电法勘探基础知识.ppt
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1、电法勘探电法勘探 什么是电法勘探什么是电法勘探:以岩、矿石的电学性质(如以岩、矿石的电学性质(如导电性导电性、介电常数介电常数、激发激激发激化特性化特性)差异为基础,通过观测和研究与这些电性差异有关)差异为基础,通过观测和研究与这些电性差异有关的(天然或人工)电场或电磁场分布规律来查明地下地质构的(天然或人工)电场或电磁场分布规律来查明地下地质构造及有用矿产的一种物探方法,称为造及有用矿产的一种物探方法,称为“电法电法”。电磁法的分类电磁法的分类 电法勘探的种类很多,可对其进行分类:电法勘探的种类很多,可对其进行分类:一、按观测的场所分:一、按观测的场所分:航空电法、地面电法、海洋电法、地下或
2、井中电法;二、按地质目标体分:二、按地质目标体分:金属电法、石油电法、煤田电法、水(文)工(程)电法;三、按使用和观测电磁场的时间特性分:三、按使用和观测电磁场的时间特性分:直流电法、交流电法、过渡过程场法(瞬变);直到目前为止,还没有一个公认的和统一的分类方案,因为各种电法之间,既有不同的方面,又有相同的方面,因此很难作出一个标准化的固定分类方案。根据本专业当前电法的发展现状,可将其简化的分为两大类:两大类:电法勘探的特点:可用电法勘探的特点:可用“三多三多”、“两广两广”三多:三多:可利用的物性可利用的物性参性多参性多导电性(或)电化学活动性()介电性()导磁性()利用场源多人工场源天然场
3、源直流电(稳定场)交流电(交变场)传导类电法勘探(直流传导类电法勘探(直流传导类电法勘探(直流传导类电法勘探(直流电法)研究稳定电流场电法)研究稳定电流场电法)研究稳定电流场电法)研究稳定电流场方法种类多感应类电法勘探(交流感应类电法勘探(交流电法)研究交变电流场电法)研究交变电流场电阻率法*充电法自然电场法激发极化法低频电磁法频率测探法甚低频法电磁波法大地电磁法应用空间广应用空间广两广两广应用范围广航空航空地面地面海洋海洋井中井中金属和非金属矿金属和非金属矿油气勘探油气勘探地质填图地质填图水文与工程水文与工程深部构造(地壳、深部构造(地壳、地幔)地幔)第一节第一节 电法勘探的基本概念电法勘探
4、的基本概念 1 1、电法勘探的地球物理前提、电法勘探的地球物理前提 电性差异电性差异(1)电阻率)电阻率:,单位:,单位:m 定义式定义式:式中式中:R为电阻,为电阻,l,s分别为长度和截面积分别为长度和截面积其导电率:其导电率:S/m;(2)介电常数)介电常数:单位:单位:F/M 定义式定义式:式中式中 、分别为电位移矢量和电场强度分别为电位移矢量和电场强度 其中其中:(3)磁导率)磁导率:单位:单位:H/M 定义式定义式:式中式中 、分别为磁感应强度和分别为磁感应强度和 磁场强度矢量磁场强度矢量 其中其中;第二节第二节 电阻率法电阻率法 什么是电阻率法:什么是电阻率法:电阻率法是传导类电法
5、勘探方法之一。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,通过观测和研究与的基础上,通过观测和研究与电阻率差异电阻率差异有关的有关的天然电场或人工电场的分布规律,从而达到查明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。地下构造或者寻找有用矿产的目的。强调强调:1 地球物理前提条件:勘查目标物与围岩存在着电阻率地球物理前提条件:勘查目标物与围岩存在着电阻率(或电导)差异。(或电导)差异。2 属主动源法,即需人工接地方式建立地下稳定电流场。属主动源法,即需人工接地方式建立地下稳定电流场。1
6、 1、电阻率法的理论基础、电阻率法的理论基础岩、矿石的电阻率岩、矿石的电阻率1.1.电阻率基本公式电阻率基本公式电阻R()长度(m)截面积(m)电阻率(m)S2.2.电阻率单位电阻率单位SISI制中制中3.导电机制导电机制溶液:溶液:带电离子带电离子金属导体:金属导体:自由离子,自由离子,如自然铜、金、银和石墨,电阻率低如自然铜、金、银和石墨,电阻率低半导体半导体:“空穴空穴”导电,导电,大多数金属硫化物,金属氧化物体,电阻率较低大多数金属硫化物,金属氧化物体,电阻率较低固体电解质:固体电解质:离子导电,绝大多数造岩矿物,离子导电,绝大多数造岩矿物,如石英、云母、方解石、长石等,电阻率高如石英
7、云母、方解石、长石等,电阻率高4.主要岩矿石电阻率及其变化范围主要岩矿石电阻率及其变化范围沉沉变变火火沉沉积积岩:岩:10101010火成岩:火成岩:101010 10 变质变质岩岩:介于两者之间介于两者之间6沉积岩沉积岩变质岩变质岩火成岩火成岩其规律其规律:金属矿电阻率比造岩类矿物(:金属矿电阻率比造岩类矿物(106m)偏低,)偏低,而每一种矿物变化范围很大。而每一种矿物变化范围很大。5.5.影响电阻率的主要因素影响电阻率的主要因素矿物成分、含量及结构矿物成分、含量及结构 金属矿物含量金属矿物含量,电阻率,电阻率 结构:侵染状细脉状结构:侵染状细脉状岩矿石的孔隙度、湿度岩矿石的孔隙度、湿度
8、 孔隙度孔隙度,电阻率,电阻率 风化带、破碎带,含水量风化带、破碎带,含水量,电阻率,电阻率水溶液矿化度水溶液矿化度 矿化度矿化度 ,电阻率,电阻率几种常见岩石的孔隙度 分类分类岩石名称岩石名称空隙度空隙度/分类分类岩石名称岩石名称空隙度空隙度/沉沉积积岩岩土壤土壤20.069.4火火成成岩岩玄武岩玄武岩18.7砂砂15.063.2安山岩安山岩6.0粘土粘土 10.162.9辉长岩辉长岩0.41.9砾石砾石20.237.7花岗岩花岗岩0.44.1页岩页岩1.544.8辉绿岩辉绿岩0.55.1砂岩砂岩2.018.4闪长岩闪长岩0.44.0灰岩灰岩0.710正长岩正长岩0.92.9变变质质岩岩结晶
9、石灰岩结晶石灰岩0.98.6注:带有喀斯特溶洞的灰岩空隙度可达注:带有喀斯特溶洞的灰岩空隙度可达n10%片麻岩片麻岩0.47.5大理岩大理岩0.12.1温度温度 温度温度TT,溶解度,溶解度,离子活性,离子活性,电阻率,电阻率结冰时,电阻率结冰时,电阻率压力压力 压力压力 ,孔隙度,孔隙度 ,电阻率,电阻率 超过压力极限,岩石破碎,电阻超过压力极限,岩石破碎,电阻率率构造层的问题构造层的问题 这种层状构造岩石的电这种层状构造岩石的电 阻率,则具有非各向同性,阻率,则具有非各向同性,即岩层理方向的电阻率小于即岩层理方向的电阻率小于 垂直岩层理方向的电阻率垂直岩层理方向的电阻率岩石电阻率与温度的关
10、系-40 -20 0 20 40 t/C100101电子导体矿物、矿石的电电子导体矿物、矿石的电阻率随温度增高而变大阻率随温度增高而变大离子导电岩石的电阻率却离子导电岩石的电阻率却随温度的增高而变小随温度的增高而变小层状介质的电阻率层状介质的电阻率1、纵向电阻率和横向电阻率、纵向电阻率和横向电阻率岩土介质的各向异性介质中,当电流垂直层理岩土介质的各向异性介质中,当电流垂直层理方向流过时所测得的电阻率称为横向电阻率,方向流过时所测得的电阻率称为横向电阻率,用符号表示用符号表示n;电流平行层理方向流过时所测;电流平行层理方向流过时所测得的电阻率称为纵向电阻率,用符号得的电阻率称为纵向电阻率,用符号
11、t来表示来表示 层状结构岩石模型 (a)实际岩石 (b).等效模型(b)(a)层状介质的电阻率层状介质的电阻率纵向电导与横向电阻纵向电导与横向电阻横向电阻与纵向电导的定义:横向电阻与纵向电导的定义:假设在层状介质中取底面积假设在层状介质中取底面积为为1平方米,厚度为平方米,厚度为h的六面的六面岩柱体,则当电流垂直岩柱岩柱体,则当电流垂直岩柱体底面流过时,所测得的电体底面流过时,所测得的电阻称为横向电阻,用符号阻称为横向电阻,用符号T表表示,单位为欧姆示,单位为欧姆,横向电阻,横向电阻在数值上等于电性层的厚度在数值上等于电性层的厚度与电阻率的乘积。即与电阻率的乘积。即T=h.当六面岩柱体由若干个
12、厚度和电性不同的岩层当六面岩柱体由若干个厚度和电性不同的岩层所组成,则按串联电路原理,总的横向电阻为:所组成,则按串联电路原理,总的横向电阻为:当电流平行岩柱体底面流过时,所测得的电导值,称当电流平行岩柱体底面流过时,所测得的电导值,称为纵向电导,用符号为纵向电导,用符号S表示,单位为表示,单位为1/,纵向电导与,纵向电导与层参数的关系为层参数的关系为岩石的电阻率测定岩石的电阻率测定岩石的电阻率测定岩石的电阻率测定露头法:露头法:对天然或人工露头的岩石用小尺对天然或人工露头的岩石用小尺度的对称四极装置或三极装置直接测定。度的对称四极装置或三极装置直接测定。标本法:标本法:小对称四极测量、欧姆定
13、律小对称四极测量、欧姆定律分析法:分析法:对测量区已有电法资料进行分析对测量区已有电法资料进行分析稳定电流场的基本规律稳定电流场的基本规律欧姆定律欧姆定律稳定电流场的边界条件稳定电流场的边界条件衔接条件衔接条件自然边界条件自然边界条件电流通过介质分界面,界面两边电位连续电流通过介质分界面,界面两边电位连续界面两边电流密度法向分量和电场强度切向分量连续界面两边电流密度法向分量和电场强度切向分量连续接近点电流源的点上,趋于正常电位接近点电流源的点上,趋于正常电位距离场源无限远处,电位趋于零距离场源无限远处,电位趋于零地面上除电源点外,电流密度法向分量为零地面上除电源点外,电流密度法向分量为零 在物
14、理学中,恒定电场是用三个相互有联系的物在物理学中,恒定电场是用三个相互有联系的物理量理量V V(电位)、(电位)、E E(电场强度)和(电场强度)和j j(电流密度电流密度)来描来描述的,其间的关系为:述的,其间的关系为:设大地是水平的,与不导电的空气接触,介质充设大地是水平的,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,称满整个地下半空间,且电阻率在介质中处处相等,称这样的介质模型为均匀各向同性。即:这样的介质模型为均匀各向同性。即:地面地面均匀各向同性半空间点电源的电场均匀各向同性半空间点电源的电场2、电阻率法常用电流源的正常电场、电阻率法常用电流源的正常电场 为
15、了建立地下电场,总是用两个电极(例如为了建立地下电场,总是用两个电极(例如A A、B B)向地下供电。这两个接地的电极()向地下供电。这两个接地的电极(A A、B B)称为)称为“供电电极供电电极”。当供电电极的大小比它们与观测点的距离小得当供电电极的大小比它们与观测点的距离小得多时,可把两个供电电极看成两个多时,可把两个供电电极看成两个“点点”,故又将,故又将它们称它们称“点电源点电源”1.1.一个点电源的电场一个点电源的电场 设在地面设在地面A A点向地下供电,电流点向地下供电,电流强度为强度为I I,地下半空间的电子率为,地下半空间的电子率为。地下距地下距A A为的点为的点M M处的电流
16、密度为:处的电流密度为:电场强度为:电场强度为:电位为:电位为:对上式两边积分得:当r,V=0,则C=0代入上式得2.2.两个异性点电源的电场两个异性点电源的电场在任意的在任意的M M处的,可按场的叠加原理知处的,可按场的叠加原理知:1 1)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;)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;2 2)在两极中央地段,场的分布较均匀,变化较平缓。)在两极中央地段,场的分布较均匀,变化较平缓。3 3)在)在ABAB的中点,的中点,V V=0=0,中点左边,中点左边V V为正,右边为负;为正,右边为负;4 4)ABAB的中点上,的中点上,E
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- 电法勘探 基础知识
