第三章 電法勘探充電法和自然電場(chǎng)法（4）

1、勘查地球物理概論勘查地球物理概論第三章第三章 電法勘探電法勘探第二節(jié)第二節(jié) 充電法和自然電場(chǎng)法充電法和自然電場(chǎng)法 一、充電法一、充電法什么是充電法：什么是充電法：對(duì)地面上、坑道內(nèi)或者鉆孔中已經(jīng)揭露的對(duì)地面上、坑道內(nèi)或者鉆孔中已經(jīng)揭露的良導(dǎo)體良導(dǎo)體直直接充電，以解決某些地質(zhì)問題的一種電法勘探方法。接充電，以解決某些地質(zhì)問題的一種電法勘探方法。充電法的提出：充電法的提出：詳查及勘探階段，詳查及勘探階段，良導(dǎo)性良導(dǎo)性地質(zhì)體地質(zhì)體有露頭但不知道其分有露頭但不知道其分布情況布情況，如礦體是否相連；礦體走向、產(chǎn)狀；盲礦；，如礦體是否相連；礦體走向、產(chǎn)狀；盲礦；地下水流速、流向；滑坡地下水流速、流向；滑坡（

2、一）充電法的基本原理（一）充電法的基本原理 對(duì)鉆井、坑道等人工揭露對(duì)鉆井、坑道等人工揭露或天然露頭的良導(dǎo)體上接或天然露頭的良導(dǎo)體上接一供電電極（一供電電極（A），另一），另一供電電極（供電電極（B）置于離充）置于離充電體很遠(yuǎn)的地方（稱為無電體很遠(yuǎn)的地方（稱為無窮遠(yuǎn)極），對(duì)充電體進(jìn)行窮遠(yuǎn)極），對(duì)充電體進(jìn)行充電。進(jìn)而查明充電體的充電。進(jìn)而查明充電體的空間分布形態(tài)、產(chǎn)狀及延空間分布形態(tài)、產(chǎn)狀及延伸伸。1、理想條件下（即、理想條件下（即0 =0或或0 )，將不產(chǎn)生電位降，將不產(chǎn)生電位降，電位在導(dǎo)體內(nèi)及表面處處相等，故導(dǎo)體為一個(gè)電位在導(dǎo)體內(nèi)及表面處處相等，故導(dǎo)體為一個(gè)“等位等位體體”，其表面為，其表面為

3、“等電位面等電位面”。在充電體表面附近，電位面的形狀與充電體的形狀一致。遠(yuǎn)離充電體，等位面趨于圓形。電位V為對(duì)稱曲線；電位梯度V /X為反對(duì)稱曲線，即在充電體頂部中心，電位梯度為零，其正、負(fù)極值對(duì)應(yīng)于充電體邊緣部分。電位曲線的極大點(diǎn)極大點(diǎn)與電位梯度的零值點(diǎn)零值點(diǎn)均向傾斜方向位移。電位曲線在傾斜一邊曲線平緩，在傾斜相反方向曲線較陡；電位梯度曲線在傾斜一邊曲線平緩，梯度絕對(duì)值??；在傾斜相反方向曲線陡，梯度絕對(duì)值大。2、脈狀體傾斜、脈狀體傾斜時(shí)，電位曲線電位曲線及及電位梯度電位梯度曲線曲線均不對(duì)稱3、自然界中，導(dǎo)體都不是等位體（即、自然界中，導(dǎo)體都不是等位體（即0 0），），對(duì)其對(duì)其充電后，充電體上

4、各點(diǎn)的電位并非都相等。充電后，充電體上各點(diǎn)的電位并非都相等。（1）當(dāng)充電點(diǎn)位于不等位體邊緣時(shí)，電位及電位梯度曲線都）當(dāng)充電點(diǎn)位于不等位體邊緣時(shí)，電位及電位梯度曲線都不對(duì)稱；不對(duì)稱；（2）當(dāng)充電點(diǎn)位于不等位體的中心時(shí)，電位及電位梯度曲線）當(dāng)充電點(diǎn)位于不等位體的中心時(shí)，電位及電位梯度曲線均成對(duì)稱分布（很難與等位體區(qū)分開來）均成對(duì)稱分布（很難與等位體區(qū)分開來） 因此，在解釋中，必須充分考慮到：因此，在解釋中，必須充分考慮到： 充電導(dǎo)體自身的電阻率（是否滿足理想導(dǎo)體的條件）充電導(dǎo)體自身的電阻率（是否滿足理想導(dǎo)體的條件） 充電體與圍巖電阻率差異（是否滿足充電體與圍巖電阻率差異（是否滿足0 圍圍 ）；）；

5、充電點(diǎn)的位置。充電點(diǎn)的位置。（二）充電法的裝備及工作方法（二）充電法的裝備及工作方法1、裝備裝備與電阻率法相同2、工作方法工作方法（1） 電位觀測(cè)法：N極置于距充電體足夠遠(yuǎn)的某一固定基點(diǎn)上。M極沿測(cè)線逐點(diǎn)移動(dòng)，觀測(cè)各測(cè)點(diǎn)相對(duì)于固定基點(diǎn)的電位差，即為該點(diǎn)的電位值）V。B()N基點(diǎn)基點(diǎn)（2）電位梯度觀測(cè)法：MN置于同一測(cè)線上，保持相對(duì)位置和間距不變，沿測(cè)線逐點(diǎn)移動(dòng)，計(jì)算電位梯度v /x = vMN /MN將充電法的測(cè)量結(jié)果繪制成如下將充電法的測(cè)量結(jié)果繪制成如下圖件圖件：1、電位剖面圖、電位剖面圖2、電位剖面平面圖、電位剖面平面圖3、電位平面等值線圖、電位平面等值線圖4、電位梯度剖面圖、電位梯度剖面

6、圖5、電位梯度剖面平面圖、電位梯度剖面平面圖6、電位梯度平面等值線圖。、電位梯度平面等值線圖。（三）充電法資料的解釋（三）充電法資料的解釋根據(jù)等電位線的根據(jù)等電位線的形狀及密集帶形狀及密集帶，可判定充電體在地，可判定充電體在地面上投影的面上投影的形狀和走向，并初步圈定其邊界形狀和走向，并初步圈定其邊界；根據(jù)剖面電位曲線：剖面電位曲線：利用其極值點(diǎn)推斷充電體的利用其極值點(diǎn)推斷充電體的頂部位置；頂部位置；利用其拐點(diǎn)利用其拐點(diǎn)推斷充電體的推斷充電體的邊界位置；邊界位置；利用其對(duì)稱性推斷充電體利用其對(duì)稱性推斷充電體的的傾向。傾向。根據(jù)電位梯度曲線：電位梯度曲線：利用曲線零值點(diǎn)推斷充電體的利用曲線零值點(diǎn)

7、推斷充電體的頂部位置；頂部位置；根據(jù)根據(jù)正、正、負(fù)極值點(diǎn)的位置確定負(fù)極值點(diǎn)的位置確定充電體的充電體的邊界位置；邊界位置；若梯度若梯度曲線不對(duì)稱，則充電體向極值的絕對(duì)值小、且曲曲線不對(duì)稱，則充電體向極值的絕對(duì)值小、且曲線緩的一側(cè)傾斜。線緩的一側(cè)傾斜。（四）充電法的應(yīng)用（四）充電法的應(yīng)用1、應(yīng)用的條件應(yīng)用的條件 探測(cè)對(duì)象應(yīng)為良導(dǎo)體良導(dǎo)體 探測(cè)對(duì)象至少有一點(diǎn)出露。 探測(cè)對(duì)象不能埋藏太深，且有一定的規(guī)模。 圈定礦體的范圍及傾向； 解決相鄰兩露頭的礦體在深部是否相連的問題； 在已知礦體附近找盲礦體； 在追蹤地下金屬管線；2、應(yīng)用應(yīng)用充電法應(yīng)用實(shí)例：判斷礦體是否相連充電法應(yīng)用實(shí)例：判斷礦體是否相連相鄰不相

8、連導(dǎo)電礦脈上相鄰不相連導(dǎo)電礦脈上的電位梯度異常曲線的電位梯度異常曲線兩個(gè)相鄰且相連導(dǎo)電礦脈兩個(gè)相鄰且相連導(dǎo)電礦脈上的電位梯度異常曲線上的電位梯度異常曲線充電法判斷相鄰兩露頭充電法判斷相鄰兩露頭礦體是否相連礦體是否相連充電法電位平面等值線充電法電位平面等值線圖判斷礦體傾向圖判斷礦體傾向第二節(jié)第二節(jié) 充電法和自然電場(chǎng)法充電法和自然電場(chǎng)法 一、自然電場(chǎng)法一、自然電場(chǎng)法自然條件下，無需向地下供電自然條件下，無需向地下供電，通過一定的裝置形式，地面兩點(diǎn)間通常也能觀測(cè)到一定大小的電位差，這表明地下存在“天然電流場(chǎng)”簡(jiǎn)稱“自然電場(chǎng)”。自然電場(chǎng)法自然電場(chǎng)法通過研究自然電場(chǎng)自然電場(chǎng)在地面的分布規(guī)律來解決地質(zhì)問題

9、的一種電法勘探方法。常見的自然電場(chǎng)自然電場(chǎng)有兩類兩類：呈區(qū)域性分布的不穩(wěn)定的電場(chǎng)呈區(qū)域性分布的不穩(wěn)定的電場(chǎng)大地電磁場(chǎng)大地電磁場(chǎng)（與地殼表層構(gòu)造有關(guān)）；（與地殼表層構(gòu)造有關(guān)）；呈局部性分布的穩(wěn)定的電場(chǎng)（與地下某些金呈局部性分布的穩(wěn)定的電場(chǎng)（與地下某些金屬礦、非金屬礦或地下水運(yùn)動(dòng)有關(guān)）。屬礦、非金屬礦或地下水運(yùn)動(dòng)有關(guān)）。（一）自然電場(chǎng)的成因（一）自然電場(chǎng)的成因1、電子導(dǎo)體與圍巖溶液間的電化學(xué)作用、電子導(dǎo)體與圍巖溶液間的電化學(xué)作用當(dāng)電子導(dǎo)體與溶液接觸時(shí)，金屬上的負(fù)電荷吸引溶液中的正離子，使之分布于界面附近，形成雙電層。水溶液導(dǎo)體+-若導(dǎo)體和溶液都是均勻的，則雙電層不產(chǎn)生外電場(chǎng)。當(dāng)導(dǎo)體或溶液不均勻不均

10、勻時(shí)，雙電層呈不均勻分布，產(chǎn)生極化極化，并在導(dǎo)體內(nèi)、外產(chǎn)生電場(chǎng)，引起自然電流。（一）自然電場(chǎng)的成因（一）自然電場(chǎng)的成因1、電子導(dǎo)體與圍巖溶液間的電化學(xué)作用、電子導(dǎo)體與圍巖溶液間的電化學(xué)作用潛水面附近的良導(dǎo)體：潛水面上方的氧化環(huán)境潛水面附近的良導(dǎo)體：潛水面上方的氧化環(huán)境和潛水面下方的還原環(huán)境，使良導(dǎo)體處于極化和潛水面下方的還原環(huán)境，使良導(dǎo)體處于極化狀態(tài)，表面雙電層不均勻分布，形成自然電場(chǎng)狀態(tài)，表面雙電層不均勻分布，形成自然電場(chǎng)（一）自然電場(chǎng)的成因（一）自然電場(chǎng)的成因2、巖石中地下水運(yùn)移的電動(dòng)效應(yīng)（過濾電場(chǎng)）、巖石中地下水運(yùn)移的電動(dòng)效應(yīng)（過濾電場(chǎng)）由于巖石顆粒對(duì)水溶液中負(fù)離子有由于巖石顆粒對(duì)水溶液

11、中負(fù)離子有吸附作用吸附作用，巖石顆粒，巖石顆粒與溶液間形成雙電層。當(dāng)?shù)叵滤c溶液間形成雙電層。當(dāng)?shù)叵滤o止靜止時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)呈電時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)呈電性平衡，不產(chǎn)生外電場(chǎng)。地下水性平衡，不產(chǎn)生外電場(chǎng)。地下水流動(dòng)流動(dòng)時(shí)，帶走溶液中的時(shí)，帶走溶液中的部分部分正離子正離子，水流上游，水流上游有多余的有多余的“負(fù)離子負(fù)離子”，而在水流，而在水流的下游的下游有多余的有多余的“正離子正離子”，形成極化，從而形成自然，形成極化，從而形成自然電場(chǎng)電場(chǎng).。.。+-.。.。+-+ 裂隙滲透電場(chǎng) 上升泉電場(chǎng) 山地電場(chǎng)+-+-地下水補(bǔ)給河水 河水補(bǔ)給地下水V00000+VVVV-（一）自然電場(chǎng)的成因（一）自然電場(chǎng)的成因3、巖

12、石中不同濃度溶液離子的擴(kuò)散作用、巖石中不同濃度溶液離子的擴(kuò)散作用低高+ +-Cl-Na+當(dāng)兩種當(dāng)兩種濃度不同濃度不同的溶液相互接觸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)散現(xiàn)象。帶的溶液相互接觸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)散現(xiàn)象。帶電離子由濃度高的溶液向濃度低的溶液里擴(kuò)散。但正、負(fù)電離子由濃度高的溶液向濃度低的溶液里擴(kuò)散。但正、負(fù)離子的離子的擴(kuò)散速度不同擴(kuò)散速度不同，使兩種不同離子濃度的溶液分界面，使兩種不同離子濃度的溶液分界面上分別含有過量的正離子或負(fù)離子，形成電位差。這種由上分別含有過量的正離子或負(fù)離子，形成電位差。這種由擴(kuò)散作用引起的自然電場(chǎng)稱為擴(kuò)散電場(chǎng)。擴(kuò)散作用引起的自然電場(chǎng)稱為擴(kuò)散電場(chǎng)。（二）自然電場(chǎng)法的裝備及工作方法（二）自

13、然電場(chǎng)法的裝備及工作方法 裝備特點(diǎn)：裝備特點(diǎn)： 工作方法：工作方法： 與充電法相同， “電位觀測(cè)法電位觀測(cè)法”和“電位梯度觀測(cè)電位梯度觀測(cè)法”。不需要電源和供電電極測(cè)量電極不用銅棒，而是“不極化電極不極化電極” 。避免電極的極化作用以及兩電極間自身產(chǎn)生的電位差將觀測(cè)結(jié)果繪制成電位剖面圖電位剖面圖、電位剖面平面圖電位剖面平面圖、電位平電位平面等值線圖面等值線圖。電位法觀測(cè)自然電場(chǎng)的工作布置圖電位法觀測(cè)自然電場(chǎng)的工作布置圖（三）自然電場(chǎng)法資料解釋（三）自然電場(chǎng)法資料解釋其定性解釋方法與中間梯度曲線的解釋類似。自然電位曲線在礦體的頂部為負(fù)極小值負(fù)極小值。對(duì)于傾斜的板狀體或脈狀體或傾斜極化等軸狀體，其自然電位曲線呈不對(duì)稱，在導(dǎo)體傾斜方向或極化軸傾斜方向上曲線陡，且出現(xiàn)很小的正值。+- -+ + +-1、尋找金屬硫化物礦床（銅礦、黃鐵礦）、石墨和無煙煤；123456782、在水文地質(zhì)和工程地質(zhì)