应用地球物理概论 电法勘探

1、电法勘探应用地球物理概论电磁法的分类 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、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、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案，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。根据本专业当前电法的发展现状，可将其简化的分为两大类：（1）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）为主。利用导电性、激电性、导磁性；目前

2、主要有五种方法： 中间梯度法； 电测剖面法； 电测深法； 充电法； 自然电场法； 激发极化法；（2）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，不下几十种，类型多的原因有如下三个方面:场源的种类多：建立一次场的场源，可分为人工场源和天然场源两大类。 人工场源： （1）连续波场或谐变场（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，偶极场又有近区（感应区）和远区（波区）之分； （2）瞬变脉冲场：瞬变脉冲场也有回线场和偶极场； （3）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10k400k，地下井中透视的发射场，频率范围

3、在1.5200Mhz以及雷达波。 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的空间范围大： 空中 地面 井中电法勘探传导类电法（直流）一、电阻率法的基础知识二、电测剖面法三、电测深法四、充电法五、自然电场法六、激发极化法一、电阻率法的基础知识1、岩土介质的电阻率 a、矿物的电阻率 b、岩矿石的电阻率 c、影响电阻率的因素2、大地电阻率的测定3、视电阻率的概念及分析方法1、岩土介质的电阻率 电阻率()单位是欧姆米，记作m。 用电导率表示时，其单位为西门子每米，记作sm。 电导率和电阻率互为倒数，成反比性。 在电法勘探中，用来表征岩、矿石导电性好坏的参数为电阻率()或电导率(=1/

4、)。从物理学中已知，当电流垂直流过单位长度、单位截面积的体积时，该体积中物质所呈现的电阻值即为该物质的电阻率。 计算公式如下：注a、矿物的电阻率金属 导体半 导 体 固体电解质 各种天然金属均属于金属导体较重要的天然金属有自然金和自然铜，其电阻率值均很低大多数金属矿物均属于半导体 固体矿物按导电机理分为： 绝大多数造岩矿物（如辉石、 氏石、石英、云母、方解石 ）矿物名称电阻率值矿物名称电阻率值斑铜矿赤铁矿磁铁矿锡石磁黄铁矿辉锑矿黄铜矿软锰矿黄铁矿菱铁矿方铅矿鉻铁矿辉铜矿闪锌矿辉铅矿钛铁矿常见半导体矿物的电阻率值b、岩、矿石的电阻率矿物电阻率值是在一定范围内变化的，同种矿物可有不同的电阻率值，不

5、同矿物也可有相同的电阻率值。因此，由矿物组成的岩石和矿石的电阻率也必然有较大的变化范围。 岩矿石电阻率而言，也有类似的情况。其电阻率值除与组成矿石的矿物成分、含量有关外，更主要地乃由矿物颗粒的结构构造所决定。几种岩石电阻率的分布范围曲线 火成岩变质岩粘土软页岩硬页岩砂砂岩多孔石灰岩致密石灰岩 1 10 102 103 104 105 106c、影响岩、矿石电阻率的因素 影响因素导电矿物含量岩、矿石的结构、构造、孔隙度岩矿石的含水量及含水矿化度温度、压力、岩（矿）石电阻率 与成分和结构的关系 导电矿物含量相当大(80)时，对岩石电阻率才有明显作用。主要决定于它们的连通情况，连通者起的作用大，孤立

6、者起的作用小。岩、矿石的电阻率与导电矿物的含量导电矿物对岩、矿石整体电阻率影响（a） （b） （c） 岩矿石不同结构的示意图 层状结构岩石模型 （a）实际岩石 (b).等效模型(b)（a） 两种电阻率分别为1和2的薄层岩石交替成层，它们的总厚度分别为h1和h2，则可按电阻并联和串联的关系，不难得到沿层理方向和垂直层理方向的电阻率表达式： (1)(2) 为了表征层状岩石的非各向同性程度和平均的导电性，定义其非各向同性系数和平均电阻率分别为 、岩（矿）石的电阻率 与所含水分的关系 地下水及其他天然水的电阻率均较低，通常小于100.M，并且含盐分越多，电阻率值越低。岩、矿石中所含水分的多少(或湿度大

7、小)对其电阻率值有较大影响。 一般含水量大的岩石电阻率较低，而含水量小或干燥岩石的电阻率较高。岩石含水量的大小，主要决定于岩石本身的孔隙度及当地的水文地质条件。在潜水面以下，岩石孔隙通常被地下水所充满，此时，岩石的湿度便等于其孔隙度。 几种常见岩石的空隙度 分类岩石名称空隙度/分类岩石名称空隙度/沉积岩土壤20.069.4火成岩玄武岩18.7砂15.063.2安山岩6.0粘土 10.162.9辉长岩0.41.9砾石20.237.7花岗岩0.44.1页岩1.544.8辉绿岩0.55.1砂岩2.018.4闪长岩0.44.0灰岩0.710正长岩0.92.9变质岩结晶石灰岩0.98.6注：带有喀斯特溶

8、洞的灰岩空隙度可达n10%片麻岩0.47.5大理岩0.12.13、岩（矿）石电阻率 与温度的关系 岩石电阻率与温度的关系 -40 -20 0 20 40 t/C100101电子导体矿物、矿石的电阻率随温度增高而变大离子导电岩石的电阻率却随温度的增高而变小综上所述影响岩、矿石电阻率的因素是多方面的。在金属矿产普查和勘探中，岩、矿石中良导电矿物的含量及结构是主要影响因素。在水文、工程地质调查和沉积区构造普查、勘探中，岩石的孔隙度、含水饱和度及矿化度等成了决定性因素。在地热研究、地震地质及深部地质构造研究中，温度及地应力变化却成了应考虑的主要因素。一、电阻率法的基础知识1、岩土介质的电阻率 a、矿物

9、的电阻率 b、岩矿石的电阻率 c、影响电阻率的因素2、大地电阻率的测定3、视电阻率的概念及分析方法地面水平，地下为均匀、无限、各向同性介质。 ABNM均匀大地则地表任意两测量电极M和N的 电位U的表达式为: 二、大地电阻率的测定电阻率计算公式的推导 式中AM、AN、BM、BN分别为供电电极A、B与测量电极M、N之间的距离。将上两式相减可得M、N两点间的电位差：由点电源电位场可知： 则用点电极测量均匀大地电阻率 的表达式：式中K称为电极排列系数(或装置系数)，其单位为米，是一个仅与各电极间空间位置有关的量。其中：K值的实际计算 电极形式可多种多样，但电极的排列形式和电极距一经确定，K值便可计算出

10、来。 在实际工作中一、电阻率法的基础知识1、岩土介质的电阻率 a、矿物的电阻率 b、岩矿石的电阻率 c、影响电阻率的因素2、大地电阻率的测定3、视电阻率的概念及分析方法3、视电阻率的概念及分析方法地面水平，地下为均匀、无限、各向同性介质。 均匀大地大地电阻率的应用条件 实际工作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，断层裂隙纵横交错，或者有矿体充填其中。A(+I)B(-I)X(a)(b)地电断面 ？电阻率不均匀时地下电流分布示意图 例如3、视电阻率的概念及分析方法 在自然界中，地下地质情况是复杂的，各种不同岩(矿)石分布是不均匀的。在电法勘探中，常把按电阻

11、率划分的地质断面称为地电断面。M NV视电阻率 虽然不是岩石的真电阻率，但却是地下电性不均匀体和地形起伏的一种综合反映。 3、视电阻率的概念及分析方法视电阻率在不均匀体和地形起伏的分布示意图 下面对微分公式加以推导 在地形起伏、存在不均匀地质体，且测量电极的间距很小时，用 分别表示MN处的电场强度、电流密度和电阻率。3、视电阻率的概念及分析方法由电位差可表示为: 欧姆定律的微分形式 上式对任何布极形式和电极间距离以及地下任何不均匀情况均适用。它清楚地表明，视电阻率在数值上与MN间沿地表的电流密度和电阻率的分布有关，而地表电流密度的分布，既受地表电阻率分布也受地下电性不均匀体的影响。因此，在电极

12、排列一定的条件下， 的变化由地表及地下电阻率分布所决定。3、视电阻率的概念及分析方法 当MN很小时，可将MN范围内的电场强度视为不变，上式可化为 如果在均匀半无限介质的条件下， ，且此时所测得的 ，故有：即： 于是，我们可得地形起伏且存在不均匀体时视电阻率的微分形式：在分析一些理论计算、模型实验及野外地面观测结果时，经常要用到它。 当地面水平时A(+I)B(-I)X(a)(b)重新分析：当地下只有一种岩石时，两式是相同的，故按视电阻率的计算式算得的s值等于岩石真电阻率值。s剖面曲线乃为一条数值等于p的直线。视电阻率的计算公式视电阻率的分析公式电法勘探传导类电法一、电阻率法的基础知识二、电测剖面

13、法三、电测深法四、充电法五、自然电场法六、激发极化法二、电测剖面法a、中间梯度法b、联合剖面法c、偶极剖面法d、对称四极剖面法e、三极剖面法f、二极剖面法方法特点：研究地电断面横向变化的一类方法采用固定的电极距，沿剖面移动电极装置，观测一定深度范围内视电阻率沿剖面的变化。解决主要地质问题：探测产状陡立的高、低阻体，如划分不同岩性接触带、追索断层及构造破碎带。二、电测剖面法a、中间梯度法装置的特点：供电电极AB=410h的距离取得很大，且固定不动;测量电极MN在其中间三分之一地段逐点测量,记录点取在MN= 1/201/50 AB中点。观测线除了沿AB联线观测外，还可以在AB联线两侧一定范围的测线

14、上进行观测，因此它的生产效率较高。目前我国大部分直流激电工作都是采用中梯排列，在获得激电参数的同时，也得到了视电阻率的资料。利用视电阻资料有利于对激电资料的综合解释。视电阻率异常曲线特征1.1 1 -3 -2 -1 0 1 2 3 10.90.8qh推测深度：h0.7 xh1.3 qh2 mb、联合剖面法MANBC地“无穷远”K横向分辨能力强，异常明显。适合于水文、工程地质及构造找矿。装置相对笨重，地形影响大。解释时具体分析。A-MNMN -B由两个三极装置组成:A-MN, MN B（C为无穷远）OAO=BO3h; MN=1/31/5A0低阻球体视电阻率异常曲线特征-10 -5 0 5 10

15、10.80.6低阻球体上联剖与对称四极法的s 异常曲线高阻球体视电阻率异常曲线特征-10 -5 0 5 10 1.21.1 1高阻球体上联剖与对称四极法的s 异常曲线MANBC“无穷远”K水井寻找地下水断层构造地层起伏构造桥梁工程基础勘查断层c、偶极剖面法AB=MN=a OO=35ha=1/41/6 OOJA B M N 数据点的分布图低阻球体上偶极装置视电阻率剖面曲线等值断面异常图电法勘探传导类电法一、电阻率法的基础知识二、电测剖面法三、电测深法四、充电法五、自然电场法六、激发极化法三、电测深法1、电测深法的概念2、水平两层电测深3、水平三层电测深4、电测深的定性解释5、野外工作方法1、电测

16、深法的概念勘探目的：了解某一地区垂直向下由浅到深的视电阴率等方面的地质变化的情况，从而提出了电测深这一方法，勘探方法：是基于在同一个测点上逐次扩大电极距，使探测深度逐渐加深，这样便可得到观测点处沿垂直方向的变化情况。如图常用的对称四极测深是以测点为中心，AB极距对称于测点向两旁按一定倍数增加，MN分段固定（另一种方法是MN与AB极距保持固定比例）可测出每一极距下的值，用双对数坐标纸绘制电测深曲线。电测深s曲线AB/2(米)11010010001001000s（欧姆米）MANB野外装置排列示意图引起曲线变化 主要因素：是各电性层的厚度、电阻率的大小、层数的多少以及电极距的长短。电测深法最合适的探

17、测对象：水平或相当平缓（倾角不超过20度）的岩层。在这种条件下，可以定量地求出各电性层的厚度和电阻率。 装置类型很多，且不同装置具有不同的探测能力。有：对称四极电测深法、三极电测深法、偶极电测深法及环形电测深法。 我国运用最广泛的对称四极测深法（或称垂向电测深法），其表达式为：装置类型三、电测深法1、电测深法的概念2、水平两层电测深曲线3、水平三层电测深曲线4、电测深的定性解释5、野外工作方法2、水平两层电测深曲线AB/221sAB/2s21AB/2s1水平两层断面包括三个数： 、 及 。两曲线基本形态的是 和 两者之大小关系。它们可能有如下两种关系G型D型当AO时，在第一层中MN处的电流线近

18、似呈水平分布，AB/221s现以为例讨论上述曲线的变化特点。EAO三、电测深法1、电测深法的概念2、水平两层电测深曲线3、水平三层电测深曲线4、电测深的定性解释5、野外工作方法水平三层断面包括五个数： 、 、 、 及 。三层曲线较二层曲线复杂，但决定三层曲线基本形态的是 、 和 三者之大小关系。它们可能有如下四种关系3、水平三层电测深曲线三层断面曲线类型图AB/2AB/2AB/2AB/2HAKQH型三层曲线：A型三层曲线：K型三层曲线：Q型三层曲线：三层电测深曲线四种类型四层模型(8种典型曲线）HAHKQQQHAAAKKQKH五层模型(几种种典型曲线）？三、电测深法1、电测深法的概念2、水平两

19、层电测深曲线3、水平三层电测深曲线4、电测深的定性解释5、野外工作方法4、电测深的定性解释 定性解释是根据曲线的特征绘制反映测区电性变化的各种定性图件来说明测区的地质构造特征。（1）视电阻率曲线类型图：在测深点分布平面图的各测点旁，以缩小的比例尺绘制相应的电测深曲线，并且标上首尾支的视电阻率值.（2）视电阻率等值线图：研究沿测线方向的地电断面的变化情况。此图件能反映地下构造特征及各种地质现象的大致面貌。为说明某一固定深度上视电阻率的变化，常选择某一固定AB/2极距的 ，作出剖面图或是平面图。剖面图的横轴按照工作比例尺绘上测点的位置，而纵轴方向绘出某一AB/2极距时的 .其地质解释和电剖面法相同

20、。平面图就是将测点位置点在平面图上，然后将某一极距的 写在各测点上，最后连成等值线。它反映的是全区构造走向的概念。（3)等极距剖面图和平面图曲线类型图算术坐标视电阻率拟断面图对数坐标下视电阻率拟断面图三、电测深法1、电测深法的概念2、水平两层电测深曲线3、水平三层电测深曲线4、电测深的定性解释5、野外工作方法5、野外工作方法() 测网密度选择 测深点间的距离，既决定于所需勘探的详细程度，也决定于待测标准层的深度及倾角。测深点的间距可用下式求得：5、野外工作方法 电测深在 时，才能取得较好的结果。一般来讲，测点间距等于的测网就可以认为是有临界密度的测网，其主要取决于勘探的详细程度与探测构造的大小

21、，保证在最小有用的构造范围内至少有-3个测深点便可。() 极距和的选择选择极距的原则：曲线光滑，保证解释精度；曲线的左支达到渐近线，以便于解释、求出，也便于求得较准确的。右支应可靠地表现出标准层的渐近线。5、野外工作方法第一个条件（曲线光滑，保证解释精度）它要求供电极距相邻两个极距间有同时还要有满足：理论曲线的计算是基于时所得，所以不能过大，另外增大导致探测深度大大降低；太小导致测量电位差准确度不高。第二个条件（曲线的左支达到渐近线）根据第一层的厚度来选择的最小极距，应使：第三个条件（右支应可靠地表现出标准层的渐近线）根据待测标准层顶板的埋深来选择的最大极距，使尾支出现渐近线至少有三个极距的读

22、数。电法勘探传导类电法一、电阻率法的基础知识二、电测剖面法三、电测深法四、充电法五、自然电场法六、激发极化法高密度电阻率法高密度电阻率法一、高密度电阻率法的特点、应用范围二、高密度电阻率发的基本原理和工作方法三、高密度电阻率法的工作流程四、数据处理与解释一、高密度电阻率法的特点、应用范围1、高密度电法的特点 地电信息丰富 数据采集和记录实现了自动化 解释方便且勘探能力高 工作效率高、成本低一、高密度电阻率法的特点、应用范围2、高密度电阻率法的应用范围 主要应用： 隧道病害探测 建筑物基础检测 堤坝管涌探测 岩溶勘查 煤田采空区 地下古墓探测等工程勘查方面 高密度电阻率法一、高密度电阻率法的特点、应用范围二、高密度电阻率发的基本原理和工作方法三、高密度电阻率法的工作流程四、数据处理与解释二、高密度电阻率法的基本原理和工作方法1、基本原理 高密度电阻率法属于常规电阻率法，就其原理而言，与常规电阻率法完全相同，仍然以岩、矿石的电性差异为基础，通过观测和研究人工建立的地下稳定电场的分布规律来解决水文、环境和工程地质问题的。二、高密度电阻率法的基本原理和工作方法1.主机2.转换开关3.电池4.电极5.电缆线工作装置示意图固定断面扫描测量数据点分布示意图 滚动断面扫描测量数据点分布示意图 高密度电阻率法一、高密度电阻率法的特点、应用范围二、高密度电阻率发的基本