电法勘探基本理论电阻率法课件.ppt

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1、地球物理探测新进展第二章 电法勘探基本理论,安全工程学院杨武洋,第一节,电阻率法,第二节,充电法和自然电场法,第三节,激发极化法,第四节,电磁法,第三章 电法勘探,第五节,瞬变电磁法,第六节,甚低频法,第七节,可控源音频大地电磁法,第八节,探地雷达,电法勘探 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，简称“电法”。,第二部分 电法勘探,电法勘探的特点：,可利用的物 性参性多,导电性（电阻率或电导率=1/ ）,电化学活动性（）,介电性（）,导磁性（）,利用场源多,人工场源,天然场源,

2、直流电（稳定场）,交流电（交变场）,第二部分 电法勘探,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,电阻率法充电法自然电场法激发极化法,低频电磁法频率测深法甚低频法电磁波法大地电磁法,方法种类多,第二部分 电法勘探,第一节 电阻率法,电阻率法的理论基础,1,电阻率法的仪器和装备,2,3,4,5,电剖面法,电测深法,高密度电阻率法,第一节 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。,电阻R（）长度（m）

3、截面积（m）,电阻率( m),S,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,第一节 电阻率法,3.主要岩矿石电阻率及其变化范围,沉变火沉积岩：10 102 火成岩：102 105 变质岩：介于两者之间,第一节 电阻率法,4.影响岩石电阻率的主要因素矿物成分、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，电阻率水溶液矿化度 矿化度 ，电阻率,第一节 电阻率法,温度 温度T，溶解度，离子活性，电阻率 结冰时，电阻率压力 压力 ，孔隙度 ，电阻率 超过压力极限，岩石破碎

4、，电阻率构造层 这种层状构造岩石的电阻率，则具有各向异性，即沿层理方向的电阻率小于垂直层理方向的电阻率。,第一节 电阻率法,地下水及其他天然水的电阻率均较低，通常小于100.m，并且含盐分越多，电阻率值越低。岩、矿石中所含水分的多少(或湿度大小)对其电阻率值有较大影响。 一般含水量大的岩石电阻率较低，而含水量小或干燥岩石的电阻率较高。岩石含水量的大小，主要决定于岩石本身的孔隙度及当地的水文地质条件。在潜水面以下，岩石孔隙通常被地下水所充满，此时，岩石的湿度便等于其孔隙度。,第一节 电阻率法,岩（矿）石的电阻率与所含水分的关系,（二）、均匀各向同性半空间点电源的电场,为了研究地下电流场地分布规律

5、，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,第一节 电阻率法,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”。,第一节 电阻率法,任意四装极置示意图,两个异性点电源的电场,第一节 电阻率法,在任意的M处的，可按场的叠加原理知：,（三）、电阻率公式及视电阻率 1.（均匀大地）电阻率公式,第一节 电阻率法,第一节 电阻率法,则,均匀大地电阻率公式,装置系数,第一节 电阻率法,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

6、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,（1）非均匀介质中的地下电流场,（a）均匀岩石；（b）围岩中赋存良导矿体；（c）围岩中赋存高阻岩体,（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。,第一节 电阻率法,第一节 电阻

7、率法,A(+I),B(-I),X,(a),(b),地电断面 ？,电阻率不均匀时地下电流分布示意图,地电断面的概念,在自然界中，地下地质情况是复杂的，各种不同岩(矿)石分布是不均匀的。在电法勘探中，常把按电阻率划分的地质断面称为地电断面。,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。,第一节 电阻率法,（四）、电阻率法的仪器和装备,重庆地质仪器厂,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，我国采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

8、阻率剖面法简称电剖面法。它包括许多分支装置：二级装置、三级装置、联合剖面装置、对称四级装置和偶极装置等。,第一节 电阻率法,（五）、电阻率法的常用电极装置类型,第一节 电阻率法,二级装置（AM）,三级装置（AMN）,联合三级装置（AMNMNB）,对称四级装置（AMNB）,偶极装置（ABMN）,中间梯度装置（AMNB）,思考题,什么是电法勘探？电法勘探的类型？影响岩石电阻率的因素有哪些？解释下列名词：均匀各向同性半空间；装置系数；地电断面；视电阻率；掌握均匀大地电阻率公式。,第一节 电阻率法,二、电剖面法,方法特点：研究地电断面横向变化的一类方法采用固定的电极距，沿剖面移动电极装置，观测一定深度

9、范围内视电阻率沿剖面的变化。解决主要地质问题：探测产状陡立的高、低阻体，如划分不同岩性接触带、追索断层及构造破碎带。,第一节 电阻率法,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，逐个测量视电阻率的值，探测深度保持在同一范围内。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。分类：,1.装置特点及s公式AO=BO MO=NOOC5AO,（AMN）,（ MNB ）,（一）联合剖面法,在测量时，C极固定不动，AMNB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，得到两个s值由于C极为无穷远极，它在M、N处产生的

10、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。,第一节 电阻率法,C,2.联合剖面法s曲线特征分析,直立良导薄脉上的联合剖面曲线的分析1正交点；2良导薄脉；3A电极的电流线(示意图),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 （围岩）交点左侧 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。,第一节 电阻率法,当薄脉为直立高阻脉时：,联合剖面法曲线s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

11、近于重合。,第一节 电阻率法,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。,第一节 电阻率法,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。,第一节 电阻率法,(二)中间梯度法,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，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。也可以在AB连线两侧1/6AB范围内的测线上布置MN进行测量。“一线布极，多线测量”,AB=(7080)H H 浮土厚MN=(1/301/50)AB,1.装置

12、特点及s公式：,K不是恒定的，而是逐点变化的,第一节 电阻率法,s,第一节 电阻率法,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 。,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”,（三）对称剖面法,第一节 电阻率法,1.装置形式及s公式,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

13、极都位于剖面的中部，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s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，就不用对称四级剖面法。,根据场的叠加原理，易证明对称剖面法的SAB 为联合剖面法两个视电阻率（SA 和SB ）值的平均值，即：,第一节 电阻率法,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应明显。因此，一般不用对称四极剖面法寻找低阻的薄脉状地质体。,第一节 电阻率法,AB过大,AB过小,012,第一节 电阻率法,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。而古河床中充填的沙卵石则为高阻

14、。,应用实例1,1.电测深法概念 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。,第一节 电阻率法,三、电测深法,电测深法主要用于探测水平产状（或倾角不超过20）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,有四极、三级、偶极等形式，通常采用对称四级装置 AO=BO;MO=NO k随电极距地逐次扩大而改变。,第一节 电阻率法,3.电测深曲线 视电阻率s随着供电极距（AB/2）变化的曲线，称之为电测深曲线。 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

15、，以s为纵坐标，绘制在模数为6.25cm的双对数坐标纸上。,第一节 电阻率法,第一节 电阻率法,电测深曲线,电测深曲线类型,AB/2,AB/2,AB/2,AB/2,AB/2,AB/2,AB/2,G型,D型,H型,K型,A型,Q型,HA型,KH型,AA型,QQ型,HK型,KQ型,AK型,QH型,二层曲线,三层曲线,四层曲线,第一节 电阻率法,电测深法主要图件：视电阻率断面图（剖面和平面等值线图）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，一般反应了电性层的变化，如构造接触带、地层尖灭、基底起伏等。,第一节 电阻率法,（一）高密度电法概述,(二) 高密度电阻率法常用装置,（三）三电位

16、电极系视参数及特点,四、高密度电阻率法,第一节 电阻率法,（四）高密度电阻率法的实际应用,电剖面法测量示意图,电测深法测量示意图,A M N B,A M N B,(一) 高密度电阻率法概况,高密度电阻率法,电测剖面法电测深法,第一节 电阻率法高密度电阻率法,高密度电阻率法测量仪器,1.主机2.转换开关3.电池4.电极5.电缆线,第一节 电阻率法高密度电阻率法,第一节 电阻率法高密度电阻率法,实践证明，高密度电阻率法是一种多快好省的勘探方法，目前在地基勘查、坝基选址、水库或堤坝查漏、地裂缝探测、岩溶塌陷及煤矿采空区调查等方面得到了广泛的应用，解决了诸多实际问题。,第一节 电阻率法高密度电阻率法,

17、1)高密度电阻率法的装置形式,采用三电位电极系。,第一节 电阻率法高密度电阻率法,三电位电极系是将温纳四极、偶极及微分装置按一定方式组合后所构成的一种统一测量系统。该系统在实际测量时，只须利用电极转换开关，便可将每四个相邻电极进行一次组合。从而在一个测点便可获得多种电极排列的测量参数。,施工过程为：先以固定间距x沿测线布置若干根电极，这些电极在整个测量过程中固定在原处不动；取a=nx (n=1，2，3，.)，对每一个取定的活动电极间距a，将两两相距为a的四根电极经电极转换开关连接到仪器上，一次完成各种装置形式的电阻率测量(各装置形式的记录点均选在电极排列的中点)；一个测点的全部测量完成后，将整

18、个电极排列向前移动一个x距离，然后进行下一测点的观测，这种过程重复进行，直到活动电极间距为a的整条剖面全部测完为止。,2)高密度电阻率法的测量过程,第一节 电阻率法高密度电阻率法,由于一条剖面地表测点总数是固定的，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。把三电位电极系的测量结果置于测点下方深度为a的点位上。于是，整条剖面的测量结果便可以表示成一种倒三角形的二维断面的电性分布。,第一节 电阻率法高密度电阻率法,高密度电阻率法测点分布示意图,第一节 电阻率法高密度电阻率法, 点距x的选择主要依据勘探的详细程度（110米）。, 最大电极距 的大小，取决于预期勘探深度；隔离系数n一般1

19、15或更大；, 无穷远极C要求CO （35）AO。,说明：,第一节 电阻率法高密度电阻率法,(二) 高密度电阻率法常用装置,第一节 电阻率法高密度电阻率法,第一节 电阻率法高密度电阻率法,【特点】测量断面为倒梯形。【描述】测量时，AB=BM=MN=a为一个电极间距，A、B、M、N逐点同时向右移动，得到第一条剖面线；接着AB、BM、MN增大一个电极间距，A、B、M、N 逐点同时向右移动，得到另一条剖面线；这样不断扫描测量下去，得到倒梯形断面。,偶极装置排列示意图,第一节 电阻率法高密度电阻率法,（微分）装置排列示意图,【特点】测量断面为倒梯形。【描述】测量时，AM=MB=BN=a为一个电极间距，

20、A、M、B、N逐点同时向右移动，得到第一条剖面线；接着AM、MB、BN增大一个电极间距， A、M、B、N 逐点同时向右移动，得到另一条剖面线；这样不断扫描测量下去，得到倒梯形断面。,高密度电阻率法三电位观测系统数值模拟断面,低阻凹陷中的高阻体,（三）高密度电阻率法的应用,煤田采空区探测 地下水调查 铁路、公路的地基勘查 圈定地层岩性边界 垃圾掩埋场淋漓范围的勘测 古墓勘察 污水管道的探测,第一节 电阻率法高密度电阻率法,水库、河流堤坝渗漏情况的无损检测 矿山采空区勘探浅层矿产勘查基岩裂隙带探测土木工程调查土壤含盐度和水质调查高应力地基勘探地下结构勘查（如隧道等）,第一节 电阻率法高密度电阻率法,溶洞、落水洞及不良地质构造高密度探测实例,落水洞、溶洞及构造裂隙带，如果以空气填充为主，在电性上呈现高阻反映；如果以水充填，则出现低阻反应。通过这些基本原则来判别地质体类型和性质。,第一节 电阻率法高密度电阻率法,第一节 电阻率法高密度电阻率法,溶洞物探,高程,第一节 电阻率法高密度电阻率法,第一节 电阻率法高密度电阻率法,例6,第一节 电阻率法高密度电阻率法,第一节 电阻率法高密度电阻率法,内容回顾,高密度电法三电位系统的概念。熟悉高密度电法的常用装置形式。高密度的测量过程。各装置形式的视电阻率公式推导方法。,Thank You!,