【导电勘探的充电法概述2200字】

导电勘探的充电法概述起初，充电法主要用于矿体的详细调查和勘探阶段，其目的是查明矿体的赋存和分布及其与相邻矿体的联系。此后，在水文和工程地质调查中，收费方法也被用来测量地下水的速度和方向，并在岩溶发育地区追踪地下河流。（1）充电法的基本原理当天然或人工露头的导电良好的地质体带电时，实际上整个地质体相当于一个大电极。如果导电良好的地质体的电阻率远小于围岩的电阻率，我们可以近似地将其视为理想导体。理想导体带电后，导体内部没有电压降，导体表面实际上是一个等电位面。电流垂直于导体表面流出后，在围岩中形成充电电场。显然，当不考虑电场分布的影响时，离导体越近，等电位面的形状与导体表面的形状越相似。在离导体一定距离处，等电位面的形状逐渐趋于球形。可以看出，理想充电电场的空间分布将主要取决于导体的形状、大小、产状和埋深，与充电点的位置无关。图3-22是充电方法原理示意图。图3-22充电法原理示意图当局部体不能视为理想导体时，充电电场的空间分布会随着充电点的位置发生很大变化。所以充电方式也是基于地质体与围岩的电导率差异，要求差异必须足够大。通过研究充电电场的空间分布来解决地质问题是一种电法勘探方法。为了观察充电电场的空间分布，充电法在野外工作中一般采用两种测量方法:一种是电位法；另一种是梯度法。在电位法中，测量电极(n)放置在无穷远处，这个点被认为是电位的相对零点。另一个测量电极(M)沿测量线逐点移动，从而观察各点相对于“无穷远”电极的电位差。为了消除电源电流变化对测量结果的影响，测量结果一般用电源(即充电)电流归一化，即电位法的测量结果用U/I表示，梯度法是保持测量电极MN不变，沿测量线移动，逐点观察电极间的电位差δUMN，同时记录电源电流。结果表示为δδUMN/IMN。梯度法的测量结果一般记录在MN的中点。由于电位梯度值可以是正的，也可以是负的，所以在野外观测时必须注意δUMN正负符号的变化。此外，在某些情况下，充电法的现场观测也可以采用追踪等电位线的方法。此时，一般以充电点在地面上的投影点为中心，布置一条夹角为45°的径向测线，然后从充电点由远及近按一定间隔描画出等电位线。根据等电位线的形状和分布，可以了解带电体的发生特点。以理想三轴椭球导体为例，分析了充电电场的空间分布。设椭球体三个半轴的长度分别为A，B，C。显然，当AB=C时，可以近似认为是圆柱体；当a=BC时，可近似视为一脉；当a=b=c时，就是球面。图3-23显示了带电椭球体上沿不同方位剖面计算的电位和梯度剖面曲线。图3-23(a)示出了垂直薄静脉(图中阴影部分)上主截面上的充电电场的空间分布，其对应于静脉顶部正上方的最大电位，电位曲线左右对称。梯度曲线与原点反对称，最大值出现在模型左侧，最小值出现在右侧，梯度曲线的零值点出现在充电模型上方。图3-23(b)显示了充电电场在水平薄矿脉(图中阴影部分)的主纵截面上的空间分布。模型上方有一个平缓的电位最大值，模型两侧电位曲线急剧下降，曲线形状仍然左右对称。梯度曲线在模型上方为零值，最大值在左端，最小值在右端。图3-23(c)示出了倾斜薄矿脉(图中阴影部分)上的主横截面中充电电场的空间分布。显然，势曲线和梯度曲线是不对称的，势曲线的极值点和梯度曲线的零点向模型的倾斜方向位移。在模型一侧，电位曲线变慢，梯度曲线极值小；在反倾侧，电位曲线变得更陡，梯度曲线的极值更大。图3-23充电椭球体上的电位及梯度曲线图不难理解，当充电模型是一个理想的充电球体时，主断面上的电势和梯度曲线形状将不再随断面的方位而变化。这时，位势等值线的平面分布将是一簇同心圆。可以看出，球形导体的充电电场与点电源的充电电场非常相似，尤其是当球体很小或埋得很深时，仅通过电位或梯度曲线的异常很难将其与点电源区分开。从这个意义上说，充电法更有利于跟踪或固定趋势明显的良导体。（2）充电法的实际应用在水文工程和环境地质调查中，收费法主要用于确定地下水的流速和流向，以及追踪岩溶地区地下河流的分布。1）测定地下水的流速、流向利用示踪等压线的方法确定地下水的速度和方向，一般局限于含水层埋深小、水力梯度大、角岩均匀的条件。具体方法如下:首先将盐作为指示剂放入井中，盐被地下水溶解后，形成一个与地下水一起运动的良好传导的盐水体；然后充入导电良好的盐水，在表面铺设一条夹角为45°的径向测线；最后，以一定的时间间隔追踪等电位线，如图3-24所示。图3-24充电法测定地下水的流速、流向为了便于比较，撒盐前应进行正常的现场测量。如果围岩是均匀各向同性介质，则法向场的等势线应近似为一个圆。加盐后测量异常等电位线。由于盐溶液沿地下水流动方向缓慢移动，等电位线沿流动方向呈拉长状。显然，当δt溶液移动一段距离l时(图3-24)，地下水的速度为：式中：v为地下水的流速（m/d)；L为地下水移动的距离（m)；Δt为移动L所消耗的时间（d)。另外，地下水的流向可以由正常等势线中心与异常等势线中心的连接来确定。当含水层埋深较小时，地下水流速较大，围岩均匀，电阻率较高，这种方法在测量地下水流速和方向时可以获得较好的效果。2）追索岩溶区的地下暗河岩溶地区石灰岩电阻率高达N×103ω·m，而溶洞水电阻率只有N×103ω·m，二者存在明显差异。在有利的地形地质条件下，可以通过收费方式跟踪地下河流的分布和延伸。图3-25是收费法追踪地下河的应用实例。通常采用充电法时，先在地下河裸露部分选择充电