电法勘探基础知识以及应用
电法勘探的理论基础
设大地是水平的，与不导电的空气接触，介质充满 整个地下半空间，且电阻率在介质中处处相等，称这样 的介质模型为均匀各向同性。即：
空气
地面
0
为了建立地下电场，总是用两个电极（例如A、B）向地 下供电。这两个接地的电极（A、B）称为“供电电极”。
2）、一个点电源的电场
瞬变电磁法 频率测探法 甚低频法 电磁波法 大地电磁法
两广
应用空间广 应用范围广
航空 地面 海洋 井中
金属和非金属矿 油气勘探 地质填图 水文与工程 深部构造（地壳、 地幔）
第一节 电法勘探的基本概念
电法勘探的地球物理前提
1、电阻率
—— 电性差异
各种岩石在外加电场作用下其导电能力各不相同，导电能力 的强弱可用物理量—电阻率表示，单位欧米。
假设在层状介质中取底面积为1平方米
R l
s
R l
s
n
h11 h2 2
h1 h2
t
h1 h2 h1 h2
1 2
层状结构岩石模型
岩石电阻率与层理的关系
层理构造是大多数沉积岩和变质岩的典 型特征，如砂岩、泥岩、片岩、板岩以及煤 层等，它们均由很多薄层相互交替组成。
解石等——电阻率高； (4) 离子导电：含水矿物——电阻率低；
不同种岩石的电阻率一般不同——电法勘探基础； 但不同种矿物电阻率也有可能相同——电法勘探的 局限性；
2、影响电阻率的因素
⑴矿物成分、含量及结构 金属矿物含量↑，电阻率↓
⑵岩矿石的孔隙度、湿度 孔隙度↑，电阻率↓ 风化带、破碎带，含水量↑，电阻率↓
μ等于磁介质中磁感应强度B与磁场强度H之 比，即μ=B/H 。
电法勘探
第三部分 电法勘探第一节 电法勘探简介 一、什么叫电法勘探电法勘探就是以岩石的电性差异为依据，并通过观测和研究天然的或人工的电场（或电磁场）来解决各种地质问题的地球物理勘探方法的总称。
二、油气勘探常用哪些电法勘探方法目前用于油气田勘探的主要有直流电阻率法和大地电磁测探法。
三、电法勘探在油气勘探中的主要目的A 、解决区域地质问题B 、解决局部构造问题C 、直接找油 第二节 直流电阻率法的一些基本知识 一、有关术语的理解电阻率、视电阻率、地电断面、电性标准层、电流密度、电场强度、电位 1、岩石的电阻率(ρ) （1）定义：P282电流平行柱轴通过横截面为一平方米，长度为一米的岩柱时所呈现的电阻。
即（如右图）：（2）实用单位电阻率是描述物体导电性能的一个物理量，其实用单位是欧姆•米（Ω• m) 2、岩石的视电阻率(ρs) （1）定义：P294由上式计算出的电阻率值称为岩石的视电阻率。
式中：K 电极装置系数；ΔVMN 为测量电极之间的电位差； I 为供电电极之间的电流（2）实用单位：欧姆•米（Ω• m) （3）实质：ρs 是在电流场作用范围内，各种岩石电阻率的 综合反映。
3、地电断面（P287） （1）概念：根据岩层的电学（或电磁学）性质来划分的地质界面。
（2）注意：A 、 地质界面与地电断面不一定存在一一对应关系。
(P287图3.1.5所示)B 、地电断面能客观地反映工区地质构造的基本特征，可以利用电测井资料来建立地电断面。
C 、在绝大多数情况下，常以电阻率划分地电断面。
4、电性标准层 P288 （1）概念：是指地电断面中那些在电性上和围岩差别大，本身电性稳定，分布范围广，而且厚度较大的能在整个测区对比追踪的具有代表性的电性层。
（2）注意： 1）、 电性标准层可与地震标准层作一对比来理解； 2）、 在一个地区进行电法勘探之前，应根据该地区的地质断面及其他物探资料，选择可能存在的电性标准层。
5、电流密度（ j ) P288（1）定义：垂直穿过导体横截面上单位面积的电流强度。
电法勘探原理与方法
电法勘探原理与方法
电法勘探原理与方法简述
电法勘探是一种基于电磁现象的地球物理勘探方法，通过在地下通入电流，并测量由地下产生的电场和磁场信息，来获取地下物质的分布情况。
电法勘探常用于地下水资源、矿产资源、地质构造等方面的探测。
电法勘探的原理是根据地下不同物质对电流的传导能力的差异，来推断地下的物质性质和分布情况。
一般来说，导电能力高的物质（如矿石、含水层等）对电流的传导能力较好，而电阻较高的物质（如岩石、土壤等）对电流的传导能力较差。
电法勘探中常用的方法包括直流电法、交流电法和自然电场法。
直流电法通过在地下通入恒定电流，并测量地表上的电位差来进行勘探。
交流电法则使用交变电流，通过测量地下电磁场的强度和相位信息，来推算地下物质的分布状态。
自然电场法则是通过测量地表上的自然电场强度和方向来进行勘探。
在进行电法勘探时，需使用电极将电流引入地下，并使用测量电极来测量地下的电位差和电磁场信息。
通常使用的测量电极包括接地电极、测量电极和参考电极。
通过在地表布设不同位置的电极，在地下电势差数据的基础上，进行数据处理和解释，得到地下物质的分布情况。
电法勘探是一种非破坏性的地球物理勘探方法，具有较高的分辨率和可靠性。
它在水文地质、矿产勘探、环境工程等领域都
有广泛的应用。
然而，也需要注意电流的深度侵入限制以及地下导电性的不均匀性等问题，以提高电法勘探的精度和解释能力。
地球物理勘探---电法勘探
主要岩矿石电阻率及其变化范围： ρ 沉＜ρ 变＜ρ 火 沉积岩：10～10²Ω ·ｍ；火成岩：10²~10 Ω ·ｍ 变质岩：介于两者之间
6
（二）、影响电阻率的因素 ①岩、矿石矿物成分（良导金属含量） 一般来说，岩、矿石中良导金属含量增高，电阻率就 降低。但 相比之下岩石的结构更具有关键性的影响。 ②结构
U E
AB M
U U
A M
B M
I 1 1 ( ) 2 AM BM
AB M
I 1 AM 1 BM ( ) 2 2 2 AM AM BM BM
结论： ①靠近电极，电位变化越大 ②在A极（正极）附近，电位迅速升高；在B极（负极）附近， 电位迅速下降。在 AB（正负极）中点 电位为零。 ③在AB中部（1/2— 1/3）地段，电位梯 度很小，场强也较均 匀，在AB中点电位 为零，电场强度为一 常数。（中间梯度法 的原理）
介绍最基本的电阻率法
电阻率法是传导类电法勘探方法之一。建立在地壳中各种岩 矿石具有各种导电性差异的基础上，通过观测和研究与这些差异 有关的天然电场或人工电场的分布规律，从而达到查明地下构造 或者寻找有用矿产的目的。
第一节
一、电阻率法的理论基础
电阻率法
（一）、岩土介质的电阻率 岩土介质的电阻率差异是电阻率法的物理前提，电阻率是 描述物质导电性能的一个电性参数，从中学物理中我们知道， 当电流沿着一段导体的延伸方向流过时，导体的电阻R与其长 度L成正比，与垂直于电流方向的导体横截面积S成反比，即 R=ρl/s 式中比例系数ρ成为该导体的电阻率。因此电阻率在数值 上等于电流垂直通过单位面积立方体截面时，该导体所呈现的 电阻。 电阻率的倒数即为导电率ν，直接表征了岩石的导电性能。
电法勘探参考答案
电法勘探参考答案电法勘探参考答案电法勘探是一种常用的地球物理勘探方法，通过测量地下电阻率的变化来推断地下的物质性质和构造特征。
在地质勘探、矿产勘探、环境调查等领域都有广泛的应用。
本文将从电法勘探的原理、仪器设备、数据处理和应用等方面进行讨论。
一、电法勘探的原理电法勘探是利用地下介质的电阻率差异来推断地下物质性质和构造特征的方法。
地下介质的电阻率是指单位体积内的电阻与导电体的长度和横截面积之比。
不同的地质构造和物质具有不同的电阻率，因此电法勘探可以通过测量地下电阻率的变化来推断地下的构造和物质分布。
二、电法勘探的仪器设备电法勘探的仪器设备主要包括电极、电源、电流电压测量仪器和数据采集仪器等。
电极是将电流引入地下的装置，一般由两个电极组成，一个为电流电极，一个为电压电极。
电源是提供电流的装置，可以是直流电源或交流电源。
电流电压测量仪器用于测量电流和电压的大小。
数据采集仪器用于记录和存储测量数据。
三、电法勘探的数据处理电法勘探的数据处理主要包括数据解释和数据处理两个步骤。
数据解释是将测量得到的电阻率数据与地下物质性质和构造特征进行对比，从而推断地下的构造和物质分布。
数据处理是对测量数据进行滤波、去噪和反演等处理，以提高数据的可靠性和精度。
四、电法勘探的应用电法勘探在地质勘探、矿产勘探和环境调查等领域都有广泛的应用。
在地质勘探中，电法勘探可以用于寻找地下水资源、研究地下断层和岩性变化等。
在矿产勘探中，电法勘探可以用于寻找矿体的位置和规模，评估矿产资源的潜力。
在环境调查中，电法勘探可以用于监测地下水污染和土壤污染等。
电法勘探作为一种非破坏性的地球物理勘探方法，具有成本低、速度快、效果好等优点，因此在实际应用中得到了广泛的推广和应用。
然而，电法勘探也存在一些局限性，如对地下介质的电导率要求较高，对地下介质的非均质性敏感等。
因此，在实际应用中需要结合其他地球物理勘探方法进行综合分析。
总之，电法勘探是一种重要的地球物理勘探方法，通过测量地下电阻率的变化来推断地下的物质性质和构造特征。
电法勘探介绍
随着人们对物探方法认识、认知程度的提高，物探方法 因其高效、无损等特点会在各境的适应性、解决地质问题的 可靠性采集智能化、高效、适 应各种条件、数据量越来越大
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。
➢二维软件已越来越多、三维 软件正在发展
➢大量的数据+三维处理解释 软件==精度、准确性提高
Receiver
Transmitter coil attached to lattice frame
电法勘探的应用
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
电法勘探的基本实质与主要内容
2．电法勘探的主要研究内容是什么？
➢ 目标体产生的地球物理场的分布特征
—— 正演理论 ➢ 观测地球物理场的技术方法
—— 仪器、技术措施 ➢ 地球物理异常信息识别
—— 数据处理 ➢ 地球物理异常解释
—— 反演理论
电法勘探的分类
电法勘探的种类很多，一般有以下几种分类方法： 一、按观测空间或观测的场所：航空电法、地面电法、海洋电法、地
电法勘探原理与方法
电法勘探原理与方法电法勘探是一种利用地下电阻率、电导率等物理特性来探测地下构造和岩石性质的地球物理勘探方法。
它通过在地表或井下布设电极，施加电流，测量地下的电场分布和电位差，从而推断地下介质的性质和构造。
电法勘探广泛应用于地质、水文、环境等领域，成为一种重要的地球物理勘探手段。
电法勘探的原理是利用地下介质的电阻率和电导率特性来推断地下构造和岩石性质。
地下介质的电阻率和电导率与其含水量、孔隙度、渗透性、矿物成分等有关，因此可以通过测量地下的电阻率和电导率分布来推断地下的构造和岩石性质。
电法勘探的原理基于欧姆定律和电场分布规律，通过施加电流产生电场，测量地下的电位差，从而推断地下介质的性质和构造。
电法勘探的方法主要包括直流电法、交流电法、自然场法等。
直流电法是通过在地表或井下布设电极，施加直流电流，测量地下的电位差来推断地下介质的性质和构造。
交流电法是通过施加交流电流，测量地下的电场分布和相位差来推断地下介质的性质和构造。
自然场法是利用地球自然电场的变化来推断地下介质的性质和构造。
这些方法各有特点，可以根据实际勘探需求选择合适的方法进行勘探。
电法勘探在地质勘探中有着广泛的应用。
它可以用于矿产勘探，通过测量地下的电阻率和电导率分布来推断矿体的位置和性质。
同时，电法勘探也可以用于地下水资源的勘探，通过测量地下的电阻率和电导率分布来推断地下水的分布和含量。
此外，电法勘探还可以用于环境勘探，通过测量地下的电阻率和电导率分布来推断地下的岩土性质和地下构造，为工程建设和环境保护提供重要的参考。
总之，电法勘探是一种重要的地球物理勘探方法，它利用地下介质的电阻率和电导率特性来推断地下构造和岩石性质。
通过选择合适的方法和参数，可以实现对地下构造和岩石性质的准确勘探，为地质、水文、环境等领域提供重要的信息和数据支持。
在未来的地球物理勘探中，电法勘探将继续发挥重要作用，为人类认识地球、利用地球资源和保护地球环境做出贡献。
电法勘探的应用
一、隐伏断层的探测
(5) 探测资料处理与解译。 探测工作中,会有明显地电阻率差异的断层,如破碎带宽、活 动新、含水量大的断层及断层两侧有明显电阻率差异的断层, 其在高密度、联剖及其他装置方式中均有清晰显示;而有些有 干扰的测试断面,在一种探测方式中由于干扰异常使断层显示 不清,但在另一探测方式中干扰能被压制使断层能有明显表现; 有些情况则是干扰造成的断层假象,这些都需要用多种方式综 合判定。
结合钻探结果显示，联剖曲线反映的可溶岩与非可溶岩的界 线是准确的。联剖曲线与高密度电法断面反映的地层电性变 化情况基本吻合, ZK1 孔未见断裂与岩溶应是对联剖异常深 度估算偏浅所致, 较深部位有岩溶发育。通过对比两种方法 测量效果, 显见高密度电法小点距、高密度、断面数据量大 的特点使其能较准确地反映地下电性异常体的纵、横向展布 位置与形态。
三、电法寻找地热资源
电法勘探是勘查地下热水的一种比较简便的方法，近年来应用范围逐渐 扩大，主要用于探测地下热水的成因和来源、分布范围及地质断裂构造 的具体位置等。此处简要介绍可控源音频大地电磁测深法（CSAMT）找 地热资源的效果。 CSAMT 法勘探水资源工作效率高，勘探深度大，勘探环境适应范围宽， 在研究地下热水方面优势明显。地下热水为地热的重要来源，利用 CSAMT 方法勘查地下热水为主的地热资源可以圈定赋水区域以及查清 热源或导热通道。CSAMT 方法对低阻异常体有很强的敏感性，通过分 析 CSAMT 断面图、拟断面等资料就能够精确划定地下水赋存部位、规 模及其连通性。但值得注意的是根据可控源音频大地电磁测深资料反演 获得的电阻率模型只是地层电性特征综合效应的反映。电性层的电阻率 变化与地层界线之间不存在一个完全的对应关系。因此，在没有钻孔资 料作标定的情况下，仅依靠电法资料就进行地层划分，可能会造成较大 误差，甚至是错误。所以想要高精度的探测，还需结合钻探等资料，此 外反演模型的选择也十分重要。
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●如何区分矿与非矿异常，成了激电的拦路虎，为此开展了频谱激电 SIP 研究；
时间域激发极化法
时间域激电法测量参数
视极化率 s
视充电率 M s
视极化率公式
视充电率公式
视充电率是测量断电后某一时间段的积分面积
延迟时间
t2
t1
V2
.dt
Ms t2 t1 (%) V
t1
V2.dt
Ms t1
(ms)
V
时间域激电法极化率测量方式的发展
从点测到面积 从面积到全域
·
｛交流激法极化法
复电阻率法（CR） Complex Resistivity
频谱激电法（SIP） spectral Induced Polarization
什么是SIP和CR？
测量装置：与常规激电法相同，但多用偶极-偶极
供电电流：超低频交流电（f=10-2~n102)
~
观测内容：交变供电电流 I ~ MN极间电位差 V (i )
•感应类的电磁法，如MT、AMT、CSAMT、WEM 、MTEM 等探测深度可达几千米，
•下面介绍感应类电磁法
感应类
利用地中涡旋感应电流的一类方法
TEM法和C
TEM （瞬变电磁法）
概述
● 1920年法国科学家C.施伦姆贝格首次发现了激发极化现象；
●奇怪的是C.施伦姆贝格的这一发现竟然15年无人过问，甚至连他本人也不打算 利用自己的这一成果；
●直到1934年美国人韦斯和马勒才进行了实验；
● 1941年苏联达赫诺夫提出这种方法用于勘查硫化物矿的可能性；
●三十年后，1949年，在美国和苏联的勘探中得到应用； ● 1954年加拿大赛格尔导出了激电系统公式； ● 1957年我国以张赛珍为首开展了激电实验研究；
~
｛ 计算参数
s (i)
K
V
~
I
As ( ) s ( )
复电阻率谱 2f
Cole-Cole 模型的振幅和相位频谱曲线
SIP的用途
• 人们想通过、C 等参数来达到区分激电异常源性 质目的；
• 通过两个COLE-COLE模型反演，把IP效应和 EM(电磁)效应区分开，消除电磁耦合效应，并 充分利用电磁效应电阻率；
交流激电法的优势是
1、轻便。 因为测量的是一次场或总场，信号比时间域测量断电
后
的二次场要强，所以供电电源可轻便些，有时用电瓶就行。
2、速度快。 尤其是双频激电仪，一次供电就可完成全部测量。
交流激电法的缺点是
电磁耦合效应大。 因为供的是交流电，所以电磁耦合效应大，
尤其是中间梯度法，几乎不可用，频率域激电法多采用偶极-偶极装置。
电法勘探 基础知识以及应用
电法勘探常用方法
传导类
自电法 充电法 电阻率法 激发极化法
感应类
天然场源
AMT（音频大地电磁法） MT（大地电磁法）
人工场源
CSAMT（可控源音频大地法） TDEM（时间域瞬变电磁法） WEM (极低频探地工程)国家重大科技专项
发电机功率2X500KW， L型天线：EW长80公里，SN长60公里 供电电流：200A，射频率：0.1~300Hz 电磁场覆盖全国
• 国外
• 美国钟公司GDP16、GDP32 、GDP32II • 加拿大凤凰公司 V4、V5、V6、V8 • 加拿大GDD大功率直流激电仪 • 特点：多通道（8~32），大功率，电压可达2400V
小结
•激发极化法分为时间域激电法、频率域激电法 •频率域激电法又分为交流激电法和复电阻率法（CR）或称频谱激电法（SIP）
激发极化法
简称激电法 英文名:Induced Polarization Method 英文缩写IP
我们先来看一个现象
I 供电电流波形
U 测量电压波形
t
I 供电电流波形
t
测量电压波形
t
按欧姆定律 电流与电压应成正比 当电流保持稳定时， 电位差应不随时间而 改变
实际上， 在供稳定电流时 电压随时间而改变 这就是激发极化现象
• 但是SIP做一个点要从低频扫到高频，花费的时间 较长，工作效率低；
• 国内有些学者认为，IP异常不用区分，也很难区 分，只要利用激电法找到硫化物或碳质与石墨对 成矿就有指示作用。
激发极化法目前商品化的仪器
• 国内
• 北京地质仪器厂智能化激电仪DJW—3 • 重庆地质仪器厂时间域激电仪DJS-8 • 中南大学双频激电仪SQ-3C • 特点：短导线，轻便
频率域激电法 频谱激电（SIP）
复电阻率（CR）
交流激发极化法
交流激发极化法是测量低频时的总场电位差，减 去高频时的总场电位差，再除以高频时的总场电 位差，得到视百分比频率效应或视极化率。
ps
s
VDVG.10% 0 VG
根据这一原理目前已作出了双频激电仪，双频激电仪不用两次发射， 它是把高频和低频混在一起同时发射，并同时测量两个频率的电位差
●目前激电法仍是国内一种寻找有色金属的主要勘察手段， 各大勘察队都装配有多台激电仪器，是金属矿勘查的主力方法！
电子导体激电效应机理图示
地面
A(+)
▼
电子导体
电子导体
不供电时
供电时
B(-)
→
▼
→ →
电子导体
→ → →
断电时
激发极化法可分为
• 时间域激发极化法 • 频率域激发极化法
•交流激电法 •频谱激电法（SIP）或复电阻率法（CR）
•时间域激电法测量的参数是视极化率、视充电率 •频率域激电法测量的参数是百分比频率效应、时间常数、频率相关系数等 •时间域激电法测量比较简单，就是测量断电后的二次场，电磁耦合效应小，但信号较弱 •频率域激电法测量的是总场，信号强，但电磁耦合大 •目前我国野外生产单位大多使用时间域激电法，装置多使用中间梯度和对称四极测深 •双频激电，在我国应用也较广泛，但电磁耦合效应是拦路虎 •我国许多有色金属矿是用激电法找到的，尤其是电阻率法失灵的大型斑岩型铜矿 •频谱激电在区分矿与非矿异常方面有一定效果，但效率太低。 •激电法的突出优点是能直接找矿，不受地形影响，极化率与金属矿物挂钩，具有不可 替代性 •但是激电法，探测深度有限，一般是200-300米，