物探電法勘探

1、第一章 電法勘探,電法勘探的分類（1）,電法勘探的分類,方法分類（2）： 天然場(chǎng)源法：自然電位法、大地電流法、大地電磁法等。 人工場(chǎng)源法：電阻率法、激發(fā)極化法、電磁法等。,電法勘探的分類,方法分類（3）： 傳導(dǎo)類電法：電阻率法、充電法、自然電場(chǎng)法、激發(fā)極化法等。 電阻率法：剖面法（二、三極剖面、聯(lián)合剖 面等）、測(cè)深法 感應(yīng)類電法：電磁剖面法（偶極剖面、航空電磁法等） 電磁測(cè)深法（大地電磁測(cè)深、頻率測(cè)深等）,實(shí)質(zhì)：以巖、礦石之間電磁學(xué)性質(zhì)及電化學(xué)性質(zhì) 差異為基礎(chǔ)，通過(guò)觀測(cè)和研究電(磁)場(chǎng)在地 下的分布規(guī)律，探查地質(zhì)構(gòu)造和礦產(chǎn)資源 主要用途：探查深部和區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、尋找油氣 田和煤田、金屬非金屬礦

2、產(chǎn)、地下水、 工程地質(zhì)和環(huán)境勘察等。,第一節(jié) 電法勘探基礎(chǔ)知識(shí),一、巖層的電阻率 1、電阻率的概念 由均勻材料制成的具有一定橫截面積的導(dǎo)體，其電阻R與長(zhǎng)度L成正比，與橫截面積S成反比，即 式中，為比例系數(shù)，稱為物體的電阻率。電阻率僅與導(dǎo)體材料的性質(zhì)有關(guān)，它是衡量物質(zhì)導(dǎo)電能力的物理量。不同巖石的電阻率變化范圍很大，常溫下可從10-8m變化到1015m，與巖石的導(dǎo)電方式不同有關(guān)。,電阻率是電法中最重要的物理參數(shù)，電法的許多方法技術(shù)都與巖石和礦物的電阻率（或其倒數(shù)- 電導(dǎo)率）有關(guān)。,巖石的導(dǎo)電方式大致可分為以下三種： 金屬導(dǎo)電和半導(dǎo)體導(dǎo)電、溶液離子導(dǎo)電、固體電解質(zhì)導(dǎo)電 巖石的電阻率由組成巖石的礦物成

3、分決定 巖石和礦物的導(dǎo)電性或電阻率 ：取決于物質(zhì)中電荷 運(yùn)移的難易程度。 礦物的電阻率： 金屬導(dǎo)體：電阻率很小，例如：金的電阻 率為210-8m，銅的電阻率 為1.230 10-8m。,半導(dǎo)體：大多數(shù)硫化礦物如黃銅礦、黃鐵 礦、方鉛礦等電阻率小于1m。 氧化礦物如鉻鐵礦、赤鐵礦、軟錳 礦等電阻率大于1m。 固體電解質(zhì)：造巖礦物如長(zhǎng)石、石英、輝 石、云母、方解石等電阻率大， 大于106m。,巖石的電阻率： 火成巖和變質(zhì)巖：電阻率很大，電阻率變化范圍102 105m。 沉積巖：電阻率較小。例如：粘土的電阻率變化范圍100101m， 砂巖的電阻率變化范圍102 103m。,2、影響電阻率的因素,（1

4、） 巖石電阻率與礦物成分的關(guān)系 巖石電阻率與組成巖石的礦物的電阻率、礦物的含量和礦物的分布有關(guān)。當(dāng)巖石中含有良導(dǎo)電礦物時(shí)，礦物導(dǎo)電性能能否對(duì)巖石電阻率的大小產(chǎn)生影響取決于良導(dǎo)礦物的分布狀態(tài)和含量。如果巖石中的良導(dǎo)礦物顆粒彼此隔離地分布著，且良導(dǎo)礦物的體積含量不大，那么巖石的電阻率基本上與所含的良導(dǎo)礦物無(wú)關(guān)，只有當(dāng)良導(dǎo)礦物的體積含量較大時(shí)（大于30%），巖石的電阻率才會(huì)隨良導(dǎo)礦物的體積含量的增大而逐漸降低。但是，如果良導(dǎo)礦物的電連通性較好，即使它們的體積含量并不大，巖石的電阻率也會(huì)隨良導(dǎo)礦物含量的增加而急劇減小。,（2） 巖石電阻率與其含水性的關(guān)系 沉積巖主要依靠孔隙水溶液來(lái)傳導(dǎo)電流，因此巖層中

5、水的導(dǎo)電性質(zhì)將直接影響沉積巖的電阻率。在其他條件相同的情況下，巖層電阻率與巖層中水的電阻率成正比。影響水的導(dǎo)電性的主要因素是水中離子的濃度和水的溫度。常見(jiàn)的巖層水一般含低或中等濃度的離子，巖層中水的含鹽濃度增大，離子數(shù)量隨之增多，溶液導(dǎo)電性將變好。同時(shí)巖層中水的導(dǎo)電性還與溫度有關(guān)，它的電阻率將隨溫度的升高而降低。這是因?yàn)椋环矫嫠宣}類的溶解度隨溫度的升高而增大，致使溶液中離子數(shù)量增多；另一方面，溫度的升高還會(huì)降低溶液粘度，加快離子的遷移速度。,（3）巖石電阻率與層理的關(guān)系 層理構(gòu)造是大多數(shù)沉積巖和變質(zhì)巖的典型特征，如砂巖、泥巖、片巖、板巖以及煤層等，它們均由很多薄層相互交替組成。這種巖石的電

6、阻率具有明顯的方向性，即沿層理方向和垂直層理方向巖石的導(dǎo)電性不同，稱為巖石電阻率的各向異性。巖石電阻率的各向異性可 用各向異性系數(shù)來(lái)表示，定義為 式中，n代表垂直層理方向上的平均電阻率，稱為橫向電阻率；t代表沿層理方向的平均電阻率，稱為縱向電阻率。,層狀結(jié)構(gòu)巖石模型,（4）巖石電阻率與溫度的關(guān)系 巖石電阻率隨溫度的變化遵循導(dǎo)電理論的有關(guān)定理。電介質(zhì)中離子的能動(dòng)性隨溫度升高而增大，其運(yùn)動(dòng)能量積累到一定值時(shí)，很容易脫離晶格，因此導(dǎo)電性增強(qiáng)。半導(dǎo)體的溫度升高時(shí)，導(dǎo)電區(qū)電子濃度增大，導(dǎo)電性也相應(yīng)增大。如前所述，在低溫條件下，含水巖石中水溶液的導(dǎo)電性隨溫度的升高而增大，這是由于溫度升高導(dǎo)致水溶液濃度增大

7、和粘滯度降低，水溶液中離子數(shù)量增多、活動(dòng)性增強(qiáng)的緣故；當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí)，因水分蒸發(fā)，巖石電阻率略有增加，只有溫度繼續(xù)升高時(shí)，電阻率才開(kāi)始減小。例如，對(duì)油頁(yè)巖進(jìn)行加溫實(shí)驗(yàn)時(shí)，溫度升高到50100時(shí)，試樣的電阻率減??；溫度繼續(xù)升高至200時(shí)，試樣電阻率增大；溫度繼續(xù)升高超過(guò)200時(shí)，試樣電阻率急劇下降；當(dāng)溫度超過(guò)600后，試樣電阻率又呈回升趨勢(shì)。,（5）巖石電阻率與壓力的關(guān)系 巖石原生結(jié)構(gòu)破壞是壓力作用下巖石性質(zhì)變化的主要原因。根據(jù)壓力特征，這種破壞可能是巖石的壓實(shí)，孔隙收縮，顆粒接觸面積的增大，形成裂隙組，或是個(gè)別區(qū)域之間粘結(jié)性減小等等。 靜水壓力對(duì)巖石的壓實(shí)作用最大，在靜水壓力作用下，巖石內(nèi)出

8、現(xiàn)殘余變形，從而使孔隙度降低。此時(shí)壓力對(duì)巖石電阻率的影響與巖石內(nèi)液體和氣體的含量有關(guān)，往往隨壓力的增大，干燥或者稍許含水巖石的電阻率減小，這是由于孔隙度降低、顆粒間接觸良好的原因。 除此之外，巖石中孤立的含水孔隙在壓力作用下閉合并形成連續(xù)的導(dǎo)電通路，也會(huì)使其電阻率減小。對(duì)于大多數(shù)巖石，當(dāng)單軸壓力由10Mpa增加到60Mpa時(shí)，可觀測(cè)到巖石電阻率的劇烈變化。但是，某些粘土在壓力作用下，由于孔隙中的水分被擠出，含水孔隙通道的截面縮小，從而使其電阻率增大。 相反，在應(yīng)力弱化作用下，巖石顆粒之間內(nèi)部粘結(jié)性降低，致使巖石強(qiáng)度變小，巖石可碎性增強(qiáng)。當(dāng)巖石內(nèi)部裂隙發(fā)育但裂隙不充水時(shí)，巖石電阻率會(huì)增大，若裂隙

9、充水，巖石電阻率會(huì)顯著減小。,二 、地下人工電場(chǎng)的建立,1、點(diǎn)電源的電場(chǎng) 電阻率的半無(wú)限空間，地表有一點(diǎn)電源A， 電流強(qiáng)度I，距點(diǎn)電源A為rAM的M點(diǎn)的電流密度： 由歐姆定律的微分形式，得：,穩(wěn)定電流場(chǎng)中，單位距離的電位變化等于 該點(diǎn)的點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度：,兩邊積分： 由于r無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)，U=0，所以積分常數(shù)c=0 結(jié)論：電阻率均勻、各向同性的半無(wú)限空間，地 表點(diǎn)電源場(chǎng)的電位與r成反比，等位面是以 點(diǎn)源為中心的同心圓。,兩個(gè)點(diǎn)電源的電場(chǎng)： 根據(jù)電場(chǎng)疊加原理，當(dāng)?shù)乇碛蓛蓚€(gè)異性 點(diǎn)電 源A（+I）、B（-I）供電時(shí)，地表測(cè)點(diǎn)M處的位：,兩個(gè)點(diǎn)電源的等位線和電流線 (a)平面圖 (b)剖面圖 (c)地表電位剖面

10、,2、電流在地下的分布規(guī)律,三 、電阻率法的基本原理,1、巖、礦石電阻率的測(cè)定 巖、礦石電阻率的測(cè)定：由電阻定義及歐姆定律，得： 均勻大地電阻率的測(cè)定： 當(dāng)?shù)乇碛蓛蓚€(gè)異性點(diǎn)電源A（+I）、B（-I）供電時(shí)，地表測(cè)點(diǎn) M、N處的電位：,M、N兩點(diǎn)的電位差： 令： 則均勻大地電阻率為： 式中，K為裝置系數(shù)。,2、視電阻率 若進(jìn)行測(cè)量的地段地下巖石電性分布不均勻時(shí)， 上式計(jì)算出的電阻率稱為視電阻率，它不是巖石的真電阻率，是地下巖石電性不均勻體的綜合反映，通常以s表示：,視電阻率s的微分表示：由歐姆定律微分形式和電 場(chǎng)強(qiáng)度定義，得 則測(cè)量電極M、N間視電阻率s為：,當(dāng)M、N間距離很小時(shí)，可以認(rèn)為電流密

11、度jMN、巖石電阻率MN為常量，則： 當(dāng)?shù)叵聨r石電性均勻時(shí)： 所以：,視電阻率與地電斷面性質(zhì)的關(guān)系 (a)均勻介質(zhì) (b)圍巖中賦存良導(dǎo)礦體 (c)圍巖中賦存高阻巖體,第二節(jié) 電測(cè)深法,一、地電斷面的概念 由不同電性層所構(gòu)成的斷面。 二、電測(cè)深法裝置,二極裝置（AM）： 特點(diǎn)：將B、N極置于“無(wú)窮遠(yuǎn)”處接地。取AM中 點(diǎn)為記錄點(diǎn)。,三極裝置（AMN）： 特點(diǎn)：只將B極置于“無(wú)窮遠(yuǎn)”處接地，取MN中點(diǎn)為記錄點(diǎn)。,對(duì)稱四極裝置 （AMNB）： 特點(diǎn)：AM=BN，取MN中點(diǎn)為記錄點(diǎn)。,偶極裝置 （ABMN）： 特點(diǎn)：AB、MN為分開(kāi)的偶極，取OO中點(diǎn)為記錄點(diǎn)。,二、電測(cè)深法,電阻率測(cè)深法：測(cè)量電極M

12、N固定，不斷增大供電 電極AB電極距，逐次觀測(cè)。 特點(diǎn)：隨供電電極距的加大，逐次觀測(cè)的視電阻率 反映了地下電性層隨深度增大變化的分布特 征。但在實(shí)際測(cè)量中， AB極距不斷加大， 測(cè) 量電極MN固定不變，UMN 將逐漸小到不可測(cè)， 通常要求：,1、電阻率測(cè)深法的實(shí)質(zhì) 電阻率測(cè)深大多采用對(duì)稱四極裝置,特點(diǎn)：AM=BN，取MN中點(diǎn)為記錄點(diǎn),雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙,2、電測(cè)深曲線 水平二層電測(cè)深曲線類型 G型： D型：,水平三層電測(cè)深曲線類型圖 H型: Q型: A型: K型:,水平二層電測(cè)深曲線量板 及其使用,水平三層電測(cè)深曲線量板,3、電測(cè)深曲線的解釋 （1）電測(cè)深曲線類型分析 （2）電測(cè)深曲線特征研究 （3

13、）斷層在電測(cè)深曲線上的反映 （4）電測(cè)深曲線的定量解釋 4、電測(cè)深定性圖件的繪制及解釋 （1）曲線類型圖 （2）等視電阻率斷面圖 （3）等視電阻率平面圖 5、電測(cè)深法的應(yīng)用,電阻率測(cè)深的應(yīng)用 電阻率測(cè)深斷面圖 1-粘土；2-泥灰?guī)r；3-巖溶泥灰?guī)r 4-砂層；5-粘土； 6-電阻率等值線 7-斷層；8-煤層,第三節(jié) 電剖面法,一、電剖面法裝置 包括多種裝置類型，如二極裝置、 三極裝置、聯(lián)合裝置、對(duì)稱四極 裝置、偶極裝置等。 特點(diǎn)：各電極之間保持一定距離，同時(shí)沿測(cè)線移 動(dòng)，逐點(diǎn)觀測(cè)UMN 、 I、 計(jì)算測(cè)線之下地電 斷面視電阻率s沿測(cè)線方向的綜合變化。,二極裝置（AM）： 特點(diǎn)：將B、N極置于“無(wú)

14、窮遠(yuǎn)”處接地。取AM中 點(diǎn)為記錄點(diǎn)。,三極裝置（AMN）： 特點(diǎn)：只將B極置于“無(wú)窮遠(yuǎn)”處接地，將AMN沿測(cè)線 排列逐點(diǎn)觀測(cè)。 取MN中點(diǎn)為記錄點(diǎn)。,聯(lián)合剖面裝置 （AMN(b)K型斷面測(cè)深曲線;(c)A型斷面測(cè)深曲線;(d)Q型斷面測(cè)深曲線,瞬變電磁測(cè)深法的特點(diǎn) (1)由于TEM是在無(wú)一次場(chǎng)背景情況下觀測(cè)二次場(chǎng)，即觀測(cè)的是純異常，自動(dòng)消除了FEM中的主要噪聲源裝置耦合噪聲，從而提高了探測(cè)精度。 (2) 裝置形式靈活多樣，可隨不同工程任務(wù)的要求和施工場(chǎng)地的條件來(lái)選擇合適的裝置。具有施工方便、測(cè)地工作簡(jiǎn)單、工作效率高及地質(zhì)效果好等優(yōu)點(diǎn)。使用同點(diǎn)裝置工作，與欲探測(cè)的地質(zhì)對(duì)象能達(dá)到最佳的耦合，取得的

15、異常幅度強(qiáng)、形態(tài)簡(jiǎn)單、分層能力強(qiáng)，從而具有較高的探測(cè)能力，并且受到旁測(cè)地質(zhì)體的影響也是最小的。 (3)對(duì)于受到導(dǎo)電圍巖及導(dǎo)電覆蓋層等地質(zhì)噪聲干擾的“礦異?！钡膮^(qū)分能力優(yōu)于FEM。在高阻圍巖條件下，不存在地形起伏引起的假異常；低阻圍巖起伏地形引起的異常也比較容易識(shí)別。 (4)在TEM測(cè)量中，對(duì)于線框鋪設(shè)的點(diǎn)位、方位及形狀等的要求相對(duì)于FEM可以放寬，測(cè)地工作簡(jiǎn)單，工效高。 (5)由于采用不接地回線，不存在接地電阻問(wèn)題，在基巖出露區(qū)、凍土帶、沙漠、水泥路面、河湖海水面上均可進(jìn)行測(cè)量。具有施工方便、工作效率高及地質(zhì)效果好等優(yōu)點(diǎn)。 (6)在剖面測(cè)量中，由于采集不同時(shí)間段的數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)處理可以得到同一點(diǎn)的測(cè)深資料，從而在剖面測(cè)量中完成了相應(yīng)區(qū)域的