地球物理勘探电法电磁法.ppt

地球物理勘探 电法、电磁法,它是以岩、矿石的电学性质（如导电性）差异为基础，通过观测和研究与这些电性差异有关的（天然或人工）电场或电磁场分布规律来查明地下地质构造及有用矿产的一种物探方法，称为“电法”什么是电法勘探：,电法勘探的特点：可用“三多”、“两广”来慨括,三多：,导电性（ρ 或 σ ）,电化学活动性（η）,介电性（ε）,导磁性（μ）,,①可利用的物性参数多,②利用场源多,人工场源,,天然场源,,直流电（稳定场）,交电流（交变场）,,,传导类电法勘探（直流电法）研究稳定电流场,感应类电法勘探（交流电法）研究交变电流场,,,③方法 种类多,,低频电磁法,频率测深法,甚低频法,电磁波法,大地电磁法,两广,,应用空间广,应用范围广,,航空 地面 海洋 井中,,金属和非金属矿 油气勘探 地质填图 水文与工程 深部构造（地壳、地幔）,第一节 电阻率法,一、电阻率法的理论基础,（一）岩、矿石的电阻率,1、电阻率基本公式,2、电阻率单位,SI制中,电阻R（Ω） 长度（m） 截面积（m2）,,电阻率ρ（Ω·m）,,3、导电机制,（1）溶液：带电离子 （2）金属导体：自由电子，如自然铜、金、银和石墨，电阻率低 （3）半导体：“空穴”导电，大多数金属硫化物，金属氧化物体，电阻率较低 （4）固体电解质：离子导电，绝大多数造岩矿物，如石英、云母、方解石、长石等，电阻率高,4、主要岩矿石电阻率及其变化范围,● ρ < ρ < ρ,沉,变,火,● 沉积岩： 10 ~102Ω · m,● 火成岩： 102 ~106Ω · m,● 变质岩：介于两者之间。

5、影响电阻率的主要因素,（1）矿物成分、含量及结构金属矿物含量↑，电阻率↓结构：侵染状 > 细脉状 （2）岩矿石的孔隙度、湿度孔隙度↑，含水量↑，电阻率↓风化带、破碎带，含水量↑，电阻率↓ （3）水溶液矿化度矿化度↑，电阻率↓,（4）温度温度T ↑，溶解度↑，离子活性↑，电阻率↓结冰时，电阻率↑ （5）压力压力↑，孔隙度↓，电阻率↑超过压力极限，岩石破碎，电阻率↓ （6）构造层的影响这种层状构造岩石的 电阻率，则具有非各向同性， 即沿层理方向的电阻率小于 垂直沿层理方向的电阻率,（二）均匀各向同性半空间点电源的电场,设大地是水平的，与不导电的空气接触，介质充满整个地下半空间，且电阻率在介质中处处相等，称这样的介质模型为均匀各向同性半空间即：,在物理学中，恒定电场是用三个相互有联系的物理量V（电位）、E（电场强度）和 j（电流密度）来描述的，其间的关系为：dv=-Edr , E=j ·ρ,为了建立地下电场，总是用两个电极（例如A、B）向地下供电这两个接地的电极（A、B）称为“供电电极”当供电电极的大小比它们与关测点的距离小得多时，可把两个供电电极看成两个“点”，故又将它们称为“点电源”,P,1、一个点电源的电场,,,,,,,,,,,,,,,,地面,ρ,空气,ρ,,,,,,,A,B → ∞,,,,,,,,,,,,,,,,M,r,,,设在地面A点向地下供电，电流强度为I，地下半空间的电阻率为ρ。

地下距A为的点M处的电流密度为：,电场强度为：,电位为：,对上式两边积分得：,当r→∞，V=0 ，则 C=0 代入上式得,2、两个异性点电源的电场,在任意点M处的，可按场的叠加原理知：,-,地下电流场在供电电极附近分布极不均匀，其值趋于无限大；而在两极中央地段，场的分布较均匀，变化较平缓 在AB的中点，V=0，中点左边V为正，右边为负； AB的中点上，E出现极小值三）地下电流沿深度的分布规律,= +,jh的方向平行于地表 上式表明，AB中垂线上任意一点M处 j 的大小，除与I 有关外，还与M点的深度（h）及电极距大小有关,当 h→∞， 0,→,当 h→0，,而在,即当 （或者）时， h深度的 电流密度最大，该供电电 极距称为“最佳电极距” 例如：要使100m深处的电流 密度最大，则AB应大于或 等于140m四）电阻率公式及视电阻率,1、（均匀大地）电阻率公式,M、N处的电位为：,,式中AM、BM、AN、BN分别A、B与M、N间的距离上两式相减可得M、N两点间的电位差：,则,令,则 均匀大地电阻率公式,,,式中的 k—称为装置系数（或布极常数），单位为“米”。

由于地下为均匀各向同性介质，故ρ与k、I的值无关上面所讨论的情况是在地形水平、地下仅有单一的均匀各向同性介质然而实际中，地下岩石的导电性往往是不均匀的、且地形亦不是水平的，因此有必要进一步讨论非均匀条件下地中电流场分布的情况2、非均匀介质中的地下电流场及视电阻率,“地电断面”—根据地下地质体电阻率的差异而划分界线的断面1）非均匀介质中的地下电流场,由图可见：,高阻体具有向周围排斥电流的作用低阻体具有向其内部吸引电流的作用2）视电阻率,当地表不水平或者地下电阻率分布不均匀时（存在两种或者两种以上介质），仍然采用前述均匀介质中的供电方式及测量方式，仍由前述的公式计算“电阻率值”，不过，这时计算出的“电阻率值”，既不是ρ1 ，也不是ρ2和ρ3，而是与三者都有关的一个量，称为“视电阻率”，用符号ρs表示，即,※ 视电阻率 —— 在电场有效作用范围内各种地质体电阻率的综合影响值3）影响视电阻率的因素 电极装置—供电电极（A、B）及测量电极（M、N）的排列形式和移动方式 ① 电极装置类型及电极距的大小 ② 测点相对于地质体的位置； ③ 电场有效作用范围内各种地质体的真电阻率； ④ 各地质体的分布状态（即形状、大小、埋深及相对位置）,,3、视电阻率的定性分析公式,视电阻率与电流密度的关系式，即,式中 测量电极 M、N 间任意点的电流密度和介质的真电阻率。

j —为均匀各向同性介质中 M、N 间的电流密度0,上式表明，ρs 与M、N间的介质的电阻率 ρMN 和电流密度 jMN 成正比1,2,3,4,5,6,7,ρ,,,剖面曲线的变化能清楚地反映出地下导电性不均匀体的位置及电阻率的相对高低ρs,,第一节 电阻率法,二、电阻率法的仪器和装备,由视电阻率的计算公式 可知，其仪器 功能就是测量出供电电流I及测量电极M、N间的电位差 ΔUMN即可除仪器外，其它装备还有：供电电极—铁棒或铜棒测量电极—铜棒、导线及供电电源电阻率法的常用电极装置类型 在电法勘查中，为了解决不同的地质问题，常采用不同的装置 目前，我国常用的电阻率装置类型有电剖面法、中间梯度法和电测深法 电阻率剖面法简称为电剖面法它包括许多分支装置：二极装置、三极装置、联合剖面装置 对称四极装置和偶极装置等第一节 电阻率法,三、电剖面法,装置特点：各电极间距离保持不变，使整个或部分装置沿着测线移动，逐点测量视电阻率的值所得到的ρs曲线是反映测线下某一深度范围内不同电性物质沿水平方向的分布情况电阻率法,,,,,联合剖面法,中间梯度法,对称剖面法,分类：,偶极剖面法,,,（一）联合剖面法,1、装置特点及 ρs 公式,AO=BO MO=NO,OC > 5AO,在测量时，C极固定不动，A、M、N、B间保持距离不变，四个极沿测线同时移动，逐点进行测量，测点为M、N的中点O。

每个点测量两次，得两个ρs值,由于C极为无穷远极，它在M、N处产生的电位很小，故可忽略不计，因此，联合剖面法的电场可视为一个“点电源”的电场2、联合剖面法 ρs 曲线特征分析,讨论直立低阻薄脉上联合剖面法ρs 曲线特征：,,,,,,由图可见：① 在直立良导薄脉顶部上方， 与 相交，且,交点右侧 < ，此交点称为联合剖面法的“正交点”（或低阻交点）；③ 与 曲线对称，交点两侧，两条曲线明显张开当薄脉为直立高阻脉时：联合剖面法 曲线右图两条曲线也有一交点，但交点左侧 > ,交点右侧 < ，此交点称为联合剖面法的“反交点”；且反交点不明显，而且两条曲线近于重合当薄脉倾斜时：曲线不对称，交点两侧两条曲线所围的面积不相等薄脉向两条曲线所围面积较大的一侧倾斜在实际工作中，常采用不同极距的联合剖面曲线交点的位移来判断脉状体的倾向3、实测曲线的分析及处理上面所讨论的是理想情况（如地形水平、围岩电性均匀）下的联合剖面ρs曲线的特征然而实际的情况是复杂的，当围岩电性不均匀，就会引起ρMN 的变化；地形起伏可引起ρMN的变化，造成ρs曲线的复杂化。

如纯地形起伏使得联合剖面曲线出现“正交点”（山谷）或“反交点”（山脊地形），在解释中应引起注意4、应用 联合剖面法主要用于探测产状陡倾的良导薄脉（矿脉、断层、含水破碎带）及良导球状矿体二）中间梯度法,1、装置特点及ρs公式：,采用四极AMNB装置，A、B供电，M、N两电极测量，供电电极距AB很大，MN=(1/50~1/30)AB工作时，A、B固定不动，M、N在AB中部 (1/2~1/3)AB范围内同时移动，逐点进行测量，测点为MN的中点k 不是恒定的，而是逐点变化的由图可见： 中间梯度法主要用来寻找陡倾的高阻薄脉（如石英脉、伟晶岩脉等）,原因：在均匀场中，高阻体的屏蔽作用比较明显，排斥电流使其汇聚于地表附近，使 jMN 急剧增加，致使ρs曲线上升，形成突出的高峰而低阻薄脉易于让电流垂直通过，只使 jMN 发生很小的变化，故 ρs 异常不明显特点分析： （1）利用均匀场 （2）工作效率高（一线供电，多线测量）,（三）对称剖面法,1、装置形式及 公式,A、B、M、N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，AO=BO，NO=MO，AMNB又称为“对称四极剖面法”为了便于分析对称剖面法的ρs 曲线，首先将对称四极剖面法与中间梯度法和联合剖面法作一比较。

从“场的特点”看：,还可以对称于“O”点再增加两个供电电极A′和B′，且AB>A′B′该装置称为“复合对称四极剖面法”利用该装置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根据场的叠加原理，易证明对称剖面法的 为联合剖面法两个视电阻率（ 和 ）值的平均值，即：,对称剖面法与中间梯度法都属于两个异性点电源的场，测量电极都为于剖面的中部，属均匀场，ρs 异常曲线的特点与中间梯度法类似但ρs曲线比中间梯度的 曲线复杂、生产效率低些※因此，一般能用中间梯度法解决的问题，就不用对称四极剖面法由图可见：显然低阻薄脉上的对称剖面法 异常不如联合剖面法的异常反映明显因此，一般不用对称四极剖面法寻找低阻的薄脉状地质体上右图为两种不同电阻率的岩层接触带上对称四极剖面法ρs曲线曲线1：为A、B过小，ρs主要反映复盖层的电阻率；曲线2：为A、B过大，即使测点距离接触面很远时，接触面另一侧岩石已对曲线产生影响，使得曲线中间的倾斜部分很长，难以准确判断接触带位置曲线3：为A、B极距合适，ρs曲线变化明显，可根据曲线的拐点位置来确定接触带的位置在探测基岩起伏以及地下只有一个电性界面的背斜或向斜构造时，往往在不同的地质情况下得到类似的对称四极剖面法ρs曲线。

高阻向斜（基岩凹陷）,低阻背斜（基岩隆起）,对称剖面法的 ρs 曲线,（1）判断基岩相对覆盖层是高阻还是低阻 （2）根据大极距曲线形态勾画基岩起伏,利用复合对称四极剖面法有助于解决基底的起伏问题2、对称四极剖面法的实际应用,※※用“对称剖面法”研究覆盖层下的基岩起伏（向斜或背斜）和对水文、工程地质提供有关疏松层中电性不均匀体的分布以及疏松层下的地质构造、划分接触带、寻找厚岩层（矿体）等。