电法勘探方法技术及应用

电法勘探方法技术及应用谭捍东[e-mail]01082322410中国地质大学（北京）地球物理与信息技术学院电法勘探的特点利用的物性参数多分支方法多（时间域、频率域）观测参数多（电磁场五分量）场源形式多（天然场源、人工场源）解决问题能力强，应用领域广，能满足具备物性前提的各种勘查工作的需要。,,,电法勘探的物质基础电法勘探是以岩（矿）石间电磁学性质及电化学性质的差异作为物质基础。电法勘探所利用的主要电性参数有：电阻率（ρ）极化率（η）磁导率（μ）介电常数（ε）激发极化法是金属矿探测的首选方法电法勘探的分类分类的依据：（1）电场的性质（2）工作场所（3）建场方式按电场的性质，通常分为两大类。（1）传导类电法：以各种直流电法为主，有电阻率法：分为电阻率剖面法（含二极剖面法、三极剖面法、联合剖面法、对称四极剖面法、中间梯度法和偶极剖面法等）和电阻率测深法（含二极测深法、三极测深法、对称四极测深法）。充电法自然电场法激发极化法：细分类与电阻率法平行建立。（2）感应类电法或电磁感应法：分为电磁剖面法：不接地回线法、电磁偶极剖面法、航空电磁法、甚低频法。电磁测深法：大地电磁测深法、频率测深法、瞬变测深法等。按工作场所，通常分为：航空电法地面电法海洋电法地下电法TRIDEM固定翼三频航空电磁测量系统IMPULSE直升机吊舱航空电磁测量系统海洋电磁法系统•系统由发射机和接收机两大部分组成。按建场方式，通常分为：天然场源（被动源）电法人工场源（主动源）电法供电极距的大小决定勘探深度频率域电磁测深的基本原理天然电磁波时间域电磁测深原理早期信号反映浅部结构晚期信号反映深部结构电法勘探的场源形式天然场源：大地电磁场，自然电位场人工场源：点电源电偶极子源磁偶极子源大回线场源有限长度电偶源无限长度电偶源电法勘探的观测参数电场：无论是稳定电流场还是交变电磁场，无论是一次场还是二次场，实质都是观测两点间的电位差磁场：观测磁场本身或磁场的时间偏导数电阻率法电阻率法是以地壳不同岩石和矿石的导电性差异为物质基础，通过观测与研究人工建立的地中稳定电流场的分布规律以达到找矿和解决其它地质问题目的的一组电法勘探分支方法。联合剖面和对称四极剖面法的应用联合剖面法的应用联合剖面法是用来寻找和追索良导电陡立薄矿脉的最有效方法。另外，当用其寻找等轴状矿体以及划分岩石分界面时，也能有明显效果。供电电极距AO或BO的选择应考虑地质目标的埋深，若存在厚度为H的浮土覆盖层时，应取AO3H；对于寻找良导电的陡立薄矿脉，应根据有工业意义的最小矿脉的大小确定AO。实验表明，最佳极距应选为AO＝L+l（L和l分别为脉状体的走向长度和下延长度之半）。确定测量极距MN大小的原则是在不明显降低异常的前提下，尽量采用较大的MN。在实际工作中，一股使MN等于测点距，而测点距的确定则取决于异常范围大小。在详查时，测点距一般选为MN＝（1/5～1/3）AO。对称四极剖面法的应用对称四极剖面法主要应用于地质填图，研究覆盖层下基岩的起伏和为水文、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等。中间梯度法的应用中间梯度法是用于追索陡立高阻脉状体的有效方法。由于许多热液型矿床与高阻岩脉在成因或空间上有密切关系，因此追索高阻岩脉便具有直接找矿意义。中梯法的供电电极距（AB）很大，通常为几百米到几千米。因为AB越大，均匀电流场的分布范围越宽，因此测量范围越大。在主剖面上，一般可测区段为其中部的(1/2～1/3)AB，在平行于主剖面的旁侧剖面上，其与主剖面的最大垂直距离不应超过1/6AB。由于中梯法布置一次供电电极，可同时观测数条测线，因此，该法生产效率较高。偶极剖面法在各种金属矿上的异常反映也是相当明显的。加之，由于它的供电电极AB和测量电极MN是分开的，且所需导线均很短，因此它在减弱游散电流或电磁感应作用引起的干扰方面，相对其它装置有明显的优越性。偶极剖面法的主要缺点是，当极距较大时，在一个矿体上往往可出现两个异常。故当有多个矿体存在或围岩电性不均匀时，将使曲线变得很复杂，给解释工作带来困难。尽管如此，偶极剖面法在实际找矿和填图工作中仍取得了较好的地质效果。偶极剖面法的应用电阻率测深法的应用（一）电极距的选择供电电极距AB的选择：最小AB距离应能使电测深曲线的首支为近似于水平线段，以便由它的渐近线求出第一电性层的电阻率；最大AB距离应能满足勘探深度的要求，并保证测深曲线尾支完整，可解释出最后一个电性层；为使曲线光滑，以保证解释精度，各供电电极距在对数的AB/2轴上应均匀分布，一般使相邻两极距在模数为6.25cm对数纸上相距约0.5～1.5cm。测量电极距MN的选择：在实际工作中，由于AB极距的不断加大，MN距离如始终保持不变，那么当AB极距很大时，MN电位差将会太小，以至于无法观测。因此，随着AB极距的加大，往往也需要适当加大MN距离，通常要求MN满足条件AB/3=MN1/30AB充电法和自然电场法充电法属人工场法，主要用于良导电矿体的详查或勘探阶段。自然电场法属天然场法，主要用于普查找矿阶段。此外，这两种方法还可用来解决某些水文地质和工程地质问题。充电法的应用（一）充电法的应用范围及应用条件充电法可以用来解决以下几方面的地质问题：1．确定已揭露（或出露）矿体隐伏部分的形状、产状、规模、平面分布位置及深度；2．确定已知相邻矿体之间的连接关系；3．在已知矿附近找盲矿体；4．利用单井测定地下水的流向和流速；5．研究滑坡及追踪地下金属管线等。充电法的应用条件是：1．被研究的对象（充电体）至少已有一处被揭露或出露，以便设置充电点。2．充电体相对围岩应是良导电体。3．充电体规模越大，埋藏越浅，应用充电法的效果越理想。充电法的最大研究深度一般仅为充电体延伸长度之半。充电法主要用于详查或勘探阶段。自然电场法的应用自然电场法是进行硫化金属矿和石墨矿快速普查、乃至详查的有效方法；在水文地质和工程地质调查中也应用相当广泛；还常常利用自然电场法普查找矿的面积性观测成果，对石墨化或黄铁矿化地层和构造破碎带进行地质填图，提供进一步找矿的远景地段。自然电场法的观测方式和充电法的观测方式相似，最常用的是电位观测法；当工作地区游散电流干扰严重时，可采用电位梯度观测法；用于解决水文地质问题时，还可采用电位梯度环形测量法。与电阻率法和充电法不同，自然电场法不能用极化补偿器来消除极差的影响，因此，测量电极需采用“不极化电极”。常用的不极化电极有Cu－CuSO4和Pb—PbCl不极化电极。高密度电阻率法例二．某地高速公路地基探测。电极间距3米，电极排列方式为温纳装置。图中可看出有三处低阻区，规模较大的是5926米附近和6118米附近，此地段有钻孔验证。（三）球体异常与MN大小的关系曲线异常范围随MN增加而变宽强度随MN增加而减小当围岩极化率不均匀或有近地表不均匀体存在时，适当加大MN可以压制干扰、平滑曲线二次场在MN=1/4h0时取得极大值，所以为了克服高接地电阻和低阻覆盖层的影响，应选用最佳MN距离有覆盖层时中梯装置的激电异常相对无覆盖层而言：高阻覆盖层：异常幅度变大，曲线变陡低阻覆盖层：异常幅度变小，曲线变缓H=1,h0=61：u21=99，2：u21=43：u21=1，4：u21=0.55：u21=0.256：u21=0.117：u21=0.042测线与矿体走向斜交起伏地形条件下中梯装置的激电异常纯起伏地形不产生假激电异常但对异常的大小、形态和特征点位置有影响激发极化法的应用一、激发极化法的应用范围激电法的应用范围很广，无论在金属与非金属固体矿产的勘查，还是在寻找地下水资源、油气矿藏和地热田方面，都获得了成功的应用。（一）金属与非金属固体矿产的勘查在过去相当长的时期内，激电法主要用于普查硫化多金属矿。由于这类矿床往往不含磁性矿物，且矿石多呈浸染状结构，磁法和其它电法的找矿效果欠佳，激电法成为寻找铜、铅、锌、钠等有色金属矿的主要方法。近年来，激电法在寻找无磁或弱磁性黑色金属矿、贵金属矿、稀有金属矿和放射性矿床等方面，也发挥着越来越大的作用。这些矿种或者是因其本身具有一定的激电效应，或者是因其与具有激电效应的蚀变矿化共生，因而能用激电法直接或间接找到。此外，硫铁矿和石墨这两种非金属矿也是激电法的有利找矿对象；不过，大多数电法勘探方法都能成功地用来寻找这类良导电矿。激电法用于勘查上述固体矿产的主要优点是能找到百分含量不高的浸染状矿，这是其它任何电法所不能比拟的;此外，其它电法令人头痛的地形不平和导电性不均匀等干扰因素,不会形成激电法的假异常。（三）油气田和地热田勘查用激电法找油气田和地热田的共同点是，都以探测油气田或地热田上部的次生黄铁矿的激电效应为基础。次生黄铁矿的深度远比油气层或地热储的深度小，因此，地面激电法有可能探测到由它们引起的激电异常，虽然通常是十分微弱的。常规油气物探方法主要是探测有利于储藏油气的地质构造；而激电法则是探测与油气有关的激电效应。故在一段时间人们常说是激电法“直接”找油气。其实，它毕竟还是探测由油气活动形成的次生黄铁矿的效应，所以仍属间接找油气。3激发极化法的应用复电阻率法:这种方法通过对实测复频谱的反演，可以识别和划分出激电和电磁耦合效应；并根据反演获得的激电谱参数（Ps0，ms，Cs和τs），按结构区分引起激电异常的极化体和发现深部隐伏矿。由于进行谱参数反演时有多解性，故应通过试验工作小心地总结该地质环境下的有关规律，以减少或消除多解性。频谱激电法的仪器、装备、观测技术、数据处理和推断解释理论都比较复杂；此外，它必须在若干频率上逐个频率进行观测，因而生产效率很低。所以，这种方法宜用作异常检查、评价和在有希望的地段发现深部矿，而不适用于普查找矿。3激发极化法的应用时间域谱激电法：是既保持频谱激电法能获得丰富信息的优点，又能提高生产效率的一种新方法。这种方法观测直流脉冲激发下总场电位差的充电过程ΔU(T)（次要的）和断电后二次电位差的放电过程ΔU2(t)（主要的）。根据时间特性和频率特性的等效性可知，时间域谱激电法能获得频谱激电法同样的信息；而前者原则上讲只要作一次测量便可获得所需的时间谱数据。由于微电子技术的发展，当代时间域激电测量系统已能通过自动跟踪和补偿极化电位差、信号增强技术和数字滤波等来有效地压制干扰，克服早期时间域测量的缺点，使时间域谱激电测量成为可能。不过，目前时间域谱激电法还有一些理论和技术问题有待研究和完善，可能还要经过几年才能成熟。三、装置类型的选择（一）中间梯度装置中梯装置的一个主要优点，是敷设一次供电导线和供电电极A、B便能在相当大的面积上测量，特别是还能用几台“远点启动”的接收机同时在该面积上观测，因而具有较高的生产效率；此外，它在A、B间的中间地段测量，接近水平均匀极化条件，故对各种形状、产状和相对导电性的极化体均可得到相当大的异常；而且异常形态较简单，易于解释。中梯装置的特点是供电电极距较大，这导致它的两大缺点：（1）要求较大的供电电流强度，这使得它的装备比较笨重。（2）电磁耦合干扰较强；不过，在时间域观测中选用几百毫秒或更长的延时，可有效地降低这种干扰。故在时间域激电法中，中梯装置应用最广。在普查找矿中主要采用纵向中梯；而横向中梯主要用于解决某些专门问题，如在普遍矿化背景上，划分良导电富集（矿）带和确定矿化体走向长度等。三、装置类型的选择（二）联合剖面装置联剖装置能得到两条ηs曲线，将两条（ηsA和ηsB）曲线配合起来作推断解释，能较准确确定极化体位置（根据“反交点”）和判断极化体倾向。但联剖ηs曲线较复杂，对相邻极化体的分辨能力较差，且对近地表小极化体的干扰反映较灵敏，地形对异常的畸变也较明显和复杂；此外，从工作方法和技术看，电极距对联剖异常的影响较大，恰当地选用电极距对联剖装置很重要，有时甚至需用几种电极距作测量，这会使生产效率降低；联剖需要敷设一条“无穷远线”，这不仅使装置笨重，生产效率低，而且电磁耦合干扰问题较大。故联剖不用作普查找矿的基本装置，仅在详查中为解决特定问题（如确定极化体位置和产状等），才在少数剖面上