第四章-电法勘探

第4章电法勘探-1第三节充电法第二节电阻率法第四节自然电场法第五节激发极化法第一节电阻率法的理论基础电法勘探是以介质的电性差异为基础，通过观测和分析天然及人工电场或电磁场的空间和时间分布规律来查明研究对象的形态和性质的一种地球物理方法。电法勘探中已被利用的岩（矿）石的电学性质有：1、岩（矿）石的导电性；2、介电性；3、极化特性；4、导磁性。第4章电法勘探（续1）第4章电法勘探（续2）1.按场源建立方式划分：

人工电场，天然电场；2.按观测的空间划分：地面电法、航空电法、海洋电法、钻孔或坑道电法。3.按电磁场的时间特性，划分为：直流电法、交流电法和瞬变或脉冲电法；4.按产生异常电磁场的原因分类：

①传导类电法：电阻率剖面法、电阻率测深法、充电法、直流激发极化法等，测量的物理参数：电阻率或视极化率；

②感应类电法：瞬变或脉冲法、低频电磁法、甚低频法、无线电波透视法、探地雷达、磁大地电场法等，测量的物理参数：电阻率、振幅、相位、频率和虚实分量等。4.1电阻率法的理论基础应用范围电阻率法是以不同岩（矿）石之间导电性差异为基础，通过观测和研究人工电场的分布规律和特点，实现解决各类地质问题的一类电法勘探方法。①金属、非金属矿产地质普查；②大地构造研究；③水文地质及工程地质调查；④能源地质勘测；⑤地质灾害调查。式中：L—沿电流方向导体的长度（单位为m）；

S—垂直于电流方向导体的横截面积（单位为㎡）；

ρ—导体的电阻率（单位为Ω·m）。

电阻率是表示岩（矿）石导电性能的物理量。电阻率小表示岩（矿）石导电性能好，电阻率大表示岩（矿）石导电性能差。

1.岩（矿）石电阻率及其单位由物理学可知，电阻R是表征某一物体导电性能强弱的一个物理量。一段通电导体的电阻可用下式表示4.1.1电阻率法的基本原理

4.1.1.1岩（矿）石的电阻率及其影响因素R=ρ

ρ=R式中：L—沿电流方向导体的长度（单位为m）；

S—垂直于电流方向导体的横截面积（单位为㎡）；

ρ—导体的电阻率（单位为Ω·m）。比例系数ρ仅表示不同物质对电流的阻碍能力，它只与导体的性质有关，我们称它为电阻率。某一物质的电阻率，在数值上等于该物质组成的横截面积为一平方米、长度为一米的导体所具有的电阻值。在电法勘探中，电阻率的大小表示岩石或矿石的导电的难易程度。4.1.1.1岩（矿）石的电阻率及其影响因素（续1）矿物电阻率表

4.1.1.1岩（矿）石的电阻率及其影响因素（续2）岩石电阻率表

矿物、岩石的导电性①大部分金属硫化物、部分金属氧化物及石墨属于良导电性矿物，电阻率低，大部分重要的造岩矿物都呈现劣 导电性，电阻率很高；

②岩浆岩、变质岩和化学沉积岩电阻率值均较高；沉积岩中的碎屑岩类电阻率值均较低。

③同类矿物、矿石和岩石的电阻率有一定的变化范围。2.影响岩（矿）石电阻率变化的主要因素影响岩石和矿石电阻率的因素可划分为两类：一类是对于金属矿物它们是靠金属矿物中的自由电子导电的，称为电子导体；另一类对于岩石，它们是靠其空隙中水溶液的离子导电的，称为离子导体。4.1.1.1岩（矿）石的电阻率及其影响因素（续3）4.1.1.1岩（矿）石的电阻率及其影响因素（续4）(1)岩（矿）石电阻率与矿物成分的关系矿物是组成岩石的基本单位，每种岩石或矿石都是由许多种矿物组成的，而矿石中金属矿物的含量往往较岩石要大的多，这就是造成岩石与矿石间电阻率差异的根本原因。岩矿石中含导电矿物越多其电阻率越低。

致密块状锓侵染状片状岩矿石结构与导电性关系示意图4.1.1.1岩（矿）石的电阻率及其影响因素（续5）(2)岩（矿）石电阻率与组成矿物结构的关系当导电矿物呈致密块状或细脉相连时，则便于电流流通，其电阻率就小，反之当导电性矿物呈浸染状分布时，由于导电性矿物被不导电性矿物隔开，其电阻率就高。另外，当导电性矿物呈细脉或片状定向排列时，如电流方向平行细脉方向，电阻率则小，电流方向与细脉垂直时，电阻率则大。岩（矿）石电阻率随通电方向而变化的这种性质，称为导电介质的“各向异性”

,如果岩（矿）石电阻率不随通电方向变化而变化，则称“各向同性”。

4.1.1.1岩（矿）石的电阻率及其影响因素（续6）(3)岩（矿）石电阻率与湿度及水溶液性质的关系组成岩石的矿物都是造岩矿物，属劣导电矿物，尽管组成岩石的矿物电阻率很高，但是由于离子导电的结果还是能导电的，其导电程度的好坏随岩石的湿度及空隙中含盐水溶液的浓度而变化。岩石湿度及含盐水溶液浓度越大，电阻率越低。4.1.1.1岩（矿）石的电阻率及其影响因素（续7）(4)岩（矿）石电阻率与温度、压力的关系温度升高时，一方面岩石中的水溶液的粘滞性减小，使溶液中离子的活动能力增强；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。地下岩石在受力的过程中，随着所受挤压力的增加，岩石孔隙度变小，电阻率增大。在地下深处高温高压作用下，岩石中结晶水脱出，电阻率会下降。4.1.1.1岩（矿）石的电阻率及其影响因素（续8）综述:金属矿产普查及勘探中，岩石中良导矿物的含量及结构是主要影响因素。水文、工程地质调查以及沉积区构造普查及勘探中，岩石的孔隙度，含水饱和度及矿化度等成了决定性因素。地热研究、地震地质及深部地质构造研究中，温度和地应力的变化却是应考虑的主要因素。正常电场： 地表水平、岩性均匀且各向同性介质中测得的电场。均匀各向同性半空间电场： 因地面以上空气是不导电的，这种电场仅存在于地下半 空间。点电源： 供电电极A电极的入土深度相对于所研究点到A极的距 离很小，另一电极B布置在很远的地方，使在A极附近 观测电场时B极所产生的电场可以忽略。4.1.1.2均匀各向同性介质半空间点电源电场1.一个点电源电场一个点电源： 电源的正极与供电电极A相连，电流则经A（+I）点流入地下，并经地下导电介质到供电电极B（-I）而回到电源的 负极，这样就构成了一个 供电闭合回路。如B（-I）距A（+I）很远的位置处，就可认为在A(+I）极附近的观测区域内，B（-I）极产生的电场可 以忽略，在这种情况下就构成了一个点电源电场。4.1.1.2均匀各向同性介质半空间点电源电场（续1）

一个点电源电场虚线—电流线；实线—等位线4.1.1.2均匀各向同性介质半空间点电源电场（续2）电流密度是矢量，其方向为该点电流线的切线方向，在这里电流线的方向是沿半径向外的。

一个点电源电场虚线—电流线；实线—等位线（1）电流密度定义：电流密度等于通过单位面积上的电流强度，用j表示。单位：μΑ/m2。地下半空间内岩石的电阻率是均匀各向同性，由A（+I）极流出的电流均匀的向四周辐射，则在电场中距A（+I）为r的任意点M点处的电流密度可用下式表示：j=I/(2πr2)

一个点电源电场虚线—电流线；实线—等位线（2）电场强度定义：在电场中某一点处的电场强度等于单位正电荷在那一点处所受的电力。电场强度表达式：在电法勘探中经常用下式确定电场中某一点处的场强。

微观欧姆定律：电场强度等于电流密度与介质电阻率的乘积，其方向与电流密度方向相同，电场强度是矢量。

E=ρ

j4.1.1.2均匀各向同性介质半空间点电源电场（续3）（3）电位电位：表示将单位正电荷从无限远处移至电场中某一点处，外力反抗电场力所做的功，它是标量仅有大小而无方向。在均匀各向同性介质中，由点电源A（+I）形成的电场在M点处的电位可用下式表示

式中：U—M点电位；E—电场强度。一个点电流源电位分布：在地下半空间中等位面为一系列 以点源为中心的同心的半球面。在点源附近电位衰减较快，随着远离点源衰减变慢。

j的方向与矢径r的方向一 致，处处与等位面正交。4.1.1.2均匀各向同性介质半空间点电源电场（续4）

一个点电源电场虚线—电流线；实线—等位线4.1.1.2均匀各向同性介质半空间点电源电场（续5）两个异性点电流源的电场（a）电场强度及电位曲线；（b）和（c）实线为等位线，虚线为电流线2.两个点电源的电场两个点电源：当地面上的两个供电电极相距不是甚远时，则不能忽略一个电极的电场对另一个电极电场的影响。这时均匀各向同性半空间的电场则是两个点电源共同形成的，即构成了两个点电源电场。4.1.1.2均匀各向同性介质半空间点电源电场（续6）两个异性点电流源的电场（a）电场强度及电位曲线；（b）和（c）实线为等位线，虚线为电流线2.两个点电源的电场（1）电流密度 点电源A（+I）及B（-I）同时供电时电流线分布情况。电场中任意点的电流密度j0AB为j0A及j0B的矢量和。a.靠近电极附近电流密度分布不均匀，变化很快。在AB连线中间地段，尤其是1/3AB范围内，电流线相互平行、电流密度的方向亦近于水平。可看成为均匀电场。b.靠近地表电流线密集，电流密度也大。随着深度的增大电流线逐渐变稀，电流密度则逐渐减小。（2）电场强度

E0AB=ρj0AB 它表示为电阻率与电流密度的乘积。（3）电位因为电位是个标量，所以由A(+I)及B(-I)形成的电场中的某点M处的电位UMAB

，应为A(+I)及B(-I)在M点处的电位UMA及UMB的标量和。

UMAB=式中:AM、BM分别为M点到A和B极间的距离。4.1.1.2均匀各向同性介质半空间点电源电场（续7）两个异性点电流源的电场（a）电场强度及电位曲线；（b）和（c）实线为等位线，虚线为电流线4.1.1.2均匀各向同性介质半空间点电源电场（续8）两个异性点电流源的电场（a）电场强度及电位曲线；（b）和（c）实线为等位线，虚线为电流线2.两个点电源的电场

电位的分布规律：

a.两个点电源形成的等位面为两组偏心的半球面，电流线处处与等位面垂直，靠近电极处电位变化快，向着A极方向迅速增加，而向着B极方向电位则迅速下降。

b.在AB中段1/2～1/3区间内电位变化较慢，并在AB中间出现零电位。靠近电极处电位梯度大,电场强度的绝对值也大。AB中部电位梯度变化小，场强值变化也小，电流线基本平行于地表，呈现均匀场特点。4.1.1.3均匀各向同性介质电阻率的测定均匀各向同性岩石电阻率测定

测量方法由A(+I)及B(-I)电极供电，建立的人工电场，由电法仪器测出MN电极间的电位差及供电回路电流I，量取AM、AN、BM、BN之间的距离，经过计算可求得被电场控制均匀岩石的电阻率。

电阻率的计算方法K称为装置系数。对称四极装置图

4.1.1.3均匀各向同性介质电阻率的测定（续）两个点电源A(+I)及B(-I)在M和N点处的电位为：

∵

又∵

∴岩石的电阻率ρ：4.1.2勘探深度与供电电极距的关系两个点电源电流密度随深度的变化在电极距一定的条件下，电流密度随深度增大而减小，在地面AB中点处电流密度则最大，勘探深度最大，但不会超过AB/2=L。决定电阻率法勘探深度的因素是供电极距的大小，影响勘探深度的主要因素是地电断面电阻率的分布。能够在地表产生可靠的异常的最大深度是所用电极距的勘探深度。影响深度是在该深度上，地质体存在并对观测结果已有影响，即有异常，但该异常还不足以作为可靠异常。勘探深度：电阻率法的勘探深度取决于那个深度是否具有一定的电流密度。电流密度是随深度的增大而减小的。4.1.3视电阻率及电阻率法的物理实质

4.1.3.1视电阻率概念

1.岩石的真电阻率:在地下电场控制的范围内仅存在一种岩石，并且它的导电情况是均匀各向同性时测得的，这个电阻率就是岩石的真电阻率。

2.视电阻率:在自然条件下，存在非理想的情况时，被电场明显作用范围内的存在几种不同的岩石，那么测得的电阻率不是其中某一种岩石的电阻率或另一种岩石的电阻率而是电场作用范围内各种岩石电阻率综合影响的结果，为了与真电阻率相区别，称它为视电阻率，并以符号ρs来表示。计算公式视电阻率的计算公式

ρs=K所以，ρs与ρ有本质上的区别。影响视电阻率的因素：

1．电场作用范围内地电断面本身的电阻率分布，如断面中各地层或地质体的电阻率，它们的形状、规模、厚度、埋深等。

2．电极的排列形式、电极距的大小、电极排列与地质体之间的相对位置等。

3．地形起伏。4.1.3.1视电阻率（续）4.1.3.2视电阻率定性分析式公式意义视电阻率ρs的大小主要取决于的大小和地表岩性电阻率有关。

ρs=

式中：jMN，ρMN为电场中存在电性不均匀体时，在测量电极MN间实际存在的电流密度及MN间实际的电阻率值。j0为均匀介质下的电流密度。4.1.3.3电阻率法的物理实质均匀介质ρs曲线

1.地下电阻率为ρ1的均匀介质如果观测范围是在1/3AB以内，则在这个范围内电流线是相互平行的。即有电流密度jMN=j0；ρMN=ρ1，有ρs=ρ1，即在均匀介质中视电阻率就等于其真电阻率。4.1.3.3电阻率法的物理实质（续1）高阻体的ρs曲线2.在电阻率为ρ1的介质中存在ρ2的高阻体因高阻体阻碍电流通过，因此电流线被挤向低阻岩层中通过，电流线向地面或地下弯曲再不能继续保持其水平直线状态。此时电场因高阻体的存在而产生了畸变。4.1.3.3电阻率法的物理实质（续2）2）随MN向球体两侧移动，高阻体对电场的影响亦随 之减小，ρs亦越来越小，当MN远离高阻体时，此时ρs=ρ1。3）在高阻体上方ρs曲线具有极大值，远离高阻体 ρs值逐渐减小到ρ1。2.在电阻率为ρ1的介质中存在ρ2的高阻体1）当MN位于高阻体上方时，jMN>jo但MN是在ρ1介质中，故ρMN=ρ1，则有ρs>ρ1。即在高阻体上方,产生了视电阻率异常。4.1.3.3电阻率法的物理实质（续3）低阻体上ρs曲线

3.在电阻率为ρ1的介质中存在ρ3的低阻体因低阻体吸引电流线，当测量电极MN位于低阻体上方时，则有ρs<ρ1；

MN电极逐渐远离低阻体时,ρs值则越来越大；当MN距离低阻体足够远时，ρs=ρ1。4.1.3.3电阻率法的物理实质（续4）综述：

a.当地下为均匀介质时，电场不产生畸变，此时为正常电场，其视电阻率曲线为平行于横轴的一条直线。

b.在均匀介质中存在电性不均匀体（高、低阻体）时，则电场将产生强烈的畸变，对应于高、低阻体上方则出现视电阻率值大于或小于其围岩电阻率值，我们称其为视电阻率异常。

c.视电阻率法就是根据视电阻率异常来推断地下是否存在电性不均匀体的，这就是视电阻率法的物理实质。4.2电阻率法

4.2.1电阻率剖面法定义：

电阻率剖面法简称电剖面法，它是以地下岩（矿）石电阻率差异为基础，人工建立地下稳定电流场，按某种极距的装置形式沿测线逐点观测，研究某一深度范围内岩（矿）石沿水平方向的空间电阻率变化，以查明矿产资源和研究有关地质问题的一组电法勘探方法。4.2.1电阻率剖面法（续1）中间梯度法联合剖面法对称四极剖面法复合对称四极剖面法偶极剖面法常用装置类型：

1.中间梯度法2.联合剖面法

3.对称四极剖面法 4.复合对称四极剖面法 5．偶极剖面法4.2.1电阻率剖面法（续2）特点：供电电极及测量电极同时安置在测线的测点上，沿测线方向并保持供电电极及测量电极之间的距离不变，逐点移动电极装置，研究某一深度范围内岩（矿）石沿水平方向的空间电阻率变化。4.2.1电阻率剖面法（续3）野外观测：电剖面法在野外施工时是测量MN两点间的电位差U及供电回路中的电流I，以及所采用的电极排列的装置系数K，即可计算出该测点的视电阻率。然后分别计算出各点的视电阻率值。4.2.1电阻率剖面法（续4）图件绘制：

1.剖面图：对于一条测线，按工作比例尺以测点的位置为横坐标，ρs为纵坐标，将各测点的ρs值用圆滑曲线或折线依次连接起来，绘成ρs剖面图。根据ρs剖面图的变化即可判断测线下面是否存在电性不均匀体。4.2.1电阻率剖面法（续5）图件绘制：

2.平剖图：在进行面积性ρs测量工作后，按照工作比例尺将各条测线的ρs剖面曲线汇总在一张图纸上，成为该测区的ρs剖面平面图。4.2.1电阻率剖面法（续6）图件绘制：

3.平面等值线图：在进行面积性ρs测量工作后，按照工作比例尺在图纸上标明全区各测点的位置及其ρs值，用内插法勾绘等值线，构成ρs等值线平面图。

中间梯度法装置中间梯度法观测方法1.中间梯度法的电极装置形式装置形式：中间梯度法电极装置如右图所示。特点：

①供电电极AB不动，测量电极MN在AB中间1/3AB范围内沿测线逐点移动，观测MN间的电位差△UMN，并用下式计算视电阻率ρs：

4.2.1.1中间梯度法（续1）特点：4.2.1.1中间梯度法（续2）

②MN可以在AB所在测线上1/3AB范围内观测，并可在AB所在测线的左右两侧1/6AB范围内旁测线上观测，达到一线供电，同时多条测线上观测的目的。

③MN与AB间的距离对于各点来讲都是变化的，故电极装置系数K不是常数，在测量之前应预先算好。

曲线分析：直立高阻脉起着阻挡电流线的作用，它迫使电流线从其上、下方的低阻层中通过，因此在高阻脉的上方电流密度则显著增大，由定性分析式 知，ρs值随之升高。高阻脉上的ρｓ曲线

2.直立高阻薄脉及低阻薄脉ρS曲线特征（1）直立高阻脉4.2.1.1中间梯度法（续3）曲线特点：MN从左至右逐渐靠近高阻脉时，ρs则逐渐增高；当MN处于高阻脉上方时，出现ρs极大值；随着MN逐渐远离高阻脉，ρs又开始逐渐降低；MN距高阻脉两侧很远时，ρs=ρ1

。高阻脉上的ρｓ曲线

（1）直立高阻脉4.2.1.1中间梯度法（续4）4.2.1.1中间梯度法（续5）低阻脉上ρｓ曲线

（2）直立低阻脉曲线分析：由于直立低阻脉与电流线是垂直的，电流线在低阻脉中通过不会因低阻脉的存在而受到影响。由定性分析式jmn≈j0，则有ρs≈ρ1。低阻脉上ρｓ曲线

（2）直立低阻脉曲线特点：低阻脉的存在不会改变水平均匀电场的分布状态，在测线上任何点上ρｓ值几乎没有异常，ρｓ曲线近似为一条直线。4.2.1.1中间梯度法（续6）2.直立高阻薄脉及低阻薄脉ρS曲线特征综述：

中间梯度法在寻找高阻脉或与高阻脉有关的矿体时会取得好的地质效果；对于低阻脉则不宜用中间梯度法。4.2.1.1中间梯度法（续7）4.2.1.1中间梯度法（续8）某铅锌矿上中间梯度法ρｓ剖面平面图1—石英脉；2—测线；3—ρｓ曲线3.中间梯度法的应用某矿区铅锌矿在石英脉中，而石英脉又穿插在花岗岩中，由于花岗岩易于被风化其电阻率仅为10²Ω·m，但坚硬的石英脉的电阻率却高达103—105Ω·m，这就为采用中间梯度法寻找石英脉创造了物理条件。由图可见在测线上60——68点之间，ρｓ曲线均出现明显极大值，异常宽度在10—20m之间，高阻带的走向呈北东方向，长达700m，经钻探验证为含矿石英脉引起的。4.2.1.2联合剖面法联合剖面法装置形式1.联合剖面法的电极装置形式装置形式：它是由两个三极装置即AMΝ∞和∞MNB联合而成。在两个三极装置中有个公共的无穷远极C（∞），电极排列以测点O呈左右对称AO=BO，MO=NO。当将无穷远极在测线的中垂线上布置，OC≥5AO；沿测线布置，OC≥10AO。联合剖面法测量方法1.联合剖面法的电极装置形式联合剖面法的测量方法：当A极供电时，测量MN两点间电位差UMNA及供电回路中电流I，根据视电阻率公式计算出ρSA；B极供电时，同样可以算出ρSB。因此，一个测点可以得到两个视电阻率值。联合剖面法电极装置系数：4.2.1.2联合剖面法（续1）4.2.1.2联合剖面法（续2）良导直立薄脉联合剖面曲线2.几种规则形状地质体联合剖面ρS曲线分析（1）良导直立薄脉ρs曲线分析及其特征

a.当电极装置位于点1位置时，jMN=j0,ρMN=ρ1，ρsA=ρ1。

b.随着电极逐渐向矿脉接近并处于处于点2位置时，与点1相比jMN>j0，MN极仍在ρ1介质中，所以ρMN=ρ1，因此ρsA>ρ1。

c.电极装置继续向矿脉靠近处于点3的位置，矿脉吸引电流线的作用较点2更加强烈，ρSA仍大于ρ1且比点2还大，这时ρSA取得极大值。良导直立薄脉联合剖面曲线（1）良导直立薄脉ρs曲线分析及其特征

d.电极装置于点4位置时，A极发出的电流线均被矿脉吸引，因此经过MN极的电流线将急剧的减少，所以ρsA亦随之减小，此时获得ρsA极小值。

e.继续向右移动电极装置至点5位置时，MN间的电流密度jMN<j0，此时的jMN较点4时大，因此ρsA又开始升高。

f.当电极装置移到远离矿体界面处的点6位置时，ρsA=ρ1。同理分析ρsB曲线4.2.1.2联合剖面法（续3）良导直立薄脉联合剖面曲线（1）良导直立薄脉ρs曲线分析及其特征ρs曲线特点分析：

ρsA与ρsB曲线相交于矿脉上方。在交点两侧ρsA及ρsB曲线呈两翼张开状态，交点左侧ρsA>ρsB，交点右侧ρsA<ρsB。我们称这种交点为低阻正交点。交点的电阻率ρs值低于或接近于围岩电阻率ρ1。在用联合剖面法找矿中就是利用低阻正交点的位置来确定良导脉及构造破碎带在地面上的投影位置。4.2.1.2联合剖面法（续4）4.2.1.2联合剖面法（续5）高阻直立岩脉ρs曲线

利用交点性质及电阻率的高低和ρsA与ρsB两条曲线之间开阔的程度可区别高阻岩脉与低阻岩脉。（2）高阻直立岩脉ρs曲线特征高阻直立脉曲线特点：

1）ρsA及ρsB两条曲线交点处的视电阻率值远远高于其围岩电阻率值，交点左侧ρsA<ρsB，交点右侧ρsA>ρsB，我们称这种交点为高阻反交点，交点的位置与高阻脉在地面上的投影位置相对应。

2）交点两侧ρsA及ρsB曲线呈两翼闭拢状态。低阻倾斜薄板上联剖曲线h=5cm；L=80cm；α=30°（3）倾斜良导脉ρs曲线特征矿脉倾斜时ρs曲线特点：

1）ρsA和ρsB两条曲线不对称。反倾向一侧的电极供电时，ρs曲线异常反映明显。

2）低阻正交点位置相对于矿体顶部向矿体倾斜的方向移动。矿体倾角越小、埋深越浅以及AO极距越大，曲线的不对称性及交点位移也越大。

为了判断矿体的倾斜方向，通常采取大小两种极距的联合剖面测量，根据ρs曲线的不对称性和交点位移情况判断矿体的倾斜方向4.2.1.2联合剖面法（续6）直立岩层接触面ρs曲线浮土下直立岩层接触面ρs曲线（4）两种直立岩层接触面ρs曲线特征在两种直立岩层接触面处（无浮土），ρsA及ρsB曲线均出现了较大的跳跃。ρsA曲线变化情况较ρsB曲线更为明显。所以可用ρsA曲线极大值点确定岩层接触面位置。有浮土覆盖时，由于良导性浮土的影响使岩层接触面处ρs曲线变化较平缓，两种岩层接触界面的位置与ρsA曲线极大值下降三分之一的地方相对应，即与2/3ρsA极值点的横坐标位置相对应。4.2.1.2联合剖面法（续7）4.2.1.2联合剖面法（续8）表土不均匀对ρs曲线的影响

3.地形及表土不均匀对联合剖面曲线的影响（1）表土电阻率不均匀对ρs曲线的影响表土不均匀的影响埋深较浅的局部低阻体及一个凸起的小山脊会引起ρsA与ρsB曲线同时下降。反之当存在一个埋藏较浅的高阻体及地面上存在一个小窄沟时，则会引起ρsA及ρsB曲线同时升高。对于ρsA及ρsB曲线发生同时上下跳动现象，我们称它为ρs曲线双支同步跳跃。

采用“比值法”加以消除，方法如下：（1）表土电阻率不均匀对ρs曲线的影响4.2.1.2联合剖面法（续9）表土电阻率不均匀对联合剖面ρs曲线的影响及其消除（a）F与F曲线；（b）ρsA与ρsB曲线1）对各个测点的ρsA与ρsB值取其比值，分别计算出FA和FB。2）绘制F曲线剖面图。地形对ρs曲线的影响

（2）山脊山谷地形对ρs曲线的影响曲线特点：对应山脊地形ρsA及ρsB出现低阻反交点；而在山谷地形上ρsA及ρsB形成高阻正交点。4.2.1.2联合剖面法（续10）式中：ρS实测是ρs实测值；

ρS曲线是纯由地形引起的ρs值；

ρ0是纯介质的电阻率值；

ρS改是消除了地形影响后的ρs值。4.2.1.2联合剖面法（续11）地形影响的改正办法：最简单的是“模型实验校正法”，也称为“比较法”。把野外实际地形按比例缩小在土槽中，通过模型实验得出纯地形影响的视电阻率曲线。校正后的数值是：4.联合剖面法的应用（1）寻找金属矿中的应用某区内出露岩层有大理岩及闪长岩两种，在两种岩石的接触部位见有矽卡岩及黄铁矿化，并有微量的黄铜矿。区内均为浮土掩盖，露头很少。大理岩和闪长岩电阻率均比较高，为在本区利用联合剖面法寻找接触交代型铜矿创造了物理前提。4.2.1.2联合剖面法（续12）4.2.1.2联合剖面法（续13）我国某铜矿床上联合剖面曲线

（1）寻找金属矿中的应用图为实测的联合剖面曲线，由图可见ρsA与ρsB曲线出现明显的低阻正交点和曲线的不对称。根据曲线不对称可知矿体是倾斜的，其倾斜方向应向ρsA与ρsB的极大值及极小值降低的一侧倾斜。因此推断矿体向南西倾斜。后经钻探证实，该异常为赋存于接触带附近接触交代型铜矿所引起。4.2.1.2联合剖面法（续14）某地破碎带上联合剖面曲线1—砂卵石；2—流纹岩；3—断层（2）寻找和追索破碎带测线的方向沿横惯河谷布置，采用的电极装置为AO=20，MN=5m，从观测结果可见在6号点处出现了低阻正交点，推断可能为破碎带引起的，因为只有在裂隙中才含有水而呈低阻带。经坑探证明确有破碎裂隙，厚约1米。（2）寻找和追索破碎带为了追索破碎带的走向，使用同样的电极距在河谷下游距前一剖面30米处又布置了一条剖面，结果在10号点附近又出现了一低阻正交点，两交点连线的方向即为破碎带的走向。该区河谷宽为200m，河谷内地形平坦，大部分为砂卵石覆盖，在河谷两侧出露的岩石为白垩纪流纹岩。联合剖面法的任务就是在流纹岩中寻找破碎带。某地破碎带上联合剖面曲线1—砂卵石；2—流纹岩；3—断层4.2.1.2联合剖面法（续15）4.2.1.3对称四极剖面法对称四极剖面法装置形式1对称四极剖面法电极装置形式（1）对称四极装置特点：

A、M、N、B四个电极在测线上排列成一直线，各电极均以测点O为中心呈左右对称布置，即AO=BO，MO=NO。保持个电极间的距离不变，整个装置沿测线一起移动进行测量。

因此，所测的ρs值的变化反映了沿剖面方向一定深度范围内岩石电阻率的变化情况。用下式计算视电阻率ρs：4.2.1.3对称四极剖面法（续1）复合对称四极剖面法装置形式（2）复合对称四极装置特点：在对称四极剖面法中采用两种大小不同的供电电极距测量构成的复合对称四极装置。在每个测点上分别用大极距AB及小极距A′B′供电，与其对应的则可测得ρsA’B’及ρsAB，这样在一条测线上就可以有反映不同深度情况的两条ρs曲线。4.2.1.3对称四极剖面法（续2）高阻基岩隆起的ρs曲线

可见，视电阻率ρS曲线起伏情况，比较好的反映了基岩表面的起伏。2.对称四极剖面法ρs曲线的分析

（1）良导覆盖层下高阻基岩隆起ρs曲线的分析

1号点远离基岩界面，jMN=j0，ρMN=ρ1；测点位于2号点位置时，因基岩发生隆起其表面靠近地表，电场则因高阻基岩向地表排斥电流线而引起电流畸变，致使jmn>j0，则视电阻率ρS>ρ1；测点位于3号点处的情况与1号点相同。4.2.1.3对称四极剖面法（续3）

复合对称四极ρs曲线（a）ρ1<ρ2高阻基岩隆起；（b）ρ1>ρ2古河道（基岩为低阻）复合对称四极剖面法是采用两种不同的供电电极距、不同的探测深度而得到的两条ρs曲线，区分高阻隆起或古河道的异常。

2.对称四极剖面法ρs曲线的分析（2）复合对称四极ρs曲线的分析在基岩为高阻的隆起上，ρsA’B’曲线低于ρsAB；在古河道（基岩为低阻）上，ρsA’B’曲线位于ρsAB的上方。4.2.1.3对称四极剖面法（续4）对称四极剖面的等ρs平面图

表示出了低阻闭合圈的位置，根据低阻闭合圈的范围即可确定古生代基岩顶面洼地的位置。3.对称四极剖面法的应用（1）确定浮土层下的基岩起伏实例1寻找沉积在基岩低洼处铝土矿。基岩洼地处沉积的铝土矿电阻率最低，并在视电阻率平面等值线图上明显的岩溶区对称四极剖面法ρ剖面图1—粘土；2—灰岩

(2)确定浮土层下的基岩起伏实例2确定基岩起伏界面。右图是某地岩溶区对称四极剖面法ρS剖面图，它清楚的反映出灰岩基底起伏情况。灰岩中的岩溶漏斗因被低阻沉积物充填，所以ρS剖面曲线反映出的低阻部位恰与岩溶漏斗对应。4.2.1.3对称四极剖面法（续5）对称四极剖面法的ρ剖面平面图1—页岩；2—大理岩（2）对称四极剖面法在地质填图中的应用实例：图为某地寻找页岩及大理岩接触界限的ρS剖面图。当测点由页岩区进入大理岩地区时，ρS曲线发生跃变，而在页岩及大理岩地区ρS曲线比较平稳，所以可以根据ρS曲线跃变的特点划出两种岩层的接触界面来。4.2.1.3对称四极剖面法（续6）正确地确定工作任务是保证工作顺利进行和取得显著效果的重要环节。电阻率剖面法必须具备的地质条件和地球物理前提：1.被探测的地质体与围岩的电阻率有较大的差异。2.被探测的地质体相对于埋藏深度具有一定的规模。3.被探测的地质体的异常应能从各干扰体的异常背景中区分显示出来。4.浮土电阻率很低（如沼泽、稻田区），厚度又很大的地区或地表接地电阻过大（如冻土层厚度大于1－2米及地表为砾岩掩盖）的地区，不利于开展电阻率剖面法工作。4.2.2电阻率剖面法的野外工作方法

4.2.2.1确定任务4.2.2.2测区范围、测网与比例尺测线的方向应垂直被探测地质体的主要走向。如成矿受构造控制，测线应垂直构造的走向；成矿受岩性的控制，则应垂直岩层走向。当发现的异常走向与测线交角小于90°过多时，应垂直异常走向布置补充工作。测网密度由被探测地质体的大小、埋深和工作性质来确定。普查时，至少要有1—2条测线穿过异常，每条测线上至少有3—5个测点在异常区；详查时，至少应有3—5条测线、5—10点、线穿过异常。1.对称四极剖面法极距的选择实际工作中常用的数据如下：

AB≥（4～6）H MN=（1/5～1/3）AB其中H为矿顶埋深。电剖面法通常取MN大小与点距相等或两倍点距。复合四极剖面中，大极距反映深部情况，一般是AB/2≈（3－5）H，（H是覆盖层的平均厚度）；小极距反映浅部情况，一般A’B’/2≈（1－2）H。大极距与小极距两者的比值在两倍以上。4.2.2.3电极距的选择2.联合剖面法极距的选择选择最合适的极距称为最佳电极距：

AO≥3H（H为矿顶埋深）对于薄板状良导性矿体，最佳极距为：

AO=1/2（L+d）其中：L——矿体沿走向的长度。d——矿脉向下延伸的长度。邻近有不均匀体时电极距的选择：还应使

AO≤1/2PP—为矿体与不均匀体之间的距离。无穷远极的选择：一般取OC>（5～10）OA最大，最好沿垂直测线方向布置C（∞）极。对测量电极MN的选择：MN=（1/3～1/5）AO通常MN等于测点距。4.2.2.3电极距的选择（续1）3.中间梯度法电极距的选择在保证观测质量可靠的前提下，供电电极距AB应尽可能大。测量电极距选择：

MN=（1/20～1/50）AB 4.2.2.3电极距的选择（续2）4.2.3电阻率测深法定义：电阻率测深法简称电测深法，它是以地下岩（矿）石的电性差异为基础，人工建立地下稳定直流电场或脉动电场，通过逐次加大供电（或发送）与测量（或接收）电极极距，观测与研究同一测点下垂直方向不同深度范围岩（矿）层电阻率的变化规律，以查明矿产资源或解决与深度有关的各类地质问题的一组直流电法勘探方法。电测深的主要特点：电测深法适用于勘探在垂向上有明显电性差的水平的或缓倾斜（倾角小于20º）岩层厚度、埋藏深度等。4.2.3电阻率测深法（续1）工作方法：保持测点O不动，仍以O点为中心，分别向外对称地移动A、B供电电极，之后测量M、N两点间的电位差及供电回路中的电流。根据视电阻率公式计算出ρS值。如此继续扩大AB，就可以算出对应于每个AB的ρS

。然后以AB/2为横座标，以ρS为纵座标绘出电测深曲线。电测深法的装置类型：对称四极测深、三极测深及偶极测深，经常被应用的是对称四极测深法。4.2.3.1电测深法的基本原理电测深工作原理

2. 随着AB/2的距离逐渐增大，电流向下的穿透深度相应增 大。 因ρ2

>ρ1

，即第二层介质对电流向上排斥，此时jMN

>j0

。 所以ρs

>ρ1

，ρS曲线随AB/2增大而升高（图中“2”点）。3. AB/2»h1时，第一层相对变薄，电场分布决定于第二层，所以 ρs

=ρ2。ρ2＞ρ1二层地电断面ρS曲线的形成过程：当AB/2«h1时，因供电电极距很小，电流主要在分布在浅部的ρ1介质中，此时jMN=j0，ρMN=ρ1，因此ρs

=ρ1

（图中“1”点）。4.2.3.1电测深法的基本原理（续）电测深法的物理实质：我们知道勘探深度取决于供电电极距的大小，因此只要在同一测点上采取不断地扩大供电电极距AB的距离，即会达到控制勘探深度的目的，籍以了解岩石电阻率随深度的变化情况，这就是电测深法的基本出发点。改变电极距的目的就是改变电场向下作用的空间范围，从而达到对测点下面不同深度岩层研究的目的。这就是电测深法的物理实质。4.2.3.2地电断面与电测深曲线类型地质断面与地电断面的关系图中从地质角度来划分就是二层，因潜水面上下的黄土湿度不同，故地电断面是三层。只有电性层与岩层相吻合时地质断面才与地电断面相一致。因此在电测深中需要经常研究地电断面与地质断面间的关系，才能根据地电断面推断地质断面达到划分岩层的目的。地电断面：按岩层的电性不同来划分断面。地质断面：根据岩性的不同来确定界面。

G型电测深曲线D型电测深曲线

1．二层地电断面电测深曲线类型二层地电断面共有三个参数即ρ1、ρ2和h1（因h2为无限厚可以不予考虑），因此有ρ1<ρ2及ρ1>ρ2两种类型。（1）ρ1>ρ2电测深曲线，称其为G型曲线。（2）ρ1<ρ2电测深曲线，称其为D型曲线。4.2.3.2地电断面与电测深曲线类型（续2）H型电测深曲线 K型电测深曲线

Ａ型电测深曲线Ｑ型电测深曲线

（2）．三层电测深曲线类型三层电测深曲线有五个参数，即

ρ1、ρ2、ρ3及h1、h2，由地电断面概念可知，它有三个电性层，电测深曲线可分成四种类型，即H型、K型、A型及Q型。（1）H型曲线：当ρ1>ρ2<ρ3时，即形成H型曲线；（2）K型曲线：当ρ1<ρ2>ρ3时，即形成K型电测深曲线。（3）A型及Q型曲线：当ρ1<ρ2<ρ3及ρ1>ρ2>ρ3时，则分别形成A型及Q型电测深曲线。多层电测深曲线类型

3.四层及多层电测深曲线类型四层地电断面共有七个参数，其电阻率和厚度分别为ρ1、ρ2、ρ3、ρ

4、和h1、h2、h3，按照各层电阻率之间的组合关系的不同，四层地电断面的电测深曲线可分成八种类型，即HK、HA、KH、KQ、AA、AK、QH及QQ型，电性层更多时，每增加一层表示电测深曲线类型的字母便增加一个。

4.2.3.2地电断面与电测深曲线类型（续3）4.2.3.3电测深的工作方法测网的选择：取决于测区勘探要求的详细程度及测区的地质条件。测线的方向应与地质构造方向垂直，测线的长度应大于寻找的地质构造的宽度。

1．详查要有三至五条测线通过有意义的构造带，每条测线要有三到五个测点位于构造带上。

2．在普查工作中至少要有一条测线通过最小的有意义的构造带，处于构造带上至少应有二至三个测点。4.2.3.3电测深的工作方法（续1）电极距的选择：

1.供电电极距大小的标准以使电测深曲线首尾两端 出现渐近线为原则，所以要求:

(AB/2)min＜h1，

(AB/2)max＞（5－20）Ｈ （AB）n+1≈1.5（AB）n 2.测量电极MN的选择

1/3AB≥MN≥1/30AB4.2.3.3电测深的工作方法（续2）供电电极距及其MN间的关系表装置形式：

先从小的供电电极距开始，然后逐渐增大AB，MN不变，当AB增大到AB=30MN时，则增大MN间的距离，并在变换MN时，对相邻AB极距采用两种MN进行观测，以便曲线圆滑处理。常用的供电电极距及其MN间的关系见表。4.2.3.4电测深结果的图示电测深曲线图电测深曲线图：以AB/2为横座标，以ρｓ为纵座标，将每一个AB/2所对应的ρｓ值点在双对数座标纸上，用点线将ρｓ值连接起来，即得到一个测深点的视电阻率电测深曲线。电测深曲线类型图4.2.3.4电测深结果的图示（续1）目的：该图可给出地电断面或构造的粗略概念几种常用的电测深定性解释图件：

1.电测深曲线类型图将测区内各电测深点的位置按工作比例尺将其标在图上；在各测点的旁边标明该点的电测深曲线类型；将相同曲线类型范围圈在一起，构成电测深曲线类型图。等AB/2视电阻率剖面图1—AB/2=1000m

2—AB/2=3000m4.2.3.4电测深结果的图示（续2）目的：了解某一深度范围内沿水平方向的电性变化。2.等AB/2视电阻率剖面图以各测深点间的距离为横座标，以某一AB/2各测点所对应的ρｓ值为纵座标；用曲线将各测深点对应的ρｓ值连接起来，即为等AB/2的ρｓ剖面图。4.2.3.4电测深结果的图示（续3）AB/2=500m的ρｓ平面图目的：此图反映工作区内一定深度以上的电性分布情况。3.等AB/2视电阻率平面图将各测点位置按工作比例尺标在图纸上；选择某一AB/2极距的ρｓ值标在各测深点之旁；然后用内插法将ρｓ值相同的点用圆滑曲线连接起来。即绘出等AB/2视电阻率平面等值线图。等视电阻率断面图4.2.3.4电测深结果的图示（续4）目的：此图不仅反映剖面上各测点垂直方向电性变化情况，而且还能反映不同深度沿水平方向电性变化情况。4.等视电阻率断面图横坐标表示测点（用算术坐标），纵坐标表示AB/2（对数或算术坐标）；将每个测深点不同AB/2所对应的ρｓ值标在相对应测点的纵坐标上；按一定的等值线间隔用内插法将ρｓ值相等的点用圆滑曲线连接起来，即构成了等视电阻率断面图。4.2.3.4电测深结果的图示（续5）基底电阻率为无限大时电流分布及纵向电导5.纵向电导剖面图及平面等值线图（1）纵向电导概念：用对称四极装置进行测量时，当供电电极距很大的时侯，测点下面的电流线是平行于地面的。当三层地电断面电阻率之间的关系为ρ1>ρ2<ρ3并且当3→∞时，电流主要分布在ρ1和ρ2介质中。如果在测点附近截取一个底面积为1平方米，厚度为H=h1+h2的平方柱体，该体积沿电流方向导电能力称为岩层的纵向电导，以符号S表示。（1）纵向电导S、H、ρt之间的关系：4.2.3.4电测深结果的图示（续6）基底电阻率为无限大的三层电测深曲线三层断面纵向电导用S1.2表示对于基低电阻率为无限大的岩层，其电测深曲线的尾支渐近线与横轴成45°角，纵向电导S等于45°直线与横座标的交点至坐标原点间的距离。

松辽平原长岭地区S剖面图Q—第四系；Tr—第三系；Cr—白垩系；J—侏罗系；Pz—古生界；AH—前震旦系

（2）纵向电导剖面图以测深点的位置为横坐标，以各测深点测深曲线求出对应的S值为纵坐标，用圆滑曲线将各测深点的S值连接起来，即构成了纵向电导剖面图。纵向电导S与高阻基岩表面埋深成正比关系。4.2.3.4电测深结果的图示（续8）我国某盐田S平面等值线图

（3）纵向电导平面等值线图在测点分布图的基础上，将各测深点的S值标在测点旁边，并按一定的等值线间隔用圆滑曲线将S值相等的点连接起来，即构成了S平面等值线图。右图为我国某盐田S平面等值线图。图的中部S值大于周围的S值，表明测区中部基低较周围深，反映基低近于一个盆地，走向近东西。4.2.3.5电测深应用实例华北平原边缘某大断层电测深成果图1—第四系黄土；2—砾石层；3—奥陶系灰岩；4—砂页岩夹石英岩；5—断层1.接触带、破碎带及断层等电测深资料的定性解释电测深在华北平原边缘带寻找断层的实例。电测深点N1—N4为KH型曲线，N5—N8为G型曲线。由N4点过渡到N5点其间缺失两个电性层，认为在N4与N5间有断层存在。

ρS断面等值线图反映出，AB/2>1000m后，在N4与N5点间ρS等值线形态及密集程度不同，在N1—N4点下面ρS等值线呈低阻稀疏分布，而在N5—N8点下面ρS等值线则呈高阻密集分布。钻探证明N4与N5点间断层确实存在。4.2.3.5电测深应用实例（续）山东某铁矿地质物探综合断面图1—浮土层；2—蚀变闪长岩；3—矽卡岩；4—角砾岩；5—大理岩；6—铁矿2.在解决有限地质体问题中的应用山东某地应用电测深法验证磁异常的例子。矿体在水平方向有一定延伸，但局部集中，在ρ断面等值线图上与磁异常对应的位置有低阻等值线闭合圈，后经钻探验证在48米处见到磁铁矿。4.2.4电阻率法的仪器（一）对电测仪器的要求1.灵敏度高。仪器灵敏度越高，可测的ΔUMN值越小。2.抗干扰能力强。仪器要求对50HZ工业干扰信号和各种偶然干扰具有很强的抑制能力，以保证仪器的高灵敏度。3.稳定性高。野外用的仪器要求能够在相当大的温度和湿度变化范围内保持性能稳定。4.输入阻抗高。要使在野外接地条件改变的情况下仪器仍能保持所需精度，仪器应具有较高的输入阻抗。4.2.4电阻率法的仪器（续）（二）电阻率仪普遍使用的是具有电流负反馈的自动补偿仪。

WDJD—2直流数字激电仪4.2.5电阻率法的装备发电机整流器干电池组（1）供电电源：常用干电池组或小型发电机经过整流输出直流电。供电电极不极化测量电极4.2.5电阻率法的装备（续1）2.供电电极：常用40～50cm长，直径为1～2cm的铁棒，一般都制成锥形以便打入地下。3.测量电极：用30～40cm长，直径为1～2cm的铜棒，或者使用不极化电极。供电导线供电线架4.2.5电阻率法的装备（续2）4.导线与线架：选择电阻小、拉力大、重量轻、绝缘好、耐磨损的导线，为应用方便常常把导线绕于各式线架上。原理：又称高密度电法。它的基本原理与普通电阻率法相同，它集中了电剖面法和电测深法的特点，由仪器的先进设计及资料处理能力及高密度电法仪，能快速而准确地获取丰富的地下信息。

一条高密度电法测线能了解地下一个断面状信息，通过合理布置测线，能三维勾划地质体，从而达到立体勘探。对解决圈定岩溶大小、断层破碎带的追索等地质问题非常有效。而且勘探成果非常直观，易于非专业人员判读。4.2.6高密度电阻率法高密度电阻率法勘探系统结构示意图观测系统和图示高密度电阻率法实际上是一种阵列勘探方法。观测方法主要有三电位电极系测量装置、三极测量装置等。根据高密度电阻率法数值模拟绘制成等值线拟断面图，灰度图等。由于采用等差数列布置电极、点距密，所以其纵、横向分辨率均较高，特别是解决浅层地质问题（<100m）效果好。4.2.6高密度电阻率法（续1）图中d是总剖面的照片，e是电阻率反演结果，与剖面对应的b和c（放大图）是先前发现的墓穴，位置a（放大图）是先前没有注意到的另一个墓穴。采用温纳装置，电极距为1米。高密度电阻率方法在地下空洞墓穴探测实例4.2.6高密度电阻率法（续2）4.3充电法充电法装置示意图充电法：将供电电极A设置在矿体露头上，A极与矿体的接触点即为充电点，另一个供电电极B置于距A极无限远处，则B极电场对A极将不会产生影响，这就构成了一个点电源的电场。充电法的应用范围：

1.在普查勘探金属矿中，大致的确定矿体的分布范围，判明矿体的形状与产状。确定两个相邻矿体是否相连及在露头附近是否存在隐伏的矿体等；

2.在水文地质工作中，确定地下水流速流向；

3.追索地下电缆和管道。4.3充电法（续1）应用充电法的前提条件：矿体必须具有良好的露头（天然的或人工揭露的槽探、浅井、坑道及钻孔等），并且具有一定的规模；充电体必须具有良好的导电性、围岩电阻率均匀、地形较平坦。4.3充电法（续2）4.3.1充电法的基本原理充电良导体周围的等位线分布图在理想条件下我们认为矿体的电阻率ρ0=0，围岩电性均匀其电阻率为ρ1。此时无论将充电点选在矿体上的那一点，因为矿体内没有电阻在其内部便不会产生电位降，因此在矿体内部及其表面上各点电位是相等的，因此由于对矿体充电的结果使得矿体变成一个等位体，矿体的表面即是个等位面。4.3.1充电法的基本原理（续）充电良导体周围的等位线分布图在围岩中，因围岩电阻率较矿体的电阻率大得多，所以电流经过围岩时要产生明显的电位降。等位面靠近矿体附近等位面密集，远离矿体的地方等位面变稀，见图(a)。当围岩电性均匀时等位面的形状与矿体的形状有密切关系，在矿体附近密集的等位面形状即反映了矿体的形状。等位面与地面的交线就是等位线，在地面上通过测量追索出等位线的形状见图（b），便可确定矿体的位置、形状及范围大小，这就是充电法的基本原理。（一）充电球体的电位及电位梯度曲线

1.计算公式：假设有个半径为r0、中心距地面距离为hC，电阻率ρ0→0的金属球体，位于电阻率为ρ1的介质中，球体充电以后向其周围辐射电流Ι，地面上任意点M离球心在地面上的投影点O的距离为x，则M点的电位公式为主测线上的电位梯度公式4.3.2电位及电位梯度曲线

主测线坐标关系.

球体电位和电位梯度曲线1—梯度曲线；2—电位曲线2.电位及电位梯度曲线的特征：（1）无论x为正或为负电位均为正值，即电位曲线在x轴上方，并且关于纵轴左右对称。电位梯度曲线则对称于原点O，即当x为负时电位梯度为正，x为正时电位梯度为负。（2）x=0时，电位取得极大值，电位梯度则为零，即球心对应于电位的极大值和电位梯度的零值点。所以我们可以根据曲线的这一特征确定球心中心在地面上的投影位置。（3）x→∞,即观测点离球体很远，电位及电位梯度均趋于零。4.3.2电位及电位梯度曲线（续1）水平圆柱体横剖面电位及电位梯度曲线1—电位曲线；2—电位梯度曲线水平圆柱体纵剖面电位及电位梯度曲线1—电位曲线；2—电位梯度曲线（二）充电水平圆柱体的电位及电位梯度曲线水平圆柱体横剖面电位及电位梯度曲线特征基本于球体相似，但是其纵剖面电位曲线出现宽而平的极大值区，在金属圆柱体两端处电位曲线急剧下降。在电位梯度曲线上，沿柱体走向在柱体上方形成个接近零值的低值区，在柱体的两端则出现极大值及极小值。电位梯度的极值点即等于矿体的边界，根据纵剖面电位梯度曲线极值点间的距离可推断矿体沿走向的长度及矿体的两端位置。4.3.2电位及电位梯度曲线（续2）4.3.3充电法的野外观测方法电位观测法（一）电位观测法测量方法：将一个测量电极Ν置于距充电电极无限远处，则可视Ν极电位为零，沿测线各点放置流动电极M，观测M点与Ν点间的电位差，即有ΔUMN=UM－UN=UM,实际上ΔUM就是M极所在测点处的电位值。电位观测法 电位梯度观测法

（二）电位梯度观测法测量方法：保持MΝ间距离不变，充电后，测量电极沿测线方向逐点测量MΝ间的电位差ΔUMN。在移动MΝ时，注意MΝ电极的前后顺序不能变。两种方法的比较：

电位观测法可以较快地圈出矿体的平面位置；电位梯度观测法分辨能力强，适用于确定矿体的顶端位置和沿走向长度。4.3.3充电法的野外观测方法（续）4.3.4充电法的应用辽宁某地磁黄铁矿床充电法成果图1—断层；2—矿体在地面上的投影(一)追索及圈定金属矿床辽宁某磁黄铁矿区应用充电法的实例地层与物性：本区震旦纪石灰岩电阻率ρ1=103

(Ω.m)。矿体赋存在石灰岩中，矿石为致密的磁黄铁矿具有良好的导电性及较强的磁性，其电阻率ρ1=10-1

(Ω.m)。矿体埋深很小，由数米到三十米左右，矿体为直立脉状并稍向南倾斜，走向近于东西，延伸长度为八百米。4.3.4充电法的应用（续1）辽宁某地磁黄铁矿床充电法成果图1—断层；2—矿体在地面上的投影物探成果分析:下图为充电法电位剖面平面图、电位梯度剖面平面图及等位线平面图。由电位剖面平面图及电位梯度剖面平面图可见，电位曲线的极大值与电位梯度曲线的零值点连线与矿体的位置吻合，穿过矿体剖面上的电位及电位梯度的极值几乎不变，说明矿体电性稳定接近理想的良导体，在不通过矿体的剖面上极值显著减小，根据电位梯度曲线这一特点可以确定矿体沿走向两端的位置。由等位线平面图能看出矿体的分布轮廓。4.3.4充电法的应用（续2）某铜镍矿床充电法结果1—Ν充电点电位梯度曲线；2—Ν充电点电位梯度曲线；3—铜镍矿；4—充电点（二）查明矿体之间是否相连及寻找新矿体某铜镍矿床的矿体赋存于前震旦纪变质云母岩系辉长岩脉中，用其它物探方法发现矿点Ν01和Ν02，两矿点约距40m。为了进一步确定两矿点下部是否相连并圈定其范围，分别在Ν01与Ν02矿点上进行充电。由图可以看出矿点Ν01和矿点Ν02的电位梯度曲线的形态截然不同，所以我们认为这两个矿体不是同一矿体。由图还可看出Ν02号矿体沿走向方向在Ⅰ和Ⅳ号剖面附近尖灭亦证明Ν01与Ν02矿点是不相连的。4.4自然电场法定义:

研究岩（矿）石和地下水之间产生的氧化—还原电化学反应（包括在大地电流、雷电放电等电流场长期激励下的电化学反应），以及地下水渗透、扩散作用、生物化学、气体交换和热电效应等产生的稳定或缓慢变化的自然电场的分布规律，解决有关地质问题的地球物理方法称为自然电场法。4.4自然电场法（续1）自然电场法的应用范围：

寻找埋藏较浅的硫化金属矿床和部分氧化金属矿床，以及寻找无烟煤、石墨等非金属矿和在具有石墨化及黄铁矿化的地区进行地质填图。自然电场法的应用条件是：

矿体的导电性良好，呈块状或是金属矿物呈浸染状连续分布的细脉，并且矿体一端必须处于潜水面之下，而另一端则在潜水面之上。4.4自然电场法（续2）4.4.1自然电场形成的原因（一）电子导体自然电场产生的原因氧化还原作用示意图对于金属硫化物而言，主要认为是矿体与水溶液接触时的氧化还原作用引起的。在潜水面之上的水溶液中含氧度是很高的，矿体则处于氧化环境中，潜水面以下的水溶液中含氧浓度大大降低，矿体则处于还原环境中。这样就使得处于潜水面之上的部分矿体被氧化，而失掉电子带正电荷。潜水面之下的部分矿体被还原，得到电子而带负电荷。4.4.1自然电场形成的原因（续1）氧化还原作用示意图在矿体内部电流则由矿体的上端流向矿体的下端，矿体外部电流则由矿体的下端流向矿体的上端，矿体及其围岩水溶液对电流来讲即构成了内外导电回路，随着氧化还原的不断进行，放电亦不断进行。因此在矿体顶部观测时，则会得到明显的负电位异常。4.4.1自然电场形成的原因（续2）山坡上的自然电场当地下水溶液在压力作用下通过多孔隙岩石时，岩石固体颗粒表面大多数具有吸附溶液中的负离子作用，于是管壁上形成了负电层，与此同时溶液中多余的正离子随着水溶液的流动而被带走，致使岩石孔隙两端存在一定的电位差而形成了过滤电场。过滤电场一般出现在起伏不平的地形上，在山脚下可见到正电位，而在山顶上则见到负电位，人们把这种电场又称为山地电场，见图。（二）离子导体上的自然电场4.4.2自然电场法的应用自然电场法的野外观测方法：常采用电位法进行观测，其方法与充电法中电位观测法相同。自然电场法特点：轻便、快速及成本低为其主要特点，常在区测、普查阶段与化探、磁法配合以圈定成矿远景区，然后再使用其它电法进行详查。自然电场法在普查金属硫化矿、石墨矿床和在水文地质调查中都取得了良好的地质效果。（一）自然电场法在黄铁矿型铜锌矿床上的应用某矿区地质物化探综合平面图Ar8、Ar5—角闪斜长片麻岩；Ar7、Ar4—黑云母斜长片麻岩；Ar6—角闪黑云母斜长片麻岩；Ar3—厚层角闪斜长片麻岩；1—自电等值线；2—铜量等值线；3—铁帽平面特征：矿区内出露的岩层有斜长角闪岩、角闪斜长片麻岩及黑云母斜长片麻岩等。这些岩石呈互层状产出，矿体赋存在黑云母斜长片麻岩中，产状与围岩一致，矿体中主要金属矿物有黄铁矿、闪锌矿、黄铜矿等，属脉状黄铁矿型铜锌矿床。矿体与围岩有明显的电性差异，矿体电阻率为40×10-1（Ω.m)，而围岩电阻率均大于104（Ω.m)，这就为使用各种电法勘探创造了条件。4.4.2自然电场法的应用（续1）某矿区地质物化探综合剖面图

剖面特征：对矿区20号线先后使用了化探次生晕法及自然电场法、联合剖面法进行勘探，由图可见，在铁帽上出现次生晕及自然电位综合异常。铜次生晕异常规则，自然电位异常仅有－65mV，异常稳定。利用不同极距测得的联合剖面曲线及自然电位异常曲线。由图可见正交点明显，异常曲线两翼张开的程度也较明显，这些均表明有低阻矿体的存在。4.4.2自然电场法的应用（续2）某石墨矿自然电位平面图1—黑云母斜长片麻岩；2—花岗片麻岩；3—角闪石花岗片麻岩；

4—矿体；5—自然电位等值线4.4.2自然电场法的应用（续3）（二）自然电场法在石墨矿床上的应用地层：该矿生于震旦纪片麻岩中，岩层向北西倾斜，倾角较缓。在片麻岩中石墨富集的地段即为矿体，其形状多为透镜状，在矿体之上多为浮土覆盖。异常特征：从自然电位平面等值线图可看出整个异常为一个走向北西的大异常带，在异常带中又出现数个负心，最大值可达-320mV。经槽探证实矿体走向与异常走向一致，A、B、C负心均为矿体引起。4.5激发极化法定义：

时间域激发极化法是以岩（矿）石、水的激发极化效应的差异为物性前题，用人工地下直流电流激发，以某种极距的装置形式，研究地下横、纵向激发极化效应的变化，以查明矿产资源和有关地质问题的方法。激发极化法与电阻率法相比具有如下优点：1.它不仅可寻找致密的金属硫化矿，而且还能发现浸染状金属矿；2.它能区分电子导体及离子导体形成的矿与非矿异常；3.它受地形影响较电阻率法要小。4.5激发极化法（续1）激发极化现象：在电法勘探中，人们发现不仅在供电的同时可以观测到一个稳定的一次场电位差△U1，而且在断电之后仍可观测到一个随时间而衰减的二次场电位差△U2，这种在人工电场的作用下岩（矿）石产生二次电场的现象，这种现象称为岩（矿）石的激发极化效应。根据矿石与岩石传导电流性质的不同，可将它们分成电子导体及离子导体。对于多数金属硫化矿物、氧化物及石墨都属于电子导体，因为它们是靠本身具有的自由电子传导电流的。而矿体周围的围岩则属于离子导体，它们是靠围岩裂隙中水溶液的离子传导电流的。4.5激发极化法（续2）4.5.1直流激发极化法

4.5.1.1直流激发极化法的基本原理电子导体激发极化效应（a）—未供电；（b）—充电；（c）—放电1.电子导电矿物激发极化场产生的原因超电压假说：对于电子导体的激发激化效应，主要是由于电极极化而产生的。

①在未通电时，含有金属导电矿物的岩石与围岩水溶液接触时，往往在矿物与溶液的接触面上形成均匀分布的偶电层图（a）。电子导体激发极化效应（a）—未供电；（b）—充电；（c）—放电

②当电子导电矿物位于人工电场中时，电场将使导体内部电荷重新分布，其自由电子将沿电场反方向移动，在电流流入导体一端聚集，成所谓“阴极”，而正电荷则在电流流出端聚集形成所谓“阳极”。对于这一过程，我们称其为电子导体的电极极化图（b）。

③当断开供电线路之后图（c），一次电场即随之马上消失，从而在地下岩石中还有电场存在，即二次电场。如果此时将测量电极MΝ置于地面上，即可观测到一个随时间衰减的二次电位差。4.5.1.1直流激发极化法的基本原理（续1）4.5.1.1直流激发极化法的基本原理（续2）直流激发极化充、放电曲线

2.激发激化场的充、放电曲线在供电开始的瞬间，在测量电极间观测到的电位差为△U1，随着供电时间的增加矿体便会产生激发激化效应，矿体则被极化其电位差为△U2，它的大小随时间的增加而增大，当时间达到一定数值后，则会观测到一个趋于饱和