地球物理勘探电法电磁法ppt课件.ppt

地球物理勘探电法、电磁法,它是以岩、矿石的电学性质（如导电性）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造及有用矿产的一种物探方法，称为“电法”。,什么是电法勘探：,电法勘探的特点：可用“三多”、“两广”来慨括,三多：,导电性（ 或 ）,电化学活动性（）,介电性（）,导磁性（）,可利用的物性参数多,利用场源多,人工场源,天然场源,直流电（稳定场）,交电流（交变场）,传导类电法勘探（直流电法）研究稳定电流场,感应类电法勘探（交流电法）研究交变电流场,方法种类多,低频电磁法,频率测深法,甚低频法,电磁波法,大地电磁法,两广,应用空间广,应用范围广,航空地面海洋井中,金属和非金属矿油气勘探地质填图水文与工程深部构造（地壳、地幔）,第一节 电阻率法,什么是电阻率法：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、电阻率法的理论基础,（一）岩、矿石的电阻率,1、电阻率基本公式,2、电阻率单位,SI制中,电阻R（）长度（m）截面积（m2）,电阻率（m）,3、导电机制,（1）溶液：带电离子（2）金属导体：自由电子，如自然铜、金、银和石墨，电阻率低（3）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（4）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,4、主要岩矿石电阻率及其变化范围, ,沉,变,火, 沉积岩： 10 102 m, 火成岩： 102 106 m, 变质岩：介于两者之间。,5、影响电阻率的主要因素,（1）矿物成分、含量及结构金属矿物含量，电阻率结构：侵染状 细脉状（2）岩矿石的孔隙度、湿度孔隙度，含水量，电阻率风化带、破碎带，含水量，电阻率（3）水溶液矿化度矿化度，电阻率,（4）温度温度T ，溶解度，离子活性，电阻率结冰时，电阻率（5）压力压力，孔隙度，电阻率超过压力极限，岩石破碎，电阻率（6）构造层的影响这种层状构造岩石的电阻率，则具有非各向同性，即沿层理方向的电阻率小于垂直沿层理方向的电阻率,（二）均匀各向同性半空间点电源的电场,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，称这样的介质模型为均匀各向同性半空间。即：,在物理学中，恒定电场是用三个相互有联系的物理量V（电位）、E（电场强度）和 j（电流密度）来描述的，其间的关系为： dv=-Edr , E=j ,为了建立地下电场，总是用两个电极（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”。 当供电电极的大小比它们与关测点的距离小得多时，可把两个供电电极看成两个“点”，故又将它们称为“点电源”,P,1、一个点电源的电场,地面,空气,A,B ,M,r,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为的点M处的电流密度为：,电场强度为：,电位为：,对上式两边积分得：,当r，V=0 ，则 C=0 代入上式得,2、两个异性点电源的电场,在任意点M处的，可按场的叠加原理知：,-,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；而在两极中央地段，场的分布较均匀，变化较平缓。在AB的中点，V=0，中点左边V为正，右边为负；AB的中点上，E出现极小值。,（三）地下电流沿深度的分布规律,= +,jh的方向平行于地表上式表明，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， 0,当 h0，,而在,即当 （或者 ）时， h深度的电流密度最大，该供电电极距称为“最佳电极距”。例如：要使100m深处的电流密度最大，则AB应大于或等于140m。,（四）电阻率公式及视电阻率,1、（均匀大地）电阻率公式,M、N处的电位为：,式中AM、BM、AN、BN分别A、B与M、N间的距离。上两式相减可得M、N两点间的电位差：,则,令,则 均匀大地电阻率公式,式中的 k称为装置系数（或布极常数），单位为“米”。 由于地下为均匀各向同性介质，故与k、I的值无关。,上面所讨论的情况是在地形水平、地下仅有单一的均匀各向同性介质。 然而实际中，地下岩石的导电性往往是不均匀的、且地形亦不是水平的，因此有必要进一步讨论非均匀条件下地中电流场分布的情况。,2、非均匀介质中的地下电流场及视电阻率,“地电断面”根据地下地质体电阻率的差异而划分界线的断面。,（1）非均匀介质中的地下电流场,由图可见：,高阻体具有向周围排斥电流的作用。,低阻体具有向其内部吸引电流的作用。,（2）视电阻率,当地表不水平或者地下电阻率分布不均匀时（存在两种或者两种以上介质），仍然采用前述均匀介质中的供电方式及测量方式，仍由前述的公式计算“电阻率值”，不过，这时计算出的“电阻率值”，既不是1 ，也不是2和3，而是与三者都有关的一个量，称为“视电阻率”，用符号s表示，即, 视电阻率 在电场有效作用范围内各种地质体电阻率的综合影响值。,（3）影响视电阻率的因素电极装置供电电极（A、B）及测量电极（M、N）的排列形式和移动方式 电极装置类型及电极距的大小 测点相对于地质体的位置； 电场有效作用范围内各种地质体的真电阻率； 各地质体的分布状态（即形状、大小、埋深及相对位置）,3、视电阻率的定性分析公式,视电阻率与电流密度的关系式，即,式中 测量电极 M、N 间任意点的电流密度和介质的真电阻率。 j 为均匀各向同性介质中 M、N 间的电流密度。,0,上式表明，s 与M、N间的介质的电阻率 MN 和电流密度 jMN 成正比。,1,2,3,4,5,6,7,剖面曲线的变化能清楚地反映出地下导电性不均匀体的位置及电阻率的相对高低。,s,第一节 电阻率法,二、电阻率法的仪器和装备,由视电阻率的计算公式 可知，其仪器功能就是测量出供电电流I及测量电极M、N间的电位差UMN即可。 除仪器外，其它装备还有：供电电极铁棒或铜棒测量电极铜棒、导线及供电电源。,电阻率法的常用电极装置类型在电法勘查中，为了解决不同的地质问题，常采用不同的装置。目前，我国常用的电阻率装置类型有电剖面法、中间梯度法和电测深法。电阻率剖面法简称为电剖面法。它包括许多分支装置：二极装置、三极装置、联合剖面装置 对称四极装置和偶极装置等。,第一节 电阻率法,三、电剖面法,装置特点：各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。所得到的s曲线是反映测线下某一深度范围内不同电性物质沿水平方向的分布情况。,电阻率法,联合剖面法,中间梯度法,对称剖面法,分类：,偶极剖面法,（一）联合剖面法,1、装置特点及 s 公式,AO=BO MO=NO,OC 5AO,在测量时，C极固定不动，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。每个点测量两次，得两个s值,由于C极为无穷远极，它在M、N处产生的电位很小，故可忽略不计，因此，联合剖面法的电场可视为一个“点电源”的电场。,2、联合剖面法 s 曲线特征分析,讨论直立低阻薄脉上联合剖面法s 曲线特征：,由图可见： 在直立良导薄脉顶部上方， 与 相交，且 ,交点右侧 ，此交点称为联合剖面法的“正交点”（或低阻交点）； 与 曲线对称，交点两侧，两条曲线明显张开。,当薄脉为直立高阻脉时： 联合剖面法 曲线右图。两条曲线也有一交点，但交点左侧 ,交点右侧 ，此交点称为联合剖面法的“反交点”；且反交点不明显，而且两条曲线近于重合。,当薄脉倾斜时： 曲线不对称，交点两侧两条曲线所围的面积不相等。薄脉向两条曲线所围面积较大的一侧倾斜。,在实际工作中，常采用不同极距的联合剖面曲线交点的位移来判断脉状体的倾向。,3、实测曲线的分析及处理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。然而实际的情况是复杂的，当围岩电性不均匀，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”（山谷）或“反交点”（山脊地形），在解释中应引起注意。,4、应用联合剖面法主要用于探测产状陡倾的良导薄脉（矿脉、断层、含水破碎带）及良导球状矿体。,（二）中间梯度法,1、装置特点及s公式：,采用四极AMNB装置，A、B供电，M、N两电极测量，供电电极距AB很大，MN=(1/501/30)AB工作时，A、B固定不动，M、N在AB中部 (1/21/3)AB范围内同时移动，逐点进行测量，测点为MN的中点。,k 不是恒定的，而是逐点变化的。,由图可见：中间梯度法主要用来寻找陡倾的高阻薄脉（如石英脉、伟晶岩脉等）,原因：在均匀场中，高阻体的屏蔽作用比较明显，排斥电流使其汇聚于地表附近，使 jMN 急剧增加，致使s曲线上升，形成突出的高峰。而低阻薄脉易于让电流垂直通过，只使 jMN 发生很小的变化，故 s 异常不明显。,特点分析：（1）利用均匀场（2）工作效率高（一线供电，多线测量）,（三）对称剖面法,1、装置形式及 公式,A、B、M、N四个电极排列在一条直线上，并且相对于MN的中点O对称分布，AO=BO，NO=MO，AMNB又称为“对称四极剖面法”。,为了便于分析对称剖面法的s 曲线，首先将对称四极剖面法与中间梯度法和联合剖面法作一比较。 从“场的特点”看：,还可以对称于“O”点再增加两个供电电极A和B，且ABAB该装置称为“复合对称四极剖面法”。 利用该装置可以了解同一剖面上两种深度范围内导电性有差异的地质体的分布情况。,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：,对称剖面法与中间梯度法都属于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 曲线复杂、生产效率低些。,因此，一般能用中间梯度法解决的问题，就不用对称四极剖面法。,由图可见：显然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薄脉状地质体。,上右图为两种不同电阻率的岩层接触带上对称四极剖面法s曲线。,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。,在探测基岩起伏以及地下只有一个电性界面的背斜或向斜构造时，往往在不同的地质情况下得到类似的对称四极剖面法s曲线。,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）判断基岩相对覆盖层是高阻还是低阻（2）根据大极距曲线形态勾画基岩起伏,利用复合对称四极剖面法有助于解决基底的起伏问题。,2、对称四极剖面法的实际应用,用“对称剖面法”研究覆盖层下的基岩起伏（向斜或背斜）和对水文、工程地质提供有关疏松层中电性不均匀体的分布以及疏松层下的地质构造、划分接触带、寻找厚岩层（矿体）等。,应用实例,例1：用对称四极剖面法寻找地下古河道 某古河道两侧以及下部岩石由砂粘土组成，电阻率较低。而古河床中充填的砂卵石则为高阻。,例2. 用复合对称四极剖面法确定基岩的相对起伏 某地为查明基岩起伏以便为工程地质提供有用资料，为此做了复合对称四极剖面法见下图。,第一节 电阻率法,四、电测深法,前述的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的分布。而电测深法是在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上由浅到深的s变化情况。,（一）电测深法概述,最佳电极距,地下电流沿深度的分布规律,L/h,1、电测深法的原理,什么是电测深法：简称电测深，又名电阻率垂向测深。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情况的一种电阻率方法。,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沿垂直方向上的变化情况,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分布（如断裂带、含水破碎带等）,2、装置形式及视电阻率公式,k随电极距的逐次扩大而改变。,通常采用对称四级装置,AO=BO; MO=NO,3、电测深曲线,视电阻率s随着供电极距（AB/2）变化的曲线，称为电测深曲线。,电测深曲线的特点：（1）每个电测深点均可以得到一条电测深曲线（2）该曲线通常以AB/2为横坐标，以s为纵坐标，绘制在模数为6.25cm的双对数坐标纸上。,3、电测深曲线,（二）电测深曲线的类型,1、二层断面的电测深曲线类型,（二）电测深曲线的类型,1、二层断面的电测深曲线类型,h,h,h,h,2,2,1,1,D型,G型,AB / 2,AB / 2,AB / 2,2、三层断面的电测深曲线类型,h,1,h,1,h,1,h,1,AB/2,AB / 2,AB / 2,AB / 2,H,3、多层断面的电测深曲线类型,每种电测深曲线的类型由两个字母表示。第一个字母表示断面中的前三层（即第一、二、三层）所对应的电测深曲线类型，第二个字母表示断面中的后三层（即第二、三、四层）所对应的电测深曲线类型。,由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，其电测深曲线有8种不同的类型,1,2,3,4,h1,h2,h3,h4,HK,HA,例如:HK（124） HA（1234）,这8种类型分别为：HK、HA、KH、KA、AA、AK、QQ、QH。,地电断面的电性层很多（例如：大于三层）时，每增加一层，则表示电测深曲线类型的字母就增加一个。如“五层”则用“三个字母”来表示，例如：HKH、HKQ等。更多的层则以此类推。当为n层时，则电测深曲线类型数为：N=2n-1（如n=4, N=8; n=5, N=16 )注意，只要地电断面中底层的电阻率相当大（即底），则电测深曲线尾部的渐近线总是与横轴相交成45,（三）电测深的工作方法及资料整理,1、在实际工作中，AB逐渐增大，会使M、N间的电位差逐渐减小，为了取得可靠的电位差，MN也应按一定的比例关系增大。2、电测深s曲线绘制在模数为6.25cm的双对数坐标纸。横坐标为AB/2，纵坐标为s3、井旁电测深曲线：从已知区推广到未知区4、十字测深：了解地层横向上的变化情况,在模数为6.25cm的双对数坐标纸上，以AB/2为横坐标、以s为纵坐标，将同一测点上不同AB极距所对应的s标上并连成曲线，就构成了一条电测深实测曲线。见下图。,（四）电测深资料的解释,解释分为：定性与定量解释。,1、定性解释,目的：通过定性解释可以了解工作的区的地电断面的类型及变化情况。,单独一条电测深曲线的解释：,电性层的数目；各层电阻率的相对大小；估计第一层和底层的电阻率值。,面积性电测深资料的定性解释,需要绘制各种图件，以此来反映测区内不同电性层的分布及变化情况，从而了解工区的地质构造或电性层的形态。,电测深法图件分类：（1）视电阻率断面图（剖面和平面等值线图）（2）电测深曲线类型图（分为剖面上和平面上）注意曲线类型的变化，一般反映了电性层的变化，如构造接触带、地层尖灭、基底起伏等。（3）等AB/2视电阻率剖面图（4）等AB/2视电阻率平面等值线图（5）纵向电导剖面图（6）纵向电导平面等值线图（7）不同极距s剖面图（相当于复合对称四级电阻率法）,电测深曲线类型图,视电阻率断面等值线图,AB / 2,测深点,AB / 2,AB / 2,以三层地电断面为例，来阐明纵向电导的含义。,设第一层的电阻率为1、厚度为h1，第二层为2、h2，当第三层电阻率 3 时，则电流线分布下图（a）所示。在测点附近取长、宽各为1米、厚度H=h1+ h2 的体积单元。见图（b）。由于电流平行层面流动，故1层和2层呈并联关系。,按照关系 知：,令,G称为总纵向电导，G1、G2分别为第一、二层的纵向电导，于是有：,同理，对于n 的n层地电断面，有,现在把第一层至第n-1层视为统一的电性层，其厚度为H，纵向电阻率为L，则有,总纵向电导的实质上表示的是电流水平地流过顶面为1m、高度为H（m）的方柱体侧面时，该柱体的电导。 G的单位为 S（西门子），1S=1/（1/欧姆）。,由 式可见，若工区内L值基本稳定，则G与基底埋深H成正比。,AB / 2,1,1,s,5,2,10,10,G,G可根据各测深点的电测深曲线（见右图）求得。由G值可绘出G剖面图或G等值线平面图。G值小，说明基底埋藏深度小；反之，说明基底埋藏深度大。从而可清楚地显示出高阻基底的起伏情况。见下图。,纵向电导平面等值线图,2、定量解释,（1）量板法（2）计算机自动解释法（3）图解法,（四）电测深资料的解释,应用条件： 地层应基本水平（地层倾角小于20）； 各层间有较明显的电阻率差异； 地形起伏不大。,（五）电测深法的应用,对于“电测深法”应重点掌握如下3点, 电测深法的应用条件 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； 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、各相邻层间电阻率的相对大小及第一层和底层的电阻率值。,第二节 充电法和自然电场法,一、充电法,什么是充电法：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：详查及勘探阶段，良导性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,（一）充电法的基本原理,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），对充电体进行充电。进而查明充电体的空间分布形态、产状及延伸。,1、理想条件下（即0 =0或0 )，将不产生电位降，电位在导体内及表面处处相等，故导体为一个“等位体”，其表面为“等电位面”。,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。,电位V为对称曲线；电位梯度V /X为反对称曲线，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。,电位曲线的极大点与电位梯度的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。,2、脉状体倾斜时，电位曲线及电位梯度曲线均不对称,3、自然界中，导体都不是等位体（即0 0），对其充电后，充电体上各点的电位并非都相等。,（1）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；（2）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（很难与等位体区分开来）,因此，在解释中，必须充分考虑到： 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。,（二）充电法的装备及工作方法,1、装备,与电阻率法相同,2、工作方法,（1） 电位观测法：N极置于距充电体足够远的某一固定基点上。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）V。,B(),N,基点,（2）电位梯度观测法：MN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 /MN,将充电法的测量结果绘制成如下图件：,1、电位剖面图2、电位剖面平面图3、电位平面等值线图4、电位梯度剖面图5、电位梯度剖面平面图6、电位梯度平面等值线图。,（三）充电法资料的解释,根据等电位线的形状及密集带，可判定充电体在地面上投影的形状和走向，并初步圈定其边界；,根据剖面电位曲线：,利用其极值点推断充电体的顶部位置；利用其拐点推断充电体的边界位置；利用其对称性推断充电体的倾向。,根据电位梯度曲线：,利用曲线零值点推断充电体的顶部位置；根据正、负极值点的位置确定充电体的边界位置；若梯度曲线不对称，则充电体向极值的绝对值小、且曲线缓的一侧倾斜。,（四）充电法的应用,1、应用的条件, 探测对象应为良导体 探测对象至少有一点出露。 探测对象不能埋藏太深，且有一定的规模。, 圈定矿体的范围及倾向； 解决相邻两露头的矿体在深部是否相连的问题； 在已知矿体附近找盲矿体； 在追踪地下金属管线；,2、应用,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异常曲线,两个相邻且相连导电矿脉上的电位梯度异常曲线,充电法判断相邻两露头矿体是否相连,充电法电位平面等值线图判断矿体倾向,第二节 充电法和自然电场法,一、自然电场法,自然条件下，无需向地下供电，通过一定的装置形式，地面两点间通常也能观测到一定大小的电位差，这表明地下存在“天然电流场”简称“自然电场”。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。,常见的自然电场有两类：,呈区域性分布的不稳定的电场大地电磁场（与地壳表层构造有关）；,呈局部性分布的稳定的电场（与地下某些金属矿、非金属矿或地下水运动有关）。,（一）自然电场的成因,1、电子导体与围岩溶液间的电化学作用,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。,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时，双电层呈不均匀分布，产生极化，并在导体内、外产生电场，引起自然电流。,（一）自然电场的成因,1、电子导体与围岩溶液间的电化学作用,潜水面附近的良导体：潜水面上方的氧化环境和潜水面下方的还原环境，使良导体处于极化状态，表面双电层不均匀分布，形成自然电场,（一）自然电场的成因,2、岩石中地下水运移的电动效应（过滤电场）,由于岩石颗粒对水溶液中负离子有吸附作用，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”，而在水流的下游有多余的“正离子”，形成极化，从而形成自然电场,.,.,。,。,。,。,。,.,.,.,。,+,+,+,-,-,-,.,.,。,。,。,。,。,.,.,.,。,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,+,+,+,+,+,+,+,+,裂隙渗透电场 上升泉电场 山地电场,+,+,+,+,+,+,-,-,-,+,+,-,-,-,-,地下水补给河水 河水补给地下水,V,0,0,0,0,0,+,+,+,+,+,V,V,V,V,-,-,-,-,-,（一）自然电场的成因,3、岩石中不同浓度溶液离子的扩散作用,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。但正、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，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。,（二）自然电场法的装备及工作方法,装备特点：,工作方法：,与充电法相同， “电位观测法”和“电位梯度观测法”。,不需要电源和供电电极测量电极不用铜棒，而是“不极化电极” 。避免电极的极化作用以及两电极间自身产生的电位差,将观测结果绘制成电位剖面图、电位剖面平面图、电位平面等值线图。,电位法观测自然电场的工作布置图,（三）自然电场法资料解释,其定性解释方法与中间梯度曲线的解释类似。自然电位曲线在矿体的顶部为负极小值。对于倾斜的板状体或脉状体或倾斜极化等轴状体，其自然电位曲线呈不对称，在导体倾斜方向或极化轴倾斜方向上曲线陡，且出现很小的正值。,+,+,-,-,- -,+ +,+,-,1、寻找金属硫化物矿床（铜矿、黄铁矿）、石墨和无烟煤；,2、在水文地质和工程地质方面的应用 确定地下水与河水间的补给关系 确定地下水的流向（过滤电场的方向与地下水流向有关） 确定水库、堤坝的漏水点（位置） 寻找含水破碎带或确定断层位置,（四）自然电场法的应用,我国黄河某段附近自然电场法实测结果,“8”字形电位曲线长轴方向指示了该区地下水流的总方向为北东向。地下潜水补给黄河。,第三节 激发极化法,什么是激发极化法？激发极化法，简称激电法，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。,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,与其它电法勘探方法相比：,激发极化法（IP）的优点：, 能寻找浸染状矿体。 能区分电子导体和离子导体产生的异常。 地形起伏不会产生假异常。,激发极化法（IP）的缺点：, 矿化（黄铁矿化、石墨化的岩层）岩层产生强激电异常 电磁藕合干扰给交流激电法资料的解释带来困难。,岩矿石的激发极化现象,通常将供电时，地下电场随时间增长的过程称为充电过程，断电后，电场随时间衰减的过程称为放电过程。,这种在充、放电过程中，由于电化学作用产生随时间变化的附加电场的现象称为“激发极化效应”。,一、激发极化法的理论基础,（一）岩矿石激发极化效应的成因,1、电子导体激发极化效应的成因,（a） 导体表面为均匀双电层，在周围不形成电场；（b）当有电流流过上述电子导体溶液系统时，导体内部的电荷将重新分布，自然双电层发生变化，导体受到极化作用，为充电过程 ；（c）断去供电电流，为放电过程,（一）岩矿石激发极化效应的成因,1、电子导体激发极化效应的成因,在外电场作用下，“致密块状”的电子导体与溶液接触时，其激发极化效应产生在导体与溶液的接触面上称为“面极化”；,对于“浸染状”的电子导体或矿化岩石与溶液接触时，其激发极化效应产生在每一个电子导体颗粒与溶液的接触面上称为“体极化”。,尽管每个小颗粒与围岩的接触面很小，但它们的接触面积的总和却相当大。所以，尽管浸染状矿体与围岩的电阻率差异很小，仍然可产生明显的激发极化效应。,（一）岩矿石激发极化效应的成因,2、离子导体激发极化效应的成因,“薄膜极化”假说（a）未加电场前的孔隙通道；（c）加电场后的孔隙通道1离子堆积带，2离子不足带,（二）岩、矿石激发极化的时间及极化率,在直流激发极化法中，用极化率来表示岩、矿石的激发极化特性，即,（三）岩、矿石激发极化的频率特性及频散率,在交流激发极化法中，用频散率P来表示岩、矿石的激发极化特性，即,（三）激发极化法测定的参数,1、极化率和频散率P,频散率P,极化率,（1）岩、矿石的和P除了与观测时的充、放电时间有关外，还与岩矿的成分、含量、结构及含水性有关。（2）金属矿、石墨化和碳化地层的和P都较高，可达nn10%；岩石（不含电子导体）和P通常很低，一般为23%，少数能达45%。,不同岩矿石极化率对比表,（三）激发极化法测定的参数,2、视极化率s和视频散率Ps,在电场有效作用范围内各种岩、矿石极化率或频散率的综合影响值视极化率或视频散率。,（三）激发极化法测定的参数,3、视极化率s和视频散率Ps的影响因素,（1）装置类型（2）极化体的导电性（3）装置相对于极化体的位置（4）充放电时间,注意与电阻率和视电阻率作对比,二、激发极化法的仪器装备和工作方法,装置类型与电阻率法相同。联合剖面、中间梯度和电测深装置；交流激电法常用偶极装置。常用中间梯度和偶极装置。,采用不极化电极,三、极化体的激电异常,（一）中间梯度装置的激电异常,三、极化体的激电异常,（一）中间梯度装置的激电异常,三、极化体的激电异常,（一）中间梯度装置的激电异常,三、极化体的激电异常,注意两侧剖面极大值在地面上的投影并不在铜板正上方！,（一）中间梯度装置的激电异常,三、极化体的激电异常,（二）联合剖面装置的激电异常,三、极化体的激电异常,（二）联合剖面装置的激电异常,倾向一侧“面积”大,三、极化体的激电异常,（三）偶极剖面装置的激电异常,三、极化体的激电异常,（四）测深装置的激电异常,注意与直流电测深曲线对比,四、激发极化法的应用（一）,四、激发极化法的应用（二）,高电阻率高极化率判断矿体倾向采用中梯装置电剖面法激发极化法,第四节 高密度电阻率法1、 基本原理,高密度电阻率法是二十世纪八十年代才发展起来的一种新型阵列勘探方法，是基于静电场理论，以探测目标体的电性差异为前提进行的。该方法采集数据信息量大，可进行层析成象计算，成图直观，可视性强，采集装置种类多，仪器轻便。该方法在不同领域受到广泛的应用。,第四节 高密度电阻率法,第四节 高密度电阻率法,第四节 高密度电阻率法,第四节 高密度电阻率法,第四节 高密度电阻率法,2、工作方法技术 具体测量方法为：首先以固定点距沿井下巷道测线布置一系列电极，电极通过多芯电缆经转换开关接到仪器上，通过转换开关改变装置类型，一次完成该测点上各种装置形式的观测，一个测点观测完后，通过开关转换到下一相邻测点对应的电极，以相同方法进行该点观测，直到某一电极间距的整条剖面观测完为止。改变电极间距，重复以下观测，直到有所不同电极间距的剖面观测完为止。点距的选择主要依据探测精度要求，精度要求越高应越小。最大电极距大小，决定于预期探测深度，探测深度越深，要求越大，但一般隔离系数 最大值不超过15为好，当然，由于一条剖面测点总数是固定的，因此当极距扩大时，反映不同勘探深度的测点数将依次减少。,第四节 高密度电阻率法,3、资料处理和正演模拟4、高密度电阻率资料的反演 （图见下页）,第四节 高密度电阻率法,