()地球物理勘探講義-

物探探測理論及實測技術

（礦井物探技術及煤礦采空區(qū)探測）

地球物理勘探方法分類：重力法（Gravity）—巖石密度差異磁法（Magnetometry）—巖石磁性差異電法（Electricity）—巖石電性差異地震法（Seismicexploration）—巖石彈性或波阻抗差異物探探測原理及方法非地震勘探方法非地震勘探的發(fā)展趨勢電法勘探將成為地震高難地區(qū)的主要勘探手段盆地周邊的山前等地區(qū)以及深層擴展，這就面臨著兩個問題：一是在新開辟的探區(qū)，迫切需要經濟的物探方法，迅速查清盆地勘探構造格局，迅速為布置地震提供依據(jù)；二是在煤層聚集情況看好，而又是地震的高難地區(qū)，需要得到好的資料，并能解決地質問題。

三、大地電磁勘探技術是比較理想的方法之一，并且隨著大地電磁儀器的發(fā)展，基礎理論的進步以及處理方法的改進，大地電磁方法日臻完善。因此，20世紀90年代以來，大地電磁方法在國內外都得到了廣泛的應用。四、重、磁、電、地震聯(lián)合反演重磁約束反演是近年來重磁應用的新成果。其基本原理是利用幾條地震及電法剖面做約束骨架（淺層用地震，深層用電法），利用重、磁資料作聯(lián)合反演，最終得到整體反演結果。綜合物探技術是大勢所趨：由于后備資源瀕臨枯竭、勘探重點已逐漸轉入深層尋找過去難以發(fā)現(xiàn)的圈閉和儲層、單靠一種地震方法很難對地下地質構造進行全面反映等原因，綜合地球物理方法又被重新提到議事日程，近年來發(fā)展很快，特別是由于非地震方法的儀器、方法、技術的改進，電子計算機處理位場資料及在反演中廣泛應用了最新的一系列數(shù)據(jù)成就，使得非地震方法的應用效果有很大提高，在油氣普查、詳查等方面，成為地震方法的協(xié)同、補充方法，并為地震確定靶區(qū)，大大節(jié)約勘探成本。

第一節(jié)重力勘探方法第二節(jié)磁力勘探方法第三節(jié)電法勘探方法第四節(jié)綜合物探方法

物探方法簡介

第一節(jié)重力勘探方法

一、概述二、重力勘探的方法原理三、重力資料的應用一、概述重力勘探——利用專門儀器并按特定方式觀測巖層間密度差異，進而研究地下地質問題；重力勘探是研究反映地下巖石密度橫向差異引起的重力變化，用以提供構造和礦產等地質信息。根據(jù)萬有引力定律，在接近較大密度的物體時，其引力增大，反之引力減小，由此在地表上引起的重力變化稱為重力異常。異常的規(guī)模、形狀和強度取決于具有密度差的物體大小、形狀及深度。

重力勘探

重力勘探是在地表觀測由于地下巖礦石存在密度差異而引起的重力場的變化，通過對觀測資料的處理和解釋，達到反求地下構造的一種勘探方法。該勘探方法勘探的地球物理前提條件是：地下巖礦石存在密度差異。所依據(jù)討論的物理場是重力場。重力場是一種位場。即場的變化只與空間變化有關，與時間無關。主要用于區(qū)域勘探。主要應用領域：礦山地質災害，國防工業(yè)，測繪工業(yè)。重力—物體所受重力為地球的引力和慣性離心力的矢量和。由于離心力的存在，重力一般不指向地心。在重力勘探中，習慣上將重力加速度簡稱為重力。重力異常是地質體的剩余質量在測點產生的附加引力的鉛直分量。重力單位—國際單位制中，重力的單位是m/s2，實際生產中這個單位太大，通常取國際通用重力單位g.u(gravityunit)做為實用單位，即：1g.u=10-6m/s2厘米克秒制(CGS)制中，重力的單位是伽（Gal），

1Gal=1cm/s2實際生產中常用其分數(shù)單位毫伽(mGal)和微伽(

Gal)，即：1mGal=10-3Gal1

Gal=10-6Gal如果從某點重力觀測值中減去正常重力值，再把地球表面起伏引起的重力變化校正掉（即布格校正），就只剩下地下物質不均勻造成的重力變化，稱其為布伽重力異常，簡稱布伽異?；蛑亓Ξ惓?。布伽重力異常圖是重力勘探提供解釋的基礎資料，它與地殼上層的巖石成分及其成層條件有關。在含油氣盆地內布伽重力異常一般只有正常重力值的百萬分之幾到百萬分之幾十，需要靈敏度很高的重力儀進行測量，一般煤礦采空區(qū)形成微重力異常。利用金屬或石英彈簧重力儀在地面、水面、水下或空中按一定測網(wǎng)觀測重力場的數(shù)值，對原始觀測值作一系列處理，得到布伽重力異常，利用這種資料可劃分巖石圈不同密度界面、研究巖石圈的引力分布和大地構造分布、尋找古潛山型油氣構造、尋找密度異常的礦體、圈定火山巖體等。

國內外技術現(xiàn)狀：目前國內重力勘探隊伍主要集中于地礦部門，石油部門的東方地球物理勘探公司有完備的集野外采集、處理及解釋為一體的專業(yè)隊伍。從在勝利油田施工的隊伍－北京勘察技術工程公司來看，其測量精度達到微伽級，代表了國內領先水平。從國外研究看，重力勘探除應用于盆地及盆地深層的勘探外，井中重力測井也取得了一定進展。二、重力勘探的方法原理重力勘探是通過測定自然存在的重力場，或測定重力場沿不同方向的變化率在地球表面的分布特征，解決地質勘探中諸如劃分大地構造單元、圈定沉積盆地分布范圍、尋找油氣構造、提取含油氣信息、普查及勘探各種金屬和非金屬礦藏等地質任務。重力勘探的理論基礎是萬有引力定律。由牛頓萬有引力定律：相距為r，質量分別為m1和m2的兩個質點，其相互間的引力F為：式中G為萬有引力常數(shù)。重力F1與重力加速度g滿足的關系是：地球近似于一個兩極半徑略小于赤道半徑的旋轉橢球體。在這個橢球體附近，一切物體都同時受到兩個主要力－地球全部質量的引力和地球自轉所引起的慣性離心力的作用。由于地球內部物質密度分布不均勻，因而使地球上各點的引力和慣性離心力不同，而地球表面各點上的重力值主要決定于各點上引力與離心力的矢量和。人造地球衛(wèi)星測得的地球形狀參數(shù)：赤道半徑a為6378.16km；極半徑c為6356.76km。雖然地球表面的起伏比較復雜，但與整個地球的規(guī)模相比，所占比例很小，故在宏觀上地球仍然可以被看作表面光滑的橢球體。大地測量學中規(guī)定，以平靜海洋面的趨勢延伸到各大陸之下所形成的封閉曲面（即大地水準面）的形狀作為地球的基本形狀，重力勘探中采用這一規(guī)定。地球的形狀1－大地水準面；2－地球自然表面；a－赤道半徑；c－極半徑；φ－緯度按物質成分特征，地球可以分為三層：地殼、地幔和地核。重力異常的分布與構成地殼物質的密度分布有著密切的關系，即與地質構造和礦產分布密切相關。為此，我們是根據(jù)重力異常分布特征來探求引起各類異常的地質原因，如地質構造和有用礦產；根據(jù)重力異常特征劃分地臺、地槽、沉積盆地、隆起、斷層、侵入體、鹽丘等。再對異常作某種數(shù)字處理可以進一步確定含油氣面積以及它們的產狀要素。此即重力異常的解釋問題。

地殼的重力特征：正常情況下，老地層的密度比新地層大，當?shù)貙影l(fā)生褶皺時，在背斜處老地層升起形成剩余質量，故在背斜上出現(xiàn)重力高；同理，在向斜上因老地層下降，則出現(xiàn)重力低。單斜地層上，因老地層向一個方向下降，重力異常也必然出現(xiàn)相似的減小。在斷層上，由于新、老地層的突然錯動，重力異常出現(xiàn)相應的變化，且縱向斷距越大，重力變化越大。對于古潛山，由于覆蓋其上的沉積巖密度較小，故古潛山上出現(xiàn)重力高，相反在鹽丘上出現(xiàn)重力低。重力資料的處理1、重力觀測結果的校正2、異常數(shù)據(jù)的平滑處理3、區(qū)域場分離（區(qū)域校正）4、解析延拓5、重力異常的導數(shù)換算處理的目的：消除因重力測量和對相對測量結果進行校正時引入的各種偶然誤差，或與勘探目標無關的近地表小型密度不均勻體的干擾；從疊加異常中提取有勘探目的引起的目標異常。正常場（緯度）校正地形校正中間層校正高度校正三、重力資料的應用1、重力異常解釋的步驟：（1）闡明引起異常的地質因素—確定異常是地殼深部還是淺部地質因素的反映；是礦體還是構造或其他不均勻體（如侵入體、巖性變化等）引起的。（2）對異常進行劃分—找礦時就是要將地殼淺部的構造或礦體引起的異常從深部因素引起的區(qū)域場中分離出來；研究地殼深部構造時，則要劃分出的異常是反映地殼深部因素的區(qū)域性異常。（3）計算地質體產狀參數(shù)—根據(jù)重力資料估計產生異常的地質體的形狀、產狀和空間位置，并在此基礎上對異常做進一步的定量解釋，以確定探測對象的產狀要素及其在地下的賦存形態(tài)。2、重力異常的地質特征（1）沉積盆地重力異常的地質特征在平面等值線圖上表現(xiàn)為：①等值線的形狀和盆地的形狀一致；②洼陷對應相對低的重力異常，凸起對應相對高的重力異常，重力異常最低的區(qū)域對應盆地中心；③純地形引起的重力異常與地形呈鏡像關系。（2）斷層在布格重力異常圖上的表現(xiàn)形式為：①沿一定方向延伸的梯級帶；②異常梯級帶發(fā)生同形扭曲或方向變化；③串珠狀正或負異常；④封閉異常突然變寬、變窄或軸線明顯錯動的部位；⑤不同特征異常區(qū)域的分界線。3、重力資料在油氣勘探中的應用利用重力資料可以研究區(qū)域地質構造、圈定沉積盆地范圍、劃分次級構造單元、指出含油氣遠景區(qū)，有時還可以研究沉積構造甚至油氣藏。（1）研究區(qū)域地質構造，預測油氣遠景區(qū)研究含油氣盆地的區(qū)域地質構造是一項綜合的地質任務，它包括研究結晶基底成分和內部構造；確定基底頂面的起伏；圈定沉積巖系的分布范圍和尋找構造；確定區(qū)域性斷裂以及盆地與周圍構造單元的關系等。最終目的是在盆地內部進行構造分區(qū)，判斷深凹陷的存在，預測生油巖系的分布范圍以及圈定進一步找油的遠景區(qū)。普通物探方法-§2-1重力勘探（2）研究沉積蓋層內部構造絕大多數(shù)的油氣藏都在沉積蓋層中，多數(shù)沉積蓋層構造與基底構造、斷裂活動、乃至火成巖活動有關，因此通過研究結晶基巖可以間接尋找沉積巖構造。主要的情況有：①蓋層構造與基底高點具有繼承關系；②根據(jù)斷層的存在及其性質可以推斷與其相關的構造，如滾動背斜；③沉積盆地后期的巖漿侵入可以在蓋層中造成正構造形態(tài)，此時，沉積蓋層構造的核部是火成巖體。華北平原布格重力異常圖（單位：mGal）重力資料的應用（續(xù)）在勘探程度高的地區(qū)，利用重力細測資料研究斷層、尋找沉積巖內部構造、檢測油氣異常、分析逆沖推覆構造等。研究逆沖推覆構造常用以下三種方法：（1）重力延拓法（2）重力模型正演法（3）重力地震綜合解釋法陜甘寧盆地桌子山段布格重力異常與不同高度延拓的重力異常圖，反映了本段深淺層構造方向不相同，不是同一期構造運動的產物。德州凹陷寧津凸起無棣凸起磁鎮(zhèn)洼陷林樊家洼陷東營凹陷重力異常重力資料反演結果109.0地震剖面-234.6km99-26剖面地震約束重力反演結果N86-203.6剖面地震約束重力反演結果N斷裂系統(tǒng)劃分布格重力異常水平0o方向導數(shù)斷裂系統(tǒng)劃分水平45o方向導數(shù)斷裂系統(tǒng)劃分水平135o方向導數(shù)斷裂系統(tǒng)劃分任丘古潛山帶重力異常和地震構造圖

1-布格重力異常

2-二次微商

3-四次微商

4-地震構造圖

第一節(jié)重力勘探方法

第二節(jié)磁力勘探方法第三節(jié)電法勘探方法第四節(jié)地化勘探方法第五節(jié)綜合物探方法第二節(jié)磁力勘探方法

一、概述二、磁力勘探的方法原理三、磁測資料的解釋與應用

巖石的磁性概述地殼中的巖石和礦體都處在地球磁場中，從它們形成時起，就受其磁化而具有不同程度的磁性，其磁性差異在地表引起磁異常。研究巖（礦）石磁性的目的掌握巖石和礦物受磁化的原理；了解巖（礦）石的磁性特征及其影響因素，以便正確確定磁法能夠解決的地質任務，對磁異常作出正確的地質解釋。有關巖（礦）石磁性的研究成果，亦可直接用來解決某些基礎地質問題如區(qū)域地層對比，構造劃分等。第一節(jié)物質磁性任何物質的磁性都是帶電粒子運動的結果，起源于原子中原子核和電子的運動。原子是組成物質的基本單元，它由一個原子核及圍繞它的一個或多個電子組成。電子繞核沿軌道運動（公轉），具有軌道磁矩。電子在一定軌道上自旋運動，具有自旋磁矩。這些磁矩的大小，與各自的動量矩成正比。原子核為帶正電粒子組成，呈自旋轉動，亦具有磁矩，但數(shù)值很小。從微觀上描述原子總磁矩為以下三者的矢量和：電子軌道磁矩＋自旋磁矩＋原子核自旋磁矩。方向各自不同，總體磁性很小。各類物質，由于原子結構不同，它們在外磁場作用下，呈現(xiàn)不同的宏觀磁性。從微觀上描述物質由原子組成，在外磁場作用下，各類物質宏觀磁性如何，取決于其原子的不同和原子結構的差異，可分為三大類：抗磁性（逆磁性）順磁性鐵磁性從宏觀來說一、抗磁性(逆磁性)

當外力作用為0時，抗磁性物質不顯磁性（含有電子成對自旋磁矩）。并具有如下特征：磁化率（κ）＜0，數(shù)值很?。?.n~n×10-6CGSM），且為常數(shù)在外磁力作用下，電子的運動軌道繞外磁場作旋進，此旋進產生附加磁矩的方向與外磁場相反，形成抗磁性；常見的抗磁性物質有金、貢、鋅、硫等一、抗磁性(逆磁性)

當外力作用為0時，抗磁性物質不顯磁性（含有電子成對自旋磁矩）。并具有如下特征：外磁場去掉時，附加磁矩隨即消失；磁性與溫度無關；Mi與外磁場方向相反常見的抗磁性物質有：金、貢、鋅、硫等二、順磁性與抗磁性不同的是，它含有非成對電子，其自旋磁矩未被抵消。但外磁場不存在時，整個磁介質的各個原子磁矩取向混亂，相互抵消，總體不顯磁性。在外磁場作用下，電子自旋磁矩的方向轉向與外磁場平行，這種特性叫順磁性。原子磁矩沿外磁場方向的取向占據(jù)優(yōu)勢，因而使物質產生一定的磁化，即形成順磁效應。二、順磁性總之，順磁性物質有不成對電子存在，不定向，原子磁矩不為零，總磁矩為零；有外磁力作用時，原子磁矩方向將改變（沿外磁場方向），當外磁場增加到一定程度時，物質磁化達到飽和。二、順磁性磁化特點：順磁性與絕對溫度成反比κ順磁∝C/T其中T為絕對溫度；C為居里常數(shù)Mi與外磁場方向相同Κ＞0的常數(shù)，數(shù)量在n~n百×10-6CGSM常見的順磁性物質有：鋁、錳、鎢、鈾等Κ順磁性絕對值＞Κ抗磁性絕對值三、鐵磁性在弱外磁場作用下，鐵磁性物質即可達到磁化飽和，其磁化率要比抗、順磁性物質的磁化率大很多。它具有下述磁性特征。磁化強度與磁化場呈非線性關系磁化率與溫度的關系服從居里-魏斯定律鐵磁物質的基本磁矩為電子自旋磁矩，軌道磁矩基本無貢獻

磁滯現(xiàn)象（一）磁化強度與磁化場呈非線性關系對未磁化樣品施加磁場H的作用。隨H值由零增至Hs，而后減至零；反向由零減至-Hs，再由-Hs，增至Hs，變化一周。樣品的磁化強度M，沿O、A、B、C、D、E、F、A變化，諸點形成曲線，稱磁滯回線。磁滯回線表明鐵磁性物質的磁化強度隨磁化場變化，呈不可逆性。其Hc稱為矯頑磁力。三、鐵磁性（二）磁化率與溫度的關系溫度升高時，鐵磁性物質磁化率κ增大，容易被磁化，臨近居里點時κ達到極大值；溫度高于居里溫度，繼續(xù)升高時，κ急劇下降→0，由鐵磁性轉為順磁性。磁化率與溫度服從居里-魏斯定律：κ=C/（T-T0）κ三、鐵磁性

(三)鐵磁物質的基本磁矩為電子自旋磁矩，軌道磁矩基本無貢獻鐵磁物質內包含著很多個自發(fā)磁化區(qū)域，稱做磁疇。在無外磁場作用時，各磁疇的磁化強度矢量取向混亂，不呈磁性。當施加外磁場時，磁疇結構將發(fā)生變化；隨外磁場增強，通過疇壁移動和磁疇轉動的過程，顯示出宏觀磁性。無外磁場外磁場較小外磁場大＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋-＋-----------三、鐵磁性由于磁疇內原子間相互作用的不同，原子磁矩排列情況有別，因此鐵磁性又分為三種類型：鐵磁性反鐵磁性亞鐵磁性鐵磁性磁疇內原子磁矩排列在同一方向。例如鐵、鎳、鈷反鐵磁性磁疇內原子磁矩排列相反，故磁化率很小，但具有很大的矯頑磁力a—鐵磁性b—反鐵磁性c—亞鐵磁性亞鐵磁性（或稱鐵淦氧磁性）磁疇內原子磁矩反平行排列，磁矩互不相等，故仍具有自發(fā)磁矩。此類物質具有較大的磁化率和剩余磁化強度a—鐵磁性b—反鐵磁性c—亞鐵磁性第二節(jié)巖（礦）石磁性特征概述解釋推斷磁異常，以解決地質找礦問題，離不開分析研究巖石的磁性特征。在磁法勘探中，巖礦石的磁性通常用磁化率（κ）、感應磁化強度（Mi）和剩余磁化強度（Mr）表示。一、表征磁性的物理量（一）磁化強度（M）和磁化率（κ）磁化強度（M）均勻無限磁介質受外磁場（H）作用（如地球磁力作用），衡量物質被磁化的程度；磁化率（κ）物質被磁化的難易程度M與H之間的關系

M=κH一、表征磁性的物理量單位（量綱）磁化率的單位表示為無量綱的物理量；在SI單位制中用SI（κ）表示在CGSM制中用CGSM（κ）表示1SI（κ）=CGSM（κ）/4π磁化強度單位SI制單位：安培/米（A/m）CGSM制：CGSM（m）1A/m=10-3CGSM（m）

(二)磁感應強度和磁導率磁感應強度（B）在各向同性磁介質內部任意點上，磁化場H在該點產生的磁通密度。與磁化場關系：

B=μHB的單位為特斯拉（T）或納特（nT）磁導率（μ）單位為亨利/米（H/m），在CGSM制中為無量綱用CGSM（μ）表明1H/m=107CGSM（κ）/4π若介質為真空，則磁導率為μ0(4π×10-7H/m)

B0=μ0H設介質磁導率為μ令：相對磁導率μr=μ/μ0

這時，介質在磁化場中產生的磁感應強度為：B=μH=μ0μrH=μ0H+μ0（μr-1）H引入磁導率與磁化率的關系：μ=μ0（1+κ）那么：B=μ0（H+M）=μ0（H+κH）此式表明：物質磁性與外磁場的定量關系

若介質為真空：

B0=μ0H介質在磁化場中產生的磁感應強度為：

B=μ0（H+M）=μ0（H+κH）可見，后者增加了一項M，說明介質受磁化后產生一個附加場（磁化場），其大小與介質的磁化強度成正比。（三）感應磁化強度感應磁化強度（Mi）巖礦石在現(xiàn)代地磁場中被磁化獲得的磁化強度地磁場近似為均勻的弱磁場，用T表示，即Mi=κT式中：κ為巖礦石的磁化率，它取決于巖礦石的性質。（四）剩余磁化強度（Mr）巖礦石在生成時，處在一定條件下，受當時的地磁場磁化，成巖后經歷漫長的地質年代，所保留下來的磁化強度。與現(xiàn)代地磁場無關。（五）總磁化強度（M）由感應磁化強度（Mi）和剩余磁化強度（Mr）疊加組成，即為感磁和剩磁的矢量和：

M=Mi+Mr=κT+Mr剩磁可通過巖礦石標本測定獲得大小和方向，地磁場強度T可通過查地磁圖或計算獲得，因此不難獲得總磁化強度（M）二、礦物的磁性巖石由各種礦物組合而成，絕大部分巖石是以抗磁性和順磁性礦物作基質，同時含有少量的鐵磁性礦物。由于抗磁性和順磁性物質的磁化率均較小，所以巖石的磁性決定于鐵磁性礦物的含量。（一）抗磁性礦物與順磁性礦物自然界中，絕大多數(shù)礦物屬順磁性與抗磁性的。幾種常見礦物的磁化率

二、礦物的磁性抗磁性礦物：磁化率很小，一般認為非磁性礦物，有時在鹽盆和石英脈上引起微弱的負異常，在無干擾的情況下，可依次確定它們的位置；順磁性礦物：磁化率比前者大得多（約二個數(shù)量級），故有時呈弱磁異常。（二）鐵磁性礦物自然界并不存在純鐵磁性礦物，主要存在的是鐵淦氧磁性礦物，如鐵的氧化物和硫化物及其他金屬元素的固熔體等。它們的磁性很強，對巖石磁性起著決定性作用。主要有：磁鐵礦（Fe3O4）：屬亞鐵磁性，居里點Tc=585℃，κ=0.07~0.2SI(κ)，Hc=（7~30）/4π×10-3A/m，Mr=（4~20）×103A/m，Mi=485×103A/m。（二）鐵磁性礦物磁赤鐵礦（Fe2O3）：分為γ型和α型。γ型磁赤鐵礦（Fe2O3）屬亞磁鐵礦；α型磁赤鐵礦（Fe2O3）屬斜交抗鐵磁性（赤鐵礦）前者κ較大，后者κ較小。γ型磁赤鐵礦：κ=0.03~0.2SI(κ)，Tc=720℃，Hc=（30~40）/4π×10-3A/m。在高溫下不穩(wěn)定，300℃時由γ型變?yōu)棣列挺列痛懦噼F礦：κ=10-6~10-5SI(κ)，Hc很大，在高溫下穩(wěn)定。（二）鐵磁性礦物磁黃鐵礦（FeS1+x）當x=1時，為黃鐵礦FeS2(順磁性)當0＜x＜0.1時，為反鐵磁性當0.1＜x＜0.25時，為亞鐵磁性鐵磁性礦物磁化率三、各類巖石的一般磁性特征

地殼巖石可分為三大類：沉積巖，火成巖、變質巖

(一)沉積巖的磁性一般來說，沉積巖的磁性較弱沉積巖的磁化率主要決定于副礦物的含量及成分，（磁鐵礦、磁赤鐵礦，赤鐵礦、以及鐵的氫氧化物等）。其造巖礦物如石英、長石、方解石等，對磁化率無貢獻。沉積巖的天然剩余磁性（Mr），來自于形成沉積巖的母巖，與由母巖剝蝕下來的磁性顆粒有關，其數(shù)值不大。粗粒（礫巖、砂巖）離母體近，磁性較強；細粒（泥灰?guī)r、石灰?guī)r）離母體遠，磁性較弱沉積巖的天然剩余磁化強度（Mr）很穩(wěn)定一般沉積巖的磁性較火成巖、變質巖更弱

(二)火成巖的磁性

依據(jù)火成巖的產出狀態(tài)，又可分為侵入巖和噴出巖。磁性特征：侵入巖的不同巖石組(花崗巖，花崗閃長巖、閃長巖、輝長巖，超基性巖等)，其κ平均值隨著巖石的基性增強而增大。它們的磁化率，均具有數(shù)值分布范圍寬的相同特征。超基性巖是火成巖中磁性最強的。超基性巖體在經受蛇紋石化時成蛇紋石和磁鐵礦，使磁化率急劇增大，可達幾個SI(t)單位?；?，中性巖，一般來說其磁性較超基性巖次之。(二)火成巖的磁性磁性特征：花崗巖建造的侵入巖，普遍是鐵磁—順磁性的，磁化率不高。噴發(fā)巖在化學和礦物成分上與同類侵入巖相近，其磁化率的一般特征相同。由于噴發(fā)巖迅速且不均勻的冷卻，結晶速度快，使磁化率離散性大?；鸪蓭r具有明顯的天然剩余磁性，其Q=Mr/Mi稱為柯尼希斯貝格比。不同巖石組的Q值范圍，可從0~10或更大。(三)變質巖的磁性磁性（κ、Mr）變化很大；正變質巖的磁性與母巖相近，其磁性有鐵磁—順磁性與鐵磁性兩組；副變質巖的磁性與母巖相近，磁性一般具有鐵磁—順磁性；磁性還與變質過程中各因素有關，與外來性或原生性有關；對層狀結構的變質巖具有明顯的磁各向異性，剩磁方向往往偏向片理方向或近變質巖走向，在垂直層理方向上磁性最弱；磁性還與其重新組合、重新結晶有關。四、影響巖石磁性的主要因素決定巖石的磁性的因素：磁性礦物的類型含量顆粒大小與結構溫度壓力等(一)巖石磁性與鐵磁性礦物含量的關系根據(jù)實驗資料和理論計算，侵入巖的磁化率與鐵磁性礦物含量之間存在統(tǒng)計相關關系，巖石中鐵磁性礦物含量越多，磁性越強；就侵入巖而言，當鐵磁性礦物含量＜0.001%時，正比關系不明顯，當含量＞0.01%時，成正比關系(二)巖石磁性與磁性礦物顆粒大小、結構的關系顆粒大小的影響在其它條件不變時，鐵磁性礦物顆粒越粗，磁性越強，但矯頑磁力減小結構的影響在其它條件不變時，鐵磁性礦物顆粒相互膠結越好，磁性越強

(三)巖石磁性與溫度，壓力的關系溫度的影響抗磁性礦物與溫度無關順磁性礦物與溫度成反比鐵磁性礦物存在可逆型和不可逆型可逆型：加熱和冷卻過程，在一定條件下，磁化率都有同一數(shù)值；不可逆型：加熱和冷卻過程時，磁化率數(shù)值變化不一致。主要有一些不穩(wěn)定鐵磁性礦物普遍可逆型普遍不可逆型特殊可逆型特殊不可逆型κTκκκTTT

(三)巖石磁性與溫度，壓力的關系溫度的影響高溫下，磁性穩(wěn)定性較差，低溫下磁性穩(wěn)定性好；溫度變化的速度不同，獲得的磁性也不同，冷卻的速度越快，獲得的剩余磁化強度（Mr）越大，反之亦然。如：噴發(fā)巖Mr＞侵入巖Mr

(三)巖石磁性與溫度，壓力的關系壓力的影響巖石在機械應力作用下，其形狀和體積將變化——含有的鐵磁體也變化（伸縮變化），使磁性大小改變。巖石磁性隨壓力增大而減?。谎貞Ψ较?，磁性降低，垂直應力方向，影響不大，有時略有增加；由于地質應力或壓力的作用，形成的破碎帶、斷裂帶上磁性均較弱，若后期充填了礦物，磁性將增強第三節(jié)巖石的剩余磁性概述巖石的天然磁性是成巖過程中受地磁場磁化而自然形成的，由于生成的條件不一樣，因而剩磁有許多種類型和各自的特點。熱剩余磁性（TRM）碎屑剩余磁性(DRM)化學剩余磁性(CRM)粘滯剩余磁性(VRM)等溫剩余磁性(IRM)剩磁是巖石磁性的重要組成部分，在磁法勘探、古地磁研究中都十分重要原生剩余磁性次生剩余磁性一、巖石剩余磁性的類型及特點

(一)熱剩余磁性（TRM）巖石在冷卻的過程中，受當時恒定地的磁場作用，磁化所獲得的剩磁。特點：強度大。與地磁場強度成正比，并方向一致。據(jù)此可用于研究成巖時地的磁場方向。穩(wěn)定。剩磁隨時間衰減慢——磁性馳豫（衡量剩磁穩(wěn)定性的重要標志）。若穩(wěn)定說明馳豫時間長。

(一)熱剩余磁性（TRM）特點：熱剩磁是從居里點到室溫，各個溫度區(qū)間的熱剩磁之和。居里點溫度時獲得的剩磁是成巖時的，以后是后生的。即熱剩磁服從特里埃第一定律（疊加定律）Tc

(一)熱剩余磁性（TRM）特點：將具有熱剩磁的巖石標本，在零磁空間內加熱到某一溫度，然后再冷卻到室溫，則標本中該溫度以下的部分熱剩磁全部被清洗掉，稱其為部分熱退磁。最終得到的成巖時的是熱剩余磁化強度。用于古地磁研究當時的地磁場特征。Tc

(二)碎屑剩余磁性(DRM)

沉積巖中含有從母巖風化剝蝕帶來的許多碎屑顆粒，其中磁性顆粒(磁鐵礦等)在水中沉積時，受當時的地磁場作用，使其沿地磁場方向定向排列，或者是這些磁性顆粒在沉積物的含水孔隙中轉向地磁場方向。沉積物固結成巖后，按其碎屑的磁化方向保存下來的磁性，稱碎屑剩余磁性(沉積剩余磁性，簡稱碎屑剩磁)。

(二)碎屑剩余磁性(DRM)

特點①它的強度正比于定向排列的磁性顆粒數(shù)目。其強度比熱剩磁小得多。②穩(wěn)定。形成碎屑剩磁的磁性顆粒大都來自火成巖，這些顆粒的原生磁性來自熱剩磁，因此碎屑剩磁比較穩(wěn)定。③碎屑剩磁方向和當時地磁場方向一致。顆粒越細方向越一致。若顆粒較大，重力大于磁力的作用，則難于保證方向一致，故在古地磁研究中應采集細粒標本。(三)化學剩余磁性(CRM)在一定磁場中，某些磁性物質在低于居里溫度的條件下，經過相變過程(重結晶)化學過程(氧化還原)，所獲得的剩磁，稱化學剩余磁性(簡稱化學剩磁)。特點：①在弱磁場中，其剩磁強度正比于外磁場的強度。②化學剩磁有較高的穩(wěn)定性。③在相同磁場中，化學剩磁強度只有熱剩磁強度的幾十分之一。(四)粘滯剩余磁性(VRM)巖石生成之后，長期處在地球磁場作用下，隨著時間的推移，其中原來定向排列的磁疇逐漸地弛豫到作用磁場的方向，所形成的剩磁稱粘滯剩余磁性。特點①它的強度與時間的對數(shù)成正比。②隨溫度增高，粘滯剩磁增大。裸露于地表的巖石，受晝夜及季節(jié)的溫差變化的熱騷動影響，隨時間增長，會形成較強的粘滯剩磁。具有較大粘滯剩磁的巖石樣品，不宜用古地磁研究。

(五)等溫剩余磁性(IRM)在常溫沒有加熱情況下，巖石因受外部磁場的作用(比如閃電作用)，是近地表巖礦石磁性發(fā)生大小和方向的改變而獲得。特點①不穩(wěn)定②方向性差、磁性弱。方向和大小均隨的磁場而改變一、巖石剩余磁性的類型及特點原生剩余磁性（化石）：熱剩余磁性（TRM）碎屑剩余磁性(DRM)化學剩余磁性(CRM)穩(wěn)定、與當時地磁場有關，可作為古地磁研究的依據(jù)。次生剩余磁性：粘滯剩余磁性(VRM)等溫剩余磁性(IRM)受某些外部因素作用而獲得，不能作為古地磁研究的依據(jù)。二、各類巖石剩余磁性的原因(一)火成巖剩磁的成因熱剩磁是形成火成巖原生剩磁的原因。(二)沉積巖剩磁的成因是通過沉積作用和成巖作用二個過程形成的。前者形成碎屑剩磁，后者成巖作用經受氧化和脫水過程，獲得化學剩磁。因此，沉積巖的剩磁系碎屑剩磁與化學剩磁。(三)變質巖剩磁的成因變質巖的剩余磁性與其原巖有關，由火成巖變質生成的正變質巖，由沉積巖變質生成的副變質巖，它可能有碎屑剩磁與化學剩磁。三、研究巖石剩余磁性的地質意義

有助于對磁異常的解釋和某些處理。M=Mi+MrMr是剩磁部分，尤其對火成巖占主要成分。通過研究剩磁方向，協(xié)助解決地質構造問題；剩磁方向大致與構造線相同通過研究剩磁，可使反磁化引起的負異常得到解釋；在古地磁學中的應用第四節(jié)地質體磁化的消磁作用

概述均勻無限磁介質在外磁場的作用下有：M=κH(外磁場)Mi=κT（地磁場）對有限空間，如地殼內的巖體一般都為有限體積，則上述兩等式不成立，因為Mi還與物體的形狀有關，因此要研究M，首先應從物體的消磁作用入手。一、消磁作用和視磁化率

消磁場右圖為一個均勻有限磁介質，受外磁場T0磁化，則只有兩端表面上有面磁荷分布，而在介質內部產生于T0方向相反的磁場Te—消磁場。因此有限體磁化后內部的總磁場為：T=T0+Te有限體內部總磁場T＜T0對均勻磁化的磁性體，可證明消磁場為：Te=﹣N（Mr+Mi）其中N為消磁系數(shù)，其大小取決于磁性體的形狀、與外磁場的相對位置，負號表示Te與M方向相反。﹢﹢﹢﹢﹣﹣T0﹣﹣Te消磁場由于消磁作用的存在，它總是使物體的磁化強度減小，減小的程度取決于磁化強度和消磁系數(shù)N。當存在消磁場Te時，物體內部的磁場，即真正對物體起作用的磁場為：T=T0+Te那么物體受磁化后其感應磁化強度為：Mi=κT=κ(T0+Te)=κ[T0

﹣N(Mi+Mr)]﹢﹢﹢﹢﹣﹣T0﹣﹣Te視磁化率κ′由于常常只知道外磁場T0的大小，而不知道消磁場Te的大小，因此，仍然希望找到感應磁化強度Mi與外磁場的T0關系。將Mi=κT=κ(T0+Te)=κ[T0﹣N(Mi+Mr)]移項并整理得：Mi=κT0

÷（1+Nκ）﹣NκMr÷（1+Nκ）令：

κ′=κ÷（1+Nκ）或κ=κ′÷（1﹣Nκ′）視磁化率κ′由于常常只知道外磁場T0的大小，而不知道消磁場Te的大小，因此，仍然希望找到感應磁化強度Mi與外磁場的T0關系。將Mi=κT=κ(T0+Te)=κ[T0﹣N(Mi+Mr)]移項并整理得：Mi=κT0

÷（1+Nκ）﹣NκMr÷（1+Nκ）令：

κ′=κ÷（1+Nκ）或κ=κ′÷（1﹣Nκ′）視磁化率κ′則：Mi=κ′T0﹣κ′NMr若Mr較小，可忽略不計（Mr≈0），則有：Mi=κ′T0此公式表示均勻有限磁介質Mi與T0的關系。式中κ′稱為視磁化率，它不僅取決于物體的磁化性質（κ），還與物體的形態(tài)特征有關（N有關）。實際工作中，通過標本測試（尤其是較強磁性的巖石標本）得到的磁化率為κ′。視磁化率κ′的性質κ′稱為視磁化率，它不僅取決于物體的磁化性質（κ），還與物體的形態(tài)特征有關（N有關）。實際工作中，通過標本測試（尤其是較強磁性的巖石標本）得到的磁化率為κ′。對順磁性與鐵磁性物體，κ＞0，N總為正值，故κ′＜0；由于κ′與物體形態(tài)有關，故不能用視磁化率來描述介質的磁性。即使相同的磁介質，若形態(tài)不同，κ′也不同；當Nκ＜＜1時，κ′≈κ，由于N在0~1之間，若N=0.08，讓Nκ＜0.01，那么只要κ＜0.001SI（κ），則κ′≈κ，其誤差＜1%。說明磁介質的磁性很弱時，可認為κ′=κ，即消磁作用可忽略不計，因此，測定弱磁性標本時，測量結果可認為是真磁化率（κ）。消磁作用對Mi方向的影響由表可見，出球體外，其它型體不同磁化方向時，退磁系數(shù)不同。因而，消磁作用不僅影響感磁的大小，還影響方向以長水平圓柱體為例，說明消磁作用的特點。設柱體受T0磁化，T0的傾角為45°，磁化率=0.1SI(κ)XZT0Mi45°αM已知：Mi=κ′T0

κ′=κ÷（1+Nκ）可得到總磁化強度在X、Z軸上的分量：Mix=κT0x/(1+Nxκ)=κT0cos45°(Nx=0)Miz=κT0z/(1+Nzκ)=κT0sin45°/(1+2πκ)(Nz=2π)則Mi的傾角（α）tgα=Miz/Mix=1/(1+2πκ)≈0.61

α=31.6°可見，消磁作用總是使感應磁化強度偏離磁化場的方向（45°-31.6°=13.4°）。XZT0Mi45°αM結論：Κ越大，感應磁化強度（Mi）偏離T0的方向越明顯，消磁的作用越大；Mi總是偏向磁性體的長軸方向，并總是減小。XZT0Mi45°αM

磁法勘探一、概述磁法勘探——利用專門儀器并按特定方式觀測巖層間磁性差異，進而研究地下地質問題；在自然界中，由于受到地球磁場的作用，許多巖石或礦石都不同程度地被磁化而具有磁性。具有磁性地質體所產生的磁場迭加在正常地磁場之上的異常磁場。磁法勘探的主要任務就是測定和分析研究各種磁異常，找出磁異常與地下巖石、地質構造及有用礦產的關系，作出地下地質情況和礦產分布等有關結論，特別是采空區(qū)煤層自燃后剩余磁異常的探測為煤礦的安全提供了一種有效的探測手段。磁法勘探是利用地磁現(xiàn)象進行勘探的，磁針或任何磁性體都是一端帶有正磁荷、另一端帶有負磁荷成對存在的。地球好像一個大磁球一樣，在其周圍空間形成了磁場。在某點一個單位的正磁荷受力的大小叫該點的地磁場強度。測量地磁場強度的單位是nT。地磁場強度的大小和方向是因地而異的，如果我們在地球不同地點用磁針進行觀測，會看到在磁北半球磁針指北端（帶正磁荷）向下傾；在磁南半球則向上翹，在磁赤道處保持水平，在磁南極及磁北極處變成垂直。磁極與地理的南、北相差大約緯度18度。地磁場和重力場一樣，也有正常磁力場。但磁力勘探比重力勘探在原理和實際應用上都要復雜些，因為決定巖石磁性的是受地磁場磁化的程度（磁化強度），它取決于巖石的磁化率且具有不同方向和大小，同一點上的磁場強度每日不同時間都有變化，叫做日變，它是各種原因引起的長期變化和短期變化之和，而重力場就沒有這些現(xiàn)象。國內外技術現(xiàn)狀磁法勘探中的觀測值減去正常磁力值和日變值，便是磁力異常值。我國大部分沉積盆地已做過磁力普查，目前多數(shù)采用航磁法做細測。磁力異常圖和航磁的平面、剖面圖是解釋的基礎，主要能反映基底的起伏或巖性變化以及火成巖侵入體。在沉積巖中必須使用高精度磁力儀才能利用微弱磁化巖層的磁力異常發(fā)現(xiàn)沉積巖構造、深大斷裂、結晶基底、鹽丘、磁性礦床等。二、磁力勘探的方法原理物理學告知，一個通有電流的線圈回路在它的周圍形成磁場。近代電磁學研究證明，任何物質的磁性都是帶電粒子運動的結果。不同物質的分子和原子，由于殼層中電子的數(shù)量及其相互作用的不同，使其具有不同的磁性。假想磁性物體之所以有磁性，是由于它們帶有“磁荷”。磁荷分為正磁荷和負磁荷，具有同性相斥，異性相吸的作用力。一個磁性體上總是同時有正磁荷和負磁荷，不能分開。這樣在一個磁體上就有“正磁極”和“負磁極”之稱。正磁荷聚集的一極稱為N極，負磁荷聚集的一極稱為S極。人們以磁量表示磁荷的數(shù)量，稱為磁極強度。同一磁體的兩個異性磁極，其磁量相等。法國物理學家?guī)靵鲈趯嶒灥幕A上建立了磁極間相互作用的磁庫侖定律：兩個點磁極間磁力F的大小與它們的磁量的乘積成正比，與它們距離r的平方成反比，即：式中，m1、m2表示兩點磁極的磁量；r為兩點磁極之間的距離；μ是導磁率，與介質有關的常數(shù)。磁力F的方向在兩磁極的連線上。所有的物質放入磁場中都會有磁性，成為磁化物質，這種使物質獲得磁性的作用稱為磁化。磁化強度J表示單位體積內的磁矩。把整個存在地球磁力作用的空間稱為地磁場。在地磁場的作用下，地殼中的巖層、巖體和礦體都不同程度地被磁化而具有磁性。這些具有磁性的地質體在其周圍空間又形成了它們自己的磁場，迭加在正常的地磁場上，使地磁場正常分布規(guī)律發(fā)生局部變化，這種地磁場的局部變化稱為磁異常。磁異常是磁法勘探研究的主要對象。地磁要素：設某點地磁場總強度T是一空間矢量，其大小方向可以在一個選定的直角坐標軸上的投影來確定。將坐標原點選在測點上，習慣上以X軸指向地理北，Y軸指向東，Z軸垂直向下指向地心，XOY為水平面。于是地磁場強度T在X、Y、Z軸上的投影分別為北向分量X、東向分量Y和垂直分量Z。T在XOY平面的投影H稱為水平分量（指向磁北）。各分量的方向與坐標軸的正向一致時取正值，反之取負值。H與X軸的夾角稱為磁偏角，通常以D表示。H偏東時，D取正值，反之取負值。T與XOY平面的夾角稱為磁傾角，以I表示。T由XOY平面指向地平線之下時，I為正，反之為負。上述D、I、H、Z、X、Y統(tǒng)稱地磁要素,它們之間的關系為：X＝HcosD;Y＝HsinD；Z＝HtgI;H＝TcosI;Z＝TsinI;tgI＝Z／H；H2＝X2＋Y2；T2＝H2＋Z2；tgD＝Y／X。由上可知，只要知道X、Y、Z或H、D、I任意三個量,就可以求得全部地磁要素。在磁法勘探中,一般是測量地磁垂直分量Z、水平分量H和地磁場總強度T的相對變化。三、磁測資料的解釋與應用在油氣田勘探中，磁法資料普遍用來研究盆地基底的性質和起伏、圈定火成巖侵入體以及追蹤深大斷裂，闡明含油區(qū)區(qū)域構造特征和劃分盆地構造單元。1、各類巖石的磁場特征

沉積巖磁化率小，引起的異常很微弱，屬于無磁性或弱磁性巖類。沉積巖中的磁性礦物分布較為均勻，形成的磁場也很平緩、光滑、梯度小。當沉積巖較厚時，常呈現(xiàn)平靜的負異常區(qū)。

火山巖所含鐵磁性礦物分布不均勻，其磁化也不均勻，故其磁異常特點呈跳躍變化，異常尖銳而梯度大，以致相鄰測線上異常難以對比。通?；曰鹕綆r異常強度較大，酸性火山巖異常強度較小?；鹕綆r的共同特點是剩余磁化強度往往超過感應磁化強度好幾倍。此外火山巖的磁場特征與埋藏深度有關，出露地表或淺層的火山巖其異常強度大，變化大；而埋藏較深的火山巖的異常強度和變化都較弱。侵入巖的磁化強度一般都較穩(wěn)定，盡管它們的磁場有強有弱，但比火山巖平穩(wěn)得多。侵入巖的磁場一般按酸性－中性－基性－超基性的順序增加。超基性巖體磁性最強，磁場強度可達幾千納特，變化劇烈，但不象火山巖那樣呈鋸齒狀跳躍。相鄰測線上的異常曲線可以進行對比?；詭r磁性也較強，一般表現(xiàn)為強度很大的升高異常，峰值可達一二千納特。當侵入體埋藏較淺時，常表現(xiàn)為多個孤峰，隨著埋深的加大，只顯示異常不規(guī)則的背景。

花崗巖種類較多，一般均具磁性，而磁性強弱取決于所含暗色礦物的多少。變質巖的磁性通常較強，可觀測到幾百至一二千納特的磁異常。一般規(guī)模較大的斷裂，多伴有巖漿活動，在磁場上反映為線性異常帶、串珠狀異常帶、雁行異常帶。斷裂帶上的△T異?！案蓴嗔选鄙系摹鱐異常2、磁測資料的應用結晶基底內部構造的研究－在結晶基底埋藏不太深（2～3km）的地區(qū)，基底內部構造和巖石成分是決定重、磁異常特征的主要因素。由于在結晶基底內具有褶皺變質的地層和呈板狀的侵入體，因此將出現(xiàn)具有明顯走向的條帶狀異常，異常走向反映了基底褶皺的走向。根據(jù)磁場形態(tài)、幅度、走向、分布范圍、梯度變化等特征，可將一個地區(qū)的磁場分為不同的區(qū)帶，通過對露頭區(qū)已知巖系上磁場特征的分析對比，可以了解基底的性質。內蒙某礦△T異常圖通過磁法對兩個相鄰礦進行煤層自燃的探測，通過等值線圖可見，陳二埃煤礦中發(fā)現(xiàn)煤層自燃區(qū)，而在后陰塔煤礦中沒有發(fā)現(xiàn)煤層自燃區(qū)。

99S-26剖面地震約束磁力反演結果N86-203.6剖面地震約束磁力反演結果N

第一節(jié)重力勘探方法第二節(jié)磁力勘探方法

第三節(jié)電法勘探方法第四節(jié)地化勘探方法第五節(jié)綜合物探方法普通物探方法第三節(jié)電法勘探方法

一、概述二、電法勘探的方法原理三、電法資料的應用普通物探方法

電法勘探一、概述電法勘探——利用專門儀器并按特定方式觀測巖層間電性差異，進而研究地下地質問題。電法勘探就是利用人工或天然產生的直流電場或電磁場在地下的分布規(guī)律來研究地球結構、地質構造及找礦的一種物探方法。電法勘探是以巖石或礦石的電性差異為基礎的，主要研究的電性差異參數(shù)包括：電阻率、激發(fā)極化率、介電常數(shù)、導磁率、電化學活動性等。電法勘探的內容十分豐富，它們廣泛應用于金屬及非金屬、石油、工程地質、水文地質、文物考古等勘探研究工作中。

重磁電勘探方法錄像

電法勘探方法的分類1、直流電法（穩(wěn)定場）（1）垂向電測深（2）沉井電極法2、過渡場法（時間場）（1）瞬變電磁測深或建場測深法（TEM與TDEM）（2）激發(fā)極化法（3）差分標定法3、交流電法（交變場）（1）大地電磁測深法（MT,自然場）（2）可控源聲頻大地電磁測深法（3）電瞬變反射法國內外技術現(xiàn)狀目前國內電法勘探主要有兩大類：（1）找構造、采空區(qū)，方法有大地電磁測深、EMAP（electromagneticarrayprofiling，電磁陣列剖面法）、CSAMT（可控源聲頻電磁測深法）、電場法等；（2）直接找礦、石油，方法有激發(fā)激化法、電場差分法、復電阻率法（CR）、三極梯度法等。我公司擁有電法、大地電磁測深、磁法，瞬變電磁等電法勘探手段，在多個礦區(qū)進行了試驗和生產，取得了一定的成果。國外電法應用主要有以下幾個方面：（1）利用大地電磁法來勘查地下構造及采空區(qū)，一些研究表明該方法在潛伏構造勘探及深層勘探中產生了明顯的效果；（2）利用電場差分法、激發(fā)激化法、微分標準化電法等直接探測煤礦及油氣藏的方法對油氣藏進行預測，微分標準化電法勘探（可探測油藏深度在1.7～6km）在俄羅斯85口深井的預測中，不正確的預測只有3口；（3）利用地－井方式的電法勘探對煤層及油水界面進行預測，另外對套管井也可以進行井間電磁法層析成像。電法勘探還不斷出現(xiàn)以直接找礦找油（氣）為目標的方法，效果顯著，取得了滿意的成績。二、電法勘探的方法原理電法勘探的每一種或每一類方法都有各自的數(shù)理基礎、專用儀器設備、野外施工方法和成果解釋方法。1、巖石的電阻率電法勘探的物理依據(jù)是巖石和礦石的電性差異。其中，主要是巖石和礦石的電阻率差異。一般地說，巖石和礦石的電阻率差別越大，電法勘探的效果越好。

電阻率是這樣定義的：設有一段柱狀物體，由實驗知道，當電流平行于柱體的軸向，從一個截面流向另一個截面時，它所呈現(xiàn)的電阻R與柱體長度L成正比，而與柱體截面積S成反比，可寫作：式中ρ是電阻率。電法勘探中，電阻率的實用單位是歐姆·米（Ω·m）。實驗表明，巖石和礦物的電阻率，常在很大的范圍內變化，以至同一種巖石的電阻率也可能差別很大。綜上所述，巖石和礦石的電阻率，決定于其中導電礦物含量的多少、結構、狀態(tài)及其孔隙度的大小及含礦化水的特征和溫度。電法的方法很多，在此介紹高密度電法和瞬變電磁等幾種電法原理。

瞬變電磁（TEM）法是交流電法的一種方法，高密度電法是直流電法的一種，主要用于采空區(qū)探測等。電阻率剖面法：簡稱電剖面法，該方法是采用固定極距的電極排列，沿剖面線逐點供電和測量，觀測視電阻率值的變化規(guī)律。由于電極距不變，勘探深度就保持在同一范圍內。因此視電阻率值沿剖面的變化可以把地下某一深度以上具有不同電阻率的地質體沿剖面方向的分布情況反映出來。根據(jù)電極排列方式的不同，電剖面法有許多變種，目前常用的有聯(lián)合剖面法、對稱四極剖面法、中間梯度法和偶極剖面法等。聯(lián)合剖面法主要用于尋找產狀陡傾的層狀或脈狀低阻體或斷裂破碎帶，當供電極距大于這些地質體的寬度時，可以把它們視為薄脈狀良導體。中間梯度法中間梯度法的電場屬于兩個異性點電流源的電場。在AB中部（1/2，1/3）AB的范圍內電場強度，即電位的負梯度變化很小，電流基本與地表平行，呈現(xiàn)均勻場的特點。均勻電場不僅在AB連線的中部是如此，在AB連線兩側AB/6范圍內的測線中部也近似地如此。所以中間梯度法不僅可以在AB兩極所在的測線上移動M、N進行測量，而且在A、B固定的情況下，還可以在AB兩側AB/6范圍內的測線上進行測量。比其它方法生產效率要高得多。中間梯度法主要用于尋找陡傾的高阻巖脈，對稱四極剖面法：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，一般MN=（1/3，1/5）AB，工作中保持各電極間距不變，四個電極同時移動并使O點位于測點上，逐點觀測，求得視電阻率值。還可以增加兩個電極A`B`,測定兩個ρs值。這種方法稱為復合對稱四極剖面法。利用這種方法，可以了解兩種深度滿園內導電性有差異的地質體沿同一剖面的分布情況，因此這種方法較對稱四極法在某些方面更優(yōu)越些。電阻率測深法：是探測電性不同的巖層沿垂向分布情況的電阻率方法，該方法是采用在同一測點上多次加大供電極距增加勘探深度的方式，逐次測量視電阻率的變化。電測深曲線的變化與地電斷面中各電性層的電阻率及厚度都有密切的關系。因此，可以通過電測深曲線推斷地下電性層的電阻率和埋深。再結合地質資料進行綜合對比，把電性層與巖層聯(lián)系起來，就可以解決相關的地質問題。電測深法又可以分為對稱四極電測深、三極電測深、偶極電測深、環(huán)形電測深等工作方式，其中對稱四極電測深是最常的方式。對稱四極電測深裝置

圖中AB為供電電極，MN為測量電極，它們對稱與觀測點O布置。工作時供電電極距AB從最小電極距A1B1變化到AnBn，每改變一次電極距，相應觀測一次?UMN和?IMN。對稱四極裝置的電場分布如下圖：對稱四極電測深裝置的電場分布高密度基本原理：高密度電阻率法是根據(jù)水文、工程及環(huán)境地質調查的實際需要而研制的一種電阻率法觀測系統(tǒng)。與常規(guī)電阻率法相比，高密度電阻率法在野外信息采集過程中可組合使用多種裝置形式，因而采集的信息量大，數(shù)據(jù)觀測精度高，在電性不均勻體的探測中取得良好的地質效果。

充電法的基本原理：是良導體直接連通電源，觀測其電場分布特征和規(guī)律進行找礦勘探的一種方法。通常把供電電源正極接在良導體上，負極放在無窮遠處。帶電后的良導電體是一個近似等電位的帶電體?？稍诘乇怼@孔或坑道中觀測電位或電位梯度的變化。根據(jù)實測曲線可分析推斷礦體形狀，產狀、埋深、幾個礦體是否相連及確定地下水流速、流向等問題。礦體導電性越好，地形平坦、圍巖均勻，充電法的地質效果越好。

自然電場法：主要利用由各種原因所產生的天然電場。我們能夠觀測和利用的天然電場有兩類：一類是地球表面呈區(qū)域性分布的大地電流場和大地電磁場，這是一種低頻電磁場，其分布特征和較深范圍內的地層結構及基底起伏有關。另一類是分布范圍僅限于局部地區(qū)的自然電場，這是一種直流電場，它往往和地下水的運動及巖、礦石的電化學活動有關。通過觀測和研究這種自然電場的分布，以進行地質填圖、找礦或解決水文、工程及環(huán)境地質問題的電法勘探方法，稱為自然電場法。激發(fā)極化法：當向大地供入電流或切斷電流的瞬間，在測量電極之間總能觀測到隨時間變化的電位差，這種在充、放電的過程中，產生隨時間緩慢變化的附加電場的現(xiàn)象，稱為激發(fā)極化效應，激發(fā)極化法就是以巖、礦石激發(fā)效應的差異為基礎，通過觀測和研究大地激電效應來探查地下地質情況或解決某些水文地質問題的一種電法勘探方法。瞬變電磁法：瞬變電磁法的勘探原理是利用人工在發(fā)射線圈加以脈沖電流，產生一個瞬變的電磁場，該磁場垂直發(fā)射線圈向兩個方向傳播，通常是在地面布設發(fā)射線圈，依據(jù)半空間的傳播原理，把地面以上的忽略。當磁場沿地表向深部傳播，當遇到不同介質時，產生渦流場或著遵照量子力學原理使活潑的堿金屬產生能級躍遷或使含有大量氫原子的液體的氫原子核沿磁場方向產生定向排列。當外加的瞬變磁場撤銷后，這些渦流場的釋放或者活潑的堿金屬要恢復原有的能級，釋放躍遷產生能量。以及含有大量氫原子的液體的氫原子核恢復原有的排列時，均以磁場的形式釋放能量所獲的能量。利用接收線圈測量接收到的感應電動勢v2。該電動勢包含了地下介質電性特征,通過種種解釋手段(一維反演,視電阻率等)得出地下巖層的結構.由于采用線圈接收V2,故對空間的電磁場或其它人文電磁場敏感,也就是通常所說的干擾.為了減少此類干擾,采用盡量的發(fā)射大的電流,以獲取最大的激勵磁場,增加信噪比,壓制干擾。接收裝置通常分為分離回線,中心回線和重疊回線3類,以重疊回線得到的信息最為完整,其它次之。

普通物探方法-§2-3電法勘探無線電波透視法：無線電波是一種頻率很高且具有一定能量的電磁波，它可以在真空及各種介質中傳播，由于介質的性質不同，它們對電磁波吸收的程度也不一樣。真空中不吸收電磁波，空氣或高阻巖石對電磁波的吸收作用很弱，低阻礦體和充水溶洞對電磁波的吸收作用較強。無線電波透視法就是通過研究鉆孔或坑道間電磁波的傳播規(guī)律來尋找礦體、充水溶洞等地質對象的一種電法勘探方法。井中無線電波透視法的工作原理見下圖。在一個井孔利用發(fā)射一定頻率的電磁波，在另一個井孔中利用接收接收被介質吸收后的電磁波，當井孔間有良導礦體或充水溶洞存在時，由于電磁波被強烈吸收，使其能量大為降低，因而在測量井孔的相應井段便出現(xiàn)場強曲線的低值異常。根據(jù)收、發(fā)儀間的關系及異常出現(xiàn)部位便可推斷地質體的存在。

在層狀各向異性的煤系地層中，空間電磁波的傳播是一個復雜的問題。而電磁波在煤層內部的傳播可以等效為某一個介電常數(shù)為Sn，電阻率為Pn導磁率Un的均勻介質中傳播的問題?？梢杂镁鶆驘o限各向同性介質場的公式進行計算。我們可以近似的認為：在小范圍內煤層沉積環(huán)境近于相同，因此在煤層內部的電性參數(shù)可以認為相同。這樣一來電磁波在煤層中傳播相同距離能量損失應相同，也就是說視衰減系數(shù)相同。但是煤層中如果存在陷落柱和斷層，它們對電磁波的吸收將增加。通過對視衰減系數(shù)的交繪即可確定陷落柱和斷層。此煤礦工作面未開采部分在掘進過程中除發(fā)現(xiàn)了數(shù)條落差小于或接近煤厚的斷層外，未見其他大的斷裂構造。因此甲方要求對2218工作面未開采部分區(qū)域即運輸巷（正巷）從切眼向外570米，運料巷（負巷）從切眼向外470米的范圍內進行了無線電波坑道透視及音頻電透視工作。音頻電透視法：是借助于研究低頻電磁波在巖石中傳播規(guī)律，從而揭示地下構造形態(tài)的一種物探方法。電磁波在地下巖層中傳播時，由于各種巖礦石電性（電阻率ρ、介電常數(shù)ε等）不同，它們對電磁波能量吸收有一定的差異，電阻率低的巖礦石具有較大的吸收作用。此外，由于地下出現(xiàn)各種構造如斷層、陷落柱等，它們對電磁波具有反射和折射作用，也造成電磁波能量的損耗。如果接受機和發(fā)射機之間電磁波傳播途中，若遇到煤層陷落柱、斷層或水體等，電磁波將被吸收或完全被屏蔽。因此，在接受機上拾得的信號顯著減弱甚至收不到信號從而形成“陰影”，即電磁波明顯衰減的透射異常區(qū)。研究煤層與各種巖石及地質構造對電磁波傳播的影響所造成的各種異常，從而進行地質推斷解釋，這就是音頻法的物理基礎。

一般情況下，煤層電阻率與煤層頂?shù)装逯g電性差異越大，異常反映越明顯，音頻效果會越好。在巷道-巷道之間進行電穿透探測，一個巷道發(fā)射、一個巷道接收，按電導率差異成像，以此判斷含水地質構造，為礦井防治水提供可靠地質資料。

在8103運輸巷中68#點發(fā)現(xiàn)明顯的低阻異常反映，分析為本溪灰?guī)r水，奧灰水溝通，含水性較弱，本溪灰?guī)r及奧灰局部為高阻異常反映，說明為不含水灰?guī)r。音頻電透視在煤礦井下工作面探測擬斷面圖，可以看出工作面底板存在奧灰富水地段。瞬變電磁探測：瞬變電磁法屬于時間域電磁感應法，它利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)送一次脈沖場，在一次脈沖場間歇期間利用回線或電偶極接收感應二次場，該二次場是由地下良導地質體受激勵引起的渦流所產生的非穩(wěn)電磁場。主要是利用煙圈效應反映地下采空區(qū)電性和斷層帶的分布規(guī)律可使用發(fā)送與接收回線中心的同點裝置工作，使與欲探測的地質體達到最佳的偶合，所得到異常的幅度大、形態(tài)簡單及受旁側影響小，提高了對地質體的橫向分辨能力。瞬變電磁裝置及煙圈效應示意圖

瞬變電磁探測煤礦采空區(qū)分布情況

底板13m處發(fā)現(xiàn)低阻反映，分析該低阻含水與本溪灰?guī)r富水有關。在-18m水平發(fā)現(xiàn)低阻反映，分析為本溪灰?guī)r水，奧灰水溝通，奧灰水存在導高現(xiàn)象，如此該地段安全距離只有12米左右，回采煤層具有突水安全隱患，

利用瞬變電磁探測斷層破碎帶的位置，以及其富水性和導水性。三極超前勘探原理：礦井電法勘探屬于全空間電法勘探，供電電極A相對無窮遠電極B可以看作為點電源，均勻介質中它所形成的電場可近似看作一個球體，點電源電流場的球形分布根據(jù)電場球殼原理，任意等半徑球面上的電位是相等的，兩個等位面上的點M、N之間形成電位差?UMN，利用發(fā)射電流可計算出MN球環(huán)上的視電阻率。通過在巷道迎頭后方布置電極，從而可探測出迎頭前方的異常情況，見下圖。若電流分布范圍內存在電性異常（如含水地質異常體），不論異常體在巷道迎頭前方還是其他方位，都會引起等位面的變化，視電阻率也會發(fā)生變化。若是低阻異常體會引起視電阻率值降低，反之，會引起視電阻率值增高。比如，如下圖是巷道迎頭前方存在高阻異常體時，因其排斥電流而引起整個電流場的畸變，使測量電極附近的電流密度增大，故視電阻率增大。利用一個供電電極A測到的視電阻率異常是反映整個球殼內部的異常，并不能說明異常就在迎頭的前方，因為在以供電電極AxO為半徑的球體內（O為MN電極的中點）任何一處異常引起的等位面的變化均可以影響到測量值，因此如果測量值有異常時，不能正確判斷異常點的具體位置。為了達到超前探測的目的，我們采用三個供電電極交替供電分別測量的方式，利用幾何交匯的原理（如圖2.4所示），只反映出迎頭前方的異常情況。這種方法可以消除頂板、底板和后方的影響，反映巷道迎頭前方的地質異常，達到超前探測的目的。

內蒙古自治區(qū)達拉特旗潮腦溝后陰塔煤礦采高密度探測采空區(qū)平面等值線圖高密度電法探測采空區(qū)郭二莊二坑井下工作面29124及2911可能存在陷落柱及薄煤帶，斷層構造等不良含水地質體，有可能對煤礦的安全開采構成威脅及回采成本上升，因此急需查明這些不良地質體的存在位置及性質，為此我公司技術人員根據(jù)井下的特殊情況及井下電法的工作特點做了物探探測設計和現(xiàn)場實測，圓滿完成了設計及合同任務書的要求。本次勘查的任務和目的是：1、查明工作面內不良地質體的的分布狀況、類型、規(guī)模；繪制工作面物音頻探CT成果圖，2、查明工作面內底板構造及含水性；3、編寫并提交物探報告，為井下驗證異常提供物探技術資料依據(jù)。本次完成的主要成果如下：1、在2911、29124工作面風巷、運巷底板發(fā)現(xiàn)了9處奧灰水導高異常，7處本溪灰?guī)r富水段，1處奧灰富水區(qū)及2處不含水構造。2、在2911、29124工作面內發(fā)現(xiàn)了8處底板本溪灰?guī)r富水異常,5處不含水構造。根據(jù)以往的探測實踐證明，探測工作面內構造的辦法很多，一般為槽波，對稱四極電測深方法，音頻電透視等。由于槽波在井下受干擾因素大，四極測深法及音頻電透視測量速度快，對工作面內的目標體的深度可以作定量解釋，能準確的判斷其異常位置，是一種經濟有效的探測方法，雖然其有探測體積效應，但由于頂板及底板的巖性為已知，故減少了解釋多解性。一般情況下，煤層電阻率與煤層頂?shù)装逯g電性差異越大，異常反映越明顯，音頻效果會越好。資料的定性解釋：資料的解釋工作本著從已知到未知，由簡單到復雜的原則。首先把井下觀測所得的原始數(shù)據(jù)繪成曲線，然后對觀測獲得的曲線等資料進行分析推斷，作出正確的地質解釋，以達到預期的地質效果正確分析對比電剖面和地質剖面的關系等。必須要研究和掌握井下工作環(huán)境以及各種干擾的規(guī)律，加強實地調查和資料的綜合對比，注意根據(jù)已知地質地段的測深曲線定量解釋所得的厚度和電阻率，與巖層柱狀電性圖進行對比，找出各巖層和電性層的對應關系，由此研究未知點的問題。從綜合剖面上可以看出在2911風巷底板在18#--19#點之間在13米深度處發(fā)現(xiàn)低阻反映，分析該低阻含水與本溪灰?guī)r富水有關，該段奧灰不含水或弱含水，沒有奧灰水導高現(xiàn)象；在16#、28#～30#點在-16～-8米水平發(fā)現(xiàn)低阻反映，分析為本溪灰?guī)r水，奧灰水溝通，奧灰水存在導高現(xiàn)象，如此該地段安全距離只有12米左右，回采煤層具有突水安全隱患，在34#、37#、38#點之間在-18米水平發(fā)現(xiàn)低阻反映，分析為底板奧灰富水異常帶，奧灰水存在導高異常。在15#--27#發(fā)現(xiàn)高阻異常，分析為不含水構造。從綜合剖面上可以看出在2911風巷底板在18#--19#點之間在13米深度處發(fā)現(xiàn)低阻反映，分析該低阻含水與本溪灰?guī)r富水有關，該段奧灰不含水或弱含水，沒有奧灰水導高現(xiàn)象；在16#、28#～30#點在-16～-8米水平發(fā)現(xiàn)低阻反映，分析為本溪灰?guī)r水，奧灰水溝通，奧灰水存在導高現(xiàn)象，如此該地段安全距離只有12米左右，回采煤層具有突水安全隱患，在34#、37#、38#點之間在-18米水平發(fā)現(xiàn)低阻反映，分析為底板奧灰富水異常帶，奧灰水存在導高異常。在15#--27#發(fā)現(xiàn)高阻異常，分析為不含水構造。從綜合剖面上可以看出在2911工作面運巷底板在22#、23#、24#點之間在約-10米發(fā)現(xiàn)低阻反映,分析該低阻含水與本溪灰?guī)r富水有關，該段奧灰不含水或弱含水，沒有奧灰水導高現(xiàn)象；25#～26#點之間約在-25米～-55米處發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)低阻反映，分析為本溪灰?guī)r水，奧灰水溝通，奧灰水存在導高現(xiàn)象，如此該地段安全距離只有10米左右，回采煤層具有突水安全隱患，49#～51#點發(fā)現(xiàn)在約-15米、-85米左右為低阻反映,分析為本溪灰?guī)r水，奧灰水溝通，奧灰水存在導高現(xiàn)象,回采煤層具有突水安全隱患;43#、44#、45#發(fā)現(xiàn)在約-55米左右為低阻反映,分析該低阻含水與本溪灰?guī)r富水有關，該段奧灰不含水或弱含水，沒有奧灰水導高現(xiàn)象；52#、43#發(fā)現(xiàn)在約-25米、-85米左右為低阻反映,分析為本溪灰?guī)r水，奧灰水溝通，奧灰水存在導高現(xiàn)象,回采煤層具有突水安全隱患，46#在30米～75米處發(fā)現(xiàn)高阻異常，分析為不含水構造。由以上異常分析可見運巷底板本溪灰?guī)r普遍富水性強，奧灰局部富水性強，但局部奧灰富水部位與本溪灰?guī)r富水具有溝通關系，說明存在小斷層（5米左右）對奧灰水有一定的導高，對工作面回采具有一定的突水安全隱患。從綜合剖面上可以看出在29124工作面運巷底板1#、6#、14#點在約5米～-10米處發(fā)現(xiàn)低阻反映,分析為奧灰、本溪灰?guī)r富水性強，存在奧灰水導高異常，回采煤層具有突水安全隱患，3#、4#、5#、點在約5米～-5米處發(fā)現(xiàn)為低阻反映，分析為底板本溪灰?guī)r富水異常帶。顯德汪礦1925工作面在掘進過程中除發(fā)現(xiàn)了數(shù)條落差小于5米的斷層外，未見其他大的斷裂構造。為了安全起見，對1925工作面進行了無線電波坑道透視工作。根據(jù)工作面的實際情況和顯德汪礦的要求，本次進行無線電波坑道透視工作的目的任務為：1、通過坑透工作分析1925工作面能透視部分的范圍內是否存隱伏斷層，探測落差大于煤厚的較大斷層。2、探測1925工作面坑透范圍內是否存在低阻異常的陷落柱。

任縣煤礦開采下組煤受奧灰水威脅比較嚴重，井下工作面存在隱伏構造，一旦奧灰水通過隱伏構造進行導水，將發(fā)生突水事故，因此奧灰水及隱伏構造對開采也構成了威脅，利用物探手段查明這些水文地質條件對安全開采下組煤至關重要,所以任縣煤礦委托我公司利用物探手段解決以上問題。其目的如下：1、探測工作面內及底板隱伏構造。2、預測巷道及工作面內可能的突水地段。3、探測底板到奧灰的富水地段。4、為打鉆注漿提供位置。結論：1、9煤底板到奧灰的距離32米左右。2、在工作面中發(fā)現(xiàn)一條隱伏含水構造，位于上順槽風巷85#~88#點之間，破碎帶寬度較寬。在上順槽運巷共發(fā)現(xiàn)1處底板到奧灰的富水異常，在開采過程中需要注漿加固底板。3、本溪灰?guī)r和奧灰的含水層比較發(fā)育，見成果圖所示。在測區(qū)內根據(jù)異常特點在下巷布置了1個鉆孔，鉆孔位置位于風巷85#點處。三個方向，角度在14度，建議打鉆注漿加固，深度在30米左右。由圖可見，在測區(qū)內東南部發(fā)現(xiàn)了大面積高阻異常反映，主要分布在F1斷層東部，反映了采空區(qū)塌陷后引起的彎曲變形帶異常的存在，在部分區(qū)域存在低阻異常，反映了采空區(qū)周圍煤柱沒有塌陷所至，為采空區(qū)未塌陷積水區(qū)。邢臺港達焦化有限公司場地采空區(qū)物探勘探：本次工作在指定地點做電法、瞬變電磁法探測，目的是探測采空區(qū)的位置和邊界，埋深。為下一步打鉆或地質災害評估提供物探技術資料依據(jù)。由以下130米采空區(qū)塌陷電導率異常可見，在南部出現(xiàn)塌陷后彎曲變形帶明顯的電性異常。由以上圖所示在43-300m深度的電性切面CT電阻率異?？梢?，在測區(qū)南部發(fā)現(xiàn)了連續(xù)的大面積的高阻異常反映，分析認為是采動后造成上部巖層裂隙和塌陷彎曲變形帶引起的電性不均勻所至。其采空區(qū)的塌陷彎曲變形異常反映明顯，反映的了采空區(qū)塌陷彎曲變形帶在空間上分布主要在0-270米左右；而上部采空區(qū)塌陷范圍與下部采空區(qū)一致，電性特征逐漸變弱，進一步說明了淺部彎曲變形帶已形成。

三、電法資料的應用1、找構造——大地電磁勘探相對于地震勘探而言具有如下特點：①勘探深度更大，可以獲得10Km深地層的資料。②具有在碳酸鹽、火成巖、石膏巖地區(qū)的勘探能力，不受高速屏蔽層的影響。在地形相對復雜，有巨厚礫石覆蓋區(qū)可以容易地獲得深層資料，解決地質問題。③價格低廉，勘探周期短，風險較小，是新區(qū)勘探的有利手段，用較小的代價，查清區(qū)域構造特征4、在煤礦