地球物理勘探概论：第四章-电法勘探

1、第四章 电法勘探 电法勘探是以岩电法勘探是以岩( (矿矿) )石之间的电性差异为基础，通过观测和研石之间的电性差异为基础，通过观测和研 究天然及人工电场或电磁场的分布特点和变化规律，来查明地究天然及人工电场或电磁场的分布特点和变化规律，来查明地 下地质构造或寻找矿产资源的一类地球物理勘探方法。下地质构造或寻找矿产资源的一类地球物理勘探方法。 在电法勘探中利用的有岩矿石的在电法勘探中利用的有岩矿石的导电性导电性、极化性极化性、介电性介电性及及 导磁性导磁性等。电法勘探不仅利用地下天然存在的电场或电磁场，等。电法勘探不仅利用地下天然存在的电场或电磁场， 还能通过人工方法在地下建立电场或电磁场。还能

2、通过人工方法在地下建立电场或电磁场。 电法勘探的种类很多，可对其进行分类：电法勘探的种类很多，可对其进行分类： 一、按观测的场所分：航空电法、地面电法、海洋电法、一、按观测的场所分：航空电法、地面电法、海洋电法、 地下或井中电法；地下或井中电法； 二、按地质目标体分：金属电法、石油电法、煤田电法、二、按地质目标体分：金属电法、石油电法、煤田电法、 水（文）工（程）电法；水（文）工（程）电法； 三、按使用和观测电磁场的时间特性分：直流电法、交三、按使用和观测电磁场的时间特性分：直流电法、交 流电法、过渡过程场法（瞬变）；流电法、过渡过程场法（瞬变）； 直到目前为止，还没有一个公认的和统一的分类方

3、案，直到目前为止，还没有一个公认的和统一的分类方案， 因为各种电法之间，既有不同的方面，又有相同的方面，因为各种电法之间，既有不同的方面，又有相同的方面， 因此很难作出一个标准化的固定分类方案。根据本专业当因此很难作出一个标准化的固定分类方案。根据本专业当 前电法的发展现状，可将其简化的分为两大类：前电法的发展现状，可将其简化的分为两大类： （1 1）传导类电法勘探）传导类电法勘探 以利用地中的传导电流（交流的或直流的；天然的或人工的）以利用地中的传导电流（交流的或直流的；天然的或人工的） 为主，利用岩矿石的导电性、激电性、导磁性。目前主要有五种为主，利用岩矿石的导电性、激电性、导磁性。目前主

4、要有五种 方法：方法： 中间梯度法；中间梯度法； 电测剖面法；电测剖面法； 电测深法；电测深法； 充电法；充电法； 自然电场法；自然电场法； 激发极化法；激发极化法； （2 2）感应类电法勘探）感应类电法勘探 以利用地中涡旋感应电流为主。电磁法的类型比较多，不下以利用地中涡旋感应电流为主。电磁法的类型比较多，不下 几十种，类型多的原因如下几十种，类型多的原因如下: : 场源的种类多场源的种类多：建立一次场的场源，可分为人工场源和天然：建立一次场的场源，可分为人工场源和天然 场源两大类。场源两大类。 人工场源：人工场源： （1 1）连续波场或谐变场（低于数万赫兹）：连续波场可分）连续波场或谐变场

5、（低于数万赫兹）：连续波场可分 为回线场、动源偶极场、半定源偶极场和长导线场，偶极场又有为回线场、动源偶极场、半定源偶极场和长导线场，偶极场又有 近区（感应区）和远区（波区）之分；近区（感应区）和远区（波区）之分； （2 2）瞬变脉冲场：瞬变脉冲场也有回线场和偶极场；）瞬变脉冲场：瞬变脉冲场也有回线场和偶极场； （3 3）辐射场：辐射场主要按波段分，目前已利用的有长波）辐射场：辐射场主要按波段分，目前已利用的有长波 电台的辐射场；频率范围为电台的辐射场；频率范围为10k10k400k400k，地下井中透视的发射场，地下井中透视的发射场， 频率范围在频率范围在1.51.5200Mhz200Mhz

6、以及雷达波。以及雷达波。 天然场源：天然音频磁场和大地电磁场。天然场源：天然音频磁场和大地电磁场。 观测方法的多样性观测方法的多样性 观测的空间范围大：观测的空间范围大： 空中空中 地面地面 井中井中 寻找金属及非金属矿产，还可以进行地质填图，查明地下地寻找金属及非金属矿产，还可以进行地质填图，查明地下地 质构造、寻找油气田、煤田和地下水等。此外，电法勘探还质构造、寻找油气田、煤田和地下水等。此外，电法勘探还 用于地壳及上地幔的研究之中。用于地壳及上地幔的研究之中。 近年来，一些建立在电法勘探基本原理基础之上的新方法近年来，一些建立在电法勘探基本原理基础之上的新方法 如管线探测、探地雷达等广泛

7、用于城市工程勘查，它们在管如管线探测、探地雷达等广泛用于城市工程勘查，它们在管 线勘查、路基、高层建筑地基及大型水电站、水库坝基勘查线勘查、路基、高层建筑地基及大型水电站、水库坝基勘查 方面发挥了重要作用。方面发挥了重要作用。 各种电法勘探方法是适应不同地质各种电法勘探方法是适应不同地质 任务的需要而发展起来的。它们广泛任务的需要而发展起来的。它们广泛 地应用于各种地质工作中，不仅可以地应用于各种地质工作中，不仅可以 电阻率法是电阻率法是传导类传导类电法勘探方法之一。电法勘探方法之一。 它建立在地壳中各种岩它建立在地壳中各种岩( (矿矿) )石之间具有石之间具有导电性导电性差差 异的基础上，通

8、过观测和研究与这些差异有关的天异的基础上，通过观测和研究与这些差异有关的天 然电场或人工电场的分布规律，达到查明地下地质然电场或人工电场的分布规律，达到查明地下地质 构造或寻找矿产资源之目的。构造或寻找矿产资源之目的。 4.14.1 电阻率法电阻率法 一、理论基础一、理论基础 1. 1.电场与电位电场与电位 j j（电流密度）（电流密度）=I/2=I/2 r r2 2 E E（电场强度）（电场强度） = = I/2I/2 r r2 2 U U（电位）（电位）= = I/2I/2 r r 地面水平，地面水平， 地下为均匀、地下为均匀、 无限、无限、 各向同性介质。各向同性介质。 A B N M

9、1 2 I U r 式中式中AMAM、ANAN、BMBM、BNBN分别为供电电极分别为供电电极A A、B B与测量电极与测量电极MM、 N N之间的距离。将上两式相减可得之间的距离。将上两式相减可得MM、N N两点间的电位差：两点间的电位差： 式中式中K K称为电极排列系数称为电极排列系数( (或或 装置系数装置系数) )，其单位为米，是一个，其单位为米，是一个 仅与各电极间空间位置有关的量。仅与各电极间空间位置有关的量。 2. 2. 真电阻率和视电阻率真电阻率和视电阻率 地面水平，地面水平， 地下为均匀、地下为均匀、 无限、无限、 各向同性介质。各向同性介质。 实际工作实际工作中常常不能满足

10、这些条件，地形往往起伏不中常常不能满足这些条件，地形往往起伏不 平，地下介质也不均匀，各种岩石相互重叠，断层裂隙纵平，地下介质也不均匀，各种岩石相互重叠，断层裂隙纵 横交错，或者有矿体充填其中。横交错，或者有矿体充填其中。 MN U K I 当电场控制范围内仅有一种岩石并且它的导电性是均匀当电场控制范围内仅有一种岩石并且它的导电性是均匀 时候测得的电阻率就是岩石的时候测得的电阻率就是岩石的真电阻率真电阻率。 A(+I)B(-I) X S 1 1 2 3 (a) (b) 地电断面地电断面 ？ 电阻率不均匀时地下电流分布示意图电阻率不均匀时地下电流分布示意图 在自然界中，地下地质情况是复杂的，各种

11、不同岩在自然界中，地下地质情况是复杂的，各种不同岩( (矿矿) )石石 分布是不均匀的。在电法勘探中，常把按电阻率划分的地质分布是不均匀的。在电法勘探中，常把按电阻率划分的地质 断面称为地电断面。断面称为地电断面。 M N VMN U K I MN U 影响视电阻率的因素有：影响视电阻率的因素有： 在实际情况下，测量电场控制范围内各种岩石综合影响结果而在实际情况下，测量电场控制范围内各种岩石综合影响结果而 得到的电阻率称为得到的电阻率称为视电阻率视电阻率。 （1 1）电场作用范围内）电场作用范围内地电断面地电断面本身的电阻率分布，如断面中本身的电阻率分布，如断面中 各地层或地质体的电阻率、形状

12、、规模、厚度、埋深等；各地层或地质体的电阻率、形状、规模、厚度、埋深等； （2 2）电极装置的类型、电极距的大小、测点位置、电场有效作用）电极装置的类型、电极距的大小、测点位置、电场有效作用 范围等。范围等。 3. 3.电阻率法的物理实质电阻率法的物理实质 地下电阻率为均匀的介质地下电阻率为均匀的介质 电阻率均匀介质中存在一个高阻体电阻率均匀介质中存在一个高阻体 电阻率均匀介质中存在一个低阻体电阻率均匀介质中存在一个低阻体 二、电剖面法二、电剖面法 人工建立地下稳定直流或脉动电场，采用不变的供电极距，人工建立地下稳定直流或脉动电场，采用不变的供电极距， 使整个或部分装置沿观测剖面移动，逐点测量

13、视电阻率使整个或部分装置沿观测剖面移动，逐点测量视电阻率 的值。的值。 电剖面法所了解的是电剖面法所了解的是沿剖面方向地下某一深度范围内不同电性沿剖面方向地下某一深度范围内不同电性 物质的分布物质的分布情况。情况。 由于供电电极及测量电极排列方式不同由于供电电极及测量电极排列方式不同 1. 1.联合剖面法联合剖面法 装置形式装置形式 该方法为两个三极（该方法为两个三极（ AMNAMN和和MNBMNB）排列的联）排列的联 合合 。工作中。工作中A A、MM、N N、B B沿测沿测 线一起移动，并保持极距不变线一起移动，并保持极距不变 ，MNMN的中点的中点O O为测点位置。为测点位置。 在每个测

14、点上利用换向开关在每个测点上利用换向开关K K 切换，可分别测出两个三极排切换，可分别测出两个三极排 列的列的VV和和 I I，因此，联合剖面，因此，联合剖面 法的剖面图上有两条视电阻率法的剖面图上有两条视电阻率 曲线曲线 AO=BO3h; AOL+l（L和和l分别为脉状体的走向长度分别为脉状体的走向长度 和下延长度之半）；和下延长度之半）； MN=1/31/5A0 联合剖面曲线分析联合剖面曲线分析 主要用于寻找产状陡倾主要用于寻找产状陡倾 的或脉状低阻体或断裂破的或脉状低阻体或断裂破 碎带。在直立良导薄脉顶碎带。在直立良导薄脉顶 部上方，部上方， s sA A和和 s sB B曲线相交，曲线

15、相交， 且交点左侧且交点左侧 s sA As sB B，右侧，右侧 s sA As sB B，此交点为联合剖，此交点为联合剖 面曲线的面曲线的“正交点正交点”。 在倾斜矿脉上，联剖曲线仍出现正交点，但交点位置稍移向倾在倾斜矿脉上，联剖曲线仍出现正交点，但交点位置稍移向倾 斜一侧，并且曲线不对称。在矿脉倾斜的一侧，随着倾角变小斜一侧，并且曲线不对称。在矿脉倾斜的一侧，随着倾角变小 ，曲线变缓，分异性变差。，曲线变缓，分异性变差。 一般来讲，对一定埋深和一一般来讲，对一定埋深和一 定大小的良导矿脉而言定大小的良导矿脉而言,当电极当电极 距距AO很小时，随很小时，随AO的增大，异的增大，异 常明显增

16、大，曲线歧离带越明显常明显增大，曲线歧离带越明显 ，但当，但当AO增大到一定程度后，异增大到一定程度后，异 常不再增加，反而开始下降，当常不再增加，反而开始下降，当 AO很大时，异常将趋于零，两条很大时，异常将趋于零，两条 曲线基本重合，更没有歧离带可曲线基本重合，更没有歧离带可 言。言。 A a B a AO小 AO中 AO大 =0 =30 =60 =90 在高阻岩脉上，交点处呈现高阻，反交点两侧附近，在高阻岩脉上，交点处呈现高阻，反交点两侧附近， 曲线呈两翼紧闭的形状；曲线呈两翼紧闭的形状； 地形起伏对联剖的影响较为严重，可以在山脊地形上地形起伏对联剖的影响较为严重，可以在山脊地形上 出现

17、低阻反交点；而在山谷地形上出现高阻正交点，在资料出现低阻反交点；而在山谷地形上出现高阻正交点，在资料 解释时，一定注意。解释时，一定注意。 1 2 2 A a B a 山脊 山谷 A a B a 不同极距s对比曲线同构造倾向的关系示意图 “ “一线布置，多线观测一线布置，多线观测” 电极装置电极装置 主要用于寻找产状陡倾的主要用于寻找产状陡倾的 高阻薄脉，通过低阻薄脉高阻薄脉，通过低阻薄脉 时，异常不明显。时，异常不明显。 2. 2. 中间梯度法中间梯度法 我国东北某铅锌矿区使用我国东北某铅锌矿区使用 中间梯度法所得的中间梯度法所得的 s s剖面平剖面平 面图。该区铅锌矿产在倾角面图。该区铅锌

18、矿产在倾角 接近接近7070的高阻石英脉中。的高阻石英脉中。 图中两条连续的图中两条连续的 s s高峰值带高峰值带 由含矿石英脉引起。右边由含矿石英脉引起。右边1 1号号 矿脉是已知的，左边矿脉是已知的，左边2 2号矿脉号矿脉 是根据中间梯度法的是根据中间梯度法的 s s曲线曲线 形态，与形态，与1 1号矿脉的号矿脉的 s s曲线对曲线对 比而圈定的。比而圈定的。 三、电测深法三、电测深法 电测深法适宜于划分水平的或倾角不大电测深法适宜于划分水平的或倾角不大(20(20) )的岩层，在的岩层，在 电性层数目较少的情况下，可进行定量解释。电性层数目较少的情况下，可进行定量解释。 1 1概述概述

19、电测深法是探测电性不同的岩层沿垂向分布情况的电阻率电测深法是探测电性不同的岩层沿垂向分布情况的电阻率 方法。该方法采用在同一测点上多次加大供电极距的方式，方法。该方法采用在同一测点上多次加大供电极距的方式， 逐次测量视电阻率逐次测量视电阻率 s s的变化。的变化。 电测深工作原理图 2. 2. 电测深曲线类型电测深曲线类型 2 2相对相对 1 1为无限大，二层曲线尾部呈斜为无限大，二层曲线尾部呈斜 线上升，在对数坐标上，其渐近线与线上升，在对数坐标上，其渐近线与 横轴成横轴成4545相交。相交。 二层断面二层断面 1 1 1 2 2 为 为D D型曲线型曲线 三层断面三层断面 A A型型 对应

20、于对应于 1 12 223123的三层断面的三层断面 K K型型 对应于对应于 1 13 3的三层断面的三层断面 H H型型 对应于对应于 1 12 23 3的地电断面的地电断面 多层断面多层断面 由四个电性层组成的地电断面，按相邻各层电阻率之间的组合由四个电性层组成的地电断面，按相邻各层电阻率之间的组合 关系，其测深曲线可以有八种类型。关系，其测深曲线可以有八种类型。 每种类型的电测深曲线用两个字母表示。每种类型的电测深曲线用两个字母表示。 四、高密度电阻率法四、高密度电阻率法 它采用了多电极高密度一次布极它采用了多电极高密度一次布极 并实现了跑极和数据采集的自动化，因此相对常规电阻率法并实

21、现了跑极和数据采集的自动化，因此相对常规电阻率法 来说，它具有许多优点：来说，它具有许多优点： (1)(1)由于电极的布设是一次完成的，测量过程中无须跑极，由于电极的布设是一次完成的，测量过程中无须跑极， 因此可防止因电极移动而引起的故障和干扰；因此可防止因电极移动而引起的故障和干扰； (2)(2)一条观测剖面上，通过电极变换和数据转换可获得多一条观测剖面上，通过电极变换和数据转换可获得多 种装置的断面等值线图；种装置的断面等值线图； (3)(3)可进行资料的现场实时处理与成图解释；可进行资料的现场实时处理与成图解释； (4)(4)成本低，效率高。成本低，效率高。 2020世纪世纪8080年代

22、初由日本学者提出，经国内对方法、仪器的年代初由日本学者提出，经国内对方法、仪器的 研制开发与生产，很快在水、工、环等领域中得到了推广。研制开发与生产，很快在水、工、环等领域中得到了推广。 1. 1. 高密度电阻率法的观测系统高密度电阻率法的观测系统 三电位观测系统 双边三极观测系统 2. 2. 仪器及实际应用仪器及实际应用 仪器设备仪器设备 为实现跑极和数据采集自动化，除为实现跑极和数据采集自动化，除 测量主机测量主机和和电极电极外，还需要配有外，还需要配有多道多道 电极转换器电极转换器、多心电缆多心电缆和和微处理机。微处理机。 应用实例应用实例 4.24.2 充电法和自然电场法充电法和自然电

23、场法 一、充电法一、充电法 在普查和评价金属矿中，经常遇到这样的问题：对一些在普查和评价金属矿中，经常遇到这样的问题：对一些 矿体露头（天然的或人工的）作出远景评价，大致圈定矿体矿体露头（天然的或人工的）作出远景评价，大致圈定矿体 的走向长度，了解倾斜方向、埋藏深度等；对于两个矿体露的走向长度，了解倾斜方向、埋藏深度等；对于两个矿体露 头，要解决深部是否连接；此外已知矿体周围是否有盲矿体头，要解决深部是否连接；此外已知矿体周围是否有盲矿体 等。充电法是解决以上问题的较好方法。等。充电法是解决以上问题的较好方法。 与电源正极的供电电极与电源正极的供电电极A A同良导体同良导体 露头接触，接触点称

24、为露头接触，接触点称为充电点充电点。与电源。与电源 负极供电电极负极供电电极B B布置在充电点远处，整布置在充电点远处，整 个良导体就相当于一个个良导体就相当于一个大供电电极大供电电极。 若若 0=00=0或或 0 0 导体内部及表面各点的电位都相等，等导体内部及表面各点的电位都相等，等 位线在导体边缘附近最密集。远离导体，位线在导体边缘附近最密集。远离导体， 电位下降逐渐减慢，等位线越来越稀电位下降逐渐减慢，等位线越来越稀 等位面形状与导体形状一致等位面形状与导体形状一致 1. 1. 基本原理基本原理 电位曲线电位曲线 对称，导体顶部上方获得宽缓的极大对称，导体顶部上方获得宽缓的极大 值；值

25、； 在边缘，电位降落最快，远离它的在边缘，电位降落最快，远离它的 位置，下降逐渐平缓，趋于零；位置，下降逐渐平缓，趋于零； 电位梯度曲线电位梯度曲线 反对称曲线，顶部电位梯度为零；反对称曲线，顶部电位梯度为零； 正负极值对应于电位降落最快的充正负极值对应于电位降落最快的充 电导体边缘；电导体边缘； 等电位线等电位线导体形状和分布情况导体形状和分布情况 剖面电位曲线、电位梯度曲线剖面电位曲线、电位梯度曲线导体的顶部和边界位置导体的顶部和边界位置 不等位充电导体的模型实验曲线 充电导体不为等位体：充电导体不为等位体： 电位极大值点在充电点附近偏向导体内的一侧，极大值电位极大值点在充电点附近偏向导体

26、内的一侧，极大值 两侧（导体一侧两侧（导体一侧缓慢下降、迅速下降）；缓慢下降、迅速下降）； 电位梯度曲线：零点在充电点附近偏向导体内的一侧电位梯度曲线：零点在充电点附近偏向导体内的一侧 2. 2. 装置及工作方法装置及工作方法 （1 1）电位观测法）电位观测法 将测量电极将测量电极N N置于距导体足够远的某一固定基点上接地，另置于距导体足够远的某一固定基点上接地，另 一测量电极一测量电极MM沿测线逐点移动，观测各测点相对于固定基点沿测线逐点移动，观测各测点相对于固定基点 N N的电位差值，这个差值即作为的电位差值，这个差值即作为 该点电位值该点电位值V V。 （2 2）电位梯度观测法）电位梯度

27、观测法 将测量电极将测量电极MM、N N置于同一测线置于同一测线 的两相邻测点上，保持其相对位置的两相邻测点上，保持其相对位置 和间距不变，沿测线逐点移动，观和间距不变，沿测线逐点移动，观 测各相邻测点间的电位差测各相邻测点间的电位差 ， ， 便可算出便可算出MM、N N中点处的电位梯度中点处的电位梯度 值值 /MN /MN。 充电法的主要成果图件有：电位剖面图、电位剖面平面图、充电法的主要成果图件有：电位剖面图、电位剖面平面图、 电位等值线平面图；电位梯度剖面图、电位梯度剖面平面图等。电位等值线平面图；电位梯度剖面图、电位梯度剖面平面图等。 3. 3. 充电法资料的解释充电法资料的解释 （1

28、 1）电位等值线平面图）电位等值线平面图 等位线的形状、密集度等位线的形状、密集度导体在地面上的投影形状和导体在地面上的投影形状和 走向，初步圈定边界；走向，初步圈定边界； 等位线的不对称性等位线的不对称性导体的倾向，一般为等位线较稀导体的倾向，一般为等位线较稀 的一侧的一侧 （2 2）电位梯度曲线）电位梯度曲线 梯度曲线对称，曲线零值点梯度曲线对称，曲线零值点 位置反映了充电导体的顶部位置，位置反映了充电导体的顶部位置， 极值点位置大致是导体的边界。极值点位置大致是导体的边界。 若梯度曲线不对称，则导若梯度曲线不对称，则导 体向两个极值中幅度较小且平缓体向两个极值中幅度较小且平缓 的一方倾斜

29、。的一方倾斜。 对电位梯度剖面平面图，对电位梯度剖面平面图， 可由零值点的连线判定导体的走可由零值点的连线判定导体的走 向，由各剖面的极值点位置圈定向，由各剖面的极值点位置圈定 导体的大致位置。导体的大致位置。 4. 4.充电法的应用充电法的应用 良导性金属矿床、无烟煤、石墨，以及解决水文、工程良导性金属矿床、无烟煤、石墨，以及解决水文、工程 地质问题地质问题 某硫化铜镍矿体上充电法等位线 平面图及地质剖面（东倾）电位梯度曲线及推断结果 二、自然电场法二、自然电场法 在自然条件下，无须向地下供电，地面任意两点间总能观在自然条件下，无须向地下供电，地面任意两点间总能观 测到一定大小的电位差，称为

30、测到一定大小的电位差，称为自然电场自然电场。常见自然电场有两类：。常见自然电场有两类： 一类是呈区域性分布的不稳定电场，称为大地电磁场，其分布一类是呈区域性分布的不稳定电场，称为大地电磁场，其分布 特点与地壳表层构造有关。特点与地壳表层构造有关。 1. 1.自然电场的成因自然电场的成因 (1)(1)电子导体与围岩溶液间的电子导体与围岩溶液间的 电化学作用电化学作用 另一类是分布范围限于局部地区的另一类是分布范围限于局部地区的 稳定电场，它的存在往往与某些金稳定电场，它的存在往往与某些金 属矿床或地下水运动有关。属矿床或地下水运动有关。 (2)(2)岩石中地下水运移的电动效应岩石中地下水运移的电

31、动效应 (3)(3)岩石中不同浓度溶液的浓度不岩石中不同浓度溶液的浓度不 尽相同，当不同浓度的两种水溶尽相同，当不同浓度的两种水溶 液接触时，会产生离子扩散现象。液接触时，会产生离子扩散现象。 2. 2. 自然电场法的装备及工作方法自然电场法的装备及工作方法 不需要电源和供电电极，使用不需要电源和供电电极，使用不不 极化电极极化电极减小两电极间的极差。减小两电极间的极差。 测量电极测量电极N N位于测区边缘为电位位于测区边缘为电位 基点。电极基点。电极MM沿测线逐点观测相对沿测线逐点观测相对 于于N N的电位差值。观测数据可绘制的电位差值。观测数据可绘制 自然电位剖面图，平面等值线图。自然电位

32、剖面图，平面等值线图。 3. 3. 自然电场法的应用及实例自然电场法的应用及实例 主要用于勘查埋藏不深的金属硫化物矿床和部分金属氧化主要用于勘查埋藏不深的金属硫化物矿床和部分金属氧化 物矿床，寻找石墨和无烟煤，确定断层位置，以及解决寻找物矿床，寻找石墨和无烟煤，确定断层位置，以及解决寻找 含水破碎带，确定地下水流向等水文地质问题。含水破碎带，确定地下水流向等水文地质问题。 青海某铜矿区自电、地质综合剖面图 4.34.3 激发极化法激发极化法 以地下岩、矿石在人工电场作用下发生的物理和电化学效以地下岩、矿石在人工电场作用下发生的物理和电化学效 应应( (激发极化效应激发极化效应) )的差异为基础

33、的一种电法勘探方法。的差异为基础的一种电法勘探方法。直流直流( (时时 间域间域) )激发极化法和激发极化法和交流交流( (频率域频率域) )激发极化法两种。激发极化法两种。 激发极化法激发极化法优点优点：发现致密状金属矿体，寻找其它电法难：发现致密状金属矿体，寻找其它电法难 以发现的浸染状矿体；根据异常的明显程度，区分异常是电子以发现的浸染状矿体；根据异常的明显程度，区分异常是电子 导体还是离子导体引起；受地形的影响较其它方法小。导体还是离子导体引起；受地形的影响较其它方法小。 激发极化法存在激发极化法存在问题问题：不易区分有工业意义的矿异常与无：不易区分有工业意义的矿异常与无 工业价值的工

34、业价值的黄铁矿化黄铁矿化、磁铁矿化磁铁矿化、以及、以及炭质岩层炭质岩层、石墨化石墨化岩层岩层 等引起的非矿异常；交流激发极化法还不可避免地受到电磁耦等引起的非矿异常；交流激发极化法还不可避免地受到电磁耦 合的干扰。合的干扰。 一、理论基础一、理论基础 电法工作是通过两个供电电极向地下供电，如果保持供电电电法工作是通过两个供电电极向地下供电，如果保持供电电 流不变，随着供电时间的延长，测量电极流不变，随着供电时间的延长，测量电极MM、N N之间的电位差之间的电位差 逐渐增大，最后达到某一饱和值。当断开供电电流时，测量电逐渐增大，最后达到某一饱和值。当断开供电电流时，测量电 极间的电位差随时间延续

35、而逐渐衰减至零。极间的电位差随时间延续而逐渐衰减至零。 在充、放电过程中产生的随时间变化的附加电场现象称为激在充、放电过程中产生的随时间变化的附加电场现象称为激 发极化效应。发极化效应。 二、岩、矿石激发极化的时间和频率特性二、岩、矿石激发极化的时间和频率特性 一次电场一次电场E E1 1 ， ， V1V1 激发极化场或二次场激发极化场或二次场E E2 2 总场总场E E E=EE=E1 1+E+E2 2 总场电位差总场电位差 V V 断电后的某一瞬间电位差断电后的某一瞬间电位差V2V2 极化率（地下介质极化性质均匀）极化率（地下介质极化性质均匀） 视极化率（综合影响值）视极化率（综合影响值）

36、 如果在交变电流激发下，根据电场随频率变化研究其频如果在交变电流激发下，根据电场随频率变化研究其频 率域中激电效应，称为频率域激电法率域中激电效应，称为频率域激电法 频散率：频散率： f1 f1、Uf2Uf2分别表示超低频段上的两个频率（低频和高频）分别表示超低频段上的两个频率（低频和高频） 供电电流所形成的总场电位差。供电电流所形成的总场电位差。 频散分散性频散分散性 三、仪器装置三、仪器装置 及工作方法及工作方法 装置类型的选择装置类型的选择 （1 1）中间梯度装置）中间梯度装置 在在A A、B B间的中间地段测量，接近水平均匀极化条件，故对间的中间地段测量，接近水平均匀极化条件，故对 各

37、种形状、产状和相对导电性的极化体均可得到相当大的异常；各种形状、产状和相对导电性的极化体均可得到相当大的异常； 且异常形态较简单，易于解释。（装备比较笨重、电磁耦合干扰且异常形态较简单，易于解释。（装备比较笨重、电磁耦合干扰 较强）（较强）（1/3-1/2AB1/3-1/2AB） （2 2）联合剖面装置）联合剖面装置 sA sA和和sBsB曲线配合起来作推断解释，能较准确确定极化体位曲线配合起来作推断解释，能较准确确定极化体位 置（根据置（根据“反交点反交点”）和判断极化体倾向。）和判断极化体倾向。 （3 3）对称四极测深装置）对称四极测深装置 布置剖面性的激电测深，并绘制布置剖面性的激电测深

38、，并绘制ss等值线断面图，能较好地等值线断面图，能较好地 反映断面中极化体的分布和产状。对于分布范围较大的缓倾斜层反映断面中极化体的分布和产状。对于分布范围较大的缓倾斜层 状极化体，布置面积性激电测深，并利用状极化体，布置面积性激电测深，并利用ss等值线断面图，逐个等值线断面图，逐个 剖面追踪和圈定极化体，可取得较好效果。剖面追踪和圈定极化体，可取得较好效果。 （4 4）偶极装置）偶极装置 对极化体形状和产状的分辨能力较强；此外，在各种电极装对极化体形状和产状的分辨能力较强；此外，在各种电极装 置中，这种装置的电磁耦合干扰最小。置中，这种装置的电磁耦合干扰最小。 偶极装置的缺点是：异常形状较复

39、杂，常需用多个偶极间隔偶极装置的缺点是：异常形状较复杂，常需用多个偶极间隔 系数作测量，绘出拟断面图，异常才好解释；供电电流较大；此系数作测量，绘出拟断面图，异常才好解释；供电电流较大；此 外，在野外工作中，需要逐点移动供电电极外，在野外工作中，需要逐点移动供电电极A A、B B。这些都使偶极。这些都使偶极 装置的生产效率较低和成本较高。装置的生产效率较低和成本较高。 三、激化体的激电异常三、激化体的激电异常 良导高极化球体上的E2x，s，s曲线 不同倾角铜板上中间梯度装置曲线 中间梯度装置的激电异常 联合剖面装置：该装置主要用来联合剖面装置：该装置主要用来 确定极化体顶部的位置。直立矿确定极

40、化体顶部的位置。直立矿 脉顶部出现反交点，且脉顶部出现反交点，且 与与 曲曲 线基本对称。倾斜矿脉上仍有反线基本对称。倾斜矿脉上仍有反 交点，反交点的位置不在矿脉顶交点，反交点的位置不在矿脉顶 部，而是向倾斜方向偏移，部，而是向倾斜方向偏移， 与与 两支曲线的极大值不等；反两支曲线的极大值不等；反 交点两侧交点两侧 与与 两支曲线所夹面两支曲线所夹面 积，总以倾向一侧的大，而另一积，总以倾向一侧的大，而另一 侧则小，这是判断极化体倾向的侧则小，这是判断极化体倾向的 重要标准。重要标准。 A a A a B a B a B a A a B a B a A a A a 三度体上的激电测深三度体上的

41、激电测深 （1 1）AB/2AB/2为为12H12H时，已经有了明显的时，已经有了明显的 异常。异常。ABAB继续加大很多，异常增加的很继续加大很多，异常增加的很 少。少。 （2 2）激电测深曲线对于了解矿体顶部的）激电测深曲线对于了解矿体顶部的 埋藏深度很有帮助。埋藏深度很有帮助。 （3 3）在球体上方测深出现二层曲线的事）在球体上方测深出现二层曲线的事 实说明，激电测深探测矿体下部的能力实说明，激电测深探测矿体下部的能力 很弱。很弱。 （4 4）在设计激电测深工作时，没有必要）在设计激电测深工作时，没有必要 把最大把最大AB/2AB/2定得太大，因为：定得太大，因为：AB/2AB/2继继

42、续加大得不到更多的信息。续加大得不到更多的信息。AB/2AB/2太大太大 了，工作效率低。了，工作效率低。AB/2AB/2太大时电位差太大时电位差 小，观测精度低。小，观测精度低。AB/2AB/2的加大受感应的加大受感应 耦合影响会越来越大。耦合影响会越来越大。 四、激发极化法的应用四、激发极化法的应用 某铜矿床12号异常综合剖面图 1-第四系浮土 2-云母石英片岩 3-硅化石墨大理岩 4-变粒岩 5-铜矿体 6-s曲线 7-s曲线 某铜矿床上的交流激电s曲线 4.4 电磁法电磁法 以地壳中岩、矿石的导电性、导磁性和介电性差以地壳中岩、矿石的导电性、导磁性和介电性差 异为基础，通过观测和研究人

43、工的或天然的异为基础，通过观测和研究人工的或天然的交变电磁交变电磁 场场的分布来寻找矿产资源或解决其它地质问题的电法的分布来寻找矿产资源或解决其它地质问题的电法 勘探方法。勘探方法。 电磁法电磁法 1 1、电磁法分类、电磁法分类 （1 1）按场源类型分）按场源类型分 a a、天然场（被动源）、天然场（被动源） 典型的方法：大地电磁法（典型的方法：大地电磁法（MTMT），音频大地电磁法），音频大地电磁法 （AMTAMT），甚低频法（），甚低频法（VLFVLF）。）。 b b、人工场（主动源）、人工场（主动源） 典型的方法：人工源频率测深（典型的方法：人工源频率测深（CSEMCSEM），可控源音频

44、），可控源音频 大地电磁（大地电磁（CSAMTCSAMT），瞬变电磁法（），瞬变电磁法（TEMTEM）、探地雷）、探地雷 达（达（ GPR GPR ）等。）等。 c c、混合场（混合源）、混合场（混合源） 典型的方法：高频大地电磁测深（典型的方法：高频大地电磁测深（EH-4EH-4）。）。 （2 2）按场源特性分）按场源特性分 a a、时间域电磁法、时间域电磁法(FDEM)(FDEM) 典型的方法：瞬变电磁测深法、瞬变电磁剖面法。典型的方法：瞬变电磁测深法、瞬变电磁剖面法。 b b、频率域电磁法、频率域电磁法(TDEM)(TDEM) 典型的方法：大地电磁测深法、可控源音频大地电典型的方法：大地

45、电磁测深法、可控源音频大地电 磁测深法、甚低频法等。磁测深法、甚低频法等。 （3 3）按工作环境分）按工作环境分 a a、地面电磁法（、地面电磁法（GEMGEM） b b、航空电磁法（、航空电磁法（AEMAEM） c c、海洋电磁法（、海洋电磁法（MEMMEM） d d、井中电磁法（、井中电磁法（BEMBEM） 2 2、电磁方法特点、电磁方法特点 a a、利用的物性参数多（、利用的物性参数多（ 、 、 ）；）； b b、测量的参数多（、测量的参数多（E E、H H的空间各个分量以及振的空间各个分量以及振 幅、相位、实、虚分量等）幅、相位、实、虚分量等）; ; c c、解决地质问题的能力强；、解

46、决地质问题的能力强； d d、可不接地，因而可在沙漠、冻土及高阻屏蔽、可不接地，因而可在沙漠、冻土及高阻屏蔽 和城市等地工作；和城市等地工作； e e、不受高阻层的屏蔽；、不受高阻层的屏蔽； f f、探测深度较大。、探测深度较大。 3 3、电磁方法应用领域、电磁方法应用领域 a a、找良导矿；、找良导矿； b b、地质填图；、地质填图； c c、区域构造；、区域构造； d d、管线探测；、管线探测； e e、城市工程勘查；、城市工程勘查； f f、无损检测。、无损检测。 g g、地球内部结构、地球内部结构 等等 一、电磁法工作原理一、电磁法工作原理 依据电磁感应现象。当交变电流依据电磁感应现象

47、。当交变电流I I1 1供入发射线圈时，周围建立供入发射线圈时，周围建立 交变磁场交变磁场H1(H1(一次场一次场) )。交变磁场穿过地下良导电体由于电磁感。交变磁场穿过地下良导电体由于电磁感 应导体内产生感应电流应导体内产生感应电流I2I2。I2I2在周围空间建立交变磁场在周围空间建立交变磁场H2(H2(二次二次 场或异常场场或异常场) )。用接收线圈接收二次场或总场，并分析分布规律，。用接收线圈接收二次场或总场，并分析分布规律， 可以达到寻找有用矿产或解决其它地质问题之目的。可以达到寻找有用矿产或解决其它地质问题之目的。 交变电流交变电流I1 感应磁场感应磁场H2 交变磁场交变磁场H1 感

48、应电流感应电流I2 发射线圈发射线圈 地下良导体地下良导体 感应电动势感应电动势 接收线圈接收线圈 不接地回线法工作布置图 不接地回线法原理示意图 二、频率电磁剖面法二、频率电磁剖面法 广东某磁铁矿区综合剖面图 磁铁矿位于花岗闪长岩与灰磁铁矿位于花岗闪长岩与灰 岩接触交代形成的矽卡岩带上，岩接触交代形成的矽卡岩带上， 矿体呈薄板状。其中富矿磁性矿体呈薄板状。其中富矿磁性 强，导电性好，贫矿导电性差。强，导电性好，贫矿导电性差。 观测表明，矿体顶部有明观测表明，矿体顶部有明 显的垂直振幅显的垂直振幅A AZ Z正异常，说明正异常，说明 矿体磁性很强。矿体磁性很强。ImHyImHy台阶处台阶处 有

49、明显的异常，表明矿体位于有明显的异常，表明矿体位于 高、低阻接触带上。高、低阻接触带上。 ImHx ImHx随随 频率增高而明显衰减，说明矿频率增高而明显衰减，说明矿 体导电性好。体导电性好。 三、瞬变电磁法三、瞬变电磁法 时间域电磁法时间域电磁法( (T Time ime D Domain omain E ElectrolectroMMagnetic methods)agnetic methods)或称或称 为瞬变电磁法为瞬变电磁法( (T Transienrt ransienrt E ElectrolectroMMagnetic methods)agnetic methods)，它是利用它

50、是利用 不不接地回线或接地电极接地回线或接地电极向地下发送脉冲式一次电磁场，用线向地下发送脉冲式一次电磁场，用线 圈或接地电极观测该脉冲电磁场感应的地下涡流产生的圈或接地电极观测该脉冲电磁场感应的地下涡流产生的二次二次 电磁场的空间和时间分布电磁场的空间和时间分布，从而达到探测地下地质体的目的，从而达到探测地下地质体的目的 一种电磁感应法一种电磁感应法。 根据发收排列的不同分为同点、偶极和大回线源三种。根据发收排列的不同分为同点、偶极和大回线源三种。 TEM剖面测量装置 u发射电流归一化参数：发射电流归一化参数：V(t)/IV(t)/I，单位，单位V/AV/A；一体机一体机 u一次感应电压归一

51、化参数：一次感应电压归一化参数： V(t)/VV(t)/V1 1，无单位，无单位，加拿大，加拿大 CroneCrone公司公司PEMPEM系统系统 u未归一化参数：未归一化参数： V(t)G2V(t)G2n n, ,单位单位mvmv， PROTEMPROTEM u感应磁场感应磁场B B值值: nW/m: nW/m2 2 ， ，澳大利亚 澳大利亚ARTEMISTMARTEMISTM系统系统 u不论观测何种参数，一般都换算成瞬变值：不论观测何种参数，一般都换算成瞬变值：d(B(t)/dt/Id(B(t)/dt/I 瞬变电磁法综合剖面图 四、大地电磁法四、大地电磁法 大地电磁测深法，简称大地电磁测深

52、法，简称MT(MT(magnetotelluricmagnetotelluric) )，是利用天然交变，是利用天然交变 电磁场研究地球电性结构的一种地球物理勘探方法。是通过观测电磁场研究地球电性结构的一种地球物理勘探方法。是通过观测 来自高空的电磁波在地球内部产生的感应电磁场来研究地下电性来自高空的电磁波在地球内部产生的感应电磁场来研究地下电性 结构的一种地球物理方法。结构的一种地球物理方法。 大地电磁测深法采用的天然场源的频率变化范围在大地电磁测深法采用的天然场源的频率变化范围在 (10(10-4 -410104 4) ) HzHz之间，不同频率的电磁场互相叠加在一起，形成一个非常复之间，不

53、同频率的电磁场互相叠加在一起，形成一个非常复 杂的电磁振动。杂的电磁振动。 发展：发展： 19501950年年 吉洪诺夫（苏）吉洪诺夫（苏） 19531953年年 卡尼亚卡尼亚CagniardCagniard 奠定了早期大地电磁测深的理论基础。奠定了早期大地电磁测深的理论基础。 19571957年年 苏联第一台仪器苏联第一台仪器 6060年代：法、美、苏、加等国进一步改进了仪器年代：法、美、苏、加等国进一步改进了仪器 V-5 V-5、V-8V-8，观测，观测ExEx、 Ey Ey、HxHx、HyHy、HzHz，获得视电阻率等，获得视电阻率等 特点：特点：频率低、波长长（分辨率低、精度差）、成本

54、低、频率低、波长长（分辨率低、精度差）、成本低、 工作方便、不受高阻屏蔽、探测深度大（几十米到百公里）工作方便、不受高阻屏蔽、探测深度大（几十米到百公里） 应用：应用：主要用于区域性的大地构造勘探、石油和天然气的主要用于区域性的大地构造勘探、石油和天然气的 普查与勘探、地热田的调查等普查与勘探、地热田的调查等 野外工作方法技术野外工作方法技术 布极方式布极方式 水平方向的两对电极和两磁传感器水平方向的两对电极和两磁传感器( (以下简称磁棒以下简称磁棒) )分别分别 互相垂直敷设，其方位偏差不大于互相垂直敷设，其方位偏差不大于1 1度，水平磁棒顶端距中心度，水平磁棒顶端距中心 点点8m-10m8

55、m-10m。如两对电极和水平磁棒按正北。如两对电极和水平磁棒按正北(x)(x)正东正东(Y)(Y)向布置。向布置。 布极要求：布极要求： 1 1、测点周围地表起伏不平，应按实测水平距布极，极距误差、测点周围地表起伏不平，应按实测水平距布极，极距误差 应小于士应小于士1%1% 2 2、电极接地电阻要求不大于、电极接地电阻要求不大于2k2k 3 3、电极应埋入土中、电极应埋入土中20 cm-30 cm20 cm-30 cm，保持与土壤接触良好，两，保持与土壤接触良好，两 电极埋置条件基本相同，不能埋在树根处、流水旁、繁忙的电极埋置条件基本相同，不能埋在树根处、流水旁、繁忙的 公路边和村庄内，同时应

56、避免埋设在沟、坎边。公路边和村庄内，同时应避免埋设在沟、坎边。 4 4、水平磁棒入土深度为、水平磁棒入土深度为30 cm,30 cm,用水平仪校准保证水平用水平仪校准保证水平; ;垂直磁垂直磁 棒入土深度为磁棒长度的棒入土深度为磁棒长度的1/21/2以上，上端用土埋实，应保证垂以上，上端用土埋实，应保证垂 直。直。 5 5、电极联线，磁棒联线及接入仪器或前放盒的电缆均不能悬、电极联线，磁棒联线及接入仪器或前放盒的电缆均不能悬 空，不能并行放置，每隔空，不能并行放置，每隔3 m-5 m3 m-5 m需用土或石块压实，防止晃需用土或石块压实，防止晃 动。动。 Rxy Pxy 应用领域：应用领域：

57、研究深部构造，探测地壳和上地慢的电性结构。研究深部构造，探测地壳和上地慢的电性结构。 探测盆地高阻基底起伏和埋深，划定盆地范围及其次级构造探测盆地高阻基底起伏和埋深，划定盆地范围及其次级构造 单元。单元。 探测高阻层探测高阻层( (如火成岩、碳酸盐岩、砾岩如火成岩、碳酸盐岩、砾岩) )覆盖区的下伏构造。覆盖区的下伏构造。 探测潜伏的火成岩体。探测潜伏的火成岩体。 研究断裂和推覆构造的展布。研究断裂和推覆构造的展布。 调查地热资源，研究与地热资源有关的岩浆活动。调查地热资源，研究与地热资源有关的岩浆活动。 应用条件：应用条件： 测区内有明显的稳定的电性标志层。测区内有明显的稳定的电性标志层。 测

58、区内各目的层有足够的厚度，显著的电性差异。测区内各目的层有足够的厚度，显著的电性差异。 测区内电磁噪声比较平静，各种人文干扰不严重。测区内电磁噪声比较平静，各种人文干扰不严重。 地形开阔、起伏平坦。地形开阔、起伏平坦。 五、可控源音频大地电磁法五、可控源音频大地电磁法 CSAMT CSAMT法是通过人工接地场源（电偶源法是通过人工接地场源（电偶源或磁偶源或磁偶源）向）向 地下发送不同频率（范围地下发送不同频率（范围n n1010-1 -1n n10103 3Hz Hz ）的交变电流，）的交变电流， 达到探测不同埋深的地质目标体的一种达到探测不同埋深的地质目标体的一种频率域电磁测深方频率域电磁测

59、深方 法法。 观测与场源平行的电场水平分量观测与场源平行的电场水平分量ExEx和与场源正交的磁和与场源正交的磁 场水平分量场水平分量Hy Hy 。利用电场。利用电场ExEx和磁场和磁场HyHy计算卡尼亚阻抗电阻计算卡尼亚阻抗电阻 率率ss和阻抗相位。阻抗电阻率和阻抗相位联合反演计算反演和阻抗相位。阻抗电阻率和阻抗相位联合反演计算反演 电阻率参数，利用反演电阻率进行地质推断解释。电阻率参数，利用反演电阻率进行地质推断解释。 在在A点（近区），接近发射机，点（近区），接近发射机， 一般认为信号具有几何学和电阻一般认为信号具有几何学和电阻 率的功能。响应和研究深度与频率的功能。响应和研究深度与频 率

60、无关。率无关。 在过渡区（在过渡区（B）电和磁以及研究）电和磁以及研究 深度具有几何学，电阻率和频率深度具有几何学，电阻率和频率 的功能。的功能。 在远区（在远区（C），大地电磁方法能），大地电磁方法能 被使用。区域被认为具有电阻率被使用。区域被认为具有电阻率 和频率的功能。和频率的功能。 观测方式观测方式 工作参数工作参数 收发距收发距 CSAMT远区测量中，有限场源的使用对在平面上允许采远区测量中，有限场源的使用对在平面上允许采 集数据的范围受到限制。限制平面探测范围的因素有三个：集数据的范围受到限制。限制平面探测范围的因素有三个： 1 1）最小收）最小收发距受到进入近场的限制发距受到进入