电法部分复习题及答案

-1-考试复习题：第二篇电法勘探1、电法勘探的定义？电法勘探是以岩、矿石之间电学性质的差异为基础，通过观测和研究与这些差异有关的电场或电磁场在空间或时间上的分布特点和变化规律，来查明地下地质构造和寻找地下电性不均匀体(岩溶、风化层、滑坡体等)的一类勘查地球物理方法。2、电法勘探的分类？就场本身的性质而言，可分为两大类，即传导类电法和感应类电法。传导类电法以各种直流电法为主，有电阻率法、充电法、自然电场法和激发极化法等。感应类电法则可分为电磁剖面法和电磁测深法。按工作场地的不同，又可分为航空电法、地面电法、海洋电法和地下电法等，它们在方法技术上各有不同的特点。一、电阻率法的基础知识1、影响岩土介质电阻率的因素有哪些？怎样影响？自然状态下，岩土介质的电阻率除与介质组分有关外，还与岩石的结构、构造、孔隙度、湿度、矿化度及温度等因素有关。介质组分：一般来说，当岩石中良导性矿物的体积含量高时，其电阻率通常较低。相反，当造岩矿物含量高时，岩石电阻率亦很高。结构和构造：在导电金属矿物含量相同的条件下，岩石的结构起着重要的作用。浸染状结构岩石中良导性矿物被不导电矿物包围，其电阻率要比良导性矿物彼此相连的细脉状结构岩石为高。如对含针、片状矿物，沿层理方向（纵向）电阻率小于垂直层理方向（横向）电阻率，两个方向间存在各向异性。湿度：湿度对岩石的电阻率有很大的影响，这是因为水的电阻率较小，含水岩石的电阻率远比干燥的岩石低。矿化度：矿化度越高，电阻率越低。温度：温度的变化直接影响着岩石的电阻率。这是因为，温度升高时，一方面岩石中水溶液的粘滞性减小，使溶液中离子的迁移率增大。另一方面，又使溶液的溶解度增加，矿化度提高，所以岩石的电阻率通常随温度的升高而下降。2、纵向电导和横向电阻的含义及其公式表述形式？为了研究层状介质的导电特性，我们在层状介质中取底面积为l2m、厚度为h的六面岩柱体。水平均匀层状介质模型当电流垂直于柱体底面流过时，所测得的电阻称为横向电阻，用符号T表示。显然，第-2-i层的横向电阻等于该电性层的厚度与电阻率的乘积，即：iiihT当六面岩柱体由厚度和电性不同的1n个岩层组成时，按串联电路原理，其总横向电阻为：nnnhhhTTTT221121电流平行于岩柱体底面流过时所测得的电导．称为纵向电导，用符号S表示，单位为西门子。显然，第i层的纵向电导等于该电性层厚度与电阻率的比值，即：iiihS若六面岩柱体由1n个厚度和电性不同的岩层组成时，其总纵向电导为：nnnhhhSSSS///2211213、稳定电流场的边界条件？（1）、电位连续有限条件：除场源点外，电位处处连续，处处有限：在接近点电流源的点上：Ur,0在距场源无限远的点上：0,Ur（2）、地面上（场源点除外）电流密度法向分量为零条件011nUJn（3）、介质分界面上的连续条件：电位连续：21UU电流密度的法向分量连续：,21nnjj切向分量不连续：ttjj21电场强度的切向分量连续：ttEE21法向分量不连续：nnEE21-3-3、一个点电流源的电场具有什么特征？电流密度、电场、电位的表述式？如图所示，一个点电流源在地下均匀各向同性半空间中的等电位面为一系列以它为中心的同心半球面。在点源附近电位衰减很快，随远离点源衰减变慢。电场的衰减比电位快，其正、负由电流线方向与x轴正向相同或相反而定。电流线是以点电流源A为中心向周围呈辐射状分布。电流密度j的方向与矢径r的方向一致，处处与等电位面正交。电位、电流密度和电场强度均与供电电流强度I成正比，而电位与r成反比，电流密度和电场强度与r的平方成反比。均匀各向同性全空间，在距A极距离r的观测点M点处：rrrIEIUrrIUrrrIj224444均匀各向同性半空间，在距A极距离r的观测点M点处：rrrIEIUrrIUrrrIj2222225、请说明电阻率是怎样测定的？IUKMNBNBMANAMK11112上式即为利用四极装置测定电阻率的基本公式，即两个供电电极之间测量一下电流，两个测量电极之间测量一下电位差，根据四个电极之间的相对位置测量装置系数(或排列系数)，代入上式求取即可。6、说明视电阻率和真电阻率的区别？真电阻率：电阻率是用来表征岩矿石电性好坏的参数。由材料性质决定。在数值上等于电流垂直流过单位横截面积条件下，单位长度导体的电阻。用符号表示。电阻率越低，导电性越好；电阻率越高，导电性越差。视电阻率：在理想情况（地面为无限大的水平面，地下充满了均匀各向同性的导电介质）下，利用电阻率的测量公式测得的是大地的真电阻率。然而实际情况是地形地质情况复杂，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，或有良导矿体、溶洞等等，电阻率往往不均匀。此时利用电阻率的测量公式计算得到的电阻率称为视电阻率，它不是某一岩层的真电阻率，而是该电场分布范围内，地下各种电性不均匀体和地-4-形起伏的一种综合反映，以s表示。视电阻率虽然不是岩石的真电阻率，但可以根据所测视电阻率的变化特点和规律去发现和探查地下的电性不均匀体，达到找矿和解决其它地质问题的目的。7、怎样根据视电阻率反推地下低阻或高阻体的存在？写出公式。并说明利用该公式反推地下低高阻时有哪些假设？为什么？根据视电阻率反推地下低阻或高阻体存在的公式为：MNMNsjj0，其中MNj为MN电极间任意点沿MN方向的电流密度分量，0j为MN间正常场的电流密度，只决定于装置的大小和类型，对于一定的装置，可认为是已知的。MN为MN间任意点岩石的电阻率。因此视电阻率是与介质真电阻率MN成正比的量，其比例系数为MNj／0j，这是测量电极间实际电流密度与假设地下为均匀各向同性介质时正常场电流密度之比。MNj包含了在电场分布范围内各种电性地质体的综合影响，当地下半空间有低租不均匀体存在时，由于正常电流线被低阻体吸引，使地表MN处的实际电流密度减少，故MNj0j，sMN。相反，当地下有高阻不均匀体存在时，由于电流线被高阻体排斥，使地表MN处的电流密度增加，所以MNj0j，sMN。这样，地表观测视电阻率的变化，便可揭示地下电性不均匀地质体的存在与分布，这就是电阻率法能够解决有关地质问题的基本物理依据。应用该公式时，有一个表土电性均匀的假设，即沿着测线移动MN变化很小，否则s将既取决于MN的变化，也取决于MNj的变化，无法判断视电阻率的变化到底是地表电性不均匀体引起的，还是地下电性不均匀体引起的。8、在非均匀介质中电流场具有什么特点？实质是什么？在非均匀介质中，电流线在不同介质的分界面会发生折射。总体上表现为：低阻体吸引电流线，致使大部分电流从它的内部流过；高阻体排斥电流线，致使电流线大部分从围岩流过。介质中的电流总是按照所遇阻力最小的路径流动，或者说总是自动地满足电场做功最小的状态。非均匀介质中的稳定电流场实质上可以看成是由场源和界面上的积累电荷产生的。界面上积累电荷的密度与场源强度及界面两侧的电阻率差异成正比。吸引或排斥均为界面上积累电荷的作用。当电流由低阻体进入高阻体时，界面上积累正电荷，与场源同符号。按同性相斥的原理，高阻体对来自场源的电流线起排斥作用。反之，若电流由高阻体进入低阻体时，界面上积累负电荷，与场源反号，按异性相吸的道理，低阻体对场源发出的电流线起吸引作用。9、研究电流密度随深度的分布规律有怎样的意义？影响探测深度的主要因素是什么？勘探深度是指在给定装置条件下能产生可靠相对异常、可查明探侧目标的最大深度。研究电流密度随深度的变化规律，对电阻率法勘探有很大意义。因为，地面电阻率法是根据地表电流密度的变化来判断地下电阻率有明显差异的地质体的存在。集中于地表的电流越多，流入地下深处的电流就越少。当埋藏于深部的岩石中的电流密度很小时，岩石电阻率的差异对地表附近电流密度的影响很小，因而能够进行勘探的深度也就小了。要想增大勘探深度、只有增加供电极距。AB越大，勘探深度也越大。二、电阻率剖面法1、电阻率剖面法的总体特征是什么？有哪些分类？总体特征：供电极距不变，整个装置沿观测剖面线移动，逐点观测视电阻率的变化。根-5-据勘探深度和供电极距的关系，由于供电极距不变，勘探深度就保持在同一个范围内。因此电阻率剖面法研究的是某个深度范围以上横向上电阻率的分布情况。主要可分为：联合剖面法，适用于探测陡倾的低阻体；（复合）对称四级剖面法，适用于面积性测量；中间梯度法，适用于探测陡倾的高阻体；偶极剖面法等。2、联系“联合剖面法”方法的命名说明“联合剖面法”的总体特征及主要适用范围？总体特征：联合剖面法是用两组三极装置进行测量，这是“联合”一词的由来。每组三极装置有一个无穷远极。在同一测点上，两组三极装置各测一次。在低阻体上方有正交点存在，在高阻体上方有反交点存在。优点：灵敏度高、分辨力强、异常幅度大。缺点：该测量方式工作效率低，因为一点测量两次，装置比较笨重，有笨重的无穷远极存在。受地形和地表岩性不均匀的影响大，易使曲线发生畸变而出现假异常。适用范围：主要用于寻找产状陡倾的层状或脉状低阻体或断裂破碎带。3、联系“中间梯度法”方法的命名说明“中间梯度法”的总体特征及主要适用范围？这种方法的特点是供电电极A和B相距很远且固定不动，测量电极M和N在A、B之间的中部约(1/2-1/3)AB的范围内同时移动，逐点进行测量。此外，MN还可以在平行于主剖面线AB的几条相邻测线中部移动，逐点进行测量。旁测线与主测线的最大垂直距离不超过1/6AB。由于中间梯度法布设一次供电电极可同时观测数条测线，因此工作效率较高，且能最大限度地克服供电电极附近电性不均匀的影响。中梯法中由于AB很大，在AB中部测量范围内的电场可以认为是均匀电场，视电阻率曲线所反映的必然是MN电极附近地层电阻率的变化情况。用中梯法寻找高阻岩脉(如伟晶岩脉、石英岩脉等)可以取得显著的效果。例如对直立高阻脉来说，其屏蔽作用明显，排斥电流使其汇聚于覆盖层。这将使jMN增大而使视电阻率曲线在高阻脉上方出现突出的高峰。对于低阻的、不宽的断层破碎带等良导直立薄脉，由于水平电流线均垂直于它(电流密度的法向分量连续，切向分量为零)，使jMN变化不大，视电阻率异常不明显。所以，在实际工作中常用此法追索高阻陡倾地质体。4、联系“对称四极剖面法”方法的命名说明“对称四极剖面法”的总体特征及主要适用范围？对称四极剖面法，顾名思义，供电电极和测量电极分别相对于测量点对称，在观测过程中，四个电极保持相对位置不动，同时沿侧线移动。从场的特点看，对称四极剖面法是两个异性点电流源的场，其位于供电电极的中部，故其正常场也是均匀场，且异常的特点与中间梯度法类似。但由于在对称四极剖面中测量电极是与供电电极同时移动的，故视电阻率曲线比中间梯度法复杂一些，生产效率也低一些。因而，一般能用中间梯度法解决的问题，就不用对称四极剖面法解决。即：对于寻找高阻岩脉，对称四极剖面法不如中间梯度法经济、效率高；对于探测良导薄脉，又不如联合剖面法异常反映明显。因此，对称四极剖面法一般不用于寻找薄脉状地质体，在工程、水文及环境地质调查中多用于面积性测量，探测浅部基岩起伏，寻找构造破碎带，以及厚岩层等地质填图和普查工作，在合适的条件下，还可以圈定岩溶的分布范围及追索古河道等，应用较为广泛。5、电阻率剖面法和电阻率测深法有什么区别？电阻率剖面法是采用固定极距的电极排列，沿剖面线逐点供电和测量，观察视电阻率的变化规律。由于电极距不变，勘探深度就保持在同一范围内。因而视电阻率沿剖面的变化可以把地下某一深度以上具有不同电阻率的地质体沿剖面方向的分布情况反映出来。电阻率测深法是采用在同一测点上多次加大供电极距的方式，逐次测量视电阻率的变化，反映该测点下电阻率有差异的岩层或岩体在不同深度的分布状况。6、表土电性不均匀对视电阻率曲线有什么影响？怎样消除？覆盖层电性不均匀，将导致视电阻率曲线出现锯齿状跳动，视电阻率异常往往不明