简-电法部分复习题及答案.doc

考试复习题：第二篇 电法勘探1、 电法勘探的定义？ 电法勘探是以岩、矿石之间电学性质的差异为基础，通过观测和研究与这些差异有关的电场或电磁场在空间或时间上的分布特点和变化规律，来查明地下地质构造和寻找地下电性不均匀体(岩溶、风化层、滑坡体等)的一类勘查地球物理方法。一、电阻率法1、影响岩土介质电阻率的因素有哪些？怎样影响？ 自然状态下，岩土介质的电阻率除与介质组分有关外，还与岩石的结构、构造、孔隙度、湿度、矿化度及温度等因素有关。介质组分：一般来说，当岩石中良导性矿物的体积含量高时，其电阻率通常较低。相反，当造岩矿物含量高时，岩石电阻率亦很高。结构和构造：在导电金属矿物含量相同的条件下，岩石的结构起着重要的作用。浸染状结构岩石中良导性矿物被不导电矿物包围，其电阻率要比良导性矿物彼此相连的细脉状结构岩石为高。如对含针、片状矿物，沿层理方向（纵向）电阻率小于垂直层理方向（横向）电阻率，两个方向间存在各向异性。湿度：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。矿化度：矿化度越高，电阻率越低。温度：温度的变化直接影响着岩石的电阻率。这是因为，温度升高时，一方面岩石中水溶液的粘滞性减小，使溶液中离子的迁移率增大。另一方面，又使溶液的溶解度增加，矿化度提高，所以岩石的电阻率通常随温度的升高而下降。2、纵向电导和横向电阻的含义及其公式表述形式？ 为了研究层状介质的导电特性，我们在层状介质中取底面积为l、厚度为的六面岩柱体。水平均匀层状介质模型当电流垂直于柱体底面流过时，所测得的电阻称为横向电阻，用符号表示。显然，第i层的横向电阻等于该电性层的厚度与电阻率的乘积，即：当六面岩柱体由厚度和电性不同的个岩层组成时，按串联电路原理，其总横向电阻为：电流平行于岩柱体底面流过时所测得的电导称为纵向电导，用符号表示，单位为西门子。显然，第i层的纵向电导等于该电性层厚度与电阻率的比值，即：若六面岩柱体由个厚度和电性不同的岩层组成时，其总纵向电导为：5、请说明电阻率是怎样测定的？ 上式即为利用四极装置测定电阻率的基本公式，即两个供电电极之间测量一下电流，两个测量电极之间测量一下电位差，根据四个电极之间的相对位置测量装置系数(或排列系数)，代入上式求取即可。6、说明视电阻率和真电阻率的区别？ 真电阻率：电阻率是用来表征岩矿石电性好坏的参数。由材料性质决定。在数值上等于电流垂直流过单位横截面积条件下，单位长度导体的电阻。用符号表示。电阻率越低，导电性越好；电阻率越高，导电性越差。视电阻率：在理想情况（地面为无限大的水平面，地下充满了均匀各向同性的导电介质）下，利用电阻率的测量公式测得的是大地的真电阻率。然而实际情况是地形地质情况复杂，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，或有良导矿体、溶洞等等，电阻率往往不均匀。此时利用电阻率的测量公式计算得到的电阻率称为视电阻率，它不是某一岩层的真电阻率，而是该电场分布范围内，地下各种电性不均匀体和地形起伏的一种综合反映，以表示。视电阻率虽然不是岩石的真电阻率，但可以根据所测视电阻率的变化特点和规律去发现和探查地下的电性不均匀体，达到找矿和解决其它地质问题的目的。7、怎样根据视电阻率反推地下低阻或高阻体的存在？写出公式。并说明利用该公式反推地下低高阻时有哪些假设？为什么？ 根据视电阻率反推地下低阻或高阻体存在的公式为：，其中为MN电极间任意点沿MN方向的电流密度分量，为MN间正常场的电流密度，只决定于装置的大小和类型，对于一定的装置，可认为是已知的。为MN间任意点岩石的电阻率。因此视电阻率是与介质真电阻率成正比的量，其比例系数为，这是测量电极间实际电流密度与假设地下为均匀各向同性介质时正常场电流密度之比。包含了在电场分布范围内各种电性地质体的综合影响，当地下半空间有低租不均匀体存在时，由于正常电流线被低阻体吸引，使地表MN处的实际电流密度减少，故，。这样，地表观测视电阻率的变化，便可揭示地下电性不均匀地质体的存在与分布，这就是电阻率法能够解决有关地质问题的基本物理依据。应用该公式时，有一个表土电性均匀的假设，即沿着测线移动变化很小，否则将既取决于的变化，也取决于的变化，无法判断视电阻率的变化到底是地表电性不均匀体引起的，还是地下电性不均匀体引起的。8、在非均匀介质中电流场具有什么特点？实质是什么？ 在非均匀介质中，电流线在不同介质的分界面会发生折射。总体上表现为：低阻体吸引电流线，致使大部分电流从它的内部流过；高阻体排斥电流线，致使电流线大部分从围岩流过。介质中的电流总是按照所遇阻力最小的路径流动，或者说总是自动地满足电场做功最小的状态。非均匀介质中的稳定电流场实质上可以看成是由场源和界面上的积累电荷产生的。界面上积累电荷的密度与场源强度及界面两侧的电阻率差异成正比。吸引或排斥均为界面上积累电荷的作用。当电流由低阻体进入高阻体时，界面上积累正电荷，与场源同符号。按同性相斥的原理，高阻体对来自场源的电流线起排斥作用。反之，若电流由高阻体进入低阻体时，界面上积累负电荷，与场源反号，按异性相吸的道理，低阻体对场源发出的电流线起吸引作用。9、研究电流密度随深度的分布规律有怎样的意义？影响探测深度的主要因素是什么？ 勘探深度是指在给定装置条件下能产生可靠相对异常、可查明探侧目标的最大深度。研究电流密度随深度的变化规律，对电阻率法勘探有很大意义。因为，地面电阻率法是根据地表电流密度的变化来判断地下电阻率有明显差异的地质体的存在。集中于地表的电流越多，流入地下深处的电流就越少。当埋藏于深部的岩石中的电流密度很小时，岩石电阻率的差异对地表附近电流密度的影响很小，因而能够进行勘探的深度也就小了。要想增大勘探深度、只有增加供电极距。AB越大，勘探深度也越大。10、电阻率剖面法的总体特征是什么？有哪些分类？ 总体特征：供电极距不变，整个装置沿观测剖面线移动，逐点观测视电阻率的变化。根据勘探深度和供电极距的关系，由于供电极距不变，勘探深度就保持在同一个范围内。因此电阻率剖面法研究的是某个深度范围以上横向上电阻率的分布情况。主要可分为：联合剖面法，适用于探测陡倾的低阻体；（复合）对称四级剖面法，适用于面积性测量；中间梯度法，适用于探测陡倾的高阻体；偶极剖面法等。 11、联系“联合剖面法”方法的命名说明“联合剖面法”的总体特征及主要适用范围？ 总体特征：联合剖面法是用两组三极装置进行测量，这是“联合”一词的由来。每组三极装置有一个无穷远极。在同一测点上，两组三极装置各测一次。在低阻体上方有正交点存在，在高阻体上方有反交点存在。优点：灵敏度高、分辨力强、异常幅度大。缺点：该测量方式工作效率低，因为一点测量两次，装置比较笨重，有笨重的无穷远极存在。受地形和地表岩性不均匀的影响大，易使曲线发生畸变而出现假异常。适用范围：主要用于寻找产状陡倾的层状或脉状低阻体或断裂破碎带。12、联系“中间梯度法”方法的命名说明“中间梯度法”的总体特征及主要适用范围？ 这种方法的特点是供电电极A和B相距很远且固定不动，测量电极M和N在A、B之间的中部约(1/2-1/3)AB的范围内同时移动，逐点进行测量。此外，MN还可以在平行于主剖面线AB的几条相邻测线中部移动，逐点进行测量。旁测线与主测线的最大垂直距离不超过1/6AB。由于中间梯度法布设一次供电电极可同时观测数条测线，因此工作效率较高，且能最大限度地克服供电电极附近电性不均匀的影响。 中梯法中由于AB很大，在AB中部测量范围内的电场可以认为是均匀电场，视电阻率曲线所反映的必然是MN电极附近地层电阻率的变化情况。用中梯法寻找高阻岩脉(如伟晶岩脉、石英岩脉等)可以取得显著的效果。例如对直立高阻脉来说，其屏蔽作用明显，排斥电流使其汇聚于覆盖层。这将使jMN增大而使视电阻率曲线在高阻脉上方出现突出的高峰。对于低阻的、不宽的断层破碎带等良导直立薄脉，由于水平电流线均垂直于它(电流密度的法向分量连续，切向分量为零)，使jMN变化不大，视电阻率异常不明显。所以，在实际工作中常用此法追索高阻陡倾地质体。13、联系“对称四极剖面法”方法的命名说明“对称四极剖面法”的总体特征及主要适用范围？ 对称四极剖面法，顾名思义，供电电极和测量电极分别相对于测量点对称，在观测过程中，四个电极保持相对位置不动，同时沿侧线移动。从场的特点看，对称四极剖面法是两个异性点电流源的场，其位于供电电极的中部，故其正常场也是均匀场，且异常的特点与中间梯度法类似。但由于在对称四极剖面中测量电极是与供电电极同时移动的，故视电阻率曲线比中间梯度法复杂一些，生产效率也低一些。因而，一般能用中间梯度法解决的问题，就不用对称四极剖面法解决。即：对于寻找高阻岩脉，对称四极剖面法不如中间梯度法经济、效率高；对于探测良导薄脉，又不如联合剖面法异常反映明显。因此，对称四极剖面法一般不用于寻找薄脉状地质体，在工程、水文及环境地质调查中多用于面积性测量，探测浅部基岩起伏，寻找构造破碎带，以及厚岩层等地质填图和普查工作，在合适的条件下，还可以圈定岩溶的分布范围及追索古河道等，应用较为广泛。14、电阻率剖面法和电阻率测深法有什么区别？ 电阻率剖面法是采用固定极距的电极排列，沿剖面线逐点供电和测量，观察视电阻率的变化规律。由于电极距不变，勘探深度就保持在同一范围内。因而视电阻率沿剖面的变化可以把地下某一深度以上具有不同电阻率的地质体沿剖面方向的分布情况反映出来。电阻率测深法是采用在同一测点上多次加大供电极距的方式，逐次测量视电阻率的变化，反映该测点下电阻率有差异的岩层或岩体在不同深度的分布状况。18、联合剖面法的两条视电阻率与对称四极剖面法的视电阻率曲线有什么关系？ 对称四极剖面法的视电阻率曲线是联合剖面法两条视电阻率曲线的平均。19、什么叫复合对称四极剖面法？它有哪些应用？ 在一条测线的每个测点上，用两种不同供电电极距的对称四级装置进行测量。称为复合对称四极剖面法。常用复合对称四极剖面法查明覆盖层下基岩的起伏情况。如基岩为高阻的凹槽，和基岩为低阻的隆起时。在上述两种情况下曲线(大极距)都具有相同的特征都有一极小值出现，所以单凭一条曲线难以辨别基岩的起伏情况。若用复合对称四极剖面法，则能较好地解决这个难题。因为（小极距）曲线可以确定浅部的电性情况，在基岩为高阻凹槽上，曲线低于；而在基岩为低阻隆起上，曲线位于曲线的上方。20、什么叫电阻率测深法？ 电阻率测深法亦可称为“电阻率垂向测深法”，或简称为“电测深法”。它是研究指定地点近于水平产状的岩层沿铅垂方向分布情况的电阻率法。在这类方法中通常采用的是对称四极装置。对地面上某一点进行电测深法测量时，原则上保持测量电极距MN不变，而在同一测点使供电电极距AB按一定的规律不断增大；每改变一次极距，即测定一次电位差和电流。当AB很大，以致MN之间的电位差减少到不便于准确读数时，可适当加大极距MN。由关于勘探深度的概念得知，加大供电电极距可以增加勘探深度。因此，在同一测点不断加大供电电极距所测出的视电阻率值的变化，就反映测点下由浅到深的电阻率有差异的岩层在不同深度处的分布情况。21、画图说明两层、三层、四层地电断面的电测深曲线类型及其特点？ （1）、水平二层曲线类型当岩层按电阻率大小分为和两层，而且第一层的厚度远小于第二层厚度时，就构成水平二层地电断面。相应的电测深曲线类型有两类：当时称为G型，当时称为D型(图6)。图6 水平二层电测深曲线类型（2）、水平三层曲线类型水平三层地电断面的电测深曲线类型有四种：H、K、A、Q型。包括的参数有、5个，曲线的基本形态由三层电阻率的大小关系决定(图7) H型：； A型：K型：； Q型：图7 水平三层电测深曲线类型（3）、水平四层及多层曲线类型对于水平四层地电断面，按、和之间的大小关系，可以构成八种曲线类型(图8) HA型：; KH型： HK型：； KQ型： AA型：； QH型： AK型：； QQ型；每一类型用两个英文字母表示，前一个字母表示地电断面中前三层电阻率、之间的关系，与三层曲线的命名法相同；后一个字母则表示除第一层外的、和三者之间的关系，命名法依然不变。因此，共有HA、HK、KH、KQ、AA、AK、QH、QQ型八种。可见每多一层，测深曲线类型增加一倍。对于四层以上的多层断面测深曲线命名方法仍按上述原则。例如地电断面的电阻率关系为的水平五层曲线类型为KHA型，以此类推。22、电测深曲线的首支、中段、尾支各有什么特点？ 首支：无论地电断面为几层，当AB/2较小时，电测深曲线的首支均出现以第一层电阻率为渐近线的水平直线。中段：为首支向尾支的过渡部分。对二层曲线，D型中段单调下降，G型中段单调上升。对三层曲线，H型中段有极小值，但由于底层电阻率的影响，此极小值大于第二层真正的电阻率值；K型中段有极大值，同样由于底层电阻率的影响，此极大值小于第二层真正的电阻率值；推而广之，对于每层断面，由于下层岩石的影响，其电测深曲线中段极小值或极大值的电阻率都不能达到对应中间层的电阻率值。尾支：有两种形态，当底层电阻率为有限值时，尾支为与底层电阻率为渐近线的水平直线；当底层电阻率为无穷大时，尾支与横坐标轴成45度夹角。23、电测深曲线为什么会存在等价现象？根据势场问题解的唯一性定理，一定层参数的地电断面对应着唯一确定的电测深曲线，不同层参数的地电断面对应着不同的电测深曲线。然而，在实际工作中，由于存在一定的测量误差因此某些层参数不同的地电断面所对应的电测深曲线，在观测误差范围内，可被看成是“同一条”电测深曲线，这种现象称为电测深曲线的等值现象。24、说明纵向电导等价的原理？在什么类型的测深曲线中会出现？ 在H和A型这种中间层电阻率低于第三层电阻率的地电断面中，会出现纵向电导等价。因为中间层相对第三层为低阻，因此电流线倾向于在中间层内平行层面通过，因此不管中间层内的层厚和电阻率怎样组合，只要中间层的纵向电导不变，则中间层对电流的传导能力不变，在地表测得的测深曲线也就不变。25、说明横向电阻等价的原理？在什么类型的测深曲线中会出现？ T2等价现象在K型和Q型断面中存在，对这两种断面类型而言，都是第二层电阻率大于第三层电阻率的情况，则电流趋向于在第二层内垂直层面流动，所以存在横向电阻等价现象。以K型断面为例。在、一定且的断面中，若较小，则在定范围内改变和，只要保持T2值不变，则该层对电流的阻力不变，测深曲线形状就不会变化。26、在纵向电导和横向电阻等价中存在的一个前提条件是什么？ 中间层的厚度不够大27、根据纵向电导图可以知道什么信息？为什么？ 因为纵向电导在数值上等于层厚除以电阻率，当研究区域横向电阻率比较均匀时，则纵向电导值就反映层厚度的变化。在S的剖面图中，横坐标是测点位置，纵坐标为纵向电导，则纵向电导的大小就反映高阻标准层的起伏。在S的平面等值线图中，在纵横坐标表示的研究区域内，等值线的值小表明高阻标准层的埋深浅，等值线的值大表明高阻标准层的埋深大。28、电测深曲线通常绘制在双对数坐标系内，有什么优点？ 测深曲线的极距AB/2由小到大成倍增加，小自数米大到几千米。如果用直角坐标表示，则无法选择作图比例尺。因为比例尺大时，图纸太长；比例尺小时，小极距或浅层电阻率又表现不出来。而对数坐标的特点是：相差倍数相同的任意两数之间距离相等，例如2和4、3和6、100和200皆差两倍，每一组数在对数坐标上的距离都相同。故使用对数坐标，既能把小极距又能把大极距时的视电阻率变化表现清楚。29、比较电阻率剖面法和电阻率测深法的坐标系有什么不同？电阻率剖面法采用算术坐标，横轴表示测点，纵轴表示视电阻率电阻率测深法采用双对数坐标系，横轴表示供电极距，纵轴表示视电阻率。30、在制作电测深曲线理论量板时，电阻率和距离都要进行归一化，怎样归一化？这样做有什么好处？ 凡是电阻率均用规一化，凡是距离均用规一化。规一化后可将自变量的个数减少两个，从而减少量板的数量。31、两层电测深曲线怎样解释？ 首先应按实测曲线类型选用合适的量板。然后把绘于透明对数纸上的实测曲线蒙在选好的量板上，保持两者坐标轴相互平行，上下左右移动实测曲线，使它与量板中某一条理论曲线重合。在透明纸上用“十”字标志描出量板的坐标原点位置，并在实测曲线坐标系中读出这个十字点的纵、横坐标值便是要求的、值。记下与实测曲线相重合的理论曲线的 ()值，便可计算出。32、三层电测深曲线怎样解释？ 三层曲线解释的目的是求出各层的电阻率及一、二层的厚度。现结合一条实测H型曲线来说明用三层量板解释二层曲线的步骤。（1）确定值。最好用电测井资料确定值，或是通过对岩石露头、岩石标本实测确定。本例中已给出9。（2）选择合适的量板。首先要正确判断实测曲线类型。判定后，由曲线首部和尾部的渐近值读出100，150，进而可求出：，。根据曲线类型和，值应选择与这些参数最接近的量板： (图)。（3）将实测曲线与量板对比，求出和值。在保证实测曲线与量板两者纵横坐标轴都彼此平行的条件下，上下左右移动透明纸(实测曲线)，找出与实测曲线重合最好的理论曲线(可以内插)，并记下其参数3。这时量板坐标原点在实测曲线横坐标的对应位置即为40 m，于是可求出120m。（4）等价校正。当所选用的量板与实测曲线的，都一致时，按上述方法求出的即为第二层的真实厚度，否则应作等价校正。对于H型和A型断面，属于等价性质，校正公式为： 对于K型和Q型断面，属于等价性质，校正公式为： 其中标有“”的表示断面的真实参数，标有“”的为理论曲线参数。本例中120 m，再做等价校正33、在用量板法进行测深曲线解释时，如果所选取的量板与实际不符，要根据纵向电导或横向电阻等价原理进行校正。请举两例分别说明两种等价现象的校正过程。 H型等价校正见上题。K型等价校正如下：假设已知，从实测曲线的首支和尾支渐近线知，则可判断曲线的类型为K型，。由于在已有的K型量板中找不到与实际和相同的值，故选用与其值最接近的量板，假设为：,将实测曲线画在透明纸上，将透明纸蒙在选取的量板，保持纵横轴坐标轴相互平行，移动透明纸直到量板上的某条理论曲线与实测曲线完全重合，记下（1）该曲线所对应的值，假设为2，（2）量板坐标原点在透明纸上的位置，该点与实测曲线坐标原点沿横轴的距离即为，假设为3m，则可求得m。由于量板的和值与实际值存在偏差，所以要进行等价校正。对K型曲线，应做T等价，即：，其中上标表示真值，上标为理论值。这里有：，所以有：m34、请画图说明怎样根据复合对称四极剖面法判断基岩的起伏情况及基岩相对上覆岩层电阻率的高低？ 图 a基岩为高阻的凹槽，图 b基岩为低阻的隆起。在上述两种情况下曲线(大极距)都具有相同的特征都有一极小值出现，所以单凭一条曲线难以辨别基岩的起伏情况。若用复合对称四极剖面法，则能较好地解决这个难题。因为（小极距）曲线可以确定浅部的电性情况，在基岩为高阻凹槽上，曲线低于；而在基岩为低阻隆起上，曲线位于曲线的上方。图 复合对称四极曲线探测基岩起伏 (a)高阻凹槽；(b)低阻隆起 大极距曲线；小极距曲线从中可以看出：若大极距曲线在上，则基岩形状与视电阻率曲线一致，否则相反。下层为高阻体时，视电阻率曲线与基岩形状一致；否则相反。据此我们可反过来判断地下的基岩起伏、以及高低阻情况。大小极距曲线相比，若大极距曲线在上，表示基岩为高阻体，对于高阻体其界面起伏形态与曲线形态一致。若大极距在下，表明基岩为低阻体，对于低阻体其界面起伏形态与曲线形态相反。35、请说明充电法的基本原理。充电法是在天然的或人工揭露的导电性较好的地质体上，直接接上供电电极(A)，将另一个供电电极(B)置于“无穷远”处接地。然后供电，这时充电导体相当于一个大电极，电流由充电体流入围岩，形成特殊的人工稳定电流场。用测量电极MN观测充电点周围电场的分布规律，以探查充电体的形态、大小和产状等有关问题。37、充电法的应用条件？探测对象的电阻率应远小于围岩的电阻率，围岩的岩性比较单一，地表介质电性均匀、稳定，地形平坦，埋于地下的探测对象有天然露头或人工露头(井、钻孔、探槽、坑道等)。38、充电法的曲线特点与探测地质体的关系？充电法中电位曲线的极大值点和电位梯度曲线的零值点对应地下良导低阻体的位置。40、怎样利用充电法测定地下水的流速、流向？ 将食盐或其它强电解质投入一口已穿透含水层的井中，盐离子在水溶液中因浓度差及分子热运动而扩散形成盐晕。在投入食盐的最初时刻，盐晕成圆形。随后，盐晕随地下水运动而向前运移，盐晕的形态也随之而变成椭圆。可将盐晕看成等电位体，对其充电后，在地面上观测到的等位线反映了盐晕的形态，因而根据不同时间里地面等电位线形态的变化，可以了解地下水的流速和流向。地下水流向：等电位线图中等位点移动最大的方向。 流速:，为在水流方向的剖