勘探地球物理学基础(第三章电法勘探)-2015-讲稿

1、成都理工大学地球物理学院成都理工大学地球物理学院2014-20152014-2015学年第学年第2 2学期学期主讲人：主讲人： 陈进超陈进超办公室：地球物理学院5222电 话E-mail： 第3章 电法勘探电法勘探电法勘探（ electrical prospecting） 是以地壳中不同岩（矿）石之间的电性差异电性差异为基础，通过观测和研究天然或人工电场的变化与分布，以查明地质构造和寻找有用矿产的物探方法。应用应用领域领域： 研究区域和深部地质构造，也可以研究局部地质异常体。在石油勘探中主要用于探查与油气生成、运移和聚集有关的各种地质构造，如沉积盆地的基底起伏，盖层内

2、部的构造形态，盐丘、侵入体等局部地质现象，也可以直接研究油气藏。第3章 电法勘探电法勘探特点：电法勘探特点：三多、两广p 可利用的物性参数多：可利用的物性参数多：u导电性（ 或 ）；u电化学活动性（）；u介电性（）；u导磁性（）。p 可利用的利用场源多：可利用的利用场源多：u人工场源：直流（稳定）电场和交流（交变）电场；u天然场源第3章 电法勘探p 方法种类多：方法种类多：自然电场法；自然电场法；电阻率法；电阻率法；充电法；充电法；激发极化法激发极化法；大地电磁法；大地电磁法；低频电磁法；低频电磁法；甚低频法；甚低频法；电磁波法；电磁波法；大地电磁法大地电磁法(MT)(MT)；音频大地电磁法音

3、频大地电磁法(AMT)(AMT)；可控源音频大地电磁法可控源音频大地电磁法(CSAMT)(CSAMT)。传导类电法勘探传导类电法勘探 （直流电法）（直流电法） 研究稳定电流场研究稳定电流场感应类电法勘探感应类电法勘探 （交流电法）（交流电法）研究交变电流场研究交变电流场瞬变电磁法（瞬变电磁法（TEMTEM）；）；时频电磁法（时频电磁法（TFEMTFEM）；）；探地雷达法（探地雷达法（GPRGPR）；）；时间域激电法（时间域激电法（TDIPTDIP）；）；频谱激电法（频谱激电法（SIPSIP或或CRCR）各种常见电法方法的英文注解：各种常见电法方法的英文注解：o时间域激电法（时间域激电法（TDI

4、PTDIP）:Time Domain :Time Domain Induced Polarizationo频谱激电法（频谱激电法（SIPSIP）: :Spectra Induced Polarization; o复电阻率法（复电阻率法（CRCR）: : Complex Resistivity;o大地电磁法大地电磁法(MT):(MT):Magnetotelluric;o音频大地电磁法音频大地电磁法(AMT):(AMT):Audio Magnetotelluric;o可控源音频大地电磁法可控源音频大地电磁法(CSAMT):(CSAMT):Controlled Source Audio-freque

5、ncy Magnetotelluric;o瞬变电磁法（瞬变电磁法（TEMTEM）: :Transient Electromagnetico时频电磁法（时频电磁法（TFEMTFEM）:time-frequency :time-frequency Electromagnetico探地雷达法（探地雷达法（GPRGPR）: : Ground Penetrating Radar;第3章 电法勘探第3章 电法勘探p应用空间广：应用空间广：u航空电（磁）法；u地面电（磁）法；u海洋电（磁）法；u井中电（磁）法。p应用范围广：应用范围广：u金属和非金属勘探；u油气勘探；u地质填图；u水文地质；u深部构造（地壳

6、、上地幔）研究，等。本章的主要内容p 3.1 自然电场法自然电场法 p 3.2 电阻率法p 3.3 充电法p 3.4 激发极化法p 3.5 电磁法o 内容提要内容提要n 3.1.1 自然电场法概述n 3.1.2 自然电场的成因n 3.1.3 野外工作方法及仪器n 3.1.4 自然电场法的应用实例3.1 自然电场法o自然电场：自然电场：自然条件下，存在于地下的天然电流场，简称自然电场。o表现：表现：无需人工向地下供电，通过一定的装置可以观测到地面两点之间有一定大小的电位差，这表明自然电场的存在。o自然电场法：自然电场法：通过研究自然电场在地面的分布规律来解决地质问题的一种电法勘探方法。实际测量中

7、是测电位差实现的，又称自然电位法。o两类自然电场：两类自然电场：u 区域性分布、不稳定的、背景电场，可正可负，幅度100mv以下，与地壳表层构造有关；u 局部性分布、稳定电场、几乎全部为负值，幅度十几只上千毫伏，与地下金属矿、非金属矿或地下水运动有关。3.1.1 自然电场法概述双电层形成过程：双电层形成过程：当电子导体与溶液接触时，金属上的负电荷吸引溶液中的正离子，使之分布于界面附近，形成双电层。外电场的形成：外电场的形成： 若导体和溶液都是均匀的，则双电层不产生外电场。 当导体或溶液不均匀不均匀时，双电层呈不均匀分布，产生极化极化，并在导体内、外产生电场，引起自然电流。3.1.2 自然电场的

8、成因水溶液水溶液导导体体+-p成因一：电子导体与围岩溶液间的电化学作用成因一：电子导体与围岩溶液间的电化学作用导体与水溶液间的电化学作用示意图3.1.2 自然电场的成因导电矿体与围岩相关的电场形成：导电矿体与围岩相关的电场形成：条件：条件：潜水面附近有良导体。形成过程：形成过程： 潜水面上方的氧化环境，氧化剂俘获电子，使导体内部上端显示正电； 潜水面下方的还原环境，还原剂释放电子，使导体内部下端显负电； 良导体处于极化状态（自然极化状态），其表面双电层不均匀分布，形成自然电场。p成因一：电子导体与围岩溶液间的电化学作用成因一：电子导体与围岩溶液间的电化学作用导电矿体与围岩相关的电场形成0+V/

9、mV-电流正离子负离子潜水面氧化带还原带导体电流围岩+-+x导体电流-地表面p成因二：岩石中地下水运移的电动效应形成过滤电场成因二：岩石中地下水运移的电动效应形成过滤电场3.1.2 自然电场的成因形成过程：形成过程： 岩石或黏土颗粒对水溶液中负离子有吸附作用，导致岩石颗粒与溶液间形成双电层。当地下水静止时，整个系统呈电性平衡，不产生外电场。地下水流动时，带走溶液中的部分正离子，水流上游有多余的“负离子”，水流下游有多余的“正离子”，从而形成自然电场。岩 石 颗 粒岩 石 颗 粒溶液的静止部分溶液的流动方向V-+过滤电场的形成山地电场V0+- - -+ +-0+V-地下水补给河水 + +- -0

10、+V-河水补给地下水- 裂隙渗透电场 0+V-.。.。+- - -上升泉电场 0+V-.。.。-+ + +3.1.2 自然电场的成因规律：规律：受水一侧为正电荷聚集。扩散现象：扩散现象：当两种浓度不同的溶液相互接触时，会产生扩散现象。带电离子由浓度高的溶液向浓度低的溶液里扩散。扩散电场的形成：扩散电场的形成：正、负离子的扩散速度不同，使两种不同离子浓度的溶液分界面上分别含有过量的正离子或负离子，而形成电位差。这种由扩散作用引起的自然电场称为扩散电场。p成因三：岩石中颗粒间不同浓度溶液离子的扩散作用形成扩散电场成因三：岩石中颗粒间不同浓度溶液离子的扩散作用形成扩散电场3.1.2 自然电场的成因低

11、高+-Cl-Na+-扩散电场的形成总结：总结：自然界中自然电场的形成为多种作用共同叠加的结果，而非单一某种作用的结果。工作任务工作任务 普查和详查阶段。工作比例：工作比例： 视工作任务和地质条件而定，1:25000 - 1:5000。测网的选择：测网的选择： 与磁法勘探相当。工作方法：工作方法： 电位测量法和电位梯度观测法，具体根据勘探对象选用不同的装置。工作成果图件：工作成果图件： 自然电位剖面图、自然电位等值线平面图、自然电位剖面平面图。成果解释：成果解释：一般只做定性解释。3.1.3 自然电场法的野外工作方法及装备3.1.3 自然电场法的野外工作方法及装备电位测量法（左）和电位梯度（右）

12、观测示意图流动电极电位差计NM测线及测点良导体流动电极固定电极电位差计NM测线及测点良导体自然电位法的野外观测方式自然电位法的野外观测方式 电位测量法和电位梯度测量法。3.1.3 自然电场法的野外工作方法及装备不极化电极内部结构（左）和野外工作装备实物照片自然电位法的野外装备自然电位法的野外装备 电位测量仪（电位差计）、电线、线辊、不极化电极。装备特点：装备特点：不需要供电电源和供电电极，轻便，工作效率高。1、陶瓷罐2、铜螺丝帽3、纯铜棒4、胶木环5、密封胶6、插孔7、橡皮垫8、涂釉层异常特征：异常特征：自然电位曲线在矿体的顶部为负极小值负极小值。倾斜的板状体或脉状体或倾斜极化等轴状体，其自然

13、电位曲线不对称，在导体倾斜方向或极化轴倾斜方向一侧曲线陡，且出现很小的正值极值点。3.1.3 自然电场法的应用矿体正上方地表自然电位异常曲线剖面图+-Vx0- -+ + +-Vx0p水文地质和工程地质中的应用u 确定地下水与河水间的补给关系u 确定地下水的流向（过滤电场的方向与地下水流向有关）u 确定水库、堤坝的漏水位置；u 寻找含水破碎带或确定断层位置；3.1.3 自然电场法的应用3N4N1M2M3M4M1N2NA3N4N1M2M3M4M1N2N+-+A自然电场法确定地下水的流向的环形观测法（左）和电位差方图（右）直径为2倍潜水面深电位差方位图长轴方向指示了该区地下水流的总方向为北东向。西北

14、部紧邻黄河边地下潜水补给黄河。3.1.3 自然电场法的应用215210205200190180170160150140130135145155125115120110105河黄潜水补给黄河地下水流向210等水位线流向方位观测点位铁路自然电场法确定某区域地下水的流向p自然电场法确定地下水流向u 黄河某段附近；u 过滤电场方向与地下水流向有关）u 地下水整体流向为北东向；p自然电位法进行矿产勘探u 地点：青海某矿区u 矿种：已知铜矿点；u 普查：发现12个异常体；u 钻探：验证8个为矿致异常。3.1.3 自然电场法的应用2000-200-400130140150160170测线N35EZK3013

15、14610012ZK8QV/mV2000-200-400130 140150160170测线81V/mV180QP458046ZK377374ZK6Q 第四系覆盖P 板岩 超基性岩 矿体464线自电、地质综合剖面图488线自电、地质综合剖面图本章的主要内容p 3.1 自然电场法 p 3.2 电阻率法电阻率法p 3.3 充电法p 3.4 激发极化法p 3.5 电磁法电阻率法：电阻率法：是传导类电法勘探方法之一。建立在地壳中各种岩矿石具有各种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，从而达到查明地下构造或者寻找有用矿产的目的一类物探方法。3.2 电阻率法o 内

16、容提要内容提要n 3.2.1 电阻率法的基础理论电阻率法的基础理论n 3.2.2 电阻率法的仪器和装备n 3.2.3 电剖面法及其应用实例n 3.2.4 电测深法及其应用实例3.2 电阻率法（1 1）岩（矿）石）岩（矿）石的电阻率的电阻率电阻：电阻：导体对电流阻碍作用的大小称为电阻。电阻率：电阻率：单位长度、单位截面积的材料的电阻大小称为该材料的电阻率。电阻率的基本公式：电阻率的基本公式：lsRslRIsl电阻率单位：电阻率单位：SISI制制电阻R（）长度（m）截面积（m2）电阻率（m）3.2.1 电阻率法的基础理论物质的导电机制：物质的导电机制：u 溶液：带电离子；u 金属导体：自由电子；如

17、自然铜、金、银和石墨，电阻率低u 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u 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。3.2.1 电阻率法的基础理论主要主要岩矿石电阻率及其变化范围岩矿石电阻率及其变化范围u 沉 变 细脉状u 岩岩矿石的孔隙度、湿度矿石的孔隙度、湿度孔隙度，含水量，电阻率风化带、破碎带，含水量，电阻率u 水溶液水溶液矿化度矿化度矿化度，电阻率3.2.1 电阻率法的基础理论u 温度温度温度T ，溶解度，离子活性，电阻率结冰时，电阻率u 压力压力压力，孔隙度，电阻率超过压力极限，岩石破碎，电阻率u 构造构造层的影响层的

18、影响层状构造岩石，其电阻率具有非各向同性特征，即沿层理方向的电阻率小于垂直沿层理方向的电阻率。1 2 n t3.2.1 电阻率法的基础理论均匀各向同性半空间：均匀各向同性半空间：设大地表面为水平面，上届面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，这样的介质称为均匀均匀各向同性半空间各向同性半空间。（2）均匀各向同性半空间点电源的电场 物理学中，恒定电场是用三个相互有联系的物理量U U（电位）、E E（电场强度）和 j j（电流密度）来描述的，其间的关系为： du = - E dr ， E = j 3.2.1 电阻率法的基础理论地面 空气空气0zxyo供电电极：供电电

19、极： 为建立地下电场，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“供电电极供电电极”。点电源：点电源：当供电电极供电电极的大小比它们与观测点的距离小得多时，可以把两个供电电极供电电极看成两个“点点”，故又将它们称为“点电源点电源”。3.2.1 电阻率法的基础理论地面空气空气ABP均匀半空间条件下两个供电电极激发的电流场示意图p 单个点电源的电场单个点电源的电场 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。地下距A为r的点M处的电流密度为：2()2MIrjr AMrr:电场强度为：rrrIjEM222-2IdUdrr电位为：3.2.1 电阻率法的基础理论U

20、 E0 x均匀各项同性半空间电位与电场分布地面空气空气AB Mr+I2IUCr对上式两边积分得：当r ，U= 0，则C =0,代入上式得:2IUr3.2.1 电阻率法的基础理论单个点电源在均匀各项同性半空间的电位分布问题与思考1：如左下图，在A点供正电流时，A与M的电位差是多少呢？地面空气空气AB Mr+I12AMIUAM问题与思考2：如左下图，在A点供负电流时，A到M的电位差是又多少呢？12AMIUAM p 两两个异性点电源的个异性点电源的电场电场 当观测点距离两个接地电极之间的距离都不能看作是无穷远时，则观测点处的电场相当于两个异性点源的电场的叠加。3.2.1 电阻率法的基础理论12AMI

21、UAM12BMIUBM 112MABIAMBMU空气空气AM+I地面Br-I两个异性点电源的叠加电场及其等位线（右图中实线为等位线，虚线为电流线）A与B点连线方向的电位与电场强度变化曲线A与B平面和剖面的电位及电流线分布3.2.1 电阻率法的基础理论任意点任意点 M M 处的电位及电场强度：处的电位及电场强度：任意点任意点 M M 处的电位及电场强度：处的电位及电场强度：2211()211()2ABMMMMIUUUAMBMIAMBMEAMAMBMBM电场与电位分布特点：电场与电位分布特点： 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； 在两极之间的中间地段，电场的分布较均匀，变化较平

22、缓。 在AB 的中点，U = 0，中点左边U为正，右边U为负； AB 的中点上，电场E出现极小值。3.2.1 电阻率法的基础理论问题与思考：在利用AB 向地下供电时电流能传到多深的位置呢？p 地下地下电流沿电流沿深度方向的深度方向的分布规律分布规律A(I)B(-I)MhOLLAMjhjBMj=ABhMMjjj222 ()ABhMIjjLh223/22cos()AhhILjjLh沿深度变化规律：沿深度变化规律：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， 0hj 当: h0，021IjL3.2.1 电阻率法的基础理论问题与思考：在AB的中

23、垂线上地下的什么深度电流取得最大值？22225/220()hjIhLLhL2/hL 3.2.1 电阻率法的基础理论最佳电极距：最佳电极距：即当 或者 时， AB AB 中心距地面h深度处的电流密度最大。该供电电极距AB 称为最佳最佳电电极距极距。实际意义：实际意义：指导野外勘探工作设计，选择合理的供电极距。当勘探目标体的深度一定时，采用多大的供电极距最合适。例如：例如：要使100m深处的电流密度最大，则AB AB 极距应大于或等于140m。hAB22/hL 当：（3 3）电阻率公式及视电阻率）电阻率公式及视电阻率p 均匀介质条件下的电阻率公式均匀介质条件下的电阻率公式3.2.1 电阻率法的基础

24、理论均匀半空间条件下地表电位差测量示意图地面空气空气ABPMNUM、N处的电位：11(-)2MIUAMBM11(-)2NIUANBN1111()2MNMNIUUUAMBMANBN21111MNUIAMANBMBN3.2.1 电阻率法的基础理论21111-KAMANBMBN令装置系数：装置系数：因K是与测量装置中各电极对应位置的相关量，称为装置系数，也称排列系数。电阻率公式的实际意义：电阻率公式的实际意义：实际勘探中，只需要通过AB向地下供电，在地面测得MN之间的电位差U，即可根据已知供电电流I得到地下介质的电阻率。各向同性条件下，介质电阻率与装置系数K和供电电流I大小无关。MNUKI均匀介质电

25、阻率公式均匀介质电阻率公式p 非均匀条件下的大地电流场及视电阻率非均匀条件下的大地电流场及视电阻率地电断面：地电断面：根据地下地质体电阻率的差异电阻率的差异而划分界线的断面划分界线的断面。3.2.1 电阻率法的基础理论现象与规律：现象与规律：高高阻体阻体具有向其外部排斥排斥电流电流的作用； 低阻体低阻体具有向其内部吸引电流吸引电流的作用。 （a）均匀空间的电流场 （b）均匀空间中的低阻体 （c）均匀空间中的高阻体不同地电断面对应的电流场分布示意图视电阻率：视电阻率：当地表不水平或者地下电阻率分布不均匀时，仍然采用均匀介质中的供电方式及测量方式，并采用均匀条件下的电阻率计算公式计算得到的电阻率值

26、，既不是地下某一地质体的电阻率，也不是岩石的背景电阻率，而是电场有效作用范围内所有介质电阻率的综合影响值，因此称为“视电阻率”，用符号s表示，即：MNsUKI 视电阻率视电阻率 在电场有效作用范围内各种地质体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。的综合影响值。2313.2.1 电阻率法的基础理论3.2.1 电阻率法的基础理论p 均匀大地与非均匀大地条件下的电流场对比图解均匀大地与非均匀大地条件下的电流场对比图解均匀大地与层状含高阻棱柱体的地电断面及其电流场图像对比3.2.1 电阻率法的基础理论不同电阻率分布的两层均匀大地地电断面及其电流场图像对比p 均匀大地与非均匀大地条件下

27、的电流场对比图解均匀大地与非均匀大地条件下的电流场对比图解3.2.1 电阻率法的基础理论结论：结论：剖面曲线的变化曲线的变化能清楚地反映出地下导电性不均匀体的位置导电性不均匀体的位置及电阻电阻率的相对高低率的相对高低。这是利用电阻率法进行勘探的理论基础。AM NBs / 11.0AM NBs / 11.0AM NBs / 11.0121（a）均匀空间的电流场 （b）均匀空间中的低阻体 （c）均匀空间中的高阻体视电阻率与地电断面性质及地电断面中电流分布示意图（3 3）影响视电阻率的因素）影响视电阻率的因素u 电极装置类型及电极距的大小；u 测点相对于地质体的位置；u 电场有效作用范围内各种地质体

28、的真电阻率；u 各地质体的分布状态（即形状、大小、埋深及相对位置）。 电极装置：电极装置：供电电极（AB）及测量电极（MN）的排列形式和移动方式。又可以分为电剖面装置和电测深装置。 3.2.1 电阻率法的基础理论o 内容提要内容提要n 3.2.1 电阻率法的基础理论n 3.2.2 电阻率法的仪器和装备电阻率法的仪器和装备n 3.2.3 电剖面法及其应用实例n 3.2.4 电测深法及其应用实例3.2 电阻率法回顾：回顾：视电阻率的计算公式 IUkMNs3.2.2 电阻率法的仪器和装备测量仪器：电位差计或接收机；电位差计或接收机；测量电极：铜棒或不极化电极，导线等铜棒或不极化电极，导线等。测距定点

29、：GPS、测绳或皮尺、测绳或皮尺。供电电极：铁棒或铜棒电极铁棒或铜棒电极供电设备：发送机、供电导线、供电电源发送机、供电导线、供电电源。装备特点：装备特点：供电设备：供电设备：采用干电池（电池箱）、蓄电池、发电机+整流电源；发送机和接收机：发送机和接收机：可以是分体（短导线） ，可以是一体机（长导线）；采集方式：采集方式：单机单点依次采集，单机阵列自动采集等。工作模式：工作模式：多功能、多参数一体化，自动智能补偿与校正。多功能直流电法仪多功能直流电法仪，主要用途与功能，主要用途与功能: :堤防隐患探测（如江河大堤蚁穴、鼠洞和软弱夹层及裂缝探测）；煤矿采空区、人防工程及溶洞勘探；厂房、公路、桥梁

30、、铁路地基；水文、工程、环境地质勘探；山体滑坡等地灾隐患勘探。金属与非金属矿产勘探；地热资源勘探。等等。DL12-2A型高密度电法仪3.2.2 电阻率法的仪器和装备3.2.2 电阻率法的仪器和装备E60EM多功能电法工作站多功能电法工作站WDDS数字电阻率仪数字电阻率仪o 内容提要内容提要n 3.2.1 电阻率法的基础理论n 3.2.2 电阻率法的仪器和装备n 3.2.3 3.2.3 电剖面法及其应用实例电剖面法及其应用实例n 3.2.4 电测深法及其应用实例3.2 电阻率法电极装置：电极装置：供电电极（AB）及测量电极（MN）的排列形式和移动方式。又 可以分为电剖面装置和电测深装置。电剖面法

31、：电阻率剖面法简称电剖面法。电剖面法常用的电极装置：电剖面法常用的电极装置：u 二极装置；u 三极装置；u 联合剖面装置；u 对称四极装置；u 中间梯度装置；u 偶极-偶极装置3.2.3 电阻率剖面法及其应用问题与思考：问题与思考：在电法勘查中，为在电法勘查中，为什么需要这么多种装置呢？什么需要这么多种装置呢？不同的测量装置可以获得地下异不同的测量装置可以获得地下异常体的不同侧面的信息及特征，常体的不同侧面的信息及特征，为解决不同的地质问题，常采用为解决不同的地质问题，常采用不同的装置类型。不同的装置类型。3.2.3 电阻率剖面法及其应用电剖面法常用的电极装置示意图二极装置三极装置联合剖面装置

32、对称四极装置偶极-偶极装置中间梯度装置装置特点装置特点：各活动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s。所得到的剖面曲线是反映测线下某一深度范围内不同电性介质沿水平方向的分布情况。装置特点：AO=BO； MO=NO；OC 5AO ABCMNO(I)(-I)跑极特点跑极特点：C极固定，为无穷远极，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。测量结果：测量结果：两条s曲线。场源特点：场源特点：点电源场。)MNB(IUk)AMN(IUkBBMNBBsAAMNAAs=MNANAM2kkBA=p 联合剖面法联合剖面法3.2.3

33、电阻率剖面法及其应用视电阻率视电阻率 ：联合剖面电极装置示意图视电阻率曲线特点：视电阻率曲线特点：u两条曲线镜像对称；u有正交点（低阻交点）；u正交点位置指示地下异常水平中心；u交点左右曲线明显分开；u正交点左右两侧被两条曲线包围的面积近似相等；模型：模型：直立低阻薄脉状体3.2.3 电阻率剖面法及其应用正交点：正交点：交点左侧sA立曲线值大于sB值，该交点称为正交点；反交点：反交点：交点左侧sA立曲线值小于于sB值，该交点称为正交点；低阻脉状体联合剖面视电阻率异常曲线直立高阻脉状体上联合剖面视电阻率曲线3.2.3 电阻率剖面法及其应用视电阻率曲线特点：视电阻率曲线特点：u两条曲线不对称；u有

34、反交点（高阻交点），有时不易辨认；u反交点位置不一定能指示地下异常水平中心；u反交点左右曲线分开不明显；模型：模型：直立高阻薄脉状体模型：模型：倾斜低阻薄脉脉状体 视电阻率曲线视电阻率曲线不对称不对称，交点两侧被两条曲线所围的面积不相等面积不相等。薄脉薄脉向两条曲线所围面积较大的一侧倾斜面积较大的一侧倾斜。 3.2.3 电阻率剖面法及其应用1.00.5s/0AMNB30 x1.00.5s/0AMNB60 x1.00.5s/0AMNB90 x不同倾斜角度低阻薄脉状体上的联合剖面视电阻率曲线特殊应用：特殊应用：判断脉状体的倾向 采用不同不同极距进行极距进行联合剖面观测，利用交点交点的的位移位移判断

35、脉状体倾向倾向。3.2.3 电阻率剖面法及其应用利用不同极距所测联合剖面曲线交点位移判断脉状体的倾斜方向应注意的问题：应注意的问题： 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s曲线的特征。 实际情况复杂时，如围岩电性不均匀，就会引起MN 的变化；地形起伏可引起MN的变化，造成s曲线的复杂化。 如纯地形起伏使得联合剖面曲线出现“正交点正交点”（山谷）或“反交点反交点”（山脊地形），在解释中应引起注意。 3.2.3 电阻率剖面法及其应用3.2.3 电阻率剖面法及其应用均匀空间纯起伏地形联合剖面装置视电阻率曲线山脊地形山谷地形出现“正交点正交点”出现“反交点反交点”联合剖面法的

36、应用：联合剖面法的应用： 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。导球状矿体。3.2.3 电阻率剖面法及其应用p 中间梯度法中间梯度法装置特点：装置特点：采用采用四极四极AMNBAMNB装置装置，A、B供电,固定不动固定不动；M、N两电极测量，MN=(1/501/30)AB，跑极特点：跑极特点：M、N在AB中部 (1/21/3)AB范围内同时移动，逐点进行测量，测点测点为MNMN的中点的中点。3.2.3 电阻率剖面法及其应用(AB/2AB/3)(AB/6)AB MN中间梯度法电极装置示意图IUkMNsBNBMANA

37、Mk11-1-12装置系数：装置系数：k 不是恒定的，而是逐点变化的。3.2.3 电阻率剖面法及其应用视电阻率：视电阻率：2011 0 AB该装置称为“复合对称四极剖面法复合对称四极剖面法”。装置优势：装置优势：可以了解同一剖面上同一剖面上两种不同深度两种不同深度范围内导电性有差异的地质范围内导电性有差异的地质体的分布情况体的分布情况。3.2.3 电阻率剖面法及其应用AB MNOABABMN对称剖面法/复合对称剖面法与中间梯度法电极装置对比图中间梯度法与对称剖面法对比：中间梯度法与对称剖面法对比： 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

38、薄脉状地质体。S3.2.3 电阻率剖面法及其应用对称剖面法与联合剖面法视电阻率曲线关系 1 1 0 1 sB sA s sABx )(21BsAsABs+= 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： AsBsABs中间梯度法与对称剖面法对比：中间梯度法与对称剖面法对比： 对称剖面法与中间梯度法都属于两个异性点电源的场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，s 异常曲线的特点与中间梯度法类似。但s曲线比中间梯度的s曲线复杂，且生产效率低。结论：一般结论：一般能用中间梯度法解决的问题，就不用对称四极剖面法。能用中间梯度法解决的问题，就

39、不用对称四极剖面法。3.2.3 电阻率剖面法及其应用两种两种不同电阻率的岩层接触带上对称四极剖面法不同电阻率的岩层接触带上对称四极剖面法s s曲线特征分析：曲线特征分析：曲线1：为A、B过小，s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，s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。3.2.3 电阻率剖面法及其应用岩层接触带上不同供电极距的对称剖面视电阻率曲线 s 1 2 0 2310 1 2x 在探测基岩起伏探测基岩起伏以及地下只有一个电性界面

40、的背斜或向斜构造背斜或向斜构造时，往往在不同的地质情况下得到类似类似的对称四极剖面法s曲线。11221 2sssABsABsABsAB高阻向斜（基岩凹陷）低阻背斜（基岩隆起）对称剖面法的 s 曲线（1 1）判断基岩相对覆盖层是高阻还是低阻）判断基岩相对覆盖层是高阻还是低阻（2 2）根据大极距曲线形态勾画基岩起伏）根据大极距曲线形态勾画基岩起伏3.2.3 电阻率剖面法及其应用利用复合对称四极剖面法复合对称四极剖面法有助于解决基底的起伏问题。若基岩为高阻向斜， 曲线在 曲线的下方；A Bs若基岩为低阻背斜， 曲线在 曲线的上方；这是因为小极距时 曲线反映较浅处岩层的电性较浅处岩层的电性情况。 对称

41、四极剖面法的实际应用：对称四极剖面法的实际应用：研究研究覆盖层下的覆盖层下的基岩起伏基岩起伏（向斜或背斜）和对水文、工程地质提供有（向斜或背斜）和对水文、工程地质提供有关关疏松层中电性不均匀体的分布疏松层中电性不均匀体的分布以及以及疏松层下的地质构造疏松层下的地质构造、划分、划分接触带、接触带、寻找寻找厚岩层（矿体）厚岩层（矿体）等。等。A BsA BsA BsA Bs3.2.3 电阻率剖面法及其应用实例实例1 1：用对称四极剖面法寻找地下：用对称四极剖面法寻找地下古河道古河道3.2.3 电阻率剖面法及其应用物性：物性：古河道两侧以及下部岩石由砂粘土组成，电阻率较低；古河床中充填的砂卵石则为高

42、阻。目的：目的：查明古河道的大致位置及走向；方法：方法：对称四极剖面法。问题：问题：还有什么装置能实现上述目标？还有什么装置能实现上述目标？实例实例2 2：用：用复合对称四极剖面法确定基岩的相对复合对称四极剖面法确定基岩的相对起伏起伏 3.2.3 电阻率剖面法及其应用用复合对称四极剖面法了解基岩起伏的实测剖面曲线1覆盖层 2卵石 3花岗岩目的：目的：查明基岩起伏以便为工程地质提供有用资料。方法：方法：复合对称四极剖面法。o 内容提要内容提要n 3.2.1 电阻率法的基础理论n 3.2.2 电阻率法的仪器和装备n 3.2.3 电剖面法及其应用实例n 3.2.4 电测深法及其应用实例电测深法及其应

43、用实例3.2 电阻率法电剖面法：电剖面法：是在测量过程中保持AB不变，使整个或部分装置沿测线移动，逐点观测，以了解某一深度范围内不同电性体沿水平方向沿水平方向的分布。电测深法：电测深法：是在同一点上同一点上逐次扩大供电电极距，使探测深度逐渐增大，以此来得到观测点处沿垂直方向沿垂直方向上由浅到深的s变化情况。p 电测深法电测深法概述概述3.2.4 电阻率测深法及其应用回顾：回顾：地下电流沿深度的分布规律BMAMhjjjBMAhjhLIj)(2222/322)(hLLIjh2/hL A（I）B（-I）MhOLLAMjhjBMj最佳供电极距为：最佳供电极距为：3.2.4 电阻率测深法及其应用最佳供电

44、极距的实际意义：最佳供电极距的实际意义：不断增加供电极距AB，理论上可以让不同的h深度处的电流密度最大，在地面同一点进行测量，能有效获取不同深部位置的视电阻率信息。p 电测深法电测深法的原理的原理电测深法：即电阻率电阻率垂向测深垂向测深。是利用岩矿石的导电性差异为基础，分析电性不同的岩层沿垂向分布沿垂向分布情况的一种电阻率方法。特点：特点： 采用在同一测点上逐次扩大供电极距，使探测深度逐渐加大，从而得到观测点处视电阻率s沿垂直方向沿垂直方向上的变化情况电测深法主要用于探测水平（或倾角不超过电测深法主要用于探测水平（或倾角不超过20）产状的不同电性层的产状的不同电性层的分布（如断裂带、含水破碎带

45、等）分布（如断裂带、含水破碎带等）3.2.4 电阻率测深法及其应用OABMNIUkMNsMNANAMk视电阻率及装置系数：通常采用对称四级装置装置特点：四极对称：AO=BO; MO=NO，测深点（或记录点）O不动，供电极距AB不断对称扩大（保持AO=BO），每改变一次AB极距，测量一个深度的数据，从而实现垂向测深。3.2.4 电阻率测深法及其应用装置系数k随电极距的逐次扩大而改变。电测深曲线电测深曲线:视电阻率s随供电极距（AB/2）变化的曲线称为电测深曲线。电测深曲线的特点：（1）每个电测深点每个电测深点均可以得到一条电测深曲线；（2）电测深曲线通常以AB/2为横坐标，以s为纵坐标，绘制在模

46、数为6.25cm的双对数坐标纸双对数坐标纸上。3.2.4 电阻率测深法及其应用300200100806050403020101515030020010080605040302010 15150MN/2=0.5MN/2=3MN/2=126543211.587某测深点的电测深曲线AB / 2sp 电测深电测深曲线的类型曲线的类型二层断面的电测深曲线类型12h1h221GAB / 21212h1h212s45AB / 22h21h11s3.2.4 电阻率测深法及其应用p 三三层断面的电测深曲线类型层断面的电测深曲线类型12h12h2h3AB/2AB/2 3 3 2 2 1 1H H123131223

47、12h12h2h312h12h2h312h12h2h3AB / 2AB / 2K K 2 2 1 1 3 3AB / 2A 3 3 1 1 2 2AB / 2Q 1 1 3 3 2 23.2.4 电阻率测深法及其应用ssssp 多层断面的电测深曲线类型多层断面的电测深曲线类型由四层四层电性层组成的地电断面，按相邻各层电阻率的组合关系相邻各层电阻率的组合关系，其电测深曲线有8 8种不同的种不同的类型；类型；每种电测深曲线的类型由两个字母两个字母表示。第一个字母第一个字母表示断面中的前三层前三层（即第一、二、三层）所对应的电测深曲线类型，第二个字母第二个字母表示断面中的后三层后三层（即第二、三、四

48、层）所对应的电测深曲线类型。3.2.4 电阻率测深法及其应用1234h1h2h3h4HKHA例如：HK（124） HA（1232220003=101=5021004=204=203.2.4 电阻率测深法及其应用1234567891011123451浮土浮土2砂石层砂石层3黏土层黏土层4砂页岩层砂页岩层5花岗岩花岗岩深度深度/m地质地质-电学断面图电学断面图520003=101=5021004=204=20某地四极剖面曲线与综合地电断面对比图AB / 2=5AB / 2=60AB / 2=101234567891011s0501001503.2.4 电阻率测深法及其应用某地电测深等值线图与综合地

49、电断面对比图1234567891011123451浮土浮土2砂石层砂石层3黏土层黏土层4砂页岩层砂页岩层5花岗岩花岗岩深度深度/m地质地质-电学断面图电学断面图520003=101=5021004=204=201001234567891011025010050200300500100050302050302010050301502050150200AB/2“电测深法电测深法”应重点掌握如下应重点掌握如下3 3点：点：u 电测深法的应用条件u 根据地电断面能确定电测深曲线的类型，并能定性的绘出电测深曲线；u 对单独一条电测深曲线，能判断出其类型，并能根据其类型推断地下电性层的层数、各相邻层间电阻

50、率的相对大小及第一层和底层的电阻率值。3.2.4 电阻率测深法及其应用本章的主要内容p 3.1 自然电场法 p 3.2 电阻率法p 3.3 充电法充电法p 3.4 激发极化法p 3.5 电磁法充电法：充电法：是一种电位勘探方法。主要是对地面上、坑道内或者钻孔中已经揭露的良导体直接充电，以解决某些地质问题的一种电法勘探方法。充电法的提出： 具有良好导电性的地质体有露头但不知道其分布情况，如矿体是否相连；矿体走向、产状；盲矿；地下水流速、流向；滑坡3.3 充电法o 内容提要内容提要n 3.3.1 充电法的基本原理充电法的基本原理n 3.3.2 充电法的设备和工作方法n 3.3.3 充电法的基本图件

51、n 3.3.4 充电法的应用范围及应用实例3.3 充电法充电：充电：对钻井、坑道等人工揭露或天然露头的良导体上接一供电电极（A），另一供电电极（B）置于离充电体很远的地方（称为无穷远极），对良导体持续供电，该过程被称为对良导体充电。充电体的电场：充电体的电场：对良导体充电时，充电体相当于一个大的供电电极，在其周围形成类似于点电源的电场，称为充电体的电场。3.3.1 充电法的基本原理对良导体充电以及建立的电场示意图充电法：充电法：对地下良导体进行充电，以建立地下电流场，在地面观测各点电位或电位梯度，实现对良导体进行勘探方法称为充电法。3.3.1 充电法的基本原理等位体和等位面：等位体和等位面：理

52、想条件下（即0 =0或0)，电位在导体内及表面处处相等，不产生电压降，故称导体为一个“等位体”，其表面为“等电位面”，也称等位面。良导体充电后电位以及电位梯度曲线等位面特征：等位面特征：在充电体表面附近，电位面的形状与充电体的形状一致。远离充电体，等位面趋于圆形。V/xVOV/xVxBBAA(b)(a)0=03.3.1 充电法的基本原理电位与电位梯度特征电位与电位梯度特征：电位剖面曲线对称；电位梯度曲线反对称，即在充电体顶部中心，电位梯度为零，其正、负极值对应于充电体边缘部分。水平脉状良导体和垂直脉状良导体充电电位与电位梯度曲线情况一：充电体为脉状良导体，呈水平或垂直展布情况一：充电体为脉状良

53、导体，呈水平或垂直展布。UUx/PUUx/P情况二：充电体为脉状良导体，呈倾斜状情况二：充电体为脉状良导体，呈倾斜状。电位与电位梯度特征电位与电位梯度特征：电位及电位梯度剖面曲线均不对称；电位曲线的极极大点大点与电位梯度的零值点零值点均向倾斜方向位移；电位曲线在倾斜一边曲线平缓，在倾斜相反方向曲线较陡；电位梯度曲线在倾斜一边曲线平缓，梯度绝对值小；在倾斜相反方向曲线陡，梯度绝对值大。垂直脉状良导体与倾斜脉状良导体充电电位与电位梯度曲线3.3.1 充电法的基本原理UUx/PUUx/P情况三：导体不是情况三：导体不是等位体（即等位体（即0 0）。）。电位与电位梯度特征电位与电位梯度特征： 充电后，

54、充电体上各点的电位并非都相等；当充电点位于不等位体边缘时，电位及电位梯度曲线都不对称；当充电点位于不等位体的中心时，电位及电位梯度曲线均成对称分布。3.3.1 充电法的基本原理V/x1208040 0020406080f(Hz)100642 0V100642 0V020406080f(Hz)1001208040 0642 0AAV/x充电法的资料解释应注意的问题： 充电导体自身的电阻率（是否满足理想导体的条件） 充电体与围岩电阻率差异（是否满足0 围 ）； 充电点的位置。充电法的勘探目的：充电法的勘探目的：利用电位或电位梯度等位线分布规律，查明良导体的空间分布形态、产状及延伸。3.3.1 充电

55、法的基本原理o 内容提要内容提要n 3.3.1 充电法的基本原理n 3.3.2 充电法的设备和工作方法充电法的设备和工作方法n 3.3.3 充电法的基本图件n 3.3.4 充电法的应用范围及应用实例3.3 充电法充电法的设备充电法的设备 与电阻率法相同野外工作方法：两种野外工作方法：两种。3.3.2 充电法的设备与工作方法（1 1） 电位观测法电位观测法：N N 极置于距充电体足够远的某一固定基点上。M M 极沿测线逐点移动，观测各测点相对于固定基点的电位差，即为该点的电位值。流动电极固定电极电位差计NM测线及测点良导体AB充电法的电位观测法（2 2）电位梯度观测法电位梯度观测法：MN MN

56、置于同一测线上，保持相对位置和间距不变，沿测线逐点移动，计算电位梯度v /x = vMN /MN3.3.2 充电法的设备与工作方法流动电极电位差计NM测线及测点良导体AB充电法的电位梯度观测法o 内容提要内容提要n 3.3.1 充电法的基本原理n 3.3.2 充电法的设备和工作方法n 3.3.3 充电法的基本图件与资料解释充电法的基本图件与资料解释n 3.3.4 充电法的应用范围及应用实例3.3 充电法p 充电法的基本成果图件：充电法的基本成果图件：u 电位剖面图u 电位剖面平面图u 电位平面等值线图u 电位梯度剖面图u 电位梯度剖面平面图u 电位梯度平面等值线图。3.3.3 充电法的基本图件

57、与资料解释p 充电法充电法资料的解释资料的解释依据等等电位线的电位线的形状及密集带形状及密集带，可判定充电体在地面上投影的形状和走形状和走向，并初步圈定其边界向，并初步圈定其边界；依据剖面电位剖面电位曲线，曲线，利用其极值点极值点推断充电体的顶部位置；顶部位置；利用其拐点拐点推断推断充电体的边界位置；边界位置；利用其对称性对称性推断充电体的倾向。倾向。依据电位梯度曲线，电位梯度曲线，利用曲线零值点零值点推断充电体的顶部位置；顶部位置；根据正、正、负极值点的位置确定负极值点的位置确定充电体的边界位置；边界位置；若梯度曲线不对称，则充电体向则充电体向极值的绝对值小、且曲线缓的一侧倾斜。极值的绝对值

58、小、且曲线缓的一侧倾斜。3.3.3 充电法的基本图件与资料解释o 内容提要内容提要n 3.3.1 充电法的基本原理n 3.3.2 充电法的设备和工作方法n 3.3.3 充电法的基本图件与资料解释n 3.3.4 充电法的应用范围及应用实例充电法的应用范围及应用实例3.3 充电法（1）应用条件应用条件 探测对象应为良导体；良导体； 探测对象至少有一个点出露。 探测对象不能埋藏太深，且应该有一定的规模。 圈定矿体的范围，确定矿体倾向； 确定相邻两露头的矿体在深部是否相连； 在已知矿体附近找盲矿体； 在追踪地下金属管线； （2）应用范围应用范围3.3.4 充电法的应用范围与应用实例充电法应用实例：判断

59、矿体是否相连充电法应用实例：判断矿体是否相连相邻不相连导电矿脉上的电位梯度曲线相邻且相连导电矿脉上的电位梯度曲线3.3.4 充电法的应用范围与应用实例xU/(MN.I)乙甲甲充电0 xU/(MN.I)乙甲甲充电乙充电0充电法电位平面等值线图判断矿体倾向3.3.4 充电法的应用范围与应用实例ZK9ZK11ZK9A本章的主要内容p 3.1 自然电场法 p 3.2 电阻率法p 3.3 充电法p 3.4 激发极化法激发极化法p 3.5 电磁法激发极化法：激发极化法：是以地下岩（矿）石在人工电场作用下发生的物理和电化学效应（激发极化效应）差异为基础的一种电法勘探方法，也称激电法激电法。3.4 激发极化法

60、激发极化分类：激发极化分类：（1）直流电直流（时间域）激发极化法（2）低频交流电交流（频率域）激发极化法重要性 激电法是地球物理勘查的基本方法之一。应用领域 金属或非金属固体矿产勘查；地下水资源勘查；油气藏勘查等。o 内容提要内容提要n 3.4.1 激发极化法的基础理论激发极化法的基础理论n 3.4.2 激发极化法的仪器和野外工作方法n 3.4.3 激发极化法的不同装置的异常特点n 3.4.4 激发极化法的应用实例3.4 激发极化法o 电阻率法的相关知识图-2 实测电位差变化曲线U1U1204060801001200t1t2T0t1CABA 供电时实测电位差曲线B 断电后电位差衰减曲线C 电位