电法勘探原理岩矿石的电磁性质

严家斌地球科学与信息物理学院应用地球物理系[e-mail]13548942513地学楼215#教学内容与计划课程性质：电法勘探原理是“应用地球物理学”的一门专业主干课程。教学参考书：李金铭：地电场与电法勘探；傅良魁：电法勘探教程；何继善：金属矿电法勘探；张秋光：场论（上中下册）:地球物理勘探基础,顾功叙课时划分：共48课时，其中40课时为课堂授课（电阻率法24课时、自电与充电法4课时、激发极化法12课时），8课时实验。考核方式：该课程为闭卷考试方式；平时成绩占20%（课堂考勤10%、作业5%、实验5%）；考试成绩占80%(笔试50%,实验考试30%)；问题讨论：每次课堂留5~8分钟大家提问。答疑：地点：地学楼215（1）实验前的准备（A）检查仪器是否正常，仪器本身所带的附件是否完整（B）据实验内容准备实验所需的供电线，测量线，仪器供电线，夹子是否齐全。为了实验安全，供电线与测量线、A极线与B极线，M极线与N极线最好在颜色上要有区分或做上记号。（2）实验操作步骤：中梯装置（Z-1）把观测体放在水槽中间，水下2-5CM（Z-2）把供电极AB放入水中，设置好供电距100CM，并用电线分别接入仪器A、B接线柱。把MN极放入水中，设置好极距2CM，并用电线分别接入仪器M、N接线柱。（Z-3）把仪器接入高压12V，检查所有的接线柱是否正确（Z-4）按仪器开关键，仪器显示DDC-5（Z-5）按电池键，检查电池电压，应不低于10V（Z-6）按排列键，按前进键选择排列直到显示RECTCL（Z-7）按极距键，显示AB/2=，用数字键输入100。按前进键显示MN/2=？输入1。按前进键显示X=？（表示第一个测量的位置，中梯主要在中间测量，所以坐标原点设在中间，因此可从-25或-20开始）。按前进键，PROFIL=1。按前进键，显示K（z-8）按测量键，显示INJECTION，测量结果显示R0=XXXX，V/I=XXXMV，XXXMA（Z-9）记录下测点号和测量的视电阻率，按存储键，显示存储号，第一次输入1，以后按前进键即可。（Z-10）移动测量极MN至下一个测点。重复（Z-8）盘。联剖装置（L-1）把观测体放在水槽中间，水下2-5CM（L-2）把供电极AB放入水中，把C极在测线的垂直方向放入水槽，CO5BO,设置好供电距AO/BO=8CM，并用电线把A极接入接线柱A,C极接入B接线柱。把MN极放入水中，设置好极距2CM，并用电线分别接入仪器M、N接线柱。形成AMN装置（Z-3）把仪器接入高压12V，检查所有的接线柱是否正确（Z-4）按仪器开关键，仪器显示DDC-5（Z-5）按电池键，检查电池电压，应不低于10V（Z-6）按排列键，按前进键选择排列直到显示3P/PRFL（Z-7）按极距键，显示BO=，用数字键输入8。按前进键显示MN/2=？输入1。按前进键显示X=？（表示第一个测量的位置,因此可从8,这点与中梯不同,点距可设2CM）。按前进键，PROFIL=1。按前进键，显示K（z-8）按测量键，显示INJECTION，测量结果显示R0=XXXX，V/I=XXXMV，XXXMA（L-9）记录下测点号和测量的视电阻率，按存储键，显示存储号，第一次输入1，以后按前进键即可。(L-10)把C接入A接线柱,B接入B接线柱,形成BMN装置,重复(Z-8)（L-11）移动测量极AMN/BMN至下一个测点。重复（Z-8）。(3)实验报告要求(A)方法的基本原理(B)画出视电阻率-AB/2极距图(C)描述测量视电阻率曲线特征(D)估计异常体的埋深前言电法探测的内涵与内容电法勘探（简称电法）：基于观测和研究电磁场（天然或人工）的空间与时间分布规律，利用地壳中多种岩石、矿石电学性质间的差异来描述地质目标的一种地球物理方法。物理参数或电学性质：电阻率ρ；磁导率μ；极化率（体极化η、面极化λ、自然极化的电位跃变Δε）；介电常数ε。实践证明，自然界中的任何一种地质体或强或弱地常具有几种电学性质的表现，人们可以单独地利用其中的一种或多种性质来研究地质目标体物理理论地球地球物理地球物理以地球为研究对象的应用物理学,自本世纪初已自成体系,包含许多分支学科,涉及海、陆、空，是天文、物理、化学、地质学之间的一门边缘科学物理学天文学地质学地球地球物理学空间物理学大气物理学星际物理学及日地耦合海洋物理学地球内部物理学及圈层间耦合重力学：地面重力和卫星重力地磁学：地磁场、航空磁测及卫星磁测地电学：电磁感应场地热学：温度场、大地热流场地震学：天然地震与人工地震物理化学场：放射性场地震运动学与动力学：综合分析地球内部结构等年龄学：大地测量学地球物理问题的研究从远古就开始。如张衡（地震学），僧一行（大地测量学）。牛顿发现了万有引力定律，C.Clairaut（克雷若）研究地球的形状,P.S.Laplace研究地球的起源,C.F.Gauss研究地磁等.“地质学与地球物理学最大的差别是地质学注重时间观念,而地球物理学是不管时间的”五十年代,虽然对地球内部的分层结构、物质组成和物理状态有一定了解，但许多地学现象如资源分布问题需研究地壳深处及地幔上部，是全球性的，所以在六十年代国际上提出了“上地幔计划”——提出了“板块大地构造假说”板块运动的动力来源是什么？板块活动除边缘外，板块内也有活动，这种活动对地震成因及矿产富集有重要影响——“地球动力学计划”六十年代为了利用地震方法监测地下核爆炸问题，美国提出了“维拉—U计划”建立了全球标准地震台网。（1）电法勘探的分类按场源分：人工源；天然源人工源：1)直流电阻率法RES（resistivity）2)激发极化法：直流激电法IP（inducedpolarizationmethod）交流激电法（双频激电法）DFIP(double-frequencyIP)3)充电法（Excitation-at-the-massmethod)4)电磁法（1）人工源音频大地电磁CSAMT(Controlsourceaudiomagnetotelluric(2)瞬变电磁法TEM(transientelectromagnetic）(3)地质雷达GPR(ground-penetratingradar)(4)海洋MEM(marineelectricalmethod)(5)航空AEM(airborneelectromagneticmethod)天然源：1)自然电位法SP(self-potential)2)甚低频法VLF(verylowfrequency)3)音频大地电磁法AMT(audiomagnetotelluric4)大地电磁法MT(magnetotelluric)按观测空间分：航空电法；地面电法；地下电法（海洋，坑道，井中）（2）电法勘探应用范围金属与非金属矿产勘查石油与天然气勘查煤田地质勘探工程地质与水文地质勘察地热资源调查环境与地质灾害调查地质工作各阶段全球与区域构造研究研究工程无损检测考古调查SQ-3B数字式双频激电仪8090100110120130140-300-280-260-240-220-200-180-160-140-120-100-80-60-40-200510152025303540455060708090100120150200250(m)(m)EWPROFILEOHMMETER20406080100120140-300-280-260-240-220-200-180-160-140-120-100-80-60-40-20051015202530354045506070809010012015020025030050010001500EWPROFILE(m)(m)OHMMETER010020030040050060070080090060070080090010001100DEPTH(m)-10005204060100200300500800150030005000ρ(Ω.m)HPT14LINE(m)123456789101112131415161718192021222324252627282930313233ZK06ABC010020030040050060070080090010001100800900100011001200DEPTH(m)HTP13LINE-5000103050801502504006001000200030005000ρ(Ω.m)393837363534333231302928272625242322212019181716151413121110987654321(m)ZK04ZK07ZK08ABC05010015020025030035040045050055060065070075080085090095010009001000110012001300DEPTH(m)-2000010305080150300500800150025004000ρ(Ω.m)HPT12LINE(m)123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536ZK09ZK11ABC0501001502002503003504004505005506006507007508008509009501000105010001100120013001400(DEPTH(m))ρ(Ω.m)HPT11LINE-1002040601002003005008001500250040006000(m)363534333231302928272625242322212019181716151413121110987654321ZK26AC（3）电法勘探的发展1830年，R.W.FOX在Cornish铜矿发现了自然电流场，1835年在Cornwall铜矿上进行了自然电场观测，开创了电法勘探先河；1882年CarlBarus在Comstock铜矿上采用不极化电极，首次观测到真正的自然电场。1893年JamesFisher测量了某铜矿脉的电阻率；1915年F.WennerandC.Schlumberger提出了视电阻率概念。1920年C.Schlumberger发现了激发极化效应的电化学过程，1949年H.O.Seigel提出了激发极化法；1917年HarryW.Conklin提出电磁法；二十世纪60年代前苏联先后研究出远区和近区瞬变电磁场法；1956年法国Carniard提出大地电磁法；1960年J.C.Cook利用雷达在矿井中做了实验。在我国。解放前仅有极少数人作过一些实验研究性工作。一九三六年丁毅先生等在安徽省当涂铁矿上进形了电法实验工作，一九三九年～一九四二年间，顾功叙先生等在贵州水城县观音山铁矿上进行过电法工怍。一九四三年他又同王子昌先生等在云南会泽铅锌矿区及巧家县汤舟铜矿上进行过自然电场法工作，一九四五年顾功叙先生还曾在贵州赫章铁矿上进行过电法勘挥工作。这些工作多属于实验研究性质。解放后，我国电法勘探和其他事业一样得到迅速发展。例如，1950年在辽宁鞍山铁矿曾用电测剖面法进行了观测。1955年在辽宁青城子用自然电场法配合联合剖面法找到了大的铅锌矿，接着又在红透山用自然电场法、联合剖面法配合化探次生晕找到了大型铜矿。1957年在辽宁等几个金属矿区试用了激法极化法。1958年在全国各省相继成立了专业物探队，这就更进一步促进了电法勘探在我国的全面发展。尽管我国的电法工作从无到有，发展速度之快，应用范围之广，地质效果之显著；但是和一些先进国家相比较无论在方法理论研究、仪器研制还是应用研究方面均有一定差距。因此我们必须树立信心，勤奋学习，努力工作。中国地球物理学家。中国科学院院士。1908.6.25生于浙江嘉善-1992.1.14日卒于北京。1929年毕业于上海大同大学。1934～1936年赴美国科罗拉多州矿业学院学习地球物理勘探，获硕士学位。1936～1938年在美国加利福尼亚州理工学院地球科学系做研究工作