电法勘探实习报告

-.z.本科生实习报告实习类型生产实习题目电法勘探实习报告学院名称地球物理学院专业名称勘查技术与工程（石油物探）学生**学生**指导教师肖宏跃实习地点**理工大学实习成绩2015年9月-2015年11月-.z.目录第一章绪论11.1实习目的11.2实习安排11.3实习内容1第二章联合剖面法12.1方法原理12.2仪器设备12.3实施步骤12.4成果解释1第三章高密度电法13.1方法原理13.2仪器设备13.3实施步骤13.4成果解释1第四章大功率激发极化法14.1方法原理14.2仪器设备14.3实施步骤14.4成果解释1第五章实习总结1-.z.第一章绪论电法勘探是勘探地球物理学中的一个重要分支，是电学、电磁学、电子学及电化学在解决地质找矿及地质学问题中发展起来的一门应用科学。电法勘探（常称为电法或电探）的地球物理学基础是地壳中多数岩矿石之间存在的电学性质的差异，它是通过观测和研究由电性差异引起的人工或天然电磁场的空间和时间分布规律及其变化特点，从而达到查明地下地质构造或矿产分布的一组勘探方法的总称。1.1实习目的本次实习的主要目的：1）学习一系列电法勘探方法，了解一系列电法勘探仪器的操作及布线；2）学会对所采集数据进行初步整理，以及使用相关软件进行相应处理和成果图的绘制；3）巩固理论知识和培养学生理论与实践相结合的能力，能快速适应生产，解决一系列地质问题。1.2实习安排本次实习时间为2015年9月-11月。实习进度安排如表1-1。表1-1实习进度安排一览表时间地点内容2015年9月7日地球物理学院水槽实验室联合剖面法实习2015年9月8日地球物理学院5417AMT数据整理2015年9月9日地球物理学院5417联合剖面数据处理及作图2015年11月3号理工东苑旁边试验场AMT室外实习2015年11月4日金工实习基地后面高密度电法室外实习2015年11月5日地物院楼前草坪上大功率激发极化法室外实习2015年11月6日地球物理学院5417机房激电资料、高密度电法处理1.3实习内容在电法勘探的实践中已被利用的电学性质有：描述岩、矿石导电性的电阻率（ρ），反映岩、矿石磁性强弱的磁导率（μ），表示岩、矿石电化学活动性的极化率（η）和岩、矿石的介电常数（ε）等。本次实习包括：联合剖面法、大功率激发极化法、高密度电法以及AMT。第二章联合剖面法2.1方法原理联合剖面法是两个三极装置AMN∞和∞MNB联合进行探测的一种电剖面法，即是由两个三极装置组合而成。所谓三极装置，是指一个供电电极置于无穷远的装置。如图2-1所示，A、M、N、B四个电极位于同一条测线上，以M、N之间的中点作为测点，且AO=BO,MO=NO，电极C是两个三极装置共同的无穷远极，一般假设在测线的中垂线上，与测线之间的距离大于AO的5倍，如果平行测线布置，距MN中点的距离应该大于10倍AO。因此，提供了较为丰富的地质信息。工作中将A、M、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电极供电时的电位差QUOTE和电流强度I，B、C电极供电时的电位差QUOTE和电流强度I，然后求得两个视电阻率QUOTE和QUOTE。每个测点观测结果是用下列两式分别计算：AMNQUOTE装置QUOTE（2-1）装置QUOTE(2-2)式中QUOTE分别为AMN装置和装置的装置系数。图2-1联合剖面装置示意图2.2仪器设备实习所用相关仪器设备见表2-1。表2-1联合剖面法仪器设备一览表设备名称个数WDJD-3多功能数字直流激电仪1（台）36v电池箱1（个）无穷远电极线1（根）电池电极连接线若干2.3实施步骤1）在水槽中放置低阻铁板,顶面埋深1～4cm，测线通过铁板中心在水面的投影。联合剖面法极距按AO=6cm,MN=4cm,点距2cm,将C极置于无穷远处。计算装置系数；2）布设联合剖面法电极，连接仪器，在WDJD-3上设置极距参数，准备好记录的纸和笔；3）逐点移动电极，测量(注意：测量一个点时要A、B极交换供电，记录测点坐标，R0为A极供电，R1为B极供电)。2.4成果解释图2-2联合剖面解释图由图2-2可知，左边的ρsA＞ρsB，右边ρsA＜ρsB，为直立低阻体。这种交点常常出现在良导体上方。由于断裂带中含有较多的水分，电阻率较低，能产生明显的低阻正交点。因此交点往往指示低阻体和断裂带的存在。第三章高密度电法高密度电法是以岩、土导电性差异为基础，研究人工施加稳定电流场的作用下地中传导电流分布规律的一种电探方法。根据在施加电场作用下地中传导电流的分布规律,推断地下具有不同电阻率的地质体的赋存情况。高密度电阻率法的物理前提是地下介质间的导电性差异。3.1方法原理基于电阻率法的原理，采用一种阵列勘探方法，利用程控多路转换器和微机电位仪组合方式，实行不同装置类型和不同极距的断面或立体视电阻率测量，兼顾了电阻率剖面和电阻率测深法，达到断面或立体勘查到目的。它通过A、B两电极向地下供电流I,然后在M、N两极间测量电位差ΔV,从而可求得该点(M、N之间)的视电阻率值：QUOTE（3-1）根据实测的视电阻率剖面,进行计算、分析,便可获得地下地层中的电阻率分布情况,从而可以划分地层,判定异常等。通常高密度电阻率法采用的是三电位电极系，即是将温纳四极、偶极及微分装置按一定的方式组合后构成的一种测量系统。该系统在测量时利用电极转换装置将每相邻的4根电极进行一次排列组合，从而可以在一个测点上获得3种电极排列的测量参数。通常将这三种排列分别称为α排列、β排列、γ排列，对应的视电阻率计算公式分别为：QUOTE(3-2)其中装置系数Kα=2πa；QUOTE(3-3)其中装置系数Kβ=6πa；QUOTE(3-2)其中装置系数Kγ=3πa。上述三个式子中QUOTE为三电位电机系的电极距。当点距为QUOTE时，QUOTE,(n=1，2，…,15)。由于一条剖面上地表测点总数是固定的，故当极距扩大时，反应不同勘探深度的测点数将依次减少。若将三电位电机系的测量结果显示与测点下方深度为QUOTE的位置上，于是，整条剖面的测量结果便可以表示成一种倒三角的二维断面的电性分布。3.2仪器设备实习所用相关仪器设备见表3-1。表3-1实习所用仪器设备一览表仪器设备名称数量WDJD-3多功能数字直流激电仪1（台）WDJD-3多路电极转换器1（台）大线2（捆）100m测绳1（条）电池箱1（组）测量电极60（根）接地电极1（根）万用表1（个）连接导线若干转换线1（根）3.3实施步骤1）按测线排列方式进行测线布置，测线长度60m，电极测量间距1m，每根电极埋深约占电极的2/3长度；2）测线布置好后，用连接导线连接好仪器、测线、电极；3）用万用表检查电源电压是否工作正常，进行接地电阻检查，以检查每根电极是否工作正常；4）将仪器工作参数设置成α排列装置测量，测量完成后，α排列测量完成后，依次修改参数，完成β排列、γ排列的测量；5）完成一条测线的测量后，移动排列，重复上述步骤，进行下一条测线的测量。3.4成果解释图3-1高密度α排列断面等值线图图3-2α排列高密度反演结果图3-3高密度β排列断面等值线图图3-4β排列高密度反演结果图3-5高密度γ排列断面等值线图图3-6γ排列高密度反演结果通过从图3-2、图3-4、图3-6可以看出地表层从0到1.5米的地方是呈现出高阻的态势，这和我们使用电测深得到的结果是一样的，当然高密度更能精准的反映出地下断面的情况，因为高密度不仅包含电测深还包含了点剖面，中间层是低阻层，再往下又慢慢变成高阻，通过alpha装置的反演可以看出，中间有一个接近球形的低阻区域，因为是学校的地形，判断下面可能是一个含水量比较大的球形体。第四章大功率激发极化法激发极化法是根据地下地壳中不同岩、矿石的激电效应差异为物理基础，通过观测和研究人工建立的直流或交流激电场的分布规律进行找矿和解决地质问题的一种电法勘探分支方法。4.1方法原理激发极化法是观测、研究被探测对象在外电场激励下产生的次生极化电场的变化规律的工程电法勘探方法。断电瞬间观测到的次生极化电场称为二次场(△V2，mV)。它的强弱和衰减快慢，除与充电时间、充电电流和装置类型有关外，主要与被探测对象的岩性、状态、含水量和含泥量等因素有关。因此，只要使充电时间、充电电流和装置类型保持不变，选择合适的与二次场有关的参数(如极化率、衰减时、激发比和衰减度等)，研究这些参数的变化规律即可达到划分岩性，寻找岩溶、断层破碎带和其他含水构造的目的。激发极化法分为直流激发极化法（时间域法）和交流激发极化法（频率域法（SIP））。常用的电极排列有中间梯度排列、联合剖面排列、固定点电源排列、对称四极测深排列等。在本次实习过程中进行的是直流激发极化法，采用的电极排列为中间梯度排列。向地下供直流电时，在供电电流不变的情况下，地面两个测量电极间的电位差却随时间而有所变化（一般是变大），并在相当长时间后（几分钟）趋于*一稳定的饱和值。断电后，测量电极间仍存在一随时间而减小的微小电位差，并在相当长的时间后（几分钟）衰减趋于零。这种在充电和放电过程中产生随时间而变化的附加电场的现象，称为“激发极化效应”。这种变化的附加电场，称为“激发极化场”，简称“二次场”（如图4-1）。图4-1机电效应外在表现示意图刚接通供电电流的瞬间，在测量电极间建立的电位差不包含激发极化效应，它只与岩石的电阻率以及观测装置、供电电流有关，称为“一次场电位差”△V1，一次场也就是外加的人工电场。供电一段时间后电位差，除上述一次电位差而外，还包含了激发极化效应，称之为“极化场电位差”△V，它是一次场电位差（△V1）及一次场电位差（△V2）之和，即：△V（t）=△V1+△V2（t）（如图4-2）。图4-2激发极化特性曲线图在相当大的*围内改变供电电流，二次电位差都与极化场电位差成正比，而没有非线性和正、反向极化的差异，也即：△V2=η△V。比例系数η表征了岩石的激发极化性质，称之为“极化率”，通常用百分数表示。于是△V2=η△V改写为：QUOTE(4-1)式中：△V是达到饱和值的极化场电位差，△V2是断电瞬间（没有延迟时间）的二次场电位差。因此，极化率（η）的物理意义是：岩石在外电场的激发下，二次场与极化电场的比值。它表征了岩石的激发极化性质。当地下存在两种或多种极化率不同的岩石时，比值△V2/△V是在供电电流分布明显*围内，各种岩石极化率的综合反映，称为视极化率“η”，即：QUOTE(4-2)公式形式和式中参数意义与公式（4-1）相同。在野外实际测量中，△V2的观测都是有延时的（100ms等，可以在仪器进行设定）。△V2（100ms）较△V2（0ms）已有一定程度的衰减，计算出的实测ηs27值与理论值间将差一个系数。但如果整个工区各点的观测都采用相同的延时，则此系数各点相同，观测得到的视极化率（ηs）异常形态不变。如果测物性也用同样的延时，则视极化率ηs与地下岩、矿石的真极化率(ηi)的关系也是统一的。大功率激发极化法中间梯度装置只需设一次供电导线和供电电极，能在相当大的面积上进行测量，且能同时用多台接收机同时在多条测线上进行观测。其工作效率高，扫描速度快而成为近年来电法工作中的主要方法，而且其极化率参数不受地形影响。中间梯度（简称中梯）的供电电极AB是固定的，测量电极MN在AB中部1/3～2/3的*围内沿测线逐点移动，观测相邻两点电位差。此外，MN电极还可以在离开AB连线一定距离（AB/6*围内）且与之平行的旁测线上进行观测。这种排列实用于观察所要探测的相对地表一定深度的电阻率变化(如图4-3和图5-4)。该装置又有纵向中梯（AB垂直极化体走向）和横向中梯（AB平行极化走向）之分。图4-3装置示意图图4-4中间梯度装置简图大功率激发极化法中间梯度装置中，每个测点的K值都不相同，主测线与旁侧测线的K值计算公式形式也不一。根据K值的基本计算公式，再利用大功率激发极化法中间梯度装置中电极A、B、M、N的相对几何坐标位置，就可以推算出该装置K值的一般表达式。相关计算公式如下：1）装置系数计算公式：QUOTE（4-3）式中AM、AN、BM、BN为表示A、B和M、N间的水平距离。2）旁侧线的视电阻率计算公式：QUOTE（4-4）式中，QUOTE为旁侧线的装置系数，QUOTE为相邻间电位差，I为测量的电流。3）旁侧线中AM、AN、BM、BN的计算公式：QUOTE（4-5）QUOTE（4-6）QUOTE（4-7）QUOTE（4-8）式中，*表示从供电级点到测量电极的中点的距离，y表示两条测线之间的垂直距离，这里就可以认为y=1m。4.2仪器设备实习所用相关仪器设备见表4-1。表4-1实习所用仪器设备一览表设备名称功能数量大功率发电机提供交流电1（台）整流器将交流电转化为直流电1（台）平衡器平衡电流，防止仪器烧毁1（台）WDFZ-5A型大功率智能发射机控制发射机相关参数1（台）WDJS-2型数字直流激电接收机测量记录极化参数2（台）连接电线连接仪器设备若干4.3实施步骤1）连接仪器和布设主测线，主测线长度33m，A极位于6m处，此后每隔1m挖置一个小坑，挖到26m处。中间进行加密，加密间隔0.5m，主测线为2号测线；2）在距主测线上下垂直距离各1m处，布设旁测线，与主测线平行，分别为1号测线和3号测线，但不进行加密处理；3）使用WDJS-2型数字直流激电接收机按测线号依次测量数据，记录下电压值V及极化率M1；4）测量完成后，回收仪器，填平土坑；5）进行室内数据处理。4.4成果解释图4-5地物院草坪一号测线视极化率、视电阻率剖面图图4-6地物院草坪二号测线视极化率、视电阻率剖面图图4-7地物院草坪三号测线视极化率、视电阻率剖面图图4-8地物院草坪视电阻率、视极化率平面等值线图由图4-5、4-6、4-7可知，中间测点上大体呈现出低阻高极化趋势，尤其是主测线的剖面图（图4-6）很明显地看出，在中间的位置，即18米附近存在明显的低阻高极化趋势，从两条旁侧线的剖面图也可以看出大概的趋势，但单独从旁侧线来看并不是很准。可能有以下原因：1）铁块埋藏年限比较久远，已经发生氧化反应或者其他的复杂的化学反应；2）铁块埋藏地点不是很确定，所以主测线的加密点未必就和埋藏铁块对应的很好，所以测出的数据并不是特别地准确；3）其他地下复杂的围岩导致一些数据的跳动比较大，另外，电磁耦合效应也会对测量数据造成一定影响；4）人为操作不当，诸如供电电极，测量电极没有良好地接触，硫酸铜溶液的浸泡不规*，挖坑人员在挖坑的时候也不是很规*等一系列问题。由图4-8的视极化率、视电阻率平面等值线图，还是能明显看出一些趋势。视极化率的断面图可以清晰地反映出在16到20米*围内呈现出较高极化率（相对于其他测点的极化率而言）；从视电阻率的断面图也能看出在16-18米的*围内呈现出低阻（这相对于12m-15m以及18m-25m*围内的电阻率而言）。在起始测点处呈现出非常低的电阻，该处可能含水量较多，但是对比视极化率断面图，它又呈现出非常低的极化率，这若是含水则不太正常，水分子的极化率不会这么低。因此，要明确是何原因所致，还需要进一步的勘探调查。第五章实习总结为期两周的实习，让我进一步认识和了解了联合剖面法、大地音频电磁测深（AMT）法、高密度电法、大功率激发极化法4种方法的原理、实际施工步骤、常见问题的应对、数据处理中应注意的事项。对WDJD-3多功能直