第4章 电法勘探-2013

1、第第 4 4 章章 电法勘探电法勘探 电法勘探是根据所测得的地下电场或电磁场的分布 规律来查明地下地质构造和寻找有用矿产的一种常用物 探方法。 电法勘探是地球物理勘探方法中的重要分支。 一、什么是电法勘探(electrical prospecting)？ 第 0 节 概 述 二、电法勘探分类 按场源性质等为依据可对电法勘探进行分类: 按工作场所的差别，电法勘探又分为: 地面电法，坑道和井中电法、航空电法、海洋电法等。 电法勘探方法可以追溯到19世纪初P.Fox在硫化金属 矿上发现自然电场现象，至今已有100多年的历史。 我国电法勘探始于20世纪30年代，由当时北平研究 院物理研究所的顾功叙先生

2、所开创。经过70余年的发展， 我国的电法勘探无论在基础理论、方法技术和应用效果 等方面都取得了巨大的进展，使电法成为应用地球物理 学中方法种类最多、应用面最广、适应性最强的一门分 支学科。 三、电法勘探的发展历史 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。 它们广泛地应用于各种地质工作中，不仅可以寻找金 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。 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 坝基勘查方面发挥了重要作用。 四、 应用

3、第 1 节电阻率法 电阻率法是传导类电法勘探方法之一。它建立在地 壳中各种岩 ( 矿 ) 石之间具有导电性差异的基础上， 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，达到查明地下地质构造或寻找矿产资源之 目的。 工作方法： 1、电剖面法；2、电测深法；3、高密度电阻率法。 一、电阻率法理论基础 1电阻率 岩 ( 矿 ) 石间的电阻率差异是电阻率法的物理 前提。从物理学中可知，当电流沿着一段导体的延伸 方向流过时，导体的电阻 R 与其长度 l 成正比，与 垂直于电流方向的导体横截面积 S 成反比。 式中比例系数 称为该导体的电阻率。 电阻率在数值上等于电流垂直通过单位立方体截面

4、 时，该导体所呈现的电阻。 岩、矿石的电阻率值越大，其导电性就越差；反之， 则导电性越好。 在 SI 制中，电阻率的单位为 ( 欧姆 米 ) 。 2 2电阻率公式及视电阻率电阻率公式及视电阻率 (1) 电阻率公式 电阻率法工作中，通常是在地面上任意两点用供 电电极A、B供电，在另两点用测量电极 M、N测定电 位差。 电阻率计算公式 上式是利用四极装置测定均匀各向同性半空间电阻 率的基本公式。K 称为装置系数 ( 或排列系数 ) ，它 是一个与各电极间距离有关的物理量。 在野外工作中，装置形式和极距一经确定，K值便 可计算出来。 如地电断面呈倾斜接触，电阻率分别为 和 的两种岩层，还有一个电阻率

5、为3 的透镜体。 (2) 视电阻率 向地下通电并进行测量，求出一个“电阻率”值。 不过，它既不是 ，也不是 和 ，而是与三者 都有关的物理量。用符号 s 表示，并称之为视电阻率。 即 视电阻率实质上是在电场有效作用范围内各种地质 体电阻率的综合影响值。 虽然前两式等号右端的形式完全相同，但左端的 和 s 却是两个完全不同的概念。 只有在地下介质均匀且各向同性的情况下， 和 s 才是等同的。 影响视电阻率的因素有： (1) 电极装置的类型及电极距； (2) 测点位置； (3) 电场有效作用范围内各地质体的电阻率； (4) 各地质体的分布状况，包括它们的形状、大小、厚度、 埋深和相互位置等。 二、

6、电阻率法仪器及装备 电剖面法是采用不变的供电极距，并使整个或部分 装置沿观测剖面移动，逐点测量视电阻率 的值。 三、电剖面法 由于供电极距不变，探测深度就可以保持在同一范围 内，因此电剖面法所了解的是沿剖面方向地下某一深度范 围内不同电性物质的分布情况。 1联合剖面法装置形式及视电阻率公式 联合剖面法是用两个三极装置 AMN 和 MNB 联 合进行探测的一种电剖面方法。 A、M、N、B 四个电极位于同一测线上，以 M、N 之 间的中点为测点，且 AO=BO、 MO=NO 。 电极 C 是两个三极装置共同的无穷远极，一般在测 线的中垂线上，与测线的距离大于 AO 的 5 倍。 工作中将 A、M、

7、N、B 四个电极沿测线一起移动，并 保持各电极间的距离不变。在每个测点上分别测出 A、C 极供电和B、C 极供电时的电位差 、电流强度 ，然后分 别求得两个视电阻率值。 因此，联合剖面法有两条视电阻率曲线。 2. 联合剖面法 s 曲线分析 联合剖面法主要用于寻找产状陡倾的层状或脉状低 阻体或断裂破碎带。 当供电极距大于这些地质体的宽度时，可以把它们 视为薄脉状良导体，因此，我们主要分析良导薄脉的联 合剖面 s 曲线特征。 视电阻率和电流密度之间的关系: MN MN s j j 0 j0：介质完全均匀时的电流密度。 1. 什么是重力异常布格校正？地形对重力异常影响为什 么恒为正？ 2.地下磁性体

8、与其磁异常场平面和剖面上曲线分布有何对 应关系？ 注：学号尾数为单做第1题，学号尾数为双做第2题。 课堂作业课堂作业 MN MN s j j 0 (1) 当电极 A、M、N 在良导薄脉左侧且与之相距较远时， 薄板对电流分布影响很小，jj0 ，由于1 ， 故 sA 1 ( 曲线上点 1) ； (2) 当 A、M、N 逐渐移近良导薄脉时，薄脉向右“吸引” 由 A 极发出的电流，使M、N 间的电流密度增大，即 jj0 ，故 sA 1，曲线上升 (曲线上点 2) ； (3) 随着 A、M、N 继续向右移动，良导薄脉对电流的 “吸引”逐渐增强，致使 sA 曲线继续上升，并达到极 大值 (曲线上点 3);

9、 (4) 当 M、N 靠近并越过脉顶时，薄脉向下“吸引”电流， 使得 M、N 间电流密度反而减少，即j j0，sA 开始 迅速下降。当 A 和M、N 分别在薄板两侧移动时，绝大部 分电流被“吸引”到薄脉中去，由于薄脉的屏蔽作用，造 成 M、N 间的电流密度更小，因而 sA 曲线出现一段平 缓的低值带 ( 曲线上点 4 附近一小段 ) ； (5) 当 A、M、N 都越过脉顶后，低阻脉向左 “吸引”电流。随着电极向右移动，“吸引”作 用逐渐减弱，故j逐渐增大， sA 曲线上升 (曲线上点5) ； (6) A、M、N 继续右移，当远离低阻脉时，薄脉对电流的 “吸引”十分微弱，因而对电流的畸变作用可以

10、忽略不计， jj0 ，故sA曲线逐渐趋于1(曲线上点 6) 。 用同样的方法可以分析 sB 曲线，由于 A、M、N 自 左至右移动与 M、N、B 自右至左移动时视电阻率曲线的 变化规律相同。因此，只须将 sA 曲线绕薄脉转动 180，即可得到 sB 曲线。 在直立良导薄脉顶部上方， sA 和sB曲线相交，且 在交点左侧， sA sB ，交点右侧， sA sB 。这种 交点称为联合剖面曲线的“正交点”。 在正交点两翼，两条曲线明显地张开，一条达到极大 值，另一条达到极小值，形成横“ 8 ”字形的明显特征。 直立高阻薄脉上联合剖面模型试验 当 A、M、N 在薄脉左侧时，高阻薄脉向左“排斥”电 流，

11、故 sA 值下降；当 M、N 位于薄脉顶部时，由于 A 极发出的电流被“排斥”到地表，故 sA 出现极大值； 当M、N 达到薄脉右侧而 A 还在左侧时，则由于高阻体 “排斥”电流 而使sA值降至极小； A、M、N 都在高阻薄 脉右侧时， sA 值随电极排列的右移先稍有上升，然后下 降，直至 sA 趋于1为止。 两条 s 曲线也有一个交点，交点左侧 sAsB ，与低阻薄脉恰好相反，称为“反交点”， 但反交点并不明显， sA和sB 曲线近于重合，各自呈 现一个高阻峰值，且交点两侧 sA 和sB 曲线靠得很拢， 没有明显的横“ 8 ”字形特征。这是因为对于高阻薄脉而 言，无论 M、N 在哪一侧，s

12、值都是降低的。 由此可见： 虽然利用联合剖面法在直立高阻薄脉上也有异常显 示，但其效果比在直立低阻薄脉上差，加之与其它对高 阻薄脉同样有效的电剖面法相比，它的效率又低，因此， 一般都不用联合剖面法寻找高阻地质体。 1概述 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。 四、电测深法 适当加大供电极距可以增大勘探深度，在同一测点上 不断加大供电极距所测出的 s 值的变化，将反映出该 测点下电阻率有差异的地质体在不同深度的分布状况。 按照电极排列方式的不同，电测深法又可以分为对称 四极电测深、三极电测深、偶极电测深、环形电测深等方 法，其中最常用的是对称四极电测深。 对称四极电测深的

13、装置形式与对称剖面法完全相同， 因此，其视电阻率和装置系数的表达式也是一致的。 注意：注意： 由于电测深法是在同一测点上每增大一次极距 AB ， 就计算一个 K 值，因此，其 K 值是变化的，这与对称剖 面法中 K 为恒值不同之处。 2电测深曲线类型 为便于分析解释电测深曲线，可以按地电断面的类型， 将电测深曲线分为以下几种类型： （1） 二层断面的电测深曲线类型 二层地电断面 具有1和2 两 个电性层。 G 型曲线 D 型曲线 二层地电断面具有两个电性层，设第一层厚度为h1， 第二层厚度h2为无穷大，电阻率分别为1和2 。 按1 和2 组合关系，将地电断面分为 12 和 12 断面的曲线定名

14、为 D 型曲线，对应于 122 ，只当 h2 h1 时，smin 才趋于2 ，此时s 曲线中段出现宽缓的极 小值段。 如果3，则 H 型曲线尾部将呈斜线上升，其渐 近线与横轴成 45相交。 (b) A 型 2)A 型对应于 123 的三层断面 其特点是s 曲线由1 值开始逐渐上升， 达2值时形成一个转折，第二层愈厚，转折愈明 显，最后趋于3值 。 在3时，A型曲线尾部渐近线也与横轴成 45相交。 (c) K 型 3) K 型对应于13 的三层断面 其特点是有s 极大值smax，一般smax h1时，smax才趋于2 。 (d) Q 型 4)Q 型对应于123 的三层断面 其特点是s 曲线由1

15、值开始逐渐下降， 达2 值时形成一个转折，最后趋于3值 G 型曲线 D 型曲线 (a) H 型(b)A 型(a) H 型 (c)K 型(d)Q 型 （3）多层断面的电测深曲线类型 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 8 种类型。 每种类型的电测深曲线用两个字母表示。第一个字 母表示断面中前三层所对应的电测深曲线类型，第二个 字母表示断面中后三层所对应的电测深曲线类型。 四层断面的电测深曲线 四层断面的电测深曲线 综上所述，电测深曲线的变化与地电断面中各电性 层的电阻率以及厚度都有密切的关系。 因此，可以通过电测深曲线推断地下电性层的电阻率 和埋深，再

16、结合地质资料进行综合对比，把电性层与地质 上的岩层联系起来，就可能解决所提出的地质问题。 电测深法适宜于划分水平的或倾角不大 (20) 的 岩层，在电性层数目较少的情况下，可进行定量解释。 1. 岩矿石密度实验岩矿石密度实验 分别测出岩浆岩，沉积岩和变质岩各2个岩样标本的 密度。 2. 磁法勘探实验磁法勘探实验 分组实验，每10人左右1组（每班4组），用磁力仪 校园内实测1条100米测线。 具体实验时间请与朱鑫老师联系。 实验实验 1. 实验原理 2. 实验过程 3. 实验数据 4. 实验成果（曲线） 5. 实验小结 实验报告内容实验报告内容 实验结束，要求每人必须完成实验报告，作为平时成 绩

17、一部分，不交实验报告就没有总成绩。 1.采用赫尔默特正常重力值公式计算地球纬度分别等于 90o、45o、0o水准面上的重力值，并说明地球表面正常 重力值得变化规律? 2.何为重力异常的正常场校正? 3.什么是地球物理正演和反演?两者的关系如何? 4.何为重力异常值向上（或下）延拓，各有什么作用？ 5.说明地磁场梯度值 分别表示什么含义？ kmnT r T kmnT x T /01.20/23. 5 和kmnT r T kmnT x T /01.20/23. 5 和 作业作业 6.T物理意义?T与Ta之间关系？ 7.怎样利用特征点法确定球体的埋深和体积? 8.按场源性质和工作场所的差别电法勘探是如何分类? 9.视电阻率含义，它与真电阻率关系？影响地层视电阻 率主要因素? 10.什么是电剖面法？其观测装置特点？ 11.联合剖面法在直立良导和直立高阻薄脉模型中所测 得的视电阻率s曲线各有什么特点？ 12.什么是电测深法？其观测装置特点？ 请认真阅读教材及