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电法勘探应用地球物理概论电磁法的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：航空电法、地面电法、海洋电法、地下或井中电法；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：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：（1）传导类电法勘探以利用地中的传导电流（交流的或直流的；天然的或人工的）为主。利用导电性、激电性、导磁性；目前主要有五种方法：①中间梯度法；②电测剖面法；③电测深法；④充电法；⑤自然电场法；⑥激发极化法；（2）感应类电法勘探以利用地中涡旋感应电流为主。电磁法的类型比较多，不下几十种，类型多的原因有如下三个方面:场源的种类多：建立一次场的场源，可分为人工场源和天然场源两大类。人工场源：（1）连续波场或谐变场（低于数万赫兹）：连续波场可分为回线场、动源偶极场、半定源偶极场和长导线场，偶极场又有近区（感应区）和远区（波区）之分；（2）瞬变脉冲场：瞬变脉冲场也有回线场和偶极场；（3）辐射场：辐射场主要按波段分，目前已利用的有长波电台的辐射场；频率范围为10k－400k，地下井中透视的发射场，频率范围在1.5－200Mhz以及雷达波。天然场源：天然音频磁场和大地电磁场。观测方法的多样性观测方法绝对测量相对测量两测点间的总场振幅比和相位差或同一测点两分量的比值总场异常场振幅和相位角实虚分量倾角椭圆极化率虚分量断电后的衰减曲线观测的空间范围大：空中地面井中电磁法地面井中航空天然场人工场大地电磁测深法磁大地电流剖面法音频磁场法辐射场连续波场瞬变场频率电磁测深法多频振幅相位法多频振幅法总场异常场绝对测量相对测量水平线圈法倾角法椭圆极化法振幅比相位差法相对测量虚分量法地质雷达甚低频法异常场绝对测量瞬变脉冲电磁法人工场连续波电磁测井瞬变脉冲电磁测井井中无线电波透视天然场人工场天然音频磁场航空电法连续波航空电法瞬变脉冲航空电法甚低频航空电法电法勘探——传导类电法（直流）一、电阻率法的基础知识二、电测剖面法三、电测深法四、充电法五、自然电场法六、激发极化法一、电阻率法的基础知识1、岩土介质的电阻率a、矿物的电阻率b、岩矿石的电阻率c、影响电阻率的因素2、大地电阻率的测定3、视电阻率的概念及分析方法1、岩土介质的电阻率).)(/()/(/mLsIULsR电阻率(ρ)单位是欧姆·米，记作Ω·m。用电导率σ表示时，其单位为西门子每米，记作s／m。电导率和电阻率互为倒数，成反比性。在电法勘探中，用来表征岩、矿石导电性好坏的参数为电阻率(ρ)或电导率(σ=1/ρ)。从物理学中已知，当电流垂直流过单位长度、单位截面积的体积时，该体积中物质所呈现的电阻值即为该物质的电阻率。计算公式如下：注a、矿物的电阻率金属导体半导体固体电解质各种天然金属均属于金属导体较重要的天然金属有自然金和自然铜，其电阻率值均很低大多数金属矿物均属于半导体固体矿物按导电机理分为：绝大多数造岩矿物（如辉石、氏石、石英、云母、方解石）矿物名称电阻率值矿物名称电阻率值斑铜矿赤铁矿磁铁矿锡石磁黄铁矿辉锑矿黄铜矿软锰矿黄铁矿菱铁矿方铅矿鉻铁矿辉铜矿闪锌矿辉铅矿钛铁矿).(m5610~102610~102510~100310~100310~100810~100810~106310~102010~108010~103010~106010~105310~105310~100810~100310~10).(m常见半导体矿物的电阻率值b、岩、矿石的电阻率矿物电阻率值是在一定范围内变化的，同种矿物可有不同的电阻率值，不同矿物也可有相同的电阻率值。因此，由矿物组成的岩石和矿石的电阻率也必然有较大的变化范围。岩矿石电阻率而言，也有类似的情况。其电阻率值除与组成矿石的矿物成分、含量有关外，更主要地乃由矿物颗粒的结构构造所决定。几种岩石电阻率的分布范围曲线火成岩变质岩粘土软页岩硬页岩砂砂岩多孔石灰岩致密石灰岩110102103104105106)(mc、影响岩、矿石电阻率的因素导电矿物含量岩、矿石的结构、构造、孔隙度岩矿石的含水量及含水矿化度温度、压力⑴、岩（矿）石电阻率——与成分和结构的关系导电矿物含量相当大(≥80％)时，对岩石电阻率才有明显作用。主要决定于它们的连通情况，连通者起的作用大，孤立者起的作用小。岩、矿石的电阻率与导电矿物的含量导电矿物对岩、矿石整体电阻率影响（a）（b）（c）岩矿石不同结构的示意图层状结构岩石模型（a）实际岩石(b).等效模型attaz(b)（a）121h2h两种电阻率分别为ρ1和ρ2的薄层岩石交替成层，它们的总厚度分别为h1和h2，则可按电阻并联和串联的关系，不难得到沿层理方向和垂直层理方向的电阻率表达式：121212hhthh212211hhhhn(1)(2)ntmnt为了表征层状岩石的非各向同性程度和平均的导电性，定义其非各向同性系数和平均电阻率分别为⑵、岩（矿）石的电阻率——与所含水分的关系地下水及其他天然水的电阻率均较低，通常小于100Ω.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。几种常见岩石的空隙度分类岩石名称空隙度/％分类岩石名称空隙度/％沉积岩土壤20.0~69.4火成岩玄武岩18.7~砂15.0~63.2安山岩6.0~粘土10.1~62.9辉长岩0.4~1.9砾石20.2~37.7花岗岩0.4~4.1页岩1.5~44.8辉绿岩0.5~5.1砂岩2.0~18.4闪长岩0.4~4.0灰岩0.7~10正长岩0.9~2.9变质岩结晶石灰岩0.9~8.6注：带有喀斯特溶洞的灰岩空隙度可达n×10%片麻岩0.4~7.5大理岩0.1~2.13、岩（矿）石电阻率——与温度的关系岩石电阻率与温度的关系-40-2002040t/ºC1001011/电子导体矿物、矿石的电阻率随温度增高而变大离子导电岩石的电阻率却随温度的增高而变小•综上所述•影响岩、矿石电阻率的因素是多方面的。在金属矿产普查和勘探中，岩、矿石中良导电矿物的含量及结构是主要影响因素。在水文、工程地质调查和沉积区构造普查、勘探中，岩石的孔隙度、含水饱和度及矿化度等成了决定性因素。在地热研究、地震地质及深部地质构造研究中，温度及地应力变化却成了应考虑的主要因素。一、电阻率法的基础知识1、岩土介质的电阻率a、矿物的电阻率b、岩矿石的电阻率c、影响电阻率的因素2、大地电阻率的测定3、视电阻率的概念及分析方法地面水平，地下为均匀、无限、各向同性介质。ABNM则地表任意两测量电极M和N的电位U的表达式为:二、大地电阻率的测定12IUr电阻率计算公式的推导112112MNIUAMBMIUANBN式中AM、AN、BM、BN分别为供电电极A、B与测量电极M、N之间的距离。将上两式相减可得M、N两点间的电位差：由点电源电位场可知：11112MNMNIUUUAMBMANBN21111MNMNUUKIIAMBMANBN21111KAMBMANBN则用点电极测量均匀大地电阻率的表达式：式中K称为电极排列系数(或装置系数)，其单位为米，是一个仅与各电极间空间位置有关的量。其中：K值的实际计算电极形式可多种多样，但电极的排列形式和电极距一经确定，K值便可计算出来。在实际工作中一、电阻率法的基础知识1、岩土介质的电阻率a、矿物的电阻率b、岩矿石的电阻率c、影响电阻率的因素2、大地电阻率的测定3、视电阻率的概念及分析方法3、视电阻率的概念及分析方法地面水平，地下为均匀、无限、各向同性介质。实际工作中常常不能满足这些条件，地形往往起伏不平，地下介质也不均匀，各种岩石相互重叠，断层裂隙纵横交错，或者有矿体充填其中。MNUKIA(+I)B(-I)XS1123(a)(b)地电断面？？电阻率不均匀时地下电流分布示意图3、视电阻率的概念及分析方法在自然界中，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。MNVMNUKIMNUMNsUKIMNUKI视电阻率虽然不是岩石的真电阻率，但却是地下电性不均匀体和地形起伏的一种综合反映。3、视电阻率的概念及分析方法1MNl视电阻率在不均匀体和地形起伏的分布示意图0A下面对微分公式加以推导在地形起伏、存在不均匀地质体，且测量电极的间距很小时，用分别表示MN处的电场强度、电流密度和电阻率。,,MNMNMNEj3、视电阻率的概念及分析方法MN由电位差可表示为:MMMNMNMNMNNNUEdljdlMNMNMNEjMNsUKI欧姆定律的微分形式上式对任何布极形式和电极间距离以及地下任何不均匀情况均适用。它清楚地表明，视电阻率在数值上与MN间沿地表的电流密度和电阻率的分布有关，而地表电流密度的分布，既受地表电阻率分布也受地下电性不均匀体的影响。因此，在电极排列一定的条件下，的变化由地表及地下电阻率分布所决定。sMMsMNMNMNNNKKEdljdlII3、视电阻率的概念及分析方法coscosMNMNsMNjKMNKMNEII01KMNIj当MN很小时，可将MN范围内的电场强度视为不变，上式可化为如果在均匀半无限介质的条件下，，且此时所测得的，故有：即：000sKMNjI00,,cos1MNMNjj0sMMsMNMNMNNNKKEdljdlII0cosMNsMNjj于是，我们可得地形起伏且存在不均匀体时视电阻率的微分形式：在分析一些理论计算、模型实验及野外地面观测结果时，经常要用到它。当地面水平时0MNsMNjjA(+I)B(-I)XS1123(a)(b)0MNsMNjj重新分析：当地下只有一种岩石时，两式是相同的，故按视电阻率的计算式算得的ρs值等于岩石真电阻率ρ值。ρs剖面曲线乃为一条数值等于p的直线。MNsUKI视电阻率的计算公式0MNsMNjj视电阻率的分析公式电法勘探——传导类电法一、电阻率法的基础知识二、电测剖面法三、电测深法四、充电法五、自然电场法六、激发极化法二、电测剖面法a、中间梯度法b、联合剖面法c、偶极剖面法d、对称四极剖面法e、三极剖面法f、二极剖面法方法特点：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。二、电测剖面法a、中间梯度法装置的特点：供电电极AB=4～10h的距离取得很大，且固定不动;测量电极MN在其中间三分之一地段逐点测量,记录点取在MN=1/20～1/50AB中点。观测线除了沿AB联线观测外，还可以在AB联线两侧一定范围的测线上进行观测，因此它的生产效率较高。目前我国大部分直流激电工作都是采用中梯排列，在获得激电参数的同时，也得到了视电阻率的资料。利用视电阻资料有利于对激电资料的综合解释。视电阻率异常曲线特征1s1.11-3-2-1012310.90.8x1smqh推测深度：h≈0.7△xh≈1.3qh≈2m0100200300400500600700800900100011001200130014001500160017001