高密度电阻率法.ppt

高密度电阻率法DateDate1 1高密度电阻率法高密度电阻率法内容1 高密度电电阻率法的基本原理 2 高密度电电阻率法野外工作技术术 0 绪绪言5 资资料解释释与分析4 数据处处理6 应应用实实例3 野外数据采集* *2 2高密度电阻率法高密度电阻率法0 绪言l在矿产资源、工程及环境等地质调查中，由于 地质背景的多变性和复杂性，使常规电法勘探 很难满足实际地质调查的需要因此，被地学 中称为“CT”的高密度电阻率法有了长足的发展 在各类地质调查中发挥了重要的效率与作用 l高密度电阻率法（又称电阻率影像法）是一种 阵列式的电法勘探方法，早在20世纪70年代未 期，英国学者就设计了电测深偏置系统，建立 了高密度电阻率的最新模式80年代后期，我 国地质矿产部门首先开展了高密度电阻率及其 应用技术的研究，并探讨完善了该方法的技术 和理论DateDate3 3高密度电阻率法高密度电阻率法1 高密度电阻率法的基本原理l高密度电阻率法是常规电阻率法的一个变种， 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 决矿产资源、环境和工程地质问题。

当人工向 地下加载直流电流时，在地表利用相应仪器观 测其电场分布，通过研究这种人工施加电场的 分布规律来达到要解决地质问题的目的，研究 在施加电场的作用下，地层中传导电流的分布 规律求解其电场分布时，在理论上一般采用 解析法其电场分布满足式（1.1）的偏微分方 程：DateDate4 4高密度电阻率法高密度电阻率法l式中 为电场点坐标， 为源点坐标，当 l时，即只考虑无源空间时，上式变为拉普拉斯方程： 但是在复 杂条件下，无法求得拉氏方程的解析解，因此主要是采用各种数值模 拟方法例如：二维地电模型使用点源二维有限元法、三维地电模型 则使用有限差分法等来解决上述问题 l高密度电阻率法在工作时与常规电阻率方法在原理上是一样的，电阻 率的求取通过给AB极供电I，利用MN测量电位差 而获得实际中 ，通过式（1.2） l l （1.2）（1.1） 求得测点x处的视电阻率值。

目前的高密度电阻率法实际上是多种排列的常规电阻率法与资料自动处理 相结合的一种综合方法1.21.2））DateDate5 5高密度电阻率法高密度电阻率法l1.1 电阻率法基本理论 l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，可以达到查明地下地质构造或解决某些地质问题、 寻找有用矿产之目的 l1.1.1岩土介质的电阻率 l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从物理学中我们 已经知道当电流沿着一段导体的延伸方向流过时，导 体的电阻率与其长度l成正比，与垂直于电流方向的导体 横截面积成反比即：l式中比例系数ρ，称为该导体的电阻率将上式改写成DateDate6 6高密度电阻率法高密度电阻率法l显然，电阻率在数值上等于电流垂直通过单位立 方体截面时，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 在国际单位制中，电阻R的单位为 （欧 姆），长度l的单位为米，截面积S的单位为 ， 电阻率的单位为欧姆•米，写作 。

电阻率的倒 数即为电导率，以 表示，它直接表征了岩石的 导电性能其单位为西门子/米，或s/m. l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 物则可以分为三种类型：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，因此电阻率很低比 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 DateDate7 7高密度电阻率法高密度电阻率法l大多数金属矿物均属于半导体半导体中的自由电子很少，它们主要不是 靠自由电子，而是靠“空穴”导电因此，其电阻率都高于金属导体，并有较 大的变化范围表1.1列出了若干常见的半导体l矿物及其电阻率的变化范围由表中可见，大多数金属硫化物(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(小于1欧姆. 米)，具有良好的导电性；部分金属硫化物和氧化物(如辉锑矿、锡石、软锰 矿、铬铁矿和赤铁矿等)电阻率较高表1.1常见半导体矿物的电阻率值 表1.1常见半导体矿物的电阻率值DateDate8 8高密度电阻率法高密度电阻率法l绝大多数的造岩矿物，如表1.2所出了岩石的电阻率及其变化范围 ，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，由于离子要克服的势垒电位相 当大，故其电阻率很高，导电性很差，在干燥情况下可视为绝缘体 表1.2 岩石的电阻率值 DateDate9 9高密度电阻率法高密度电阻率法l由表1.2可见，尽管主要造岩矿物的电阻率都在10 . 以上，但岩石的电阻率 及其变化范围都要小一些岩浆岩的电阻率为100到 ，沉积岩的电阻率 一般为l0到100欧姆•米，但化学沉积岩的电阻率要超过这个范围；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l各种岩、矿石的电阻率均无定值且有相当大的变化范围，这一事实表明， 影响岩、矿石导电性的因素很复杂.其主要是岩、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波的矿化度等一船来说，岩、 矿石中良导金属含量增高，电阻率就降低但相比之下，岩石的结构具有 关键性的影响事实证明，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具有更高的电阻率这是因为，前 者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；而后者良导矿物却是互相连通的，见图1.1。

图1.1岩石中矿物结构示意图(a) 浸染状结构（b）细脉状结构 DateDate1010高密度电阻率法高密度电阻率法l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，如岩桨岩孔隙度较小 ，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另外 还有—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0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 DateDate1111高密度电阻率法高密度电阻率法l一、均匀各向同性半空间点电源的电场 l均匀各向同性半空间是指地面下的岩石，它的电阻率在各处都是均匀的，各方向都是相同的 假设地表为水平，有一个正电极A不断地往地下供电，另一端D在无穷远处，这时电流线呈辐 射状均匀向外流出，见图1.2l1—电流线 2—等位线 l图1.2 地下电流线分布图 l若由A，B两点向地下供电，在其中间MN处的电位为 l由此式中K又仅与A，B，M，N电极相对距离有关，称为装置系数。

在地表水平的均匀介质中，不管K如何变化，所测得的电阻率都是不变的 DateDate1212高密度电阻率法高密度电阻率法l1.1.2、视电阻率l在实际工作中，各种岩层具有不同的电阻率由AB供电，MN测量电位差 来确定岩石电阻率，利用ρ=R(S/L)式进行计算，其结果不是电阻率的真值 ，而是各种介质电性综合影响的结果，称之为视电阻率而它还与电极系 间距的大小和介质中某些不均匀体的相对位置有关我们还可用近似公式 ： 表示 式中是测量电极MN之间的电流密度，是均匀介质中MN之间的电流密度，为MN间的真电阻率 DateDate1313高密度电阻率法高密度电阻率法l若地下有良导电的地质体存在，它对电流有吸引作用，电流大部分被良 导l体吸引，使地表MN处附近的电流密度减少，即 减小，这时 ＜ ，在电子导体上方 是减小，在远离电子导体的地方， 趋近于 相 反，l若地质体为高电阻率时，对电流有排斥作用， ＞ ，则 增大l于是我们可以说，如 在某处变小，则该处有低电阻率地质体存在(如 硫化矿体，地下水等)；如 增大，则有高电阻率地质体存在。

我们在 地表供电，在地表进行观测以判断地下的地质情况，这是与电流密度在 地下分布状态有关的 图图1.31.3DateDate1414高密度电阻率法高密度电阻率法1.2 高密度电阻率法l高密度电阻率法是一种新兴阵列勘探方法，将多个电极( 可达上百根)置于测线上，通过电极转换开关和工程电测 仪便可实现数据的快速自动采集并能够进行现场数据处 理、分析和成图关于阵列电探的思想提出和发展已有 30多年的历史，并先后开发研制成了几种类型的仪器 到90年代后期，随着人们对高密度电阻率法应用技术认 识的加深、电子技术和计算技术的发展，高密度电阻率 法无论在装置选择、采集方式、数据处理和成像技术等 方面均得到了很大提高高密度电阻率法具有较强的抗 干扰能力，且探测深度较深，野外采集的数据量较大， 从一定意义上讲提高了探测精度相对于常规电阻率法 而言，它具有以下特点： DateDate1515高密度电阻率法高密度电阻率法l1).电极布设是一次完成的，这不仅减少了因电 极设置而引起的故障和干扰，而且为野外数据 的快速和自动测量奠定了基础 l2).能有效的进行多种排列方式的扫描测量，因 而可以获得较丰富的关于地电断面结构特征的 地质地球物理信息。

l3).野外数据采集实现了自动化，提高了采集速 度 l4).可对采集数据进行实时处理，并能计算出电 阻率成像的反演结果DateDate1616高密度电阻率法高密度电阻率法（一）、仪器结构DateDate1717高密度电阻率法高密度电阻率法WDJD-3多功能数字直流激电仪 DateDate1818高密度电阻率法高密度电阻率法操作面板 DateDate1919高密度电阻率法高密度电阻率法高密度电法工作示意图 高密度电法工作示意图 DateDate2020高密度电阻率法高密度电阻率法高密度电阻率法电极排列的发展 l高密度电法开始时，研究的排列方式主要有三 种：阿尔法，贝塔和伽马现在排列方式已发 展到十几种不过仔细研究就可发现，所有排 列都是从对称四极（施伦贝谢尔， Schlumberger）、偶极-偶极（dipole-dipole） 、单极-偶极（pole-dipole）、单极-单极（pole- pole）演变而来（其中，伽马排列方式无变种） 如：AM=MN=NB 时,Schlumberger排列就变 成阿尔法排列；AB=BM=MN时，偶极-偶极排列 就变成贝塔排列；对于。