藏有待查明和開發(fā)。 海洋電磁方法是一種主要的海洋地球物海洋電磁方法是一種主要的海洋地球物理方法。理方法。它適用于在碳酸鹽礁脈、鹽丘、它適用于在碳酸鹽礁脈、鹽丘、火山巖覆蓋、海

2、底永久凍土帶等地區(qū)工火山巖覆蓋、海底永久凍土帶等地區(qū)工作。作。 而且，海洋電磁法適應(yīng)性強(qiáng)，探測(cè)深度而且，海洋電磁法適應(yīng)性強(qiáng)，探測(cè)深度的范圍大。的范圍大。 海洋電磁觀測(cè)著眼于固體大地的地球物海洋電磁觀測(cè)著眼于固體大地的地球物理和海洋學(xué)研究，許多大的重要的目標(biāo)理和海洋學(xué)研究，許多大的重要的目標(biāo)(洋中脊的構(gòu)造，海底擴(kuò)張帶的形成，石洋中脊的構(gòu)造，海底擴(kuò)張帶的形成，石油、天然氣及各種礦產(chǎn)油、天然氣及各種礦產(chǎn))在調(diào)查之列。在調(diào)查之列。 它涉及的方法技術(shù)門類繁多，不同空間、它涉及的方法技術(shù)門類繁多，不同空間、不同波段和不同成因的人工電磁場(chǎng)、天不同波段和不同成因的人工電磁場(chǎng)、天然電磁場(chǎng)均可探測(cè)，海洋地殼和地慢

3、的然電磁場(chǎng)均可探測(cè)，海洋地殼和地慢的電導(dǎo)率結(jié)構(gòu)模型，有意義的海洋學(xué)成果電導(dǎo)率結(jié)構(gòu)模型，有意義的海洋學(xué)成果已經(jīng)從電磁場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)中提取出來(lái)已經(jīng)從電磁場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)中提取出來(lái). 最早的海洋電場(chǎng)測(cè)量，恐怕要數(shù)法國(guó)的最早的海洋電場(chǎng)測(cè)量，恐怕要數(shù)法國(guó)的施倫貝爾格兄弟施倫貝爾格兄弟(Schfumberger). 1912一一1926年間，他二人先是在陸地發(fā)年間，他二人先是在陸地發(fā)展了直流電法，幾年之后又完成了首次展了直流電法，幾年之后又完成了首次水上電阻率測(cè)量，目的是為海港工程查水上電阻率測(cè)量，目的是為海港工程查明海床結(jié)構(gòu)?？梢哉f(shuō)這哥倆是海洋直流明海床結(jié)構(gòu)?？梢哉f(shuō)這哥倆是海洋直流電法（電法（direct cur

4、rent resistivity）的鼻的鼻祖。祖。 最早的海洋可控源系統(tǒng)的嘗試，似乎是最早的海洋可控源系統(tǒng)的嘗試，似乎是Drysdalc(1924)做的，他利用一戰(zhàn)初期輪做的，他利用一戰(zhàn)初期輪船導(dǎo)航的電纜，測(cè)量電纜周圍的磁場(chǎng)和船導(dǎo)航的電纜，測(cè)量電纜周圍的磁場(chǎng)和電流，計(jì)劃很龐大。電流，計(jì)劃很龐大。 Buttcrworth(1924)計(jì)算了電纜和絕緣海計(jì)算了電纜和絕緣海底上周圍的場(chǎng)并和測(cè)量做了對(duì)比底上周圍的場(chǎng)并和測(cè)量做了對(duì)比.很可惜，很可惜，“可控源可控源這個(gè)名詞當(dāng)時(shí)尚未發(fā)明出來(lái)，這個(gè)名詞當(dāng)時(shí)尚未發(fā)明出來(lái)，做的工作又少。所以他的嘗試后人知道做的工作又少。所以他的嘗試后人知道者少。者少。 根據(jù)已檢索

5、的資料看，從根據(jù)已檢索的資料看，從30年代直到年代直到60年代早期，海洋電磁研究的資料幾乎沒(méi)年代早期，海洋電磁研究的資料幾乎沒(méi)有。有。 隨著二次世界大戰(zhàn)的創(chuàng)傷得到醫(yī)治，發(fā)隨著二次世界大戰(zhàn)的創(chuàng)傷得到醫(yī)治，發(fā)達(dá)國(guó)家逐漸地將對(duì)資源、環(huán)境的研究列達(dá)國(guó)家逐漸地將對(duì)資源、環(huán)境的研究列入議事日程。入議事日程。 60年代末期到年代末期到70年代末，人們開始把目年代末，人們開始把目光轉(zhuǎn)向海底環(huán)境，這一時(shí)期比之前三十光轉(zhuǎn)向海底環(huán)境，這一時(shí)期比之前三十年海洋電磁法的研究多了很多。年海洋電磁法的研究多了很多。 從現(xiàn)有資料看，工作主要集中在從現(xiàn)有資料看，工作主要集中在四個(gè)方面：四個(gè)方面： 一是深海地質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究。一是深

6、海地質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究。 不少工作是針對(duì)洋中脊、海底隆起、上地慢、不少工作是針對(duì)洋中脊、海底隆起、上地慢、軟流圈、部分熔融、熱液活動(dòng)等問(wèn)題的。軟流圈、部分熔融、熱液活動(dòng)等問(wèn)題的。 二是與礦產(chǎn)勘探有關(guān)的工作，包括勘探硫化二是與礦產(chǎn)勘探有關(guān)的工作，包括勘探硫化礦、填繪斷層、熱液活動(dòng)這方面的工作。礦、填繪斷層、熱液活動(dòng)這方面的工作。 采用的方法有自然電位法采用的方法有自然電位法(SP)、直流電阻率直流電阻率法法(DC)、大地電磁法大地電磁法(MT）、）、激發(fā)極化法激發(fā)極化法IP)、磁電阻率法磁電阻率法(MMR)等。等。 三是開發(fā)研制了適合海洋環(huán)境的儀器設(shè)三是開發(fā)研制了適合海洋環(huán)境的儀器設(shè)備，如海底磁測(cè)儀備

7、，如海底磁測(cè)儀(OBM)，海洋海洋SP系統(tǒng)系統(tǒng)等。等。 四是開展了海洋學(xué)的研究，測(cè)量海水運(yùn)四是開展了海洋學(xué)的研究，測(cè)量海水運(yùn)動(dòng)引起的電場(chǎng)。動(dòng)引起的電場(chǎng)。 雖然這一時(shí)期海洋電磁研究已經(jīng)起動(dòng)，雖然這一時(shí)期海洋電磁研究已經(jīng)起動(dòng)，也只不過(guò)剛剛起步。開展的項(xiàng)目少，投也只不過(guò)剛剛起步。開展的項(xiàng)目少，投人方法單一，研究人員各自獨(dú)立，國(guó)際人方法單一，研究人員各自獨(dú)立，國(guó)際合作的多方法、多學(xué)科研究還未形成合作的多方法、多學(xué)科研究還未形成. 80年代到年代到90年代早期是海洋電磁法升溫年代早期是海洋電磁法升溫的時(shí)期。的時(shí)期。 從部分文獻(xiàn)的統(tǒng)計(jì)看，已發(fā)表的資料十從部分文獻(xiàn)的統(tǒng)計(jì)看，已發(fā)表的資料十之八、九是之八、九是

8、80年代以來(lái)的年代以來(lái)的. 目前已知的大項(xiàng)目有目前已知的大項(xiàng)目有: （1） 、EMSLAB是迄今為止的最大、是迄今為止的最大、國(guó)際合作的項(xiàng)目。國(guó)際合作的項(xiàng)目。 1985年，有六個(gè)國(guó)家的科研人員參加，年，有六個(gè)國(guó)家的科研人員參加，動(dòng)用了動(dòng)用了118臺(tái)儀器設(shè)備，時(shí)間延續(xù)到臺(tái)儀器設(shè)備，時(shí)間延續(xù)到1988年。年。 投人方法有投人方法有GPS法、法、MT法，工作面積覆法，工作面積覆蓋美國(guó)俄勒崗州蓋美國(guó)俄勒崗州(oregon)、華盛頓州華盛頓州(Washington)旁及鄰近幾州及加拿大海旁及鄰近幾州及加拿大海域和域和Juan de Fuca板塊。板塊。目的是圈定俯沖目的是圈定俯沖板塊板塊(subduct

9、ing slab)，研究海洋學(xué)和區(qū)研究海洋學(xué)和區(qū)域地質(zhì)。域地質(zhì)。 （2）、）、EMRTDGE是是EMSLAB項(xiàng)目的項(xiàng)目的補(bǔ)充。補(bǔ)充。 為了對(duì)為了對(duì)Juan de Fuca洋脊有更加詳盡的了洋脊有更加詳盡的了解，日本、加拿大、澳大利亞三國(guó)的科解，日本、加拿大、澳大利亞三國(guó)的科學(xué)考察隊(duì)伍，于學(xué)考察隊(duì)伍，于1988年年7一一11月，在月，在Juan de Fuca洋脊的一個(gè)小區(qū)域，布置了洋脊的一個(gè)小區(qū)域，布置了12套套儀器，做了儀器，做了11個(gè)磁測(cè)點(diǎn)，個(gè)磁測(cè)點(diǎn)，2個(gè)電測(cè)點(diǎn)。個(gè)電測(cè)點(diǎn)。 目的是調(diào)查熔融體的遷移聚集，熱液循目的是調(diào)查熔融體的遷移聚集，熱液循環(huán)，海洋巖石圈的熱變質(zhì)環(huán)，海洋巖石圈的熱變質(zhì).這

10、些儀器于這些儀器于1988年年11月收回。月收回。 （3）、）、BEMPEX于于1986一一1987年，工年，工作作T了了11個(gè)月，投入了個(gè)月，投入了 41臺(tái)臺(tái)(套套)儀器，包儀器，包括括13臺(tái)水平電測(cè)儀，臺(tái)水平電測(cè)儀，9臺(tái)垂直電測(cè)儀，臺(tái)垂直電測(cè)儀，12臺(tái)壓力記錄儀，臺(tái)壓力記錄儀，7臺(tái)臺(tái)3分量磁力儀。分量磁力儀。 覆蓋面積很寬，在北太平洋中緯度地區(qū)，覆蓋面積很寬，在北太平洋中緯度地區(qū)，以以N400、W1630為中心，東西為中心，東西1100km，南北南北1000km，目的是海洋學(xué)研究。目的是海洋學(xué)研究。 第二儀器組有第二儀器組有2臺(tái)磁力儀，一臺(tái)水平電測(cè)臺(tái)磁力儀，一臺(tái)水平電測(cè)儀，配置在儀，配置在

11、N310、W590附近，作為遠(yuǎn)參附近，作為遠(yuǎn)參考點(diǎn)。考點(diǎn)。 （ 4）、）、TPSME又稱又稱Tasman項(xiàng)目項(xiàng)目，是美、，是美、澳聯(lián)合的項(xiàng)目，于澳聯(lián)合的項(xiàng)目，于1983一一1984年間，歷年間，歷時(shí)四個(gè)月，橫穿澳大利亞一新西蘭之間時(shí)四個(gè)月，橫穿澳大利亞一新西蘭之間的的Tasman海，布置海底壓力和海，布置海底壓力和MT儀器。儀器。 （5）、日本的海洋電磁研究。）、日本的海洋電磁研究。 日本對(duì)海洋的興趣也是很高的日本對(duì)海洋的興趣也是很高的.從從1984年年開始，他們開展了幾項(xiàng)開始，他們開展了幾項(xiàng)EM試驗(yàn)試驗(yàn): 一次在一次在Ryukyu海溝弧系統(tǒng)總共海溝弧系統(tǒng)總共6個(gè)地方個(gè)地方測(cè)量了地磁變異，持續(xù)

12、時(shí)間從二星期到測(cè)量了地磁變異，持續(xù)時(shí)間從二星期到一個(gè)半月不等一個(gè)半月不等; 二次在南東太平洋二次在南東太平洋Tahiti島附近兩個(gè)地方島附近兩個(gè)地方測(cè)量地磁場(chǎng)變化達(dá)一月之久測(cè)量地磁場(chǎng)變化達(dá)一月之久; 最大的一次是在最大的一次是在Izu一一Bonin弧進(jìn)行的，弧進(jìn)行的，從從1986年到年到1992年，圍繞北西太平洋一年，圍繞北西太平洋一個(gè)典型的島弧系統(tǒng)，每年都進(jìn)行海底個(gè)典型的島弧系統(tǒng)，每年都進(jìn)行海底EM觀測(cè)，包括海底磁測(cè)觀測(cè)，包括海底磁測(cè)(OBM)17點(diǎn)，海底點(diǎn)，海底電測(cè)電測(cè)(OBE)4點(diǎn)。點(diǎn)。 每點(diǎn)觀測(cè)時(shí)間每點(diǎn)觀測(cè)時(shí)間1一一4月不等。月不等。 （ 6）、俄國(guó)為主的海洋研究。）、俄國(guó)為主的海洋研

13、究。 從從1987年開始，俄羅斯地質(zhì)部門在海洋年開始，俄羅斯地質(zhì)部門在海洋開展了直流電法勘探石油和硫化物礦產(chǎn)開展了直流電法勘探石油和硫化物礦產(chǎn)的工作。的工作。 為此他們?cè)O(shè)計(jì)了幾種最新的拖曳系統(tǒng)，為此他們?cè)O(shè)計(jì)了幾種最新的拖曳系統(tǒng)，可提供可提供SP、IP、DC法測(cè)量，由多通道浮法測(cè)量，由多通道浮筒構(gòu)成，還帶有水物理及水化學(xué)探測(cè)器筒構(gòu)成，還帶有水物理及水化學(xué)探測(cè)器. 烏克蘭物理力學(xué)科學(xué)研究所和俄國(guó)舍旭烏克蘭物理力學(xué)科學(xué)研究所和俄國(guó)舍旭夫海洋學(xué)研究院南方分院研制了一種海夫海洋學(xué)研究院南方分院研制了一種海洋洋MT儀器，儀器，1988年在白令海和南中國(guó)海年在白令海和南中國(guó)海進(jìn)行了試驗(yàn)。進(jìn)行了試驗(yàn)。 測(cè)量持

14、續(xù)時(shí)間分別為測(cè)量持續(xù)時(shí)間分別為27小時(shí)和小時(shí)和20小時(shí)，小時(shí)， 1988年在中大西洋海脊年在中大西洋海脊50英里處，水深英里處，水深2932m，N90 013，W39 0588的地方，的地方，分別在海底和近地表同步地進(jìn)行磁場(chǎng)脈分別在海底和近地表同步地進(jìn)行磁場(chǎng)脈動(dòng)測(cè)量，海底是用三分量磁通門磁力儀，動(dòng)測(cè)量，海底是用三分量磁通門磁力儀，地表用核子磁力儀。地表用核子磁力儀。 （7）、）、Woods Hole海洋研究所，也是海洋研究所，也是在這方面工作較多的構(gòu)機(jī)。在這方面工作較多的構(gòu)機(jī)。他們做的幾他們做的幾次大的試驗(yàn)工作如下次大的試驗(yàn)工作如下: 1) SYNOP(Synoptic ocean Predi

15、ction): 在新澤西海灣流在新澤西海灣流(Gulf Stream)下布置下布置4臺(tái)臺(tái)OBE工作了一年，用電流計(jì)和回聲儀同工作了一年，用電流計(jì)和回聲儀同時(shí)進(jìn)行電場(chǎng)和海洋測(cè)量時(shí)進(jìn)行電場(chǎng)和海洋測(cè)量(1 993年年)。 2) Antilles:18臺(tái)臺(tái)OBE和壓力記錄儀沿和壓力記錄儀沿400km測(cè)線布置，位于巴哈馬測(cè)線布置，位于巴哈馬(Bahamas)群島之阿巴科群島之阿巴科(A baco)島附近，島附近，N26.5 0，工作了工作了18個(gè)月個(gè)月. 3) SEA(south一一East APPalachies): 南東南東阿巴拉契，沿著從南百慕大到南卡羅來(lái)阿巴拉契，沿著從南百慕大到南卡羅來(lái)納約納約

16、3000m等深度線的岸上一海濱地球等深度線的岸上一海濱地球物理橫剖面。物理橫剖面。 他們還設(shè)計(jì)了一套新的淺水他們還設(shè)計(jì)了一套新的淺水EM裝置，裝置，可以可以1Hz采樣率記錄電場(chǎng)水平分量、磁場(chǎng)采樣率記錄電場(chǎng)水平分量、磁場(chǎng)矢量的變化、壓力、溫度和矢量的變化、壓力、溫度和2傾斜分量?jī)A斜分量. （8）、）、Scripps 海洋研究所、多倫多大學(xué)太平海洋研究所、多倫多大學(xué)太平洋地球科學(xué)中心、劍橋大學(xué)的工作。洋地球科學(xué)中心、劍橋大學(xué)的工作。 他們研究海底他們研究海底CSEM已經(jīng)有些年頭了。已經(jīng)有些年頭了。 大約從大約從80年代開始直到現(xiàn)在，研究年代開始直到現(xiàn)在，研究CSEM的正、的正、反演理論，設(shè)計(jì)用于海

17、底的儀器，開展海底的反演理論，設(shè)計(jì)用于海底的儀器，開展海底的試驗(yàn)。試驗(yàn)。 他們的試驗(yàn)工作，如他們的試驗(yàn)工作，如Scripps 在太平洋東北區(qū)在太平洋東北區(qū)所作的所作的CSEM頻率測(cè)深頻率測(cè)深(1990)，多倫多大學(xué)的，多倫多大學(xué)的Cheesman在溫哥華島南端的在溫哥華島南端的CSEM時(shí)域瞬變時(shí)域瞬變?cè)囼?yàn)試驗(yàn)(1 987)，劍橋，劍橋/Scripps聯(lián)合在聯(lián)合在N13 0北太平北太平洋隆起的洋隆起的 CSEM試驗(yàn)試驗(yàn)(1989)。 （9）、）、90年代，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)、中南工年代，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)、中南工業(yè)大學(xué)、長(zhǎng)春科技大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、浙業(yè)大學(xué)、長(zhǎng)春科技大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、浙江石油勘探處等單位于江石油勘

18、探處等單位于90年代加入海洋年代加入海洋電磁研究的行列，包括電磁研究的行列，包括MT 、 TEM等方等方法，法，在灘海地區(qū)或近海地區(qū)進(jìn)行了工作在灘海地區(qū)或近海地區(qū)進(jìn)行了工作或在湖區(qū)進(jìn)行了試驗(yàn)，為進(jìn)一步工作集或在湖區(qū)進(jìn)行了試驗(yàn)，為進(jìn)一步工作集累了寶貴經(jīng)驗(yàn)累了寶貴經(jīng)驗(yàn). 雖然自從雖然自從80年代以來(lái)，海洋電磁研究越年代以來(lái)，海洋電磁研究越來(lái)越發(fā)展，人們的興趣越來(lái)越濃厚，但來(lái)越發(fā)展，人們的興趣越來(lái)越濃厚，但從總體上看工作量并不很大，都處在實(shí)從總體上看工作量并不很大，都處在實(shí)驗(yàn)研究階段驗(yàn)研究階段.還沒(méi)有進(jìn)人生產(chǎn)性還沒(méi)有進(jìn)人生產(chǎn)性(或商業(yè)性或商業(yè)性)使用階段。使用階段。 開展了這方面研究的國(guó)家不超過(guò)開展

19、了這方面研究的國(guó)家不超過(guò)10個(gè)個(gè).主主要的目標(biāo)集中在海底隆起或洋中脊，以要的目標(biāo)集中在海底隆起或洋中脊，以及海洋學(xué)研究，實(shí)際找礦的應(yīng)用還不多，及海洋學(xué)研究，實(shí)際找礦的應(yīng)用還不多，設(shè)計(jì)研制的儀器設(shè)備也各造一套，仍在設(shè)計(jì)研制的儀器設(shè)備也各造一套，仍在改進(jìn)之中。改進(jìn)之中。 近年來(lái)墨西哥灣石油勘探的進(jìn)展和鹽丘近年來(lái)墨西哥灣石油勘探的進(jìn)展和鹽丘對(duì)地震有效性的影響給海洋電磁法一劑對(duì)地震有效性的影響給海洋電磁法一劑彈心針，一些公司對(duì)其發(fā)展加大了投入，彈心針，一些公司對(duì)其發(fā)展加大了投入，使得理論、儀器和海上施測(cè)都日臻成熟，使得理論、儀器和海上施測(cè)都日臻成熟，接近商業(yè)應(yīng)用水平。接近商業(yè)應(yīng)用水平。 6、海洋電磁環(huán)

20、境、海洋電磁環(huán)境 （1）一個(gè)上下顛倒的世界）一個(gè)上下顛倒的世界 對(duì)于居住在陸地上的人來(lái)說(shuō)，日常遇到的情對(duì)于居住在陸地上的人來(lái)說(shuō)，日常遇到的情況是均勻況是均勻(或不均勻或不均勻)的大地上覆蓋著無(wú)邊無(wú)際的大地上覆蓋著無(wú)邊無(wú)際的空氣。電磁信號(hào)在空氣中傳播基本上沒(méi)有衰的空氣。電磁信號(hào)在空氣中傳播基本上沒(méi)有衰減。減。 勘探地球物理學(xué)家們感興趣的是空氣下面大地勘探地球物理學(xué)家們感興趣的是空氣下面大地中的電導(dǎo)率分布。中的電導(dǎo)率分布。 過(guò)去人們一直認(rèn)為，高電導(dǎo)率的海水過(guò)去人們一直認(rèn)為，高電導(dǎo)率的海水屏蔽屏蔽電磁效應(yīng)，使海底電磁法失去應(yīng)有的效果。這電磁效應(yīng)，使海底電磁法失去應(yīng)有的效果。這種傳統(tǒng)的、也是錯(cuò)誤的觀念

21、束縛了人們的手腳，種傳統(tǒng)的、也是錯(cuò)誤的觀念束縛了人們的手腳，妨礙了海底電磁法的發(fā)展。妨礙了海底電磁法的發(fā)展。 實(shí)際上，海底環(huán)境并不是人們想象的那樣。實(shí)際上，海底環(huán)境并不是人們想象的那樣。 相反，它恰好是把陸地情況上、下顛倒過(guò)來(lái)，相反，它恰好是把陸地情況上、下顛倒過(guò)來(lái)，或者說(shuō)是陸地情況的鏡象?；蛘哒f(shuō)是陸地情況的鏡象。 如圖如圖1所示，在陸地上，空氣所示，在陸地上，空氣00，與大地相與大地相比有比有0 1; 如果把大地和海洋位置上下交換，就可類比于如果把大地和海洋位置上下交換，就可類比于陸地情況。陸地情況。 所以，對(duì)于居住在陸地上的人來(lái)說(shuō)，海底是一所以，對(duì)于居住在陸地上的人來(lái)說(shuō)，海底是一個(gè)上下顛倒

22、的世界。個(gè)上下顛倒的世界。 電磁波理論表明，電磁波在低電導(dǎo)率物電磁波理論表明，電磁波在低電導(dǎo)率物質(zhì)中要比高電導(dǎo)物質(zhì)中傳播得快，因此質(zhì)中要比高電導(dǎo)物質(zhì)中傳播得快，因此通過(guò)海底的電磁波首先到達(dá)接收點(diǎn)，這通過(guò)海底的電磁波首先到達(dá)接收點(diǎn)，這就是海底電磁測(cè)量的理論依據(jù)，也是海就是海底電磁測(cè)量的理論依據(jù)，也是海洋電磁環(huán)境的一大特點(diǎn)。洋電磁環(huán)境的一大特點(diǎn)。 （2）海底環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)）海底環(huán)境的優(yōu)點(diǎn) 海底全被高電導(dǎo)率的海水覆蓋，由于它海底全被高電導(dǎo)率的海水覆蓋，由于它對(duì)高頻電磁信號(hào)的嚴(yán)重衰減，使得高頻對(duì)高頻電磁信號(hào)的嚴(yán)重衰減，使得高頻成份無(wú)法穿透海水到達(dá)海底，所以說(shuō)，成份無(wú)法穿透海水到達(dá)海底，所以說(shuō)，海洋相當(dāng)于一

23、個(gè)低通濾波器。海洋相當(dāng)于一個(gè)低通濾波器。 在水深大于幾百米的海底，頻率高于在水深大于幾百米的海底，頻率高于1n Hz的電磁信號(hào)能量極小。的電磁信號(hào)能量極小。 電離層和磁性層中產(chǎn)生的電離層和磁性層中產(chǎn)生的EM場(chǎng)中的高頻場(chǎng)中的高頻成份大為削減，各種人工場(chǎng)源或文化污成份大為削減，各種人工場(chǎng)源或文化污染也衰減殆盡。染也衰減殆盡。 在這個(gè)意義上，可以說(shuō)海底是一個(gè)低噪在這個(gè)意義上，可以說(shuō)海底是一個(gè)低噪聲的、極為聲的、極為“安靜安靜”的電磁環(huán)境。的電磁環(huán)境。 這對(duì)于海底電磁研究特別是觀測(cè)微弱信這對(duì)于海底電磁研究特別是觀測(cè)微弱信號(hào)非常有利。號(hào)非常有利。 海底也是一個(gè)非常穩(wěn)定的環(huán)境。海底也是一個(gè)非常穩(wěn)定的環(huán)境。

24、海水的海水的電導(dǎo)率取決于其溫度和含鹽度?？梢哉J(rèn)電導(dǎo)率取決于其溫度和含鹽度?？梢哉J(rèn)為，海水的溫度和含鹽度非常均衡，處為，海水的溫度和含鹽度非常均衡，處處相等。處相等。 這對(duì)于海底電磁測(cè)量特別是電場(chǎng)分量的這對(duì)于海底電磁測(cè)量特別是電場(chǎng)分量的測(cè)量很有好處。測(cè)量很有好處。 一是電極所處環(huán)境均勻穩(wěn)定，電極噪聲一是電極所處環(huán)境均勻穩(wěn)定，電極噪聲小小; 二是電極與海水接觸阻抗小二是電極與海水接觸阻抗小(小到小到0.1) 易于獲得很大的供電電流易于獲得很大的供電電流(大到數(shù)百安培大到數(shù)百安培)，這在陸地上很難做到。這在陸地上很難做到。 對(duì)測(cè)量電極來(lái)說(shuō)，接地電阻小均勻而穩(wěn)對(duì)測(cè)量電極來(lái)說(shuō)，接地電阻小均勻而穩(wěn)定，可提

25、高測(cè)量精度定，可提高測(cè)量精度. 海洋環(huán)境的另一優(yōu)點(diǎn)是可以采用各種拖海洋環(huán)境的另一優(yōu)點(diǎn)是可以采用各種拖曳系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)測(cè)量。曳系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)測(cè)量。 接收、發(fā)送均可在海中接收、發(fā)送均可在海中(或海底或海底)拖動(dòng)，可拖動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)大面積快速測(cè)量。以實(shí)現(xiàn)大面積快速測(cè)量。 過(guò)去，只有航空地球物理方法才能連續(xù)過(guò)去，只有航空地球物理方法才能連續(xù)作業(yè)作業(yè).陸地上由于各種障礙陸地上由于各種障礙(溝壑、河流、溝壑、河流、交通線、居民區(qū)交通線、居民區(qū))，連續(xù)拖動(dòng)作業(yè)是不可，連續(xù)拖動(dòng)作業(yè)是不可能的。能的。 海洋電法的測(cè)量結(jié)果通常以電阻率（電海洋電法的測(cè)量結(jié)果通常以電阻率（電阻率即電流通過(guò)阻率即電流通過(guò)1m3的物質(zhì)時(shí)所表現(xiàn)

26、出的的物質(zhì)時(shí)所表現(xiàn)出的電阻值），或它的倒數(shù)電導(dǎo)率的形式電阻值），或它的倒數(shù)電導(dǎo)率的形式表示，它們的單位分別為表示，它們的單位分別為“”和和“西門子西門子/米米”。 雖然對(duì)于高導(dǎo)電性海水之下地球內(nèi)部物雖然對(duì)于高導(dǎo)電性海水之下地球內(nèi)部物質(zhì)的電學(xué)特性進(jìn)行直接測(cè)量相當(dāng)?shù)睦щy，質(zhì)的電學(xué)特性進(jìn)行直接測(cè)量相當(dāng)?shù)睦щy， 但這些困難并沒(méi)有阻礙該領(lǐng)域的發(fā)展，但這些困難并沒(méi)有阻礙該領(lǐng)域的發(fā)展，主要表現(xiàn)在電法海底調(diào)查儀器設(shè)備、野主要表現(xiàn)在電法海底調(diào)查儀器設(shè)備、野外作業(yè)和資料分析上的創(chuàng)新。外作業(yè)和資料分析上的創(chuàng)新。 其中包括自然電位、電流和電磁場(chǎng)的測(cè)其中包括自然電位、電流和電磁場(chǎng)的測(cè)量量 在本章中，我們主要介紹以下六個(gè)

27、方面：在本章中，我們主要介紹以下六個(gè)方面： 1、自然電位法、自然電位法：主要采用海底電極和一：主要采用海底電極和一高阻抗的的電壓表測(cè)量礦區(qū)附近的自然高阻抗的的電壓表測(cè)量礦區(qū)附近的自然電位。電位。 2、感應(yīng)極化法、感應(yīng)極化法：根據(jù)中斷穿過(guò)電極的電：根據(jù)中斷穿過(guò)電極的電流而引起的電壓衰減量或根據(jù)地面聲阻流而引起的電壓衰減量或根據(jù)地面聲阻抗隨頻率的變化來(lái)測(cè)量異常體的電導(dǎo)率?？闺S頻率的變化來(lái)測(cè)量異常體的電導(dǎo)率。 3、直流電阻率法、直流電阻率法：根據(jù)直流電流過(guò)兩電：根據(jù)直流電流過(guò)兩電極時(shí)的電勢(shì)分布測(cè)量電阻率的大小。極時(shí)的電勢(shì)分布測(cè)量電阻率的大小。 4、大地電磁法、大地電磁法：根據(jù)激發(fā)電離層和磁性：根據(jù)激

28、發(fā)電離層和磁性層中的帶電粒子流在地球內(nèi)形成的時(shí)變層中的帶電粒子流在地球內(nèi)形成的時(shí)變天然電磁場(chǎng)測(cè)量海底電阻率。天然電磁場(chǎng)測(cè)量海底電阻率。 5、磁測(cè)電阻率法、磁測(cè)電阻率法：根據(jù)接地電源產(chǎn)生的：根據(jù)接地電源產(chǎn)生的電磁場(chǎng)得到電阻率。電磁場(chǎng)得到電阻率。 6、電磁勘探、電磁勘探：根據(jù)海底對(duì)電磁場(chǎng)傳導(dǎo)的：根據(jù)海底對(duì)電磁場(chǎng)傳導(dǎo)的響應(yīng)來(lái)得到海底電導(dǎo)率。響應(yīng)來(lái)得到海底電導(dǎo)率。 1.2 海水、沉積物和巖石的電阻率海水、沉積物和巖石的電阻率 電阻率在地表附近的變化非常大，變化電阻率在地表附近的變化非常大，變化范圍可達(dá)范圍可達(dá)8個(gè)數(shù)量級(jí)之多（表個(gè)數(shù)量級(jí)之多（表9.1）。）。 海水的電阻率一般要比大多數(shù)巖石和沉海水的電阻

29、率一般要比大多數(shù)巖石和沉積物的都小得多，從近海面的積物的都小得多，從近海面的0.2歐姆歐姆米米變到溫躍層下的變到溫躍層下的0.3歐姆歐姆米。米。 我們首先介紹陸地上一般巖石的電性特我們首先介紹陸地上一般巖石的電性特征。征。 下面介紹海洋巖石的電性特征：下面介紹海洋巖石的電性特征： 1、海水和海底巖石的電導(dǎo)率、海水和海底巖石的電導(dǎo)率 海洋環(huán)境下的巖石電性與陸地有所不同。海洋環(huán)境下的巖石電性與陸地有所不同。海水電導(dǎo)率受溫度和含鹽度的支配。海水電導(dǎo)率受溫度和含鹽度的支配。 Accerboni和和Mosettic(1967)總結(jié)出如下的總結(jié)出如下的半經(jīng)驗(yàn)公式半經(jīng)驗(yàn)公式:0011TTSSShkkteeS

30、STTBA （1） 式中，式中，A=0.2193，B=0.012842，K=0.0320，=0.00290，h=0.1243， =0.00978，T0=20，=0.0000165，S0=35，為導(dǎo)電率，單位為為導(dǎo)電率，單位為sm1，T為溫度，單位為溫度，單位，S為千分之含鹽度，為千分之含鹽度， 對(duì)典型的海水，對(duì)典型的海水，T=10，S=30 ，則，則=3 .32 s/m。 海洋地殼的巖石物理性質(zhì)也不同于陸地。海洋地殼的巖石物理性質(zhì)也不同于陸地。 由于高的孔隙度和滲透性，所有的海洋由于高的孔隙度和滲透性，所有的海洋地殼實(shí)際上是海水飽和的地殼實(shí)際上是海水飽和的(特別是地殼的特別是地殼的第一、二層第

31、一、二層)。 其結(jié)果，使得近地表、小范圍的導(dǎo)電性其結(jié)果，使得近地表、小范圍的導(dǎo)電性不均勻被大大平均，而巖石的成份并不不均勻被大大平均，而巖石的成份并不像陸地那樣成為決定其導(dǎo)電性的主要因像陸地那樣成為決定其導(dǎo)電性的主要因素。素。 海洋沉積物的導(dǎo)電性主要取決于其孔隙海洋沉積物的導(dǎo)電性主要取決于其孔隙度和充填其中的孔隙液，服從如下的阿度和充填其中的孔隙液，服從如下的阿爾奇爾奇(Archie，1942)定律定律: 式中，式中，A為常量，為常量，0.5A2.5，S為被水為被水充填的孔隙比，充填的孔隙比，n為飽和度指數(shù)，為飽和度指數(shù)，為孔為孔隙率，隙率，w為孔隙水電導(dǎo)率，為孔隙水電導(dǎo)率，m為常數(shù)，為常數(shù)，

32、主要決定于孔隙空間的幾何形態(tài)，稱粘主要決定于孔隙空間的幾何形態(tài)，稱粘結(jié)度。結(jié)度。ASwnmf （2） 對(duì)于海水飽和的沉積物，對(duì)于海水飽和的沉積物，S=1，則式則式(2)簡(jiǎn)簡(jiǎn)化為化為: 按按Jachson(1987)的意見(jiàn)，可合理地設(shè)的意見(jiàn)，可合理地設(shè)A=1，取取 =0.5，m=1.5， w =3.32 s/m，則則f 1.17 s/m。比海水電導(dǎo)率低比海水電導(dǎo)率低2.8倍。一般倍。一般地，海底沉積物電導(dǎo)率比海水低地，海底沉積物電導(dǎo)率比海水低1.54倍。倍。Awmf （3） 隨著深度增加，由于成巖固結(jié)作用，海隨著深度增加，由于成巖固結(jié)作用，海底沉積物電導(dǎo)率降低。底沉積物電導(dǎo)率降低。 海底飽水的枕

33、狀玄武巖，電導(dǎo)率約為海底飽水的枕狀玄武巖，電導(dǎo)率約為0.1 s/m，而下伏的低孔隙玄武巖低達(dá)而下伏的低孔隙玄武巖低達(dá)0.03一一0.001 s/m。 海水電阻率的大小主要取決于溫度和鹽海水電阻率的大小主要取決于溫度和鹽度而受壓力變化的影響較小。度而受壓力變化的影響較小。 平均鹽度為平均鹽度為34的海水在的海水在T時(shí)的電阻率時(shí)的電阻率可近似為（可近似為（Becker et al,1982） (9.1) G. E. Archie( (1942) )通過(guò)對(duì)被不同鹽度流通過(guò)對(duì)被不同鹽度流體浸潤(rùn)的沉積巖巖芯的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量得到體浸潤(rùn)的沉積巖巖芯的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量得到了電阻率與孔隙度之間的一個(gè)簡(jiǎn)單關(guān)系了電阻率與孔隙

34、度之間的一個(gè)簡(jiǎn)單關(guān)系式：式： 其中，其中，是完全飽和巖石的孔隙度，是完全飽和巖石的孔隙度，f f是巖層電阻率，是巖層電阻率，ww是孔隙水電阻率。是孔隙水電阻率。 mwf(9.2) m是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，稱作是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，稱作“膠結(jié)系數(shù)膠結(jié)系數(shù)”，引入它主要是為了使表達(dá)式更適合每個(gè)引入它主要是為了使表達(dá)式更適合每個(gè)特定巖石的性征。特定巖石的性征。 f f和和ww之比稱作地層電阻系數(shù)。之比稱作地層電阻系數(shù)。 Archie定律目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于多種類定律目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于多種類型的巖性測(cè)定和部分熔融的地殼物質(zhì)測(cè)型的巖性測(cè)定和部分熔融的地殼物質(zhì)測(cè)定中。定中。 如圖如圖9.1給出了由給出了由Archie定

35、律得到的孔隙定律得到的孔隙度度電阻率曲線，分別為溫度電阻率曲線，分別為溫度2攝氏度的攝氏度的深海底含流體巖層曲線和溫度為深海底含流體巖層曲線和溫度為15攝氏攝氏度的中緯度大陸架或洋中脊低溫散射流度的中緯度大陸架或洋中脊低溫散射流區(qū)的曲線，區(qū)的曲線， 當(dāng)當(dāng)m值比較小時(shí)（即裂隙發(fā)育密度高和值比較小時(shí)（即裂隙發(fā)育密度高和混相流體的地方）預(yù)測(cè)孔隙度隨著電阻混相流體的地方）預(yù)測(cè)孔隙度隨著電阻率的減小而迅速增大。率的減小而迅速增大。 一個(gè)更廣義的表達(dá)式：一個(gè)更廣義的表達(dá)式： ( (9.3) ) 其中，其中，A是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，S是液體所占孔是液體所占孔隙的百分?jǐn)?shù)，隙的百分?jǐn)?shù)，c是一個(gè)常數(shù)是一個(gè)常

36、數(shù)( (約為約為2.0) )（據(jù)（據(jù)Winsauer和和McCardell,1953）。）。 A 值大小與孔隙的幾何特征有關(guān)，它對(duì)值大小與孔隙的幾何特征有關(guān)，它對(duì)電流影響較大。電流影響較大。 處在孤立地區(qū)的一個(gè)含大量海水的地層處在孤立地區(qū)的一個(gè)含大量海水的地層如含少量海水的被裂隙相互連通的系統(tǒng)如含少量海水的被裂隙相互連通的系統(tǒng)中的巖石一樣具有大的電阻率。中的巖石一樣具有大的電阻率。 目前已對(duì)以下幾種類型的孔隙進(jìn)行過(guò)研目前已對(duì)以下幾種類型的孔隙進(jìn)行過(guò)研究：究： 1.1.粒間孔隙粒間孔隙：存在于沉積物和沉積巖中：存在于沉積物和沉積巖中 2.2.大的、連通性差的孔隙大的、連通性差的孔隙：存在于海底：

37、存在于海底的玄武巖中的玄武巖中 3.3.破碎、裂縫和微裂隙破碎、裂縫和微裂隙：存在于被巖化：存在于被巖化的地層中，特別是火成巖和變質(zhì)巖的基的地層中，特別是火成巖和變質(zhì)巖的基底中底中。 對(duì)于形狀相同的粒間孔隙巖石，對(duì)于形狀相同的粒間孔隙巖石，A 1。 深海玄武巖的深海玄武巖的A值約為值約為9 （Pezard,1990），）， 但是一般情況下，但是一般情況下，A取取0.5與與2.5之間的一之間的一個(gè)數(shù)即可，個(gè)數(shù)即可， m的大小取決于孔隙的幾何的大小取決于孔隙的幾何形狀，通常取形狀，通常取1.3與與2.5之間的數(shù)。之間的數(shù)。 小于小于5Ma的年輕深海玄武巖的的年輕深海玄武巖的m值取值取1.0左右，它

38、能很好的反映電流在巖石裂隙左右，它能很好的反映電流在巖石裂隙中的傳導(dǎo)情況。中的傳導(dǎo)情況。 玄武巖年齡越老玄武巖年齡越老m值就越大，這可能與值就越大，這可能與隨年齡增大導(dǎo)電孔隙扭曲度變大有關(guān)。隨年齡增大導(dǎo)電孔隙扭曲度變大有關(guān)。 海洋沉積物的電阻率一般在海洋沉積物的電阻率一般在0.10.11.01.0歐歐姆姆米之間，而富粘土地層是導(dǎo)電性最好米之間，而富粘土地層是導(dǎo)電性最好的一些地層。的一些地層。 在巖化過(guò)程中，電阻率隨著孔隙度的降在巖化過(guò)程中，電阻率隨著孔隙度的降低而增大。低而增大。 海底松散沉積物的孔隙度可以高達(dá)海底松散沉積物的孔隙度可以高達(dá)0.8。由于由于f f和和ww非常接近，非常接近， 因

39、而（因而（9.3）式中的常數(shù)式中的常數(shù)A可取一定值，可取一定值，所以如果不考慮孔隙氣體的影響，電阻所以如果不考慮孔隙氣體的影響，電阻率的大小就只取決于孔隙度、膠結(jié)因素率的大小就只取決于孔隙度、膠結(jié)因素和和ww三個(gè)因素。三個(gè)因素。 ww值的大小由孔隙水中的離子濃度、電值的大小由孔隙水中的離子濃度、電荷及離子遷移率決定。荷及離子遷移率決定。 當(dāng)溫度降低至部分孔隙流體開始固結(jié)時(shí)，當(dāng)溫度降低至部分孔隙流體開始固結(jié)時(shí)，離子的遷移率和有效孔隙度就開始降低。離子的遷移率和有效孔隙度就開始降低。 同時(shí)，未凝固的孔隙流體中的離子濃度同時(shí)，未凝固的孔隙流體中的離子濃度的增大也會(huì)引起電阻率的迅速升高。的增大也會(huì)引起

40、電阻率的迅速升高。 如圖如圖9.2給出了砂礫巖和花崗巖孔隙度隨給出了砂礫巖和花崗巖孔隙度隨溫度的變化情況。溫度的變化情況。 電阻率對(duì)電阻率對(duì)0至至-3之間的溫度很敏感，隨之間的溫度很敏感，隨溫度的變化較大。溫度的變化較大。 粘土的電阻率要比粗粒物質(zhì)的變化速度粘土的電阻率要比粗粒物質(zhì)的變化速度慢，這可能是與它們各自離子的交換能慢，這可能是與它們各自離子的交換能力有關(guān)。力有關(guān)。 我們可利用電阻率隨流體凝固時(shí)的顯著我們可利用電阻率隨流體凝固時(shí)的顯著增加這一特性估算高緯地區(qū)勘探中永凍增加這一特性估算高緯地區(qū)勘探中永凍層的深度和厚度。層的深度和厚度。 花崗巖和大陸邊緣下其它基底巖石的電花崗巖和大陸邊緣下

41、其它基底巖石的電阻率要比松散沉積物的高出好幾個(gè)數(shù)量阻率要比松散沉積物的高出好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。級(jí)。 洋底玄武巖的電阻率介于洋底玄武巖的電阻率介于10m至至100m之間。之間。 不同巖石的電阻率之間有一些重疊部分不同巖石的電阻率之間有一些重疊部分（表（表9.1），），所以不能單用巖石的電阻率所以不能單用巖石的電阻率數(shù)據(jù)確定其巖性。數(shù)據(jù)確定其巖性。 由于巖石破裂過(guò)程中的各向異性（無(wú)論由于巖石破裂過(guò)程中的各向異性（無(wú)論是宏觀的還是微觀的）使得電場(chǎng)觀測(cè)數(shù)是宏觀的還是微觀的）使得電場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)的解釋變得復(fù)雜。據(jù)的解釋變得復(fù)雜。 宏觀上，不同電阻率的層位在不同的方宏觀上，不同電阻率的層位在不同的方向上對(duì)電流的傳導(dǎo)

42、阻礙是不同的，如海向上對(duì)電流的傳導(dǎo)阻礙是不同的，如海底重金屬硫化物和氧化物的礦物區(qū)可在底重金屬硫化物和氧化物的礦物區(qū)可在某個(gè)方向形成有利電流傳導(dǎo)的通道。某個(gè)方向形成有利電流傳導(dǎo)的通道。 1.3 海洋海洋自然電位法自然電位法 (Self-potential method) 很多礦床猶如天然電池一樣能在地表產(chǎn)很多礦床猶如天然電池一樣能在地表產(chǎn)生電勢(shì)差，主要是那些含有多金屬硫化生電勢(shì)差，主要是那些含有多金屬硫化物的礦床。物的礦床。 當(dāng)導(dǎo)體連接兩個(gè)不同的電化學(xué)勢(shì)時(shí)就有當(dāng)導(dǎo)體連接兩個(gè)不同的電化學(xué)勢(shì)時(shí)就有電勢(shì)差產(chǎn)生，由此形成自電勢(shì)異常。電勢(shì)差產(chǎn)生，由此形成自電勢(shì)異常。 我們先看陸地上的自然電位法的原理我們

43、先看陸地上的自然電位法的原理 如下圖所示，賦存于地下的如下圖所示，賦存于地下的電子導(dǎo)電礦電子導(dǎo)電礦體體，當(dāng)其被，當(dāng)其被地下潛水面地下潛水面切過(guò)時(shí)，往往在切過(guò)時(shí)，往往在其周圍形成其周圍形成穩(wěn)定的自然電流場(chǎng)穩(wěn)定的自然電流場(chǎng)。 我們知道，潛水面以上為我們知道，潛水面以上為滲透帶滲透帶，由于，由于靠近地表而富含靠近地表而富含氧氣氧氣，使?jié)撍嬉陨系?，使?jié)撍嬉陨系娜芤貉趸暂^強(qiáng)溶液氧化性較強(qiáng)； 相反，潛水面以下相反，潛水面以下含氧較少含氧較少，那里的水，那里的水溶液相對(duì)來(lái)說(shuō)是溶液相對(duì)來(lái)說(shuō)是還原性還原性的。的。 潛水面上、下水溶液潛水面上、下水溶液化學(xué)性質(zhì)的差異化學(xué)性質(zhì)的差異通通過(guò)自然界大氣降水的循環(huán)總

44、能長(zhǎng)期保持。過(guò)自然界大氣降水的循環(huán)總能長(zhǎng)期保持。 這樣，這樣， 電子導(dǎo)體的電子導(dǎo)體的上、下部分上、下部分總是總是分別分別處于性質(zhì)不同的溶液處于性質(zhì)不同的溶液之中，在之中，在導(dǎo)體和溶導(dǎo)體和溶液之間形成了不均勻的雙電層液之間形成了不均勻的雙電層，產(chǎn)生自，產(chǎn)生自然極化，并形成自然極化電流場(chǎng)，然極化，并形成自然極化電流場(chǎng)，簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱自然電場(chǎng)。自然電場(chǎng)。 在上述特定自然條件下，導(dǎo)體上部處于在上述特定自然條件下，導(dǎo)體上部處于氧化性質(zhì)溶液中，其電極電位較高，氧化性質(zhì)溶液中，其電極電位較高，導(dǎo)導(dǎo)體帶正電，其周圍溶液帶負(fù)電；體帶正電，其周圍溶液帶負(fù)電； 導(dǎo)體下部處于還原性質(zhì)溶液中，電極電導(dǎo)體下部處于還原性質(zhì)溶液中

45、，電極電位較低，位較低，導(dǎo)體帶負(fù)電，周圍溶液帶正電導(dǎo)體帶負(fù)電，周圍溶液帶正電。 這種因極化形成的電流，在導(dǎo)體內(nèi)部自這種因極化形成的電流，在導(dǎo)體內(nèi)部自上而下；上而下； 而在導(dǎo)體外部是自下而上，如圖而在導(dǎo)體外部是自下而上，如圖1.3-41.3-4中中的電流線。的電流線。 從地平面看，自然電流是從四面八方流從地平面看，自然電流是從四面八方流向?qū)w，因此，沿剖面觀測(cè)自然電位向?qū)w，因此，沿剖面觀測(cè)自然電位 時(shí)，時(shí)，離礦體愈近，電位愈低，離礦體愈近，電位愈低，在導(dǎo)體正上方在導(dǎo)體正上方電位最低，稱為自然電位負(fù)心。電位最低，稱為自然電位負(fù)心。 通常，在硫化金屬礦上可觀測(cè)到幾十到通常，在硫化金屬礦上可觀測(cè)到幾

46、十到幾百毫伏的自然電位負(fù)異常。幾百毫伏的自然電位負(fù)異常。 順便指出：在化學(xué)性能十分穩(wěn)定的石墨順便指出：在化學(xué)性能十分穩(wěn)定的石墨礦或石墨化程度較高的地層上，自然電礦或石墨化程度較高的地層上，自然電位負(fù)異常的幅位負(fù)異常的幅 度可達(dá)度可達(dá)800800900900mVmV，甚至甚至10001000mVmV以上。以上。 2 2離子導(dǎo)體的自然極化離子導(dǎo)體的自然極化 在離子導(dǎo)電的巖石上所觀測(cè)到的自然電在離子導(dǎo)電的巖石上所觀測(cè)到的自然電場(chǎng)主要是由于動(dòng)電效應(yīng)所產(chǎn)生的流動(dòng)電場(chǎng)主要是由于動(dòng)電效應(yīng)所產(chǎn)生的流動(dòng)電位所引起。位所引起。 (1)(1)過(guò)濾電場(chǎng)過(guò)濾電場(chǎng) 當(dāng)?shù)叵滤鬟^(guò)多孔巖石時(shí)，在地表就可當(dāng)?shù)叵滤鬟^(guò)多孔巖石時(shí)

47、，在地表就可以觀測(cè)到過(guò)濾電場(chǎng)。以觀測(cè)到過(guò)濾電場(chǎng)。 溶液能平行于孔壁自由流動(dòng)，而溶液能平行于孔壁自由流動(dòng)，而把正離把正離子帶走子帶走 在在水流的上游負(fù)離子過(guò)多水流的上游負(fù)離子過(guò)多， 而而 在水流下游正離子過(guò)多在水流下游正離子過(guò)多，形成了，形成了過(guò)濾過(guò)濾電場(chǎng)電場(chǎng)。 地殼中自然形成的地殼中自然形成的過(guò)濾電場(chǎng)過(guò)濾電場(chǎng)主要包括主要包括裂裂隙電場(chǎng)隙電場(chǎng)、上升泉電場(chǎng)上升泉電場(chǎng)、山地電場(chǎng)山地電場(chǎng)和和河流河流電場(chǎng)等。電場(chǎng)等。 例如例如 ：地下的喀斯特溶洞、斷層、破碎：地下的喀斯特溶洞、斷層、破碎帶或其它巖石裂隙帶，常成為地下水的帶或其它巖石裂隙帶，常成為地下水的通道。通道。 當(dāng)?shù)叵滤蛳聺B漏時(shí)，上部巖石吸附負(fù)當(dāng)

48、地下水向下滲漏時(shí)，上部巖石吸附負(fù)離子，下部巖石出現(xiàn)多余的正離子，這離子，下部巖石出現(xiàn)多余的正離子，這就形成裂隙電場(chǎng)就形成裂隙電場(chǎng)( (見(jiàn)圖見(jiàn)圖1.3-61.3-6，a)a)。 與以上的情況相反，當(dāng)?shù)叵滤ㄟ^(guò)裂隙與以上的情況相反，當(dāng)?shù)叵滤ㄟ^(guò)裂隙帶向上涌出形成上升泉時(shí)，由于過(guò)濾作帶向上涌出形成上升泉時(shí)，由于過(guò)濾作用，在泉水出露處呈現(xiàn)過(guò)剩的正電荷，用，在泉水出露處呈現(xiàn)過(guò)剩的正電荷，而在地下水深處留下過(guò)多的負(fù)電荷，于而在地下水深處留下過(guò)多的負(fù)電荷，于是形成是形成上升泉電場(chǎng)上升泉電場(chǎng)( (見(jiàn)圖見(jiàn)圖1.3-61.3-6，b)b)。 此外，由于河水和地下水之間的相互補(bǔ)此外，由于河水和地下水之間的相互補(bǔ)給形成的地下水流產(chǎn)生的給形成的地下水流產(chǎn)生的 過(guò)濾電場(chǎng)為過(guò)濾電場(chǎng)為河河流電場(chǎng)流電場(chǎng)( (見(jiàn)圖見(jiàn)圖1.3-7)1.3-7)。 山地電場(chǎng)常常是雨水滲入多孔的山頂巖山地電場(chǎng)常常是雨水滲入多孔的山頂巖層向山腳流動(dòng)形成的。層向山腳流動(dòng)形成的。 山地電場(chǎng)總是山頂電位為負(fù)，山腳電位山地電場(chǎng)總是山頂電位為負(fù)，山腳電位為正，電場(chǎng)的分布與地形成鏡象