物探电法勘探.ppt

1、第一章 电法勘探,电法勘探的分类（1）,电法勘探的分类,方法分类（2）： 天然场源法：自然电位法、大地电流法、大地电磁法等。 人工场源法：电阻率法、激发极化法、电磁法等。,电法勘探的分类,方法分类（3）： 传导类电法：电阻率法、充电法、自然电场法、激发极化法等。 电阻率法：剖面法（二、三极剖面、联合剖 面等）、测深法 感应类电法：电磁剖面法（偶极剖面、航空电磁法等） 电磁测深法（大地电磁测深、频率测深等）,实质：以岩、矿石之间电磁学性质及电化学性质 差异为基础，通过观测和研究电(磁)场在地 下的分布规律，探查地质构造和矿产资源 主要用途：探查深部和区域地质构造、寻找油气 田和煤田、金属非金属矿

2、产、地下水、 工程地质和环境勘察等。,第一节 电法勘探基础知识,一、岩层的电阻率 1、电阻率的概念 由均匀材料制成的具有一定横截面积的导体，其电阻R与长度L成正比，与横截面积S成反比，即 式中，为比例系数，称为物体的电阻率。电阻率仅与导体材料的性质有关，它是衡量物质导电能力的物理量。不同岩石的电阻率变化范围很大，常温下可从10-8m变化到1015m，与岩石的导电方式不同有关。,电阻率是电法中最重要的物理参数，电法的许多方法技术都与岩石和矿物的电阻率（或其倒数- 电导率）有关。,岩石的导电方式大致可分为以下三种： 金属导电和半导体导电、溶液离子导电、固体电解质导电 岩石的电阻率由组成岩石的矿物成

3、分决定 岩石和矿物的导电性或电阻率 ：取决于物质中电荷 运移的难易程度。 矿物的电阻率： 金属导体：电阻率很小，例如：金的电阻 率为210-8m，铜的电阻率 为1.230 10-8m。,半导体：大多数硫化矿物如黄铜矿、黄铁 矿、方铅矿等电阻率小于1m。 氧化矿物如铬铁矿、赤铁矿、软锰 矿等电阻率大于1m。 固体电解质：造岩矿物如长石、石英、辉 石、云母、方解石等电阻率大， 大于106m。,岩石的电阻率： 火成岩和变质岩：电阻率很大，电阻率变化范围102 105m。 沉积岩：电阻率较小。例如：粘土的电阻率变化范围100101m， 砂岩的电阻率变化范围102 103m。,2、影响电阻率的因素,（1

4、） 岩石电阻率与矿物成分的关系 岩石电阻率与组成岩石的矿物的电阻率、矿物的含量和矿物的分布有关。当岩石中含有良导电矿物时，矿物导电性能能否对岩石电阻率的大小产生影响取决于良导矿物的分布状态和含量。如果岩石中的良导矿物颗粒彼此隔离地分布着，且良导矿物的体积含量不大，那么岩石的电阻率基本上与所含的良导矿物无关，只有当良导矿物的体积含量较大时（大于30%），岩石的电阻率才会随良导矿物的体积含量的增大而逐渐降低。但是，如果良导矿物的电连通性较好，即使它们的体积含量并不大，岩石的电阻率也会随良导矿物含量的增加而急剧减小。,（2） 岩石电阻率与其含水性的关系 沉积岩主要依靠孔隙水溶液来传导电流，因此岩层中

5、水的导电性质将直接影响沉积岩的电阻率。在其他条件相同的情况下，岩层电阻率与岩层中水的电阻率成正比。影响水的导电性的主要因素是水中离子的浓度和水的温度。常见的岩层水一般含低或中等浓度的离子，岩层中水的含盐浓度增大，离子数量随之增多，溶液导电性将变好。同时岩层中水的导电性还与温度有关，它的电阻率将随温度的升高而降低。这是因为，一方面水中盐类的溶解度随温度的升高而增大，致使溶液中离子数量增多；另一方面，温度的升高还会降低溶液粘度，加快离子的迁移速度。,（3）岩石电阻率与层理的关系 层理构造是大多数沉积岩和变质岩的典型特征，如砂岩、泥岩、片岩、板岩以及煤层等，它们均由很多薄层相互交替组成。这种岩石的电

6、阻率具有明显的方向性，即沿层理方向和垂直层理方向岩石的导电性不同，称为岩石电阻率的各向异性。岩石电阻率的各向异性可 用各向异性系数来表示，定义为 式中，n代表垂直层理方向上的平均电阻率，称为横向电阻率；t代表沿层理方向的平均电阻率，称为纵向电阻率。,层状结构岩石模型,（4）岩石电阻率与温度的关系 岩石电阻率随温度的变化遵循导电理论的有关定理。电介质中离子的能动性随温度升高而增大，其运动能量积累到一定值时，很容易脱离晶格，因此导电性增强。半导体的温度升高时，导电区电子浓度增大，导电性也相应增大。如前所述，在低温条件下，含水岩石中水溶液的导电性随温度的升高而增大，这是由于温度升高导致水溶液浓度增大

7、和粘滞度降低，水溶液中离子数量增多、活动性增强的缘故；当温度继续升高时，因水分蒸发，岩石电阻率略有增加，只有温度继续升高时，电阻率才开始减小。例如，对油页岩进行加温实验时，温度升高到50100时，试样的电阻率减小；温度继续升高至200时，试样电阻率增大；温度继续升高超过200时，试样电阻率急剧下降；当温度超过600后，试样电阻率又呈回升趋势。,（5）岩石电阻率与压力的关系 岩石原生结构破坏是压力作用下岩石性质变化的主要原因。根据压力特征，这种破坏可能是岩石的压实，孔隙收缩，颗粒接触面积的增大，形成裂隙组，或是个别区域之间粘结性减小等等。 静水压力对岩石的压实作用最大，在静水压力作用下，岩石内出

8、现残余变形，从而使孔隙度降低。此时压力对岩石电阻率的影响与岩石内液体和气体的含量有关，往往随压力的增大，干燥或者稍许含水岩石的电阻率减小，这是由于孔隙度降低、颗粒间接触良好的原因。 除此之外，岩石中孤立的含水孔隙在压力作用下闭合并形成连续的导电通路，也会使其电阻率减小。对于大多数岩石，当单轴压力由10Mpa增加到60Mpa时，可观测到岩石电阻率的剧烈变化。但是，某些粘土在压力作用下，由于孔隙中的水分被挤出，含水孔隙通道的截面缩小，从而使其电阻率增大。 相反，在应力弱化作用下，岩石颗粒之间内部粘结性降低，致使岩石强度变小，岩石可碎性增强。当岩石内部裂隙发育但裂隙不充水时，岩石电阻率会增大，若裂隙

9、充水，岩石电阻率会显著减小。,二 、地下人工电场的建立,1、点电源的电场 电阻率的半无限空间，地表有一点电源A， 电流强度I，距点电源A为rAM的M点的电流密度： 由欧姆定律的微分形式，得：,稳定电流场中，单位距离的电位变化等于 该点的点电场强度：,两边积分： 由于r无穷远时，U=0，所以积分常数c=0 结论：电阻率均匀、各向同性的半无限空间，地 表点电源场的电位与r成反比，等位面是以 点源为中心的同心圆。,两个点电源的电场： 根据电场叠加原理，当地表由两个异性 点电 源A（+I）、B（-I）供电时，地表测点M处的位：,两个点电源的等位线和电流线 (a)平面图 (b)剖面图 (c)地表电位剖面

10、,2、电流在地下的分布规律,三 、电阻率法的基本原理,1、岩、矿石电阻率的测定 岩、矿石电阻率的测定：由电阻定义及欧姆定律，得： 均匀大地电阻率的测定： 当地表由两个异性点电源A（+I）、B（-I）供电时，地表测点 M、N处的电位：,M、N两点的电位差： 令： 则均匀大地电阻率为： 式中，K为装置系数。,2、视电阻率 若进行测量的地段地下岩石电性分布不均匀时， 上式计算出的电阻率称为视电阻率，它不是岩石的真电阻率，是地下岩石电性不均匀体的综合反映，通常以s表示：,视电阻率s的微分表示：由欧姆定律微分形式和电 场强度定义，得 则测量电极M、N间视电阻率s为：,当M、N间距离很小时，可以认为电流密

11、度jMN、岩石电阻率MN为常量，则： 当地下岩石电性均匀时： 所以：,视电阻率与地电断面性质的关系 (a)均匀介质 (b)围岩中赋存良导矿体 (c)围岩中赋存高阻岩体,第二节 电测深法,一、地电断面的概念 由不同电性层所构成的断面。 二、电测深法装置,二极装置（AM）： 特点：将B、N极置于“无穷远”处接地。取AM中 点为记录点。,三极装置（AMN）： 特点：只将B极置于“无穷远”处接地，取MN中点为记录点。,对称四极装置 （AMNB）： 特点：AM=BN，取MN中点为记录点。,偶极装置 （ABMN）： 特点：AB、MN为分开的偶极，取OO中点为记录点。,二、电测深法,电阻率测深法：测量电极M

12、N固定，不断增大供电 电极AB电极距，逐次观测。 特点：随供电电极距的加大，逐次观测的视电阻率 反映了地下电性层随深度增大变化的分布特 征。但在实际测量中， AB极距不断加大， 测 量电极MN固定不变，UMN 将逐渐小到不可测， 通常要求：,1、电阻率测深法的实质 电阻率测深大多采用对称四极装置,特点：AM=BN，取MN中点为记录点,双对数坐标纸,2、电测深曲线 水平二层电测深曲线类型 G型： D型：,水平三层电测深曲线类型图 H型: Q型: A型: K型:,水平二层电测深曲线量板 及其使用,水平三层电测深曲线量板,3、电测深曲线的解释 （1）电测深曲线类型分析 （2）电测深曲线特征研究 （3

13、）断层在电测深曲线上的反映 （4）电测深曲线的定量解释 4、电测深定性图件的绘制及解释 （1）曲线类型图 （2）等视电阻率断面图 （3）等视电阻率平面图 5、电测深法的应用,电阻率测深的应用 电阻率测深断面图 1-粘土；2-泥灰岩；3-岩溶泥灰岩 4-砂层；5-粘土； 6-电阻率等值线 7-断层；8-煤层,第三节 电剖面法,一、电剖面法装置 包括多种装置类型，如二极装置、 三极装置、联合装置、对称四极 装置、偶极装置等。 特点：各电极之间保持一定距离，同时沿测线移 动，逐点观测UMN 、 I、 计算测线之下地电 断面视电阻率s沿测线方向的综合变化。,二极装置（AM）： 特点：将B、N极置于“无

14、穷远”处接地。取AM中 点为记录点。,三极装置（AMN）： 特点：只将B极置于“无穷远”处接地，将AMN沿测线 排列逐点观测。 取MN中点为记录点。,联合剖面装置 （AMN(b)K型断面测深曲线;(c)A型断面测深曲线;(d)Q型断面测深曲线,瞬变电磁测深法的特点 (1)由于TEM是在无一次场背景情况下观测二次场，即观测的是纯异常，自动消除了FEM中的主要噪声源装置耦合噪声，从而提高了探测精度。 (2) 装置形式灵活多样，可随不同工程任务的要求和施工场地的条件来选择合适的装置。具有施工方便、测地工作简单、工作效率高及地质效果好等优点。使用同点装置工作，与欲探测的地质对象能达到最佳的耦合，取得的

15、异常幅度强、形态简单、分层能力强，从而具有较高的探测能力，并且受到旁测地质体的影响也是最小的。 (3)对于受到导电围岩及导电覆盖层等地质噪声干扰的“矿异常”的区分能力优于FEM。在高阻围岩条件下，不存在地形起伏引起的假异常；低阻围岩起伏地形引起的异常也比较容易识别。 (4)在TEM测量中，对于线框铺设的点位、方位及形状等的要求相对于FEM可以放宽，测地工作简单，工效高。 (5)由于采用不接地回线，不存在接地电阻问题，在基岩出露区、冻土带、沙漠、水泥路面、河湖海水面上均可进行测量。具有施工方便、工作效率高及地质效果好等优点。 (6)在剖面测量中，由于采集不同时间段的数据，通过数据处理可以得到同一点的测深资料，从而在剖面测量中完成了相应区域的