勘查地球物理课讲稿-电法

1、电法勘探电法勘探是以岩(矿)石之间的电性差异为基础，通过观测和研究与这种电性差异有关的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有用矿产的一类地球物理勘探方法。 电法勘探方法种类繁多，这是因为岩、矿石的电学性质表现在许多方面。例如：岩、矿石的导电性、电化学活动性、介电性及导磁性等。另方面，电法勘探所研究的场，不仅可以是地下天然存在的电场或电磁场，还可以是人工方法以多种形式在地下建立的电场或电磁场。 就场本身的性质而言，可将电法勘探分为两大类，即传导类电法勘探和感应类电法勘探。传导类电法勘探研究的是稳定或似稳定电流场，包括电阻率法、充电法、激发极化法和自然电场法等。其中自然电场法

2、是一种天然场方法。感应类电法勘探研究的是交变电磁场，可以统称为电磁法，包括低频电磁法、频率测深法、甚低频法、电磁波法、大地电磁法等。其中大地电磁法是天然场法。 根据观测的空间，可将电法勘探分为航空电法、地面电法和井中电法三类。 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、查勘油气田、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。§3.1 岩矿石的电学性质在电法勘探中，常用的电学性质有：导电性、电化学活动性、介电性和导磁性。研究目标与围岩的电性差异愈大，产生的电（

3、磁）场的变化就愈明显。一、岩、矿石的电阻率岩(矿)石间的电阻率差异是电阻率法的物理前提。电阻率是描述物质导电性能的一个电性参数。可用表示。电阻率的定义：电流垂直通过每边长度为1米的立方体均匀物质时所呈现的电阻值。显然，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。即电阻率与导电性是反比关系。在SI制中，电阻率的单位为·m(欧姆·米)（一）矿物的电阻率 电阻率是物质的一种属性。从导电机制来看，溶液主要是借助于其中的带电离子导电；而固体矿物由于导电机理不同可以分为三种类型：金属导体、半导体和固体电解质。 各种天然金属都属于金属导体。由于它们含有大量的自由电子，因此

4、电阻率很低（一般为）。比较重要的天然金属有自然铜和自然金。此外，石墨也是具有某些特殊性质的电子导电体。大多数金属矿物均属于半导体。因为半导体中的自由电子很少，它们主要靠“空穴”导电。因此，其电阻率都高于金属导体，并有较大的变化范围。如多数金属硫化物(如黄铜矿、黄铁矿、方铅矿等)和某些金属氧化物(如磁铁矿)电阻率都较低(1)，具有良好的导电性；部分金属硫化物和氧化物(如辉锑矿、闪锌矿、锡石、软锰矿、铬铁矿和赤铁矿等)电阻率较高，在。绝大多数造岩矿物，如辉石、长石石英、云母、方解石等，均属于固体电解质。它们都是离子键晶体，依靠离子导电，其电阻率往往很高。()，导电性很差，在干燥情况下可视为绝缘体。

5、（二）常见岩石的电阻率通常情况下岩浆岩的电阻率最高，其变化范围在10-10，如花岗岩、玄武岩等；沉积岩的电阻率偏低，一般为10-10，由低到高依次为土壤、砂岩、石灰岩等；至于变质岩，其电阻率一般介于沉积岩和岩浆岩电阻率之间，且视其原岩的电阻率而异，各种岩、矿石的电阻率均无定值，且有相当大的变化范围，其中片麻岩、大理岩、石英岩相对较高，泥质板岩稍低。二、影响岩矿石电阻率的因素事实表明，影响岩、矿石导电性的因素很复杂。其中主要是岩、矿石的矿物成分及其结构、湿度、温度，以及岩石孔隙中所含水溶液的矿化度等。一般来说，岩、矿石中，良导金属含量增高，电阻率就降低。但相比，岩石的结构具有关键性的影响。事实证

6、明，在良导性矿物含量相同的条件下，呈浸染状结构的岩石比细脉状或网脉状结构的岩石有更高的电阻率。这是因为前者的良导矿物颗粒周围被劣导电性的岩石基质所包围，以致使它们彼此不相连通，不能形成良好的导电通道；而后者的良导矿物却是互相连通的。湿度对岩石的电阻率有很大的影响，这是因为水的电阻率较小。含水岩石的电阻率远比干燥的岩石低。岩石的湿度又与岩石自身的孔隙度有关，岩石孔隙度较小，故其电阻率较高。但在受到风化或构造破坏而裂隙增多的情况下，湿度要增大，其电阻率将大为降低。还有一个不容忽视的因素是水溶液的矿化度。随着矿化度的增大，水的电阻率明显减小，岩石的电阻率就降低。温度升高时。地下水的溶解度增加，从而提

7、高了矿化度；同时水溶液中离子的迁移率增大，将导致岩石电阻率降低。当外界温度低于零摄氏度时，岩、矿石中的裂隙水将由液态变为固态而使电阻率增大。 对于层理发育的岩层而言，由于层理间往往存在良导性层和不良导性层互层，因此电流垂直穿过层理时所呈现的电阻率比平行穿过层理时大，这种现象称为岩层电阻率的各向异性。地球深部岩石处于高温、高压的环境中，岩石的电阻率是按指数关系随温度升高而降低的，但不同温度段的变化梯度不同，高温区变化梯度较低温区大。而压力则对电阻率的影响不大。§3.2 地球中的电场地电研究中的电场，不仅包括地球中天然存在的变化电磁场、稳定自然电场，也包括人工建立的各种形式的直流电场和交

8、变电磁场。我们仅介绍人工电场和天然电磁场。一、点电流源电场的分布规律为了建立地下电场，总是需要两个接地的电极A和B。电流由A极输入地下，又通过B极从地下流出，构成闭合回路。这两个电极称为供电电极。当两电极的间距离很大时，它们之间将不相互影响，此时可将这两个电极看成两个“点”，所以它们又被称为点电(流)源 ，它的场就可看成是一个点电源的电场。那么以A为中心，为半径的半球面上一点M（即地面及地下任一点）的电场强度和电位分别为： 如图312所示，点电源在地下均匀各向同性半空间中的等电位面为一系列以它为中心的同心半球面，电流线(j)的方向处处与等电位面正交。在点源附近，电位衰减很快；远离点源，衰减变慢

9、。电场E的衰减比电位U快，其正、负由电流线方向与X轴正向相同或相反而定。二、两个异性点电源的电场当研究范围内同时存在两个异性点电源时，按场的叠加原理，测点附近的电场应是电流强度为I的点电源A和电流强度为-I的点电源B在该点产生的电场的合成(图313(b)。可求得A、B两点电源在M点的电位， 因此，两个异性点电源在M点的电位式中AM、BM分别为A到M和B到M的距离。同理，可求出两个异性点电源在M点的电场强度：由上式计算的两个点电源的电位及电场强度分布曲线如图313(a)所示。由图可见，靠近电极处电位变化较快，即在A极附近电位迅速增高，B极附近电位迅速下降，在这些地方电场强度值也很大。在AB中部，

10、范围等于(1/3一1/2)AB处电位变化较慢，其中点处电位为零，这些地方电场强度值很稳定，地下电流线基本上与地表平行，呈现均匀场的特点。三、地下电流沿深度的分布规律研究地下电流沿深度的分布规律，对电法勘探来说，具有很大的意义。因为电阻率法只能通过观测地面电场的畸变规律来判断地下具有明显电阻率差异的地质体的赋存状态。而地面电场与地下电流有着密切的关系，当地下电流的分布改变时，地下电场将随之改变，这些变化必然影响地面电场的分布。从这个意义上说，地下电流实际上起着传递深部信息的作用。流入地下深处的电流越多，反映到地面上的深部信息就越强，对探测深部地质情况就越有利。下面讨论均匀各向同性半空间两个异性点

11、电源场的电流沿深度的分布规律。通过讨论我们得出结论：可以看出，地表电流密度最大，随深度h的增大，电流密度衰减很快。当深处的地质体很难在地表产生可靠的电异常，要加大勘探深度只有加大供电电极的距离。然而地表电流密度比地下电流密度衰减快，因而可以突出地下深部信息的作用。换言之，加大供电极距可以增大探测深度。§3.3 电法勘探的基本原理和方法 一、电阻率测深法在利用岩、矿石导电性差异，解决各类地学问题的实践中，以人工直流场源的电阻率测深法（也称点测深法）应用最广而且效果较好。该测量方法是在一个观测点上，通过多次加大供电极距的方法，逐次观测相应供电电极的电阻率值。因为适当加大供电极距可以增大勘

12、探深度，因此在同一测点上不断加大供电极距所测出的值的变化，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。由于供电极距的加大，增加了供电电流的分布深度，因此所测得的是一个测点自地表向下垂直方向电阻率的变化。 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，所以我们主要讨论这种方法。电测深法适用于划分水平的、或倾角不大于20º的电阻率分界面问题，有效地应用于区域地质填图，石油和煤田地质构造普查，探测与地质构造相关的矿产分布，水文及工程地质调查，城市及工程建设的基底探测等方面。（一）电阻率的测定和

13、视电阻率在利用人工地下稳定电场研究大地电性分布的实践中，并不是直接利用人工电场的电位或电流强度，而是利用电阻率的变化和分布来表示地下电场的变化特点。1、均匀大地的电阻率当地表水平、地下半空间为均匀介质时，在地表任意两点A和B，将直流电通入地下，形成两个异性点电流源的电场，通常是在地面上任意两点A,B为供电电极，在另两点M、N为测量电极，测定的电位差为： 整理上式可得： 如果令 则 式中是一个仅与A、B、M、N四个电极之间的距离有关的系数，常称为电极的排列系数或装置系数。它是一个与各电极间的距离有关的物理量。所谓电极装置是指供电电极、测量电极的排列形式和移动方式。在野外工作中。装置形式和极距一经

14、确定，值便可计算出来。获得岩石电阻率的方法之一，是用小极距的四极装置在岩石露头上进行测定，称为露头法。此外，通过电测井或标本测定也可以获得岩石的电阻率。2、视电阻率 首先需要引入“地电断面”的概念。所谓地电断面，是指根据地下地质体电阻率的差异面划分界线的断面。这些界线可能同地质体、地质层位的界线吻合，也可能不一致。 实际工作中地下介质往往呈各向异性非均匀分布，且地表也不水平，即都是非均匀的地电断面，因此用上述方法计算的电阻率值就不可能是某一地层或某种岩、矿体的真实电阻率，而是该电场作用范围内各种岩、矿石电阻率的综合反映。这个电阻率值我们称其为视电阻率，用表示，即。只有在地下介质均匀且各向同性的

15、情况下，和才是等同的。影响视电阻率的因素：(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。 3视电阻率的定性分析公式视电阻率的基本公式可改换成一个便于定性分析的公式，即视电阻率与电流密度的关系式。这样可将转换为视电阻率与电流密度的关系，即： 式中是介质均匀时MN间的电流密度，它只决定于装置的类型（或者说电极排列）和极距大小，对于一定的装置，可以认为它是已知的。因此，视电阻率与测量电极M、N间的电流密度和介质电阻率成正比。在地表介质均匀时，只正比于 ，因此可以根据的异常状况判断非均匀地

16、质体的性质。 4电阻率法的仪器及装备电测仪器的任务就是测量电位差和电流I。为适应野外条件，仪器除必须有较高的灵敏度、较好的稳定性、较强的抗干扰能力外，还必须有较高的输入阻抗，较大的量度范围，要绝缘性能好、体积小、轻便耐用。目前我国采用的是国产的各种电子自动补偿式电测仪器。5.电测深法的野外工作布置电测深法在观测时是测量电极的间距不变，逐渐加大供电电极距，所测的视电阻率反映该点视电阻率随深度的变化。由于电极距的改变，装置系数也逐次不同，测量结果一般以AB/2为横坐标，为纵坐标，将同一点上所测的视电阻率值绘制在双对数坐标纸上，形成一条测深曲线。供电电极的选择原则上最小AB距离应能使电测深曲线的首部

17、近似于水平的线段，以便由它的渐近线求出第一电性层的电阻率；最大AB距离应满足勘探深度要求，保证测深曲线尾部完整，可以解释出最后一个电性层；在AB极距逐渐增加的过程中，增加的最大间距应能使最薄电性层的变化在曲线上有所反应。测量电极的选择，在测量中，如果只加大供电极距，测量极距不变，则当供电极距很大时，测量极距间的电位差将会太小，甚至会无法测量，因此在测量中应视需要适当加大测量极距，一般应满足：。(二)电测深曲线类型及特点电测深曲线类型随地电断面中不同电性层的数目及分布情况而异。为便于分析解释电测深曲线类型：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

18、具有和两个电性层，设第一层厚度为，第二层厚度为为无穷大。按和的组合关系，可将地电断面分为和两种类型。与二层断面相对应的电测深曲线称为二层曲线。其中对应于断面的曲线定名为D型曲线，对应于断面的定名为G型曲线(如图) 实际工作中，还有一种常见的情况是第二层电阻率相对于为无限大此时二层曲线尾部呈斜线上升。在对数坐标上，其渐近线与横轴成相交(图)。2三层断面的电测深曲线类型三层地电断面由三个明显的电性层组成，各电性层的电阻率分别为，和，设第一、二层厚度分别为和，第三层厚度为无穷大。按照三个电性层参数的组合关系，可将三层电测深曲线分为以下四种类型(图3.131)：(1)H型 对应于的地电断面。曲线前段渐

19、近线决定于，尾段渐近线决定于，但中段值则决定于三个电性层的综合影响。H型曲线具有极小值，般情况下， (图3.131(a)。只是当时，才趋于，此时曲线中段出现宽缓的极小位段。如果，则H型曲线尾部将呈斜线上升，其渐近线与横轴成相交。(2)A型 对应于的三层断面。其特点是：曲线由值开始逐渐上升，达值时形成一个转折，第二层愈厚，转折愈明显，最后趋于值(图3.131(b)。在时，A型曲线尾部渐近线也与横轴成45º相交。(3)K型 对应于的三层断面。其特点是有极大值，一般小于 (图3.131(c)。只有当时，才趋于。(4)Q型 对应于的三层断面。其特点是曲线由值开始逐渐下降，达值时形成一个转折，

20、最后趋于值(图3.131(d)。 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，其测深曲线可以有八种类型，如图3.132所示。每种类别的电测深曲线用两个字母表示。第一个字母表示断面中的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。用来表示这八个类型的字母分别是：HK、HA、KH、KQ、AA、AK、QH和QQ。地电断面的电性层更多时，每增加一层，表示电测深曲线类型的字母就增多一个。五层曲线用三个字母表示，如HKH型、HKQ型等。其余照此类推，不再详述。值得注意的是，只要地电断面中底层的电阻率相当大，以致可以认为是趋于无限大

21、时，电测深曲线尾部的渐近线总是与横轴相交成。当中间层具有一定厚度，且与相邻层有明显的电性差异时，所获得的电测深曲线类型容易辨认，若中间层厚度很薄或相邻居之间电性差异不大，则很难准确判定电测深曲线的类型。类型定得不准将给解释带来很大的误差，为此，需要将全测区的电测深曲线互相对比，并与已知的地质、钻探和其它物化探资料对比，才能做出准确的判断。(三)电测深的工作方法及资料整理电测深工作中测点距与测线距的选择，既决定于勘探的详细程度，也决定于目的层的埋深H和倾角。当时，对测深资料的定量解释会带来较大的误差。一般来说，可取作为具有临界密度的测网的点距。由于测量是以改变供电极距AB来实现的，AB的极小和极

22、大取决于第一层厚度h和覆盖层总厚度，并要求 ；式中n为电性层数目，为第i层的厚度，N为决定断面类型的系数，可根据实际情况选定。工作中AB逐渐增大，会使M、N之间的电位差逐渐减小，所以，为取得可靠的电位差，M、N也应按一定关系增大。一般取。 在模数为6.25cm的双对数坐标纸上，以为横轴，为纵轴，将同一测点上不同AB极距所对应的若干值标上并连成曲线就构成了一条电测深实测曲线。但这样绘出的曲线是由几条不连续的线段组成(图3.133)。在两种MN交替处出现脱节现象，这时需要按一定的原则和方法加以整理，使之成为连续的曲线。(四)电测深资料的解释1、定性解释电测深资料的解释分为定性解释和定量解释两部分。

23、定性解释是定量解释之前必不可少的步骤，在不能进行定量解释时，通过定性解释可以了解工作地区地电断面的性质及其变化概况。单独一条电测深曲线的定性解释是很简单的。根据曲线的类型就可以判断该测点处地电断面所包合的电性层数目及各层电阻率的相对大小，并能近似地估计第一层和底层的电阻率值。对全测区电测深资料的定性解释则需要绘制各种图件，借以反映测区内电性层的分布和变化情况，从而了解地质构造或各电性层的形态，以下对这些图件作一个简单介绍。(1)电测深曲线类型图 电测深曲线类型图可以是平面图(图3.134)，也可以是剖面图(图3.133)。绘制时将各测点位置按比例尺标在图纸上，并注明各点的电测深曲线类型(或用小

24、比例尺绘出电测深曲线)。根据这种图件，可以了解测区内电测深曲线类型分布和变化的一般情况，从而对地下电性层的层次和变化做出初步的判断。曲线类型发生变化的原因一般是某一岩层的尖灭或被侵蚀、岩层中出现断裂或褶皱，以及水文地质条件的改变等。 在图3.1一34中，测区内的电测深曲线有H、A和KH三种类型，并按一定规律分布在四个区间。由两侧的KH型四层曲线向中部变成H型曲线，可以认为是地电断面中下伏各层上升以致最上面一层受到侵蚀所致。H型曲线再过渡到A型曲线，是由于该处地层隆起成为背斜构造的轴部，原来的第一、二层都被侵蚀了，同时下面有一个电阻率更高的层产生影响。这种推断只是可能性之一，实际工作中应密切结合

25、地质资料，才能做出正确的地质推断。(2)等视电阻率断面图为了反映一条测线的垂向断面中视电阻率的变化情况，常需用该测线上不同测深点的全部数据绘制等视电阻率断面图。从这种图件可以看出基岩起伏、构造变化、以及电性层沿断面的分布等。其作法是：以测线为横轴，标明各测深点的位置及编号，垂直向下以为纵轴，采用对数坐标或算术坐标，依次将各测深点处各种极距的值标在图上的相应位置。然后按一定的值为间隔，用内插法绘出若干条等值线。图3.1一35是与几种简单地电断面相应的等断面图。其中图(a)是基岩隆起的情况，图（b)是基岩凹陷的情况，等值线在中间层厚度最大的部位形成封闭曲线；图(c)是表土层下有倾斜断层界面的反映；

26、图（d)是基岩倾斜，低阻中间层含有高阻夹层的反映。（3）等视电阻率剖面图电测深法的每一个极距对应于一定的探测深度，可以利用剖面上各测深点同一次电性的变化情况，利用剖面上个测深点同一供电电极距观测的值绘制等的剖面图。其方法是：按比例尺将测深点标在横轴上，纵轴代表值，然后将与该深度对应的极距的值标于图上，并连成曲线，此图实质上与对称剖面法的曲线类似，但由于对应于每一个极距都可以有一条曲线，所以我们可以了解不同深度范围内地下电性层沿剖面的变化情况。（4）等视电阻率等值线平面图按比例尺将同一极距测定的值标在平面图的相应测点上，然后按一定的数值间隔、用内插法把值相同的点连接起来，成为苦干条等值线，就得到

27、了该极距的等值线平面图。利用此图可以定性分析某一深度电性层在平面上的分布情况。根据工作需要，还可选用几种不同的做成几幅不同的等值线平面图，据以了解不同深度上电性层的平面分布状况。有关方法应用的具体实例，同学们可以参考相应的资料。（5）纵向电导图当工区内具有电阻率较高的基底时，利用测深曲线尾部有45º渐近线的特点而编制的纵向电导s的图件，用以反映高阻基岩顶面的起伏和构造形态。对于水平n层断面，总纵向电导s正比于基地顶面的埋深，且满足关系，是基岩之上 曾的平均电阻率。当岩层沉积环境基本稳定时，s的变化将反映基地的起伏。实质上，总纵向电导表示的是电流水平地流过顶面为1、高度为H(m)的方柱

28、体侧面时，该柱体的电导。其单位为s(西门子)， 1s=1。2定量解释对一个地区的地电断面有了充分的定性解释，并分清了曲线的类型后，就可以从已知区层次少且分层清楚的曲线开始，进行定量解释，以求出地电断面的各种参数。电测深定量解释的方法有量板法、辅助量板法、图解法及利用计算机进行的数字解释法等。(1)量板法 电测深理论曲线都是根据一定的假设条件，利用公式计算出来的。将这些理论曲线按一定分类标准集合成许多曲线簇，每一簇曲线绘在一张纸上，就构成了电测深量板。量板法就是利用理论曲线对实测曲线进行对比求解的方法，它是电测深资料定量解释的主要手段。对于三层以上为曲线，必须在解释前用电测井资料、或井旁测深资料

29、、或通过对岩石露头、标本的测定结果确定出中间层的电阻率，才能做出较准确的解释。 解释时首先按曲线类型选择量板，将绘好的实测曲线与量板的坐标轴相互平行，移动实测曲线，使它与量板中某条曲线重合，记下所重合曲线的值，并描下量板的坐标原点，该点在实测曲线坐标中的位置即为（），由此可求出。 (2)数字解释法近年来，用电子计算机对水平层电测深曲线进行数字解释发展较快，已经提出了很多方法。其中用最优化法拟合电阻率转换函数的解释方法用得较广，下面简述其原理。首先根据工区定的电参数初步确定出初始层参数，并用该参数计算不同极距的值，然后将其与各对应极距的实测值相比较，通过不断修改层参数，直到两者差异较小满足要求为

30、止，取此时的层参数作为实测曲线的解释结果。二、电阻率剖面法电阻率剖面法测量时采用不变的供电电极距，并使整个和部分装置沿观测剖面移动，逐点测量视电阻率的值。由于供电极距不变，探测深度就可以保持在同范围内，因此可以认为，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。 根据电极排列方式的不同，电剖面法又有许多变种。目前常用的有联合剖面法、对称剖面法和中间梯度法等。由于电极排列方式的差异，各种电剖面法所解决的地质问题也不同，但总的来讲，电剖面法适于探测陡倾的层状或脉状金属矿体和高阻岩脉，划分接触带配合地质填图，也能为寻找含水断裂破碎带等水文、工程地质服务。（一）联合剖面法1、联

31、合剖面法原理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。所谓三极装置，是指一个供电电极置于无穷远的装置。如图所示。A、M、N、B四个电极位于同测线上，以M、N之间的o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，一般敷设在测线的中垂线上，与测线的距离大于AO的5倍。 工作中将A、M、N、B四个电极沿测线起移动。并保持各电极间的距离不变。在每个测点上分别测出A、C极供电时的电位差和电流强度,B、C极供电时的电位差，和电流强度，然后按视电阻率公式分别求得两个视电阻率值和，即 （AMN装置） （MNB装置）式中和分别AMN装置和MNB装置的装置系数，

32、据前面的知识可以推出： 因此，联合剖面有两条视电阻率曲线。 2、联剖的曲线分析 一般而言，联剖曲线的特点多呈横“8”字形。（1）直立低阻薄板状体对于良导体而言，随着A、M、N向右移动，良导薄脉（指脉宽比极距小的情况）对电流的“吸引”逐渐增强，致使曲线继续上升，并达到极大值(曲线上点3)。当M、N靠近至越过脉顶时，薄脉向下“吸引”电流，使得M、N间电流密度减少，开始迅速下降。当和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，因而曲线出现一段平缓的低值带(曲线上点4附近一小段)。当A、M、N都越过脉顶后，低阻脉向左“吸引”电流。随着电

33、极向右移动“吸引”作用逐渐减弱，故电流逐渐增大，曲线上升。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忽略不计。 用同样的方法可以分析曲线，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，只须将曲线绕薄脉转动180º即可得到曲线。与的交点位于直立良导体正上方，且在交点左侧>，交点右侧，且交点的，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”字形的明显歧离带。见图（2）直立高阻薄板状体图31一11是直立高阻薄脉上方的联合剖面曲线

34、。这里不再详细分析和曲线的变化规律只把它们和低阻薄脉上的曲线作个对比。可以看出高阻薄脉上的两条曲线也有一个交点。但交点左侧<，右侧>，且交点的>，与低阻薄脉的情况恰好相反，这样的交点称为“反交点”。联合剖面曲线的反交点实际上并不明显，和曲线近于重合，各自呈现一个高阻峰值，且交点两侧和曲线靠得很拢，没有明显的歧离带。这是因为对于高阻薄脉而言，无论AMN在它的哪一侧，值都是降低的。例如，对曲线而言，当AMN在薄脉左侧时，高阻薄脉向左“排斥”电流，故值下降；当MN位于薄脉顶部时，由于A极发出的电流被“排斥”到地表，故出现极大值；MN达到薄脉右侧而A还在左侧时，则由于高阻体“排斥”电

35、流(起高阻屏蔽作用)顺使值降至极小；AMN都在高阻薄脉右侧时，随电极的右移先稍有上升，然后下降，直至趋于为止。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方法相比，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。（3）非直立良导薄脉 图3112是不同倾角情况下良导薄脉的模型实验曲线。可见，当<90时两条曲线是不对称的，原因是倾斜的低阻薄脉向下吸引电流时使得倾斜方向上的曲线普遍下降所致。由于曲线不对称，正交点也略向倾斜方向位移。实际工作中，可以用不同极距的联合剖面曲线交点的位移来判断地质体的倾向。小极距

36、反映浅部情况，大极距反映深部情况。若大、小极距的低阻正交点位置重合，说明地质体直立(图3113(b)，若大极距相对于小极距低阻正交点有位移，说明地质体倾斜（图3.1-13（a）。且位移越大，倾角越缓。大极距交点位移方向代表地质体的倾向。3、实测曲线的分析和处理 前面讨论的是在地形水平、围岩电性均匀的条件下联合剖面法曲线的特征。实际工作中情况是复杂的地表电性不均匀可以引起的变化，地形起伏可以影响的分布，有时单纯地形影响就会引起与矿体相似的异常，相邻导电体的干扰也可以造成异常的畸变.这些因素都将使曲线大大复杂化，因此在资料解释前必须结合实地情况对实测曲线进行分析，消除一些干扰因素，辨认出由矿体引起

37、的异常，才能进行正确的地质解释。 （1）表土不均匀对曲线的影响及消除野外工作中，地表覆盖层电性不均匀将导致和曲线出现锯齿状跳动。当极距L大于电性不均匀体半径的5倍时，局部不均匀体对和的影响近似相等，两曲线呈同步跳动(图3114(b)。这时可取=/和=/来消除表土不均匀的影响。如图31一14(a) 所示，和曲线不仅消除了局部电性不均匀的影响，而且在矿体顶部出现了比较清晰的正交点。（2）地形对曲线的影响和消除实测的曲线中往往同时存在着地形和矿体的影响。为了消除地形影响，突出矿体异常，目前一股采用下列经验公式作地形改正，即 式中是地形和矿体共同引起的实测值，是纯由地形引起的值，是围岩介质的电阻率值，

38、是消除了地形影响后的值。目前地形改正已广泛使用计算机进行，并取得了良好的地质效果。(二)中间梯度法1、中间梯度法的工作原理及装置中间梯度法的装置特点如图。这种装置的供电极距AB很大，通常选取为覆盖层厚度的70一80倍。测量电极距MN相对于AB要小得多，一般选用MN=(1/50-1/30)AB.工作中保持A和B固定不动，M和N在A、B之间的中部约(1/3一1/2)AB的范围内同时移动，逐点进行测量，测点为MN的中点。中间梯度法的电场属于两个异性点电源的电场。因此在AB中部(1/3一1/2)AB的范围内电场强度(即电位的负梯度)变化很小电流基本上与地表平行，呈现出均匀场的特点。这也就是中间梯度法名

39、称的由来。这种方法的优点是：能最大限度地克服其它电剖面法由于供电电极附近电性不均匀对视电阻率测量的影响，而且曲线反映的必然是MN电极附近地层电阻率的变化情况。中间梯度法的电场不仅在A、B连线中部是均匀的，而且在A、B连线两侧1/6范围内的测线中部也近似地是均匀的，所以不仅可以在A、B两电极所在测线上移动M、N极进行测量，而且可以在AB两侧1/6AB范围内的相邻测线上移动M、N极进行测量。这种方式可称为“线布极，多线测量”，比起其它电剖面方法(特别是联合剖面法)来，其生产效率要高得多。中间梯度法的视电阻率仍按式计算，其中装置系数可按式但必须指出，装置系数K不是固定的，测量电极每移动一次都要计算一

40、次K的值。2、中间梯度法的应用中间梯度法主要用于寻找产状陡倾的高阻薄脉，如石英脉等。这是因为在均匀场中，高阻薄脉的屏蔽作用比较明显，排斥电流使其汇聚于地表附近，急剧增加致使曲线上升，形成突出的高峰。至于低阻薄脉，由于电流容易垂直于它通过，只能使发生很小的变化因而异常不明显(图3121)。图3122是在我国东北某铅锌矿区使用中间梯度法所得的剖面平面图。该区铅锌矿是倾角接近70º的高阻石英脉。图中两条连续的高峰值带由含矿石英脉引起。右边1号矿脉是已知的，左边2号矿脉是根据中间梯度法的曲线形态，与1号矿脉的线对比而圈定的。（三）对称四级法1、对称四级法的工作原理该方法工作时采用四级装置，装

41、置形式如图3123(a)所示，工作中A、M、N、B四个电极排列在一条直线上，并且相对于MN的中点o对称分布。一般取MN(1/5一1/3)AB，工作中始终保持A、M、N、B四个电极间距离不变，同时移动四个电极并使o点位于测点上，逐点观测。按式求得值。由于AMBN、ANBM，可得到装置系数K的表达式为： 我们还可以对称于o点再增加两个电极A和B，并且ABAB(图3123(b)。工作中在同一测点上分别用A、B和AB两组供电电极，测定两个值。这种方法为复合对称四极剖面法。利用复合对称四极装称置测量的结果，可以了解同一剖面上两种深度范围内导电性有差异的地质体的分布情况，因而这种方法在某些方面较对称四极剖

42、面法要优越一些。2、几种电阻率剖面法的特点比较为便于分析对称剖面法的曲线，我们先将对称剖面法和中间梯度法以及联合剖面法作一个对比。从场的特点看，对称剖面法是两个异性点电源的场，其测量电极M、N位于供电极A、B的中部，故其正常场也是均匀场，且异常的特点与中间梯度法类似。但是由于对称剖面法中A、B是与M、N同时移动的，故其曲线又比中间梯度法的曲线复杂一些，生产效率也要低一些。因而一般能用中间梯度法解决的问题就不用对称剖面法。通过模型试验表明，对称四级法的是相应的联合剖面法和的平均值，因此，可以根据联合剖面法线直接求得相应的对称四级剖面法，曲线。对称四级的视电阻率曲线的异常幅度和分辨能力都不及联合剖

43、面法的曲线优越。但对称四级装置不需要笨重的无穷远极，比较轻便，工作效率高，故多用于普查以及面积性的电阻率测绘等。3、几种方法异常特点分析与比较根据前面介绍的三种方法的特点，良导薄脉上对称四级法的异常不如联合剖面法的异常反映明显(图3124)。对于寻找高阻岩脉，对称四级法又不如中间梯度法经济效率高；因比对称四级法一般不用于寻找脉状的地质体。然而，由于对称四级法的野外工作比较简单，生产效率高，表土不均匀和地形影响小，故常用于普查阶段，以探测基底构造、基岩起伏、划分接触带、以及寻找厚岩(矿)层等地质填图和普查工作，所以它的应用范围比较广泛。对称剖面法的，曲线比较简单，表现为高阻体上方曲线呈现高值，而

44、低阻体上方曲线呈现低值。这是由于高阻体排斥电流，使地表增高；低阻体吸引电流，使地表减小造成，图3125是两种不同电阻率的片层接触带上的对称四极剖面法曲线，由图可见，当用图中反映曲线3的供电极距工作队，。曲线变化明显，根据曲线拐点位置可以较准确地判断接触带的部位。如图3126所示，如果基岩为高阻的向斜和基岩为低阻的背斜，其上方曲线的形态特征相同，前者的凹陷部位和后者的隆起部位都和曲线的极小值对应。单凭一条曲线很难判断基底的起伏情况，在这种情况下，用复合对称四极剖面法有助于判别基底的起伏。在基岩为高阻的向斜上，由较小极距AB测得的曲线将位于曲线下方，而在基岩为低阻的背斜上，曲线将位于曲线的上方。其

45、原因是小极距时的曲线反映了较浅处岩层的电性情况。复合对称四极剖面法的极距选择应力求大极距反映深部情况，一般取AB(610)H；小极距反映浅部情况，一般取AB(24)H，这里H为覆盖层的平均厚度。三、激发极化法激发极化法(简称激电法)，是以地下岩、矿石在人工电场作用下发生的物理和电化学效应(激发极化效应)的差异为基础的一种电法勘探方法。应用人工直流电场或低频交变电场都可以研究岩、矿石的激发极化效应，因而激发极化法又分直流(时间域)激发极化法和交流(频率域)发极激化法两种。激发极化法较其它电法勘探方法有一些显著的优点：利用它不仅可以发现致密状金属矿体，还能寻找其它电法难以发现的浸染状矿体；激发极化

46、法受地形的影响也较其它方法小，它还能去掉与岩石裂隙含水带及浮土等因素有关的“非矿”异常。有利于查明深部矿床，寻找地下水。（一）激发极化法的理论基础电法工作是通过两个供电电极向地下供电的，如果保持供电电流不变，我们发现，随着供电时间的延长，测量电极M、N之间的电位差值逐渐增大，最后达到某一饱和值。当断开供电电流后，测量电极间的电位差并非立即消失，而是随时间延续而逐渐衰减至零。通常将供电时地下电场随时间延长的过程称为充电过程，断电后电场随时间衰减的过程称为放电过程。这种在充，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。1、 岩、矿石激发极化效应的成因电子导体的激发极化成因由电化学效

47、应知，沉浸于水溶液(或盐溶液)中的单一电子导体表面会形成封闭的均匀双电层，它不显电性，在周围空间不形成电场（图a）。这种自然状态下的双电层电位差是导体与溶液接触时的电极电位，又称为平衡电位。若有电流通过上述系统时，导体内部的电荷将重新分布，自由电子逆着电场方向移向导体的电流流入端，使那里负电荷相对增多，形成“阴极”；在导体的电流流出端呈现出相对增多的正电荷，形成“阳极”。与此同时，溶液中的带电离子(如、等)也在电场作用下发生相应的运动，分别在“阴极”和“阳极”处形成正离子和负离子的堆积（图b)。从而使正常双电层发生了变化；“阴极”处导体带负电，围岩带正电，而“阳极”处导体带正电，围岩带负电。这

48、时导体“阳极”和“阴极”处的双电层电位差与平衡电极电位的差值称为“超电压”。超电压形成的过程即是电极极化过程。 不难理解，随供电时间的延长，导体界面两侧堆积的异性电荷将逐渐增多，超电压值随之增大，最后趋于一个饱和值，这就是充电过程。断去供电电流，界面两侧堆积的异性电荷将通过界面、导体内部及围岩溶液放电，使整个系统逐惭恢复到供电前的均匀双电层状态，超电压也随时间的延续逐渐减小，最后消失(图c)，这就是放电过程。 除电极极化过程外，通电时“阴极”和“阳极”处发生的氧化还原过程也是形成电子导体激发极化效应的因素之一。实践表明，在电场作用下，电子导体与离子导电溶液接触时的激发极化效应产生在固相与液相的

49、接触面上，故又称为面(积)极化。致密状结构的电子导体产生的正是这样的效应。对于浸染状电子导体或矿化岩石，其中每个电子导电颗粒都相当于一个“小电池”，并且分布在岩石(或胶结物)中的所有“小电池”都通过围岩放电，因此对整个矿体(或矿化岩石)来说，极化效应发生在它的全部体积内，故称为体(积)极化。虽然每个小颗粒与围岩(或胶结物)的接触面很小，但它们的接触面积的总和却是很可观，所以尽管浸染状矿体与围岩的电阻率差异很小，仍然可以产生明显的激发极化效应。这就是激发极化法能够成功地寻找浸染状矿体的基本原因。离子导体激发极化效应的成因 有关离子导体激发极化效应的假说很多，较为公认的是离子导体的激电效应与岩石溶

50、液界面上的双电层结构有关。大多数硅酸盐成分的造岩矿物，表面总呈现出负的剩余电价力，因而吸附周围溶液中的正离子并在溶液的接触面上形成具有分散结构的双电层，双电层的固相岩石表面一侧为占有固定位置的负离子，它们吸引溶液中的正离子，使液相一侧靠近界面处的正离子不能自由活动，构成了双电层的紧密层，其厚度约10m。离界面稍远的正离子受到的吸引力较弱，可以平行于界面自由移动，构成厚度约10 一10m的扩散区(图332)。 当岩石颗粒间的孔隙直径与双电层的扩散区厚度相当时，则整个孔隙皆处于扩散区内，其中过剩的正离子吸引负离子而排斥正离子。在有外加电场的情况下，正离子将沿电场方向迅速移动，而负离子则由于过剩正离

51、子的“阻塞”，即受正离子的吸引而移动很慢，以至导电孔隙实际上被裁断。我们称这种孔隙为正离子选择带或薄膜(图333)。薄膜极化效应是离子导体激发激化的主要原因。 岩石中的孔隙宽窄不同，彼此相连。如图3.33所示，当窄孔隙(薄膜)中过剩正离子在外电场作用下沿电场方向移动时，其进度较快，到达宽孔隙(非选择带)后即减速，因而在窄孔隙电流的流出端就有正离子的堆积，电流流入端则正离子不足。进入宽孔隙后，正、负离子的移动速度相当，但负离子在宽孔隙中的移动速度却比在窄孔隙中大些，结果窄孔隙电流流出端又形成了负离子的堆积不足。这就是说，在正离子堆积和不足的窄孔隙两端，同样形成负离子的堆积和不足。于是在窄孔隙两端

52、出现一个不断增大的离子浓度梯度，直至达到一个定值为止。该梯度将阻碍离子(即外电流)的移动。断去电流后，由于离子的扩散形成扩散电场，使浓度梯度将逐渐消失，并恢复到供电前的平衡状态。 2、岩、矿石激发极化法的特征及测量参数激发极化的时间特性 图334为岩、矿石充、放电过程中电位差与时间的关系曲线。刚开始向地下供直流电时，由于激发极化效应还未产生，这时地下电场的分布只和岩、矿石的导电性有关，且不随时间变化，属于稳定电场。我们称刚供电时的这种电场为一次电场，相应一次场的电位差为。随供电时间的延长，岩、矿石激发极化效应从无到有逐渐形成，附加电场先是迅速增加然后变慢，在供电35分钟后，达到饱和。我们将供电

53、时的附加电场叫做激发极化场或二次电场。显然，供电过程中二次场叠加在一次场上，供电时的地下电场称为总场，此时观测的电位差称为总场的电位差。若断去供电电流，一次场立即消失，岩、矿石将通过围岩放电，放电开始时二次场迅速衰减。然后逐渐变慢，约35分钟衰减完毕。断电后某一瞬间观测的电位差称为二次场电位差。观测表明，岩、矿石的充、放电速度与其结构有关。一般来说，体极化比面极化的充、放电速度快，而极化的岩、矿石中，当其所含电子导电矿物成分愈少时，其充、放电速度愈快。激发极化可用下式表示： 式中：是供电时间为和断电后时刻测得的二次电位差。极化率是用百分数表示的参数，由于和均与供电电流I呈线性正比，故极化率是与

54、电流无关的常数。但极化率与供电时间和测量延迟时间有关，因此当提到极化率时必须指出其对应的供电和测量时间和。如不特殊说明一般将极化率定义为长时间供电（）和无延时（）的极限极化率。*激发极化的频率特性 交流激发极化法是在超低频交流电场激发下，根据电场随频率的变化来研究岩矿石的激发极化效应。当向地下供入超低频交流电时，若保持电流强度不变，测量电极M、N间的交流电位差将随频率的增高而减少(图335)。这种随频率增高而减少的现象，称为频率分散性或幅频特性。产生这种特性的原因是，在一次场作用下，导电体与围岩的界面上形成双电层需要经过一定的时间。当供给直流电时，总场电位差随充电时间的延长而增大。若采用交流电

55、激发，频率的高低就反映了向岩、矿石单向充电(半个周期)时间的长短。频率愈低，则单向充电时间愈长，激电效应越强，因而观测到的总场电位差愈大，反之亦然。激发极化法的测量参数视极化率视极化率是激发极化测量的一种基本参数。当地下有两种或两种以上激电特征不同的岩石存在时，采用某种装置向地下供以直流电，并观测总场电位差及二次场电位差，视极化率可表示为：表示各种岩石在电流激发下产生激电效应的综合结果，对于极化性质均匀、各项同性的岩石，即为该岩石的真实磁化率。顺便说明视频散率也是激发极化法的一种基本参数，它是交流激发极化法中使用的。3、激发极化法的野外工作方法激发极化法的仪器装备直流激发极化法的仪器装备与电阻

56、率法完全一样。直流(时间域)激电仅分为供电和测量两部分。供电回路是用导线、发送机、供电电源和供电电极与大地相连而成。测量回路是用导线将接收机、测量电极和大地相连组成，接收机由极化补偿器、电位差测量单元和测量程序控制电路三部分组成。极化补偿器用于供电前补偿测量电极之间的自然电场及极化电位差，以消除它们对测量结果的干扰。 激发极化法的工作方法激发极化法除了测量技术比较复杂和测量参数不同外，其工作布置和电极排列方式都与电阻率法相同。直流激电法的装置类型有中间梯度、联合剖面和测深装置。常用的观测方法有两种，一种是长脉冲制式，其特点是供电时间长(一般23分钟)，有利于突出充、放电速度较慢的电子导体的激电

57、异常，缺点是耗电大、效率低，因此只宜于在精测剖面上使用；另一种是双向短脉冲制式，其特点是在每个测点向地下先后正、反向供电几秒至几十秒，耗电少、效率高。因此是生产中常用的方式。四、充电法和自然电场法（一）充电法充电法是对地面上、坑道内或钻孔中已经揭露的良导体直接充电，以解决某些地质问题的一种电法勘探方法。1、充电法的基本原理充电法的工作原理比较简单。将与电源正极连接的供电电极A同良导体(矿体、含水层等)露头接触，其接触点称为充电点。与电源负极连接的供电电极B称为无穷远极，布置在距充电点很远，以致它在导体附近产生的电场可以忽略不计的位置接地(图321)。这时，整个良导体就相当于一个大供电电极。在理想条件下，即导体的电阻率0或较之围岩电阻率满足，时，无论将导体内哪一点作为充电点，由于导体内没有电阻(或电阻趋0)，都不会产生电位降(或此电位降可以忽略)，因此导体内部及表面各点的电