电法勘探复习题.

《电法勘探》回顾与总结河南理工大学资源环境学院电法勘探（简称电法）是地球物理勘探方法中的一种。它是以岩石、矿石的导电性、电化学活动性(激发极化特性)、介电性和导磁性的差异为物质基础，使用专用的仪器设备。观测和研究地壳周围物理场的变化和分布规律。进而达到解决地质问题的目的的一组地球物理勘探方法。主要特点：利用的场源形式多，方法变种多，能解决的地质问题多，工作领域（地面、航空、海洋、地下)宽广。发展历史悠久、发展前景良好。绪论按场的性质分：天然场（自然电场）直流电法电剖面法（传导类电法）人工场电测深法电法勘探高密度电阻率法天然场（大地电流场）交流电法低频电阻率法（感应类电法）甚低频电阻率法人工场电磁法变频法无线电波图示法电法勘探分类：固体矿物的导电机制：金属导体（电子导体，低阻≤10-6·m）半导体（电子导体，含杂质，电阻率变化大=10-6~106·m）固体电解质（离子导电、电阻率高，106·m）孔隙水导电机制：离子导体，电阻率造岩矿物，常在1~100·m影响岩、矿石导电性的因素：岩、矿石成分(胶结物和矿物颗粒)和结构(片状、针状、球形)、含量层状构造岩石的电阻率具有各向异性纵向电阻率（沿层理）、横向电阻率（垂直层理）各向异性系数=SQRT(横向/纵向)，平均电阻率=SQRT(横*纵)含水多少（孔隙度孔隙结构）和孔隙水电阻率的高、低温度：电子导电矿石：T升，升；离子导电岩石：T高，低压力：P增大，孔隙水挤出，变大；大压岩石破碎，降低岩、矿石的电阻率：非定值，具一定变化范围；所有物性中，变化范围最大；岩石几乎全靠孔隙水导电，仅少数靠矿物颗粒导电；三大岩类的电阻率：ρ沉积岩ρ变质岩ρ火成岩导电性——电阻率电法勘探概念地电断面及基本模型视电阻率：视电阻率实质电阻率测量方法常用测量方法电阻率剖面法(电剖面法)中间梯度法电阻率测深法二极装置三极装置联合剖面装置对称四极装置偶极装置物质基础：地壳中岩石、矿石的电阻率差异观测和研究对象：人工电场的变化和分布规律应用领域：找矿和解决构造、水文、工程地质问题环境监测等电阻率法一、电阻率法的基本概念和知识(一)地电断面及其基本模型地电断面：按电阻率差异来划分的断面地球真正的地电断面非常复杂实用中采用简化模型：一维、二维和三维模型地电断面基本模型：一维模型是广泛使用的模型：不均匀的大地断面用水平均匀断面代换在水平均匀断面内，电阻率仅是深度Z的函数视电阻率：在地下岩石电性分布不均匀(有两种或两种以上导电性不同的岩石或矿石)或地表起伏不平的情况下，若仍按测定均匀水平大地电阻率的方法和计算公式求得的电阻率称之为视电阻率，以符号s表示与电阻率量纲相同视电阻率不是地下某一种岩石的真电阻率，而是电场作用范围内地下电性不均匀体的综合反映。s值与地下不同导电性岩石(或矿体)的分布状况（厚度、埋深、形状等）有关，与装置类型、大小、装置相对于电性不均匀体的位置及地形有关(二)视电阻率的概念及电阻率法的实质视电阻率的性质视电阻率的变化本质上反映了电性不均匀岩石中电场分布特性的变化视电阻率异常不受正常电流场分布不均匀的影响，s曲线比电位或场强曲线能更好地揭示地下不均匀体的赋存情况。视电阻率是地下多种电性不同岩石对电流场分布作用结果的综合反映。视电阻率与电性不均匀体的分布状况及真电阻率值有关，与供入地下的电流强度大小无关。地形会改变地面电流场分布进而影响电阻率法的观测结果，是解释中常见的、不可忽视的干扰因素。视电阻率不受供电电流强度的变化，仅仅取决与测量电极间电流密度和介质真实电阻率的变化。常用测量方法电阻率剖面法(电剖面法)二极装置三极装置联合剖面装置对称四极装置偶极装置装置形式(电极排列方式)和大小不变，整体沿测线移动。剖面曲线是地下一定深度内沿观测剖面水平方向地电断面特征的反映中间梯度法AB固定在很远处，MN在AB中段1/3范围观测s曲线反映了地电断面沿水平方向的分布情况电阻率测深法保持MN位置固定，增大供电电极距，逐次观测。s随供电电极距变化的电测深曲线反映了地下不同电性的岩层随深度的分布情况常用测量方法勘探深度、勘探体积根据以上讨论可以得出以下结论：①在地表由A、B供电时，大部分电流集中于AB附近。AB一定时，在地表观测电场只能反映一定深度的不均匀体；②欲增加勘探深度，必须加大供电电极距，使更多的电流流入深处。③在AB连线之间，以中点的电流分布最深，电场最均匀，勘探深度最大。因此，以中点观测最佳，可以以最小的电极距达到最大的勘探深度。最佳勘探深度：h=AB/2勘探体积：长AB、宽AB/2、高AB/2AB/2AB/2BNMA1.MNU方法名称探测的地电断面优点缺点联合剖面法陡立良导脉及球体高阻脉（详测）接触面1.异常幅度大，分辨能力强2.异常曲线清晰（比偶极剖面曲线好）1.生产效率较低2.地形影响大对称剖面法（普查）构造、基岩起伏、厚岩层、接触面大，易读数2.轻便、效率高3.不均匀干扰和地形干扰小1.不易发现陡立良导薄脉异常幅度小中间梯度法陡立高阻脉或高阻体（详测）接触面1.不均匀及地形影响小（AB不动时）2.生产效率高1.勘探深度小2.不易发现直立低阻脉偶极剖面法良导体高阻陡立脉（详测）接触面1.异常幅度大、灵敏2.等偶极工作（AB＝MN）时，工作一次得双侧曲线3.轻便、效率高1.假异常大、不易分辨2.不均匀及地形影响大3.费电MNU电测深法实质：改变供电电极距控制测量深度由浅入深测量，获得测点处垂向上电阻率变化沿测线定性和定量解释获得各测线地电断面资料；全区测线综合分析获得水平、垂直各向变化综合资料第二章电测深法性质二层曲线上升或下降最陡段(即过拐点切线)的斜率为12的函数。所有G型曲线过拐点之切线皆通过第一层特征点O1(h1，1)。2的G型曲线尾段渐近线是与横坐标轴呈45º交角的一条倾斜直线一、水平层状分布的地电断面和电测深曲线类型A、均匀半空间情况电测深曲线是一条平行于横轴的直线。B、二层情况D型曲线和G型曲线C、三层情况H型、K型、A型、Q型D、四层情况可组合为：HA、HK、KH、KQ、AA、AQ、QQ、QH八种E、多层情况多层命名方法原则：第一个字母是前三层曲线类型，第二个字母是去除第一层的曲线，依次类推不同类型的电测深曲线第四系含水砂砾石层在电测深曲线上的反映有时为低阻层有时为高阻层，具体则由勘探区的水文地质条件以及含水层与上、下岩层电阻的相对差异所决定。BMNA等电位面电力线点电源RIU4I代表电流源场的大小（A），U代表观测点测量电位的大小（V），R代表电流源到观测点之间的距离（m），ρ代表均匀全空间的视电阻率（Ω·m）。均匀全空间情况下，电位与距离成反比，与均匀空间的电阻率成正比。点电源在均匀全空间其电力线呈射线状发散，点电源场的等电位面分布形态呈以电流源为球心的球面。超前探测法：三极超前交汇超前探测距离=接收电极布置距离-5×电极距（米）=[（n-1）×a]-5×a=（n-6）×a（米）设计要求：1、预报深度巷道前方200米距离内水文构造带2、绘制电测深超前探测工程布置图3、电极间距设计为4米4、计算实际探测深度、供电电极数和测量电极数目（至少）5、计算出前三个测点对应供电电极序号和测量电极序号。•电阻率剖面法的分类：–联合剖面法；–中间梯度法；–对称四极剖面法；–偶极剖面法；•电剖面法的应用范围–划分不同岩性陡立的接触带、岩脉；–追踪构造破碎带、地下暗河等；第三章电剖面法复合对称四极剖面法s's'ss极距↓,视电阻率↓,上部地层电阻率下部地层，即为高阻隆起！起伏形态相同！极距↓,视电阻率↑,上部地层电阻率下部地层，即为低阻凹陷！低阻体起伏形态与曲线相反！（1）沿一定走向延伸的低阻带或各测线低阻正交点位置的连线一般与充水断裂破碎带、地下暗河、低阻矿(岩)脉有关。(2)沿一定走向延伸的高阻异常带往往与高阻岩脉(墙)和连通的干溶洞分布有关。在煤矿，井下巷道、未充水的采空区也呈高阻异常带分布。(3)沿一定走向延伸的阶梯状异常带多与高、低阻岩层接触面有关。(4)地下溶洞、浅层不均匀砂砾石透镜体一般呈现为局部高阻或低阻异常。。视电阻率曲线异常特征雷达观测方法宽角法：地质雷达单点探测与宽角法记录oNMODMOABNMO、DMO、偏移处理探测深度与选用的天线的发射功率、天线频率、地下介质的相对介电常数、电导率相关，频率低，发射功率大，介质电阻率高，探测深度大。常见地下目的物的雷达图像特征：1)地下管线反射同相轴呈向上凸起的弧形，顶部反射振幅最强，弧形两端反射振幅最弱，不同的材质的管线的反射波特征不同：金属管：介电常数大，导率率极强，衰减极大，金属管顶反射出现极性反转，无管底的反射信息非金属管：管顶无极性反转，有可能出现管底信息，管内是否充水，其波形特征亦不同，若充水，则亦出现波形的极性反转管线的半径越大，反射弧的曲率半径就越大充电法及自然电场法•充电法：是以岩石电阻率为基础的一种直流电法勘探，根据充电体与围岩电性差异，向充电体充电，使充电体变为一等位体或似等位体，研究充电体和其周围电场分布特征，从而解决充电体的形状、大小和产状等地质问题。将与电源正极连接的供电电极A同良导体（矿体、含水层等）露头接触，接触点成为充电点。与电源负极相连的供电电极B成为无穷远极，布置在距离充电点很远，以至于它在导体附近产生的电场可以忽略不计的位置接地。这时，整个良导体就相当于一个大供电电极。充电法资料定性分析方法对于垂直走向的横剖面上，电位曲线在充电体的上部出现极大值。如果充电体顶部地表面起伏不平时，往往在矿体距地表较近的若干个点上均出现极大值；电位梯度曲线对应充电点在地面投影处出现零值点，左侧出现极大值，右侧出现极小值。当充电体是良导体时，电流流经充电体各部分将不产生明显的电位降。因此可认为导体各处电位相等，即和充电点A处的电位相等。在围岩中，由于它的电阻率较充电体的电阻率高，表现为等位线密集，并随着远离导体其等位线形状发生变化，且等位线稀疏。远离充电体处，即使充电体有一定延伸，等位线形状会变成近似于圆形。自然电场法自然电场法（简称自电法），是利用岩、矿石由于电化学作用在其周围产生的自然极化电场进行找矿、填图和解决水文地质问题的一种被动源电法勘探方法。自然电场的形成原因氧化还原：地下水溶液与矿石间的电化学作用过滤作用（吸附）：地下水的渗流和过滤作用。接触扩散：矿化溶液的离子在岩石交界面上的扩散和岩石骨架对离子的吸附作用。山地电场也是过滤电场的一种，通常是指在山坡上的潜水由于重力作用向山坡下渗透时，由于岩石颗粒吸附负离子作用形成电场。一般高处为负，低处为正。过滤电场还常出现在河床、喀斯特溶洞和泉水活动区。一般情况下，含水岩层中的固体颗粒大多数具有吸附负离子的作用，这就使得运动的地下水集中了较多的正离子，于是，形成了在水流方向为高电位、背水流方向为低电位的过滤电场（或渗透电场）。在自然条件下，由于地下水运动的不均匀性和其他干扰，实测极形图多成椭圆形，其长轴方向为地下水运动的轴向；而水流方向沿长轴所测电位差的极性确定，即水流方向由负电位指向正电位。