電法勘探基本理論電阻率法

關(guān)于電法勘探基本理論電阻率法第1頁，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五第一節(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(dá)√√√√√第2頁，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五

電法勘探

以巖、礦石的電學(xué)性質(zhì)（如導(dǎo)電性）差異為基礎(chǔ)，通過觀測和研究與這些電性差異有關(guān)的（天然或人工)電場或電磁場分布規(guī)律來查明地下地質(zhì)構(gòu)造及有用礦產(chǎn)的一種物探方法，簡稱“電法”。第二部分電法勘探第3頁，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五電法勘探的特點：

①可利用的物性參性多導(dǎo)電性（電阻率ρ或電導(dǎo)率σ[σ=1/ρ]

）電化學(xué)活動性（η）介電性（ε）導(dǎo)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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五傳導(dǎo)類電法勘探（直流電法）研究穩(wěn)定電流場感應(yīng)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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五第一節(jié)電阻率法電阻率法的理論基礎(chǔ)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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五第一節(jié)電阻率法電阻率法是傳導(dǎo)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(dǎo)電性差異的基礎(chǔ)上，通過觀測和研究與這些差異有關(guān)的天然電場或人工電場的分布規(guī)律，從而達(dá)到查明地下構(gòu)造或者尋找有用礦產(chǎn)的目的。第7頁，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五電阻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(chǔ)（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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五3.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(zhì)巖：介于兩者之間第一節(jié)電阻率法第9頁，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五4.影響巖石電阻率的主要因素⑴礦物成分、含量及結(jié)構(gòu)

金屬礦物含量↑，電阻率↓結(jié)構(gòu)：侵染狀＞細(xì)脈狀⑵巖礦石的孔隙度、濕度

孔隙度↑，含水量↑，電阻率↓風(fēng)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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五⑷溫度溫度T↑，溶解度↑，離子活性↑，電阻率↓

結(jié)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(gòu)造層這種層狀構(gòu)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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五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(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)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(guān)系第12頁，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五（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(shè)大地是水平的，與不導(dǎo)電的空氣接觸，介質(zhì)充滿整個地下半空間，且電阻率在介質(zhì)中處處相等，稱這樣的介質(zhì)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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五為了建立地下電場，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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五兩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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五（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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五第一節(jié)電阻率法則→均勻大地電阻率公式裝置系數(shù)第17頁，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五第一節(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(zhì)。然而實際中，地下巖石的導(dǎo)電性往往是不均勻的、且地形亦不是水平的，因此有必要進(jìn)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(zhì)中的地下電流場及視電阻率（1）非均勻介質(zhì)中的地下電流場（a）均勻巖石；（b）圍巖中賦存良導(dǎo)礦體；（c）圍巖中賦存高阻巖體第18頁，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五（2）視電阻率當(dāng)?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(zhì)），仍然采用前述均勻介質(zhì)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(guān)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(nèi)各種地質(zhì)體電阻率的綜合影響值。第一節(jié)電阻率法第19頁，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五第一節(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(zhì)情況是復(fù)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(zhì)斷面稱為地電斷面。第20頁，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五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(dǎo)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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五重慶地質(zhì)儀器廠第22頁，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五在電法勘查中，為了解決不同的地質(zhì)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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五第一節(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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五第一節(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(nèi)視電阻率沿剖面的變化。解決主要地質(zhì)問題：探測產(chǎn)狀陡立的高、低阻體，如劃分不同巖性接觸帶、追索斷層及構(gòu)造破碎帶。第26頁，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五第一節(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(nèi)。所得到的ρs曲線是反映測線下某一深度范圍內(nèi)不同電性物質(zhì)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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五1.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(jìn)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(yuǎn)極，它在M、N處產(chǎn)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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五2.聯(lián)合剖面法ρs曲線特征分析直立良導(dǎo)薄脈上的聯(lián)合剖面曲線的分析1—正交點；2—良導(dǎo)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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五由圖可見：①在直立良導(dǎo)薄脈頂部上方，與相交，且（圍巖）②交點左側(cè)交點右側(cè)，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(cè)，兩條曲線明顯張開。第一節(jié)電阻率法第30頁，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五當(dāng)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(cè)，交點右側(cè)，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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五當(dāng)薄脈傾斜時：

曲線不對稱，交點兩側(cè)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(cè)傾斜。第一節(jié)電阻率法第32頁，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五

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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五(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(nèi)同時移動，逐點進(jìn)行測量，測點為

MN的中點。也可以在AB連線兩側(cè)1/6AB范圍內(nèi)的測線上布置MN進(jìn)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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五第一節(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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五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(fù)雜、生產(chǎn)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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五由圖可見：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(yīng)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(zhì)體。第一節(jié)電阻率法AB過大AB過小ρ0<ρ1<ρ2第39頁，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五第一節(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(cè)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(yīng)用實例1第40頁，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五1.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(chǎn)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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五2.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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五3.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(biāo)，以ρs為縱坐標(biāo)，繪制在模數(shù)為6.25cm的雙對數(shù)坐標(biāo)紙上。第一節(jié)電阻率法第43頁，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五第一節(jié)電阻率法電測深曲線第44頁，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五電測深曲線類型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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五電測深法主要圖件：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(yīng)了電性層的變化，如構(gòu)造接觸帶、地層尖滅、基底起伏等。第一節(jié)電阻率法第46頁，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五（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(yīng)用第47頁，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五高密度電阻率法測量儀器1.主機2.轉(zhuǎn)換開關(guān)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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五第一節(jié)電阻率法高密度電阻率法第51頁，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五實踐證明，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(diào)查等方面得到了廣泛的應(yīng)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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五1)．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(gòu)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(zhuǎn)換開關(guān)，便可將每四個相鄰電極進(jìn)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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五施工過程為：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(jīng)電極轉(zhuǎn)換開關(guān)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(jìn)行下一測點的觀測，這種過程重復(fù)進(jìn)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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五由于一條剖面地表測點總數(shù)是固定的，因此，當(dāng)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(jié)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(jié)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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五①點距x的選擇主要依據(jù)勘探的詳細(xì)程度（1～10米）。②最大電極距的大小，取決于預(yù)期勘探深度；隔離系數(shù)n一般1～15或更大；③無窮遠(yuǎn)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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五(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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五第一節(jié)電阻率法高密度電阻率法第59頁，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五【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，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五第一節(jié)電阻率法高密度電阻率法第61頁，共72頁，2022年，5月20日，16點48分，星期五γ（微分）裝置排列示意圖【特點】測量斷面為倒梯形?！久枋觥繙y量時，AM=MB=BN=a為一個電極間距，A、M、