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西安科技大學(xué)第5章電阻率法基本知識(shí)第一頁(yè),共79頁(yè)。電法勘探的分類(lèi)
1、按照?qǐng)鲈葱再|(zhì)分類(lèi):1)人工源方法or可控源方法:包括直流電測(cè)深(VES)、可控源音頻大地電磁測(cè)深法(CSAMT)、瞬變電磁測(cè)深(TEM)、激發(fā)極化法(IP)、充電法等。特點(diǎn):使用人工源,場(chǎng)源形式和功率可控制,場(chǎng)源可以分為電偶極源、磁偶極源、接地長(zhǎng)導(dǎo)線(xiàn)、大回線(xiàn)等。2)天然場(chǎng)源方法:包括大地電磁測(cè)深法(MT)、音頻大地電磁測(cè)深法(AMT)、電磁陣列剖面法(EMAP)等。特點(diǎn):采用天然場(chǎng)源,成本低,場(chǎng)源形式簡(jiǎn)單,頻帶范圍寬,野外資料采集和資料解釋比人工源方法簡(jiǎn)單。第二頁(yè),共79頁(yè)。電法勘探的分類(lèi)2、按照資料采集或處理方式分類(lèi):1)頻率域方法or交流電法:包括天然場(chǎng)源中的大部分方法。這些方法特點(diǎn)的供電、觀測(cè)和解釋都在頻率域內(nèi)進(jìn)行,或者供電、觀測(cè)在時(shí)間域內(nèi)進(jìn)行,但解釋在頻率域內(nèi)進(jìn)行。按照頻率范圍可分為高頻電法、低頻電法、甚低頻電法等。2)直流電法:供電和測(cè)量都是直流。3)時(shí)間域方法:如TEM、時(shí)間域IP等。第三頁(yè),共79頁(yè)。電法勘探的分類(lèi)3、按照產(chǎn)生異常的機(jī)理分類(lèi):1)傳導(dǎo)類(lèi)電法:它觀測(cè)和利用的是地球中由傳導(dǎo)作用產(chǎn)生的異常場(chǎng),如電阻率法、充電法、IP等。2)感應(yīng)類(lèi)方法:它觀測(cè)和利用的是地球中由感應(yīng)作用產(chǎn)生的異常場(chǎng),如TEM、MT等。第四頁(yè),共79頁(yè)。電法勘探的分類(lèi)4、按照觀測(cè)方式分類(lèi):1)地面電法2)航空電法3)海洋電法4)井中電法第五頁(yè),共79頁(yè)。電法勘探的分類(lèi)5、按照勘探對(duì)象分類(lèi):1)金屬與非金屬電法(淺)2)石油天然氣電法(中)3)深部構(gòu)造電法(深)注意:以上的分類(lèi)方法只是為了研究的方便而分的,絕不要在各類(lèi)方法之間樹(shù)立一道屏障,各種方法都存在著交叉,并沒(méi)有明顯的界限。第六頁(yè),共79頁(yè)。電法勘探利用巖石的電學(xué)性質(zhì)有:電阻率(或電導(dǎo)率)磁導(dǎo)率介電常數(shù)極化特性(體極化率和面極化率)電法勘探的基礎(chǔ)知識(shí)
電法勘探以地質(zhì)體的電阻率ρ、介電常數(shù)ε、磁導(dǎo)率μ、極化率η等物理參數(shù)的差異為基礎(chǔ)。第七頁(yè),共79頁(yè)。電法勘探的基礎(chǔ)知識(shí)在巖石所有的物理性質(zhì)中,電阻率的變化范圍最大,可以從10-8~107歐姆米,干燥的純硫高達(dá)1016歐姆米。一般地,火成巖的電阻率比沉積巖高,而沉積巖中的結(jié)晶巖或變質(zhì)巖(如石膏等)電阻率最高。第八頁(yè),共79頁(yè)。電法勘探的基礎(chǔ)知識(shí)第九頁(yè),共79頁(yè)。電磁法作為一種重要的勘探地球物理方法,應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,分支眾多。礦產(chǎn)資源勘探(石油天然氣、金屬礦藏)地下水勘探工程勘探海洋資源勘探考古軍事地球深部構(gòu)造和地球動(dòng)力學(xué)研究電法勘探的基礎(chǔ)知識(shí)第十頁(yè),共79頁(yè)。煤礦地面水文電(磁)法勘探技術(shù)方法特點(diǎn)主要應(yīng)用范圍直流電法①理論方法成熟,施工技術(shù)簡(jiǎn)單抗干擾②體積效應(yīng)影響大,隨著勘探深度的增大,分辨率急劇下降③施工效率低,工作量大主要用于淺部(<500m)的水文勘探工作。如第四系含水層,覆蓋層厚度,斷層裂隙帶,巖溶等地勘查瞬變電磁測(cè)深法①體積效應(yīng)小,分辨率高,施工效率高②能穿透高祖屏蔽層,勘探深度大③抗干擾能力比直流低④受地表人文設(shè)施干擾大⑤存在淺部勘探盲區(qū)主要用于中深部(<1000m)水文勘探工作。如砂巖富水區(qū),斷層裂隙帶,巖溶裂隙等地勘查CSAMT①能穿透高屏蔽層,勘探深度大②橫向分辨率高,施工效率高③受地表不均勻體影響大④存在過(guò)度區(qū)⑤資料處理解釋復(fù)雜可用于中深部(可達(dá)1500m)水文勘探工作,如砂巖富水區(qū),斷層裂隙帶,巖溶裂隙,地?zé)岬鹊乜辈殡姺碧降幕A(chǔ)知識(shí)第十一頁(yè),共79頁(yè)。電法勘探第五章電阻率法的基本知識(shí)第六章電剖面法第七章電測(cè)深法第八章其它電探方法第十二頁(yè),共79頁(yè)。第一節(jié)電阻率法基礎(chǔ)第二節(jié)大地電阻率的測(cè)定第三節(jié)電阻率法的物理實(shí)質(zhì)第四節(jié)電阻率法的儀器、設(shè)備簡(jiǎn)介第五章電阻率法的基礎(chǔ)知識(shí)第十三頁(yè),共79頁(yè)。一、巖石和礦石的導(dǎo)電性二、影響電阻率的因素三、層狀介質(zhì)的電阻率第一節(jié)巖土介質(zhì)的電阻率法第十四頁(yè),共79頁(yè)。
定義:電阻率是表征物質(zhì)導(dǎo)電性的基本參數(shù),某種物質(zhì)的電阻率實(shí)際上就是當(dāng)電流垂直通過(guò)由該物質(zhì)所組成的邊長(zhǎng)為1m
的立方體時(shí)而呈現(xiàn)的電阻。
單位:歐姆·米;電導(dǎo)率σ(西門(mén)子每米),記作S/m一、巖石和礦石的導(dǎo)電性物質(zhì)的電阻率越低、電導(dǎo)率越大,其導(dǎo)電性越好;反之,導(dǎo)電性越差。第十五頁(yè),共79頁(yè)。1.礦物的電阻率
巖石和礦石都是由礦物組成的,按導(dǎo)電機(jī)制不同,固體礦物可分三種類(lèi)型,即金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體和固體電解質(zhì)。天然金屬均屬于金屬導(dǎo)體。自然金:2×10-8
歐姆·米,自然銅:1.2×10-8~3×10-7歐姆·米。石墨:小于10-6歐姆·米。
大多數(shù)金屬礦物均屬于半導(dǎo)體。其電阻率值都高于金屬導(dǎo)體,并有較大的變化范圍(10-6~106歐姆·米)。
絕大多數(shù)造巖礦物(如輝石、石英、云母和方解石等),均屬于固體電解質(zhì),其電阻率值都很高(大于106歐姆·米)第十六頁(yè),共79頁(yè)。常見(jiàn)半導(dǎo)體礦物的電阻率值第十七頁(yè),共79頁(yè)。2.
巖礦石的電阻率
天然狀態(tài)下的巖石具有非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)與組份。為了方便,在電法勘探中,可以一級(jí)近似地把巖石模型看成是由兩相介質(zhì)構(gòu)成的,即由礦物骨架(固相)和水(液相)所構(gòu)成。因此,不僅組份不同的巖石會(huì)有不同的電阻率,既使組份相同的巖石,也會(huì)由于結(jié)構(gòu)及含水情況的不同而使其電阻率在很大的范圍內(nèi)變化。
礦物電阻率值是在一定范圍內(nèi)變化的,同種礦物可有不同的電阻率值,不同礦物也可有相同的電阻率值,因此由礦物組成的巖石和礦石的電阻率也必然有較大的變化范圍。第十八頁(yè),共79頁(yè)。幾種巖石電阻率值的分布范圍曲線(xiàn)第十九頁(yè),共79頁(yè)。
名稱(chēng)ρ(Ωm)
名稱(chēng)ρ(Ωm)黃土層粘土含水砂卵石層隔水粘土層0~2001~20050~5005~30
雨水河水海水潛水>10010~1000.1~1<100
一般土層結(jié)構(gòu)疏松,孔隙度大,且與地表水密切相關(guān),因而它們的電阻率均較低,一般為幾十Ω·m。下表為幾種常見(jiàn)浮土和地表水的電阻率及其變化范圍:第二十頁(yè),共79頁(yè)。二、影響電阻率的因素1)電阻率與礦物成分和含量的關(guān)系2)電阻率與含水飽和度的關(guān)系3)電阻率與溫度的關(guān)系4)電阻率與壓力的關(guān)系5)電阻率與頻率的關(guān)系第二十一頁(yè),共79頁(yè)。1)電阻率與礦物成分和含量的關(guān)系構(gòu)成巖石的成分是礦物。按照其電阻率可把礦物分為三類(lèi):a.10-6~1歐姆米,為良導(dǎo)電礦物,包括:金屬、石墨、一些硫化物(黃鐵礦、方鉛礦等)及一些氧化物(赤鐵礦、磁鐵礦等);b.1~106歐姆米,為中導(dǎo)電礦物,主要指一些硫化物(輝銻礦等)及大部分氧化物(赤鐵礦、鉻鐵礦等);c.>106歐姆米,為劣導(dǎo)電礦物,幾乎所有的造巖礦物(長(zhǎng)石、輝石、石英、云母、方解石等)都屬此類(lèi)。二、影響電阻率的因素第二十二頁(yè),共79頁(yè)。二、影響電阻率的因素第二十三頁(yè),共79頁(yè)。2)電阻率與含水飽和度的關(guān)系二、影響電阻率的因素第二十四頁(yè),共79頁(yè)。幾種常見(jiàn)巖石的孔隙度第二十五頁(yè),共79頁(yè)。地下水溶液的電阻率與溶液成分關(guān)系不大,但是與其濃度關(guān)系密切,濃度增加,電阻率明顯下降。第二十六頁(yè),共79頁(yè)。幾種常見(jiàn)天然水的電阻率第二十七頁(yè),共79頁(yè)。3)電阻率與溫度的關(guān)系二、影響電阻率的因素第二十八頁(yè),共79頁(yè)。含水砂巖電阻率隨溫度變化的試驗(yàn)曲線(xiàn)砂巖孔隙度為12%;濕度ω=1.5%第二十九頁(yè),共79頁(yè)。4)電阻率與壓力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)表明,一些巖石的電阻率受到壓力的影響。當(dāng)巖石超過(guò)其破裂強(qiáng)度后,其電阻率回迅速降低,這可能與其中的流體有關(guān)。5)電阻率與頻率的關(guān)系在低頻電磁感應(yīng)法中不考慮位移電流影響,即巖石導(dǎo)電性不隨頻率改變。只是在頻率超過(guò)106Hz的高頻電磁法(無(wú)線(xiàn)電波透視、地質(zhì)雷達(dá))中,采考慮位移電流的作用二、影響電阻率的因素第三十頁(yè),共79頁(yè)。地球內(nèi)部圈層的電阻率特征地球內(nèi)部的電性特征歸結(jié)為:由淺至深,電阻率呈“低阻-高阻-低阻”分布。MT結(jié)果表明,在上地幔和地殼內(nèi)存在高導(dǎo)層,但不是普遍存在的。它們多出現(xiàn)在構(gòu)造活動(dòng)地區(qū),在這些不穩(wěn)定的地區(qū),多出現(xiàn)有地震和火山活動(dòng),地表具有較高的熱流值。可能是地下物質(zhì)部分熔融的結(jié)果。第三十一頁(yè),共79頁(yè)。地球內(nèi)部電導(dǎo)率分布低阻-高阻-低阻第三十二頁(yè),共79頁(yè)。1.
橫向電阻T和縱向電導(dǎo)S
當(dāng)電流垂直巖柱體底面流過(guò)時(shí),所測(cè)得的電阻稱(chēng)為橫向電阻,用T來(lái)表示。T=hρ
當(dāng)六面巖柱體由若干個(gè)厚度和電性不同的巖層所組成時(shí),其總的橫向電阻為:三、層狀介質(zhì)的電阻率第三十三頁(yè),共79頁(yè)。當(dāng)電流平行巖柱體底面流過(guò)時(shí),所測(cè)得的電導(dǎo)稱(chēng)為縱向電導(dǎo)。用S來(lái)表示若六面巖柱體由多個(gè)厚度和電性不同的巖層組成時(shí),總縱向電導(dǎo)為第三十四頁(yè),共79頁(yè)。2.縱向電阻率與橫向電阻率
大部分沉積巖都具有層理結(jié)構(gòu),從其電性上來(lái)看,它們是由各種不同電阻率的地層組成的。這樣的地層其電阻率與通過(guò)其中電流的方向有關(guān),呈現(xiàn)出各向異性。層狀結(jié)構(gòu)巖石模型(a)實(shí)際巖石(b)等效模型L1L2第三十五頁(yè),共79頁(yè)。
對(duì)于各向異性介質(zhì)而言,當(dāng)電流垂直層理方向流過(guò)時(shí)所測(cè)得的電阻率稱(chēng)為橫向電阻率,我們用符號(hào)ρn來(lái)表;電流平行層理方向流過(guò)時(shí)所測(cè)得的電阻率稱(chēng)為縱向電阻率,我們用符號(hào)ρt來(lái)表示。垂直方向:平行方向:第三十六頁(yè),共79頁(yè)。巖石名稱(chēng)λ巖石名稱(chēng)λ層狀粘土層狀砂巖石灰?guī)r02~1.051~1.61~1.3泥質(zhì)板巖泥質(zhì)頁(yè)巖無(wú)煙煤1~1.5941~1.251.5~2.5
一般情況下,巖層的橫向電阻率均大于其縱向電阻率,并用“各向異性系數(shù)”來(lái)表示石層的各向異性程度。由于ρn>ρt,所以各向異性系數(shù)λ總是大于1的。第三十七頁(yè),共79頁(yè)。第三十八頁(yè),共79頁(yè)。
為了探測(cè)地下地質(zhì)對(duì)象的存在與分布,首先要在地下半空間建立人工電流場(chǎng),然后研究由地質(zhì)對(duì)象所產(chǎn)生的電場(chǎng)的變化,從而達(dá)到找礦或探測(cè)地下構(gòu)造的目的。探測(cè)對(duì)象與圍巖間的電阻率差異是電阻率法的應(yīng)用前提。施加人工電流場(chǎng)并采用一系列的探測(cè)技術(shù),是電阻率法的外部條件。把直流電源通過(guò)電極向地下供電便形成了人工直流電場(chǎng),由于直流電場(chǎng)中電荷的分布不隨時(shí)間而改變,所以也稱(chēng)穩(wěn)定電流場(chǎng)。
第二節(jié)大地電阻率的測(cè)定第三十九頁(yè),共79頁(yè)。1.微觀歐姆定律
穩(wěn)定電流場(chǎng)滿(mǎn)足歐姆定律,在微觀情況下,其微分形式是一、穩(wěn)定電流場(chǎng)的基本規(guī)律上式說(shuō)明:穩(wěn)定電流場(chǎng)中任一點(diǎn)的電流密度與該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)成正比,與介質(zhì)的電阻率成反比。既適用于均勻介質(zhì)的情況,也適用于非均勻介質(zhì)的情況。第四十頁(yè),共79頁(yè)。2.克?;舴蚨?/p>
在穩(wěn)定電流場(chǎng)中,任取一個(gè)不含源的閉合曲面,流過(guò)任何一個(gè)閉合曲面的電流密度通量均等于零,即上式就是穩(wěn)定電流場(chǎng)的連續(xù)性方程式,矢量j連續(xù)的域中滿(mǎn)足式中v為封閉面所包含的體積。由此得:
由于散度表示場(chǎng)量在其方向上的空間變化率,所以電流密度散度等于零就表明電流處處是連續(xù)的。第四十一頁(yè),共79頁(yè)。3.穩(wěn)定電流場(chǎng)的勢(shì)場(chǎng)性
在穩(wěn)定電流場(chǎng)中,電荷的分布不隨時(shí)間而改變,因此,它和靜電場(chǎng)一樣也是勢(shì)場(chǎng),場(chǎng)中任一點(diǎn)的電位只與該點(diǎn)到場(chǎng)源的距離有關(guān)。就場(chǎng)中某一點(diǎn)而言,單位距離上電位的變化(即電位梯度)就等于該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度,電位的降落方向表示了場(chǎng)強(qiáng)的正方向第四十二頁(yè),共79頁(yè)。4.
穩(wěn)定電流場(chǎng)的基本方程穩(wěn)定電流場(chǎng)所滿(mǎn)足的微分方程
上式反映了穩(wěn)定電流場(chǎng)的內(nèi)在規(guī)律性。U稱(chēng)為該方程的解。顯然,對(duì)所研究的某一具體問(wèn)題來(lái)說(shuō),它的解應(yīng)該是唯一的。使場(chǎng)函數(shù)獲得唯一解所須附加的限定條件稱(chēng)為定解條件,因?yàn)殡妶?chǎng)分布和時(shí)間無(wú)關(guān),所以具有邊界條件,
U1=U2,J1n=J2n。上式表明,在穩(wěn)定電流場(chǎng)中,電位處處有限且連續(xù);在界面兩側(cè),電流密度法線(xiàn)方向連續(xù)。第四十三頁(yè),共79頁(yè)。二、點(diǎn)電源電場(chǎng)點(diǎn)電源
1):供電及數(shù)據(jù)采集圖示(供電及接收電極)
2):電極大小相對(duì)于電極之間距離來(lái)說(shuō)一般很小
3):另一個(gè)電極置于“無(wú)窮遠(yuǎn)”(3-5h)
4):勘探深度遠(yuǎn)大于電極長(zhǎng)度
5):當(dāng)觀測(cè)范圍必須考慮兩個(gè)電極的影響時(shí),變構(gòu)成了兩個(gè)點(diǎn)電源的電場(chǎng)第四十四頁(yè),共79頁(yè)。1.一個(gè)點(diǎn)電源的電場(chǎng)
設(shè)在電阻率為ρ的無(wú)限半空間的地表,有一點(diǎn)電源A,其電流強(qiáng)度為+I。顯然,在距點(diǎn)源A為rAM點(diǎn)的電流密度為二、點(diǎn)電源電場(chǎng)一個(gè)點(diǎn)電源電場(chǎng)第四十五頁(yè),共79頁(yè)。上式代入,得到M點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度兩邊積分,考察M點(diǎn)的電位為:式中,當(dāng)點(diǎn)電源一定時(shí),I為常數(shù)。因此,對(duì)于均勻、各向同性無(wú)限半空間地表,點(diǎn)電源場(chǎng)的電位分布與r成反比,其等位面是以點(diǎn)源為中心的一系列同心圓。第四十六頁(yè),共79頁(yè)。2.兩個(gè)點(diǎn)電源的電場(chǎng)
當(dāng)?shù)乇碛袃蓚€(gè)異性點(diǎn)電源供電時(shí),根據(jù)電場(chǎng)的疊加原理,得到M點(diǎn)的電位表達(dá)式同理,根據(jù)式便可求出兩個(gè)異性點(diǎn)電源在M點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)第四十七頁(yè),共79頁(yè)。兩個(gè)點(diǎn)電源的電位及電場(chǎng)分布如下圖所示。
由圖可見(jiàn),越靠近電極,電位變化越大。在A極附近,電位迅速增高;在B極附近,電位迅速下降。在AB中部電位變化較慢,在AB中點(diǎn)電位為零。第四十八頁(yè),共79頁(yè)。(一)大地電阻率的測(cè)定
測(cè)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(lái)進(jìn)行,即在地表任意兩點(diǎn)(A、B)供電,然后在任意兩點(diǎn)(M、N)來(lái)測(cè)量其間的電位差,便可求出M、N兩點(diǎn)的電位。三、巖石和礦石電阻率的測(cè)定方法第四十九頁(yè),共79頁(yè)。從而大地電阻率的計(jì)算公式為
AB在MN間產(chǎn)生的電位差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(cè)量電阻率的基本公式。其中K為電極裝置系數(shù)(電極排列系數(shù)),k是一個(gè)只與電極的空間位置有關(guān)的物理量??紤]到實(shí)際的需要,在電法勘探中,一般總是把供電電極和測(cè)量電極置于一條直線(xiàn)上。第五十頁(yè),共79頁(yè)。(二)巖石露頭電阻率的測(cè)定
為了獲得自然狀態(tài)下巖石電阻率,在實(shí)際工作中,往往采用小極距AMNB電極對(duì)稱(chēng)排列裝置,在巖石的天然露頭或經(jīng)勘探工程(如探槽、坑道等)揭露的人工露頭上進(jìn)行測(cè)定。這種方法通常稱(chēng)為露頭測(cè)定法。測(cè)量裝置應(yīng)布置在較平坦、未經(jīng)風(fēng)化的巖石露頭的三分之一范圍內(nèi)。在這種情況下,該巖石露頭相對(duì)于小極距來(lái)說(shuō),可視為均勻、各向同性的半無(wú)限介質(zhì)。因而,測(cè)得了△UMN、I和電極距大小,便可按計(jì)算得到所測(cè)巖石的電阻率。第五十一頁(yè),共79頁(yè)。(三)巖、礦石標(biāo)本電阻率的測(cè)定
第五十二頁(yè),共79頁(yè)。
當(dāng)?shù)孛嫠?、地下充滿(mǎn)均勻各向同性的導(dǎo)電巖石時(shí),電阻率計(jì)算結(jié)果變?yōu)榫鶆虼蟮仉娮杪?。若進(jìn)行測(cè)量的地段地下巖石電性分布不均勻時(shí),計(jì)算結(jié)果稱(chēng)之為視電阻率,并用ρs表示。一、視電阻率及其定性分析方法第三節(jié)電阻率法的物理實(shí)質(zhì)這是電阻率法中最基本的計(jì)算公式。在電阻率法的實(shí)際工作中,一般測(cè)得的都是視電阻率,只當(dāng)電極排列位于某種單一巖性的地層中時(shí),才會(huì)測(cè)到該地層的真電阻率。第五十三頁(yè),共79頁(yè)。視電阻率的微分公式表明某點(diǎn)的視電阻率和測(cè)量電極所在介質(zhì)的真電阻率成正比,其比例系數(shù)就是測(cè)量電極間實(shí)際電流密度與假設(shè)地下為均勻介質(zhì)時(shí)正常場(chǎng)電流密度之比。第五十四頁(yè),共79頁(yè)。視電阻率與地電斷面性質(zhì)的關(guān)系(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五十五頁(yè),共79頁(yè)。對(duì)于均勻各向同性介質(zhì),(不論電極ABMN如何布置),測(cè)得的電阻率只有一個(gè)值,稱(chēng)為真電阻率或電阻率。實(shí)際介質(zhì)并非各向同性,測(cè)得的電阻率并非某巖石的真實(shí)電阻率,而是多種介質(zhì)的綜合反映,故稱(chēng)之為視電阻率。視電阻率a與測(cè)量時(shí)供電的電流強(qiáng)度I無(wú)關(guān),而和地電斷面的性質(zhì)、電極排列有關(guān)。第五十六頁(yè),共79頁(yè)。視電阻率a
(apparentresistivity)視電阻率有以下主要特點(diǎn):1)當(dāng)?shù)叵轮挥幸粚訋r石時(shí),測(cè)得的電阻率為等于的直線(xiàn);2)當(dāng)然地下存在高阻體時(shí),在高阻體之上測(cè)得的視電阻率將比圍巖電阻率大;而在低阻體之上,則比小;即地面上測(cè)得的曲線(xiàn)的變化能夠反映高低阻體的平面位置及其電阻率的相對(duì)高低;3)當(dāng)?shù)叵麓嬖诙鄬拥貙訒r(shí),測(cè)得的是所有電流能夠到達(dá)的地層的總的結(jié)果。第五十七頁(yè),共79頁(yè)。2<1L<<d
:s
1L增大,s減小2>1L>>d
:s
2L增大,s增大例子
視電阻率s第五十八頁(yè),共79頁(yè)。
在非均勻?qū)щ娊橘|(zhì)中,存在著電荷的體分布,這種電荷稱(chēng)為積累電荷。由于在電法勘探中,主要考慮分區(qū)均勻的電性分布情況,所以積累電荷主要存在于電阻率不同的介質(zhì)分界面上。二、積累電荷的概念及電阻率法的物理實(shí)質(zhì)第五十九頁(yè),共79頁(yè)。
在場(chǎng)中某點(diǎn)附近取一閉合曲面,若流入、流出該曲面的電流密度通量不等于零,便出現(xiàn)電荷的積累。討論在電性界面上電荷的積累過(guò)程設(shè)地下半空間存在著電阻率分別為1、2,且1<2,在1介質(zhì)中的A點(diǎn)處有電流源存在,M1、M2是1和2分界面兩側(cè)無(wú)限接近的兩個(gè)點(diǎn),因此可認(rèn)為rAM1=rAM2M1M2第六十頁(yè),共79頁(yè)。(1)在電源接通的瞬間(t=0),由電極表面的積累電荷在界面兩側(cè)無(wú)限靠近的兩點(diǎn)所產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度法向分量應(yīng)該相等,即:(2)根據(jù)歐姆定律,j1n
1=
j2n2,在相同電場(chǎng)作用下,在電阻率分界面的兩側(cè),將引起不同的電流密度。由于1
<2
,所以j1n>j2n
。(3)在界面上某點(diǎn)作一閉合曲面,由于流人、流出閉合曲面的電流密度不相等,所以在界面上便形成了電荷的積累,即:第六十一頁(yè),共79頁(yè)。
在電流電場(chǎng)剛建立時(shí),從界面左側(cè)流入界面的電流密度j1n大,而由界面流出的電流密度小,于是在界面上出現(xiàn)了正電荷的積累。反之,若1
<2
,則界面上將出現(xiàn)負(fù)電荷的積累。M1M2+第六十二頁(yè),共79頁(yè)。(4)當(dāng)界面出現(xiàn)了正電荷的積累后,它們便在界面兩側(cè)產(chǎn)生次生電場(chǎng)其法線(xiàn)分量△E1n和E1n方向相反,△E2n和E2n方向相同。而次生電場(chǎng)產(chǎn)生的電流密度△j1n和△j2n也是指向界面兩側(cè),于是界面兩側(cè)總場(chǎng)的電流密度為
j1n′=j1n-△j1nj2n′=j2n+△j2n
當(dāng)j1n′仍大于j2n′時(shí),界面上仍會(huì)有新的正電荷積累,直至j1n總
=j2n總
這時(shí),E1、E2n不相等。導(dǎo)致視電阻率的變化??!第六十三頁(yè),共79頁(yè)。
通過(guò)以上分析可以知道,在穩(wěn)定電流場(chǎng)中當(dāng)有電性不同的地質(zhì)界面存在時(shí),在界面上便會(huì)形成一定符號(hào)的積累電荷,積累電荷的大小除了和該點(diǎn)電流密度有關(guān)外,還和界面兩側(cè)電阻率的差異有關(guān)。第六十四頁(yè),共79頁(yè)。
了解了場(chǎng)的實(shí)質(zhì)以后,前面所提到的“低阻吸引”、“高阻排斥”的道理也就清楚了。吸引或排斥均為界面上積累電荷的作用,當(dāng)電流由低阻體進(jìn)入高阻體時(shí),界面上積累正電荷,與場(chǎng)源同符號(hào)。按同性相斥的原理,高阻體對(duì)來(lái)自場(chǎng)源的電流線(xiàn)起排斥作用。反之同理。顯然,在地下電性界面上的積累電荷將形成了電阻率法勘探中的異常場(chǎng),研究場(chǎng)的分布便可了解地質(zhì)體的產(chǎn)狀和分布狀態(tài)。這就是電阻率法用以解決有關(guān)地質(zhì)問(wèn)題的基本物理前提。第六十五頁(yè),共79頁(yè)。三、電流密度隨深度的分布
電法探測(cè)中的勘探深度是一個(gè)比較復(fù)雜的概念,它不單一的取決于所選極距的大小,它和所要探測(cè)地質(zhì)對(duì)象的電性、產(chǎn)狀和規(guī)模大小,以及探測(cè)地段地電斷面的結(jié)構(gòu)都有密切的關(guān)系,實(shí)際上,上述因素共同制約了勘探深度的大小。第六十六頁(yè),共79頁(yè)。由上面兩個(gè)式子得:根據(jù)上式繪制與關(guān)系曲線(xiàn)如下。第六十七頁(yè),共79頁(yè)。電流密度隨深度的變化
由圖可見(jiàn),電流密度主要分布在靠近地表附
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