充电法和自然电场法分析
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2自然电场法
电位法：N极固定（基点，即正常场位），M点 移动（流动电极），记录点为M点所在的位置。
梯度法：同时移动MN，记录点为MN的中点。 成果：绘制平面图，剖面图等（等值线图）。 三．自然电场的应用 1．测定浅层地下水流向 用过滤电场的原理，以O为中心
测M1N1……M4N4绘制成右图,长 轴为地下水流向 。
2．扩散电场 当两种岩层中溶液的浓度有差别时，就会在溶
液之间形成离子迁移，从而产生扩散电位差，即形 成扩散电场。电位差的大小与离子迁移能力和速度 有关，扩散电场的数值很少，通常扩散电场与过滤 电场同时产生，因此，扩散电场很难观测到。
3．氧化还原的自然电场 金属导体由于在一定条件下，
如水位以上氧化而水位以下不 与空气接触而还原；氧化后失 电子而带正电荷，其围岩带得到电子而带负电荷， 在水下还原环流正好相反，形成上下符号相反的电 位跳跃，于是形成电位差而产生电流。
在井下探测时影响因素较多，铁轨、金属支架、井
下电机、地下巷道积水、煤层都有影响，再则空间
有限，也不能完全利用地表达的解释方法。巷道一
般2.8m宽3m高，而工作面高度小、宽度大，一般认
为AB/2＜5 m时可视为半空间曲线，AB/2＞15~20应
为全空间曲线，根据模拟试验曲线，提出了巷道及
影响系数KD的经验公式：
仪器
地面
在内蒙古乌力吉进行野外勘探
内蒙古额济纳旗EH-4野外勘探
EH－4电导率成像系统
四川成都彭州宝山村白水河EH-4勘测剖面
六．矿井隧道电法 矿井电法与地面电法原理相同，但地面是半空
间（空气ρs→∞）而井下或隧道中不完全如此，电流 也可以顶板，侧帮等流动。
70年代，前苏联顿巴斯等在煤矿开展了一个电 法试验，并研制防爆仪器，国内煤科院，中国矿业 大学专门进行了研究。我国大部分煤矿地下水都有 比较大。因此查明导水构造或导高是很有必要的， 超前探测也是很有必要的。
梯度法：同时移动MN，记录点为MN的中点。 成果：绘制平面图，剖面图等（等值线图）。 三．自然电场的应用 1．测定浅层地下水流向 用过滤电场的原理，以O为中心
测M1N1……M4N4绘制成右图,长 轴为地下水流向 。
2．扩散电场 当两种岩层中溶液的浓度有差别时，就会在溶
液之间形成离子迁移，从而产生扩散电位差，即形 成扩散电场。电位差的大小与离子迁移能力和速度 有关，扩散电场的数值很少，通常扩散电场与过滤 电场同时产生，因此，扩散电场很难观测到。
3．氧化还原的自然电场 金属导体由于在一定条件下，
如水位以上氧化而水位以下不 与空气接触而还原；氧化后失 电子而带正电荷，其围岩带得到电子而带负电荷， 在水下还原环流正好相反，形成上下符号相反的电 位跳跃，于是形成电位差而产生电流。
在井下探测时影响因素较多，铁轨、金属支架、井
下电机、地下巷道积水、煤层都有影响，再则空间
有限，也不能完全利用地表达的解释方法。巷道一
般2.8m宽3m高，而工作面高度小、宽度大，一般认
为AB/2＜5 m时可视为半空间曲线，AB/2＞15~20应
为全空间曲线，根据模拟试验曲线，提出了巷道及
影响系数KD的经验公式：
仪器
地面
在内蒙古乌力吉进行野外勘探
内蒙古额济纳旗EH-4野外勘探
EH－4电导率成像系统
四川成都彭州宝山村白水河EH-4勘测剖面
六．矿井隧道电法 矿井电法与地面电法原理相同，但地面是半空
间（空气ρs→∞）而井下或隧道中不完全如此，电流 也可以顶板，侧帮等流动。
70年代，前苏联顿巴斯等在煤矿开展了一个电 法试验，并研制防爆仪器，国内煤科院，中国矿业 大学专门进行了研究。我国大部分煤矿地下水都有 比较大。因此查明导水构造或导高是很有必要的， 超前探测也是很有必要的。
其他电法：充电法和自电法
属传导类、主动源直 流电法
2
一、充电法的基本原理
1. 理想导体：
所谓理想导体是指导
体本身的电阻率为零。其 特征该导体位于一般导电
介质中，向其导体上任何
一部位接通外加电源供电 时（充电），导体均为电
压等位体；电流遍及整个
导体，无电位降，而后垂 直表面流向周围介质之中。 充电导体附近电流线和等电位线的分布 (a)剖面图; (b)平面图; 1—电流线; 2—等电位线 如右图所示
，分别为电位测量法、追踪
等位线法和梯度测量方法。
（1）电位观测法：将测量电极N置于距导体足够远的 某一固定基点上接地，另一测量电极M沿测线驻点移 动，观测各测点相对于固定基点N的电位差值，这个 差值即作为该点电位值U。
（2）电位梯度观测法：如右图所示，将M、N置于同 一测线的两相邻测点上，保持其相对位置和间距不变， 沿测线逐点移动，观测相邻测点间的电位差△UMN， 则M、N中点处的电位梯度值为： △UMN/MN 为消除电流的影响，用△UMN/MN*I 作为观测结果。
（a）电流场表达式
设：坐标原点位于椭 球体的中心，x，y，z 坐标轴分别与3个半径 重合。 椭球体表面方程为:
充电椭球体 9
求解椭球坐标系的拉普拉斯方程，得出 球外任一点电位：
t0为M点的椭球坐标，若M的笛卡尔坐标（x，y，z）， 则t0为方程 的最大实根。
10
（b）电流场分布规律
①平面分布规律
（3）充电体对称，充电位置对称于导体的几何形状
充电电流场呈对称分布，并与理想导体条件的电流场分布 相近，但其电场分布值和变化率与充电导体的电阻率有关。
强调：若地表不水平，充电体的围岩介质不均匀，会导致充电
场的分布复杂化。
充电法
充电法
二、充电法野外工作方法
电位法 梯度法 直接追索等位线法
充电法
二、充电法野外工作方法
1、电位法 直接观测测线上各测点与远离测区的一相对电位零点之间的
电位差，然后根据各测点相对于电位零点的电位值绘制剖面电位 曲线和平面等位线图。
无穷远测量电极N应安置在与供电电极B相反的方向上，作为 电位零值点。另一测量电极M则沿测线逐点移动，观测其相对于N 极的电位差，作为M极所在测点的电位值U。同时观测供电（充电） 电流强度I，计算归一化电位值。
1、充电法的基本理论
充电法工作原理图
充电法
一、充电法原理和工作条件
1、充电法的基本理论
充电法是在被勘探的矿体上或其它良导电性地质体的天 然或人工露头接上供电电极（A）进行充电（用直流电源， 也可用交流电源），另一供电电极(B)置于远离充电体的地 方。供电时充电体为一等位体或似等位体，电流由充电体流 入围岩，形成稳定电流场，该电场的分布特征与充电体的形 态、大小和产状等因素有关。在地面、钻井或坑道中对其电 场的空间分布进行观测和研究，以了解矿体或其它良导体的 赋存情况，获得所需要的地质资料。
充电法
四、充电体参数的确定
1、确定导体长度的方法
确定导体长度的方法即为确定导体端点的位置。由中心 纵向剖面电位梯度曲线极值点来确定导体的长度。对于上端 水平，沿走向长度有限，且埋深浅的导体可把中心纵向剖面 上的梯度曲线极值点位置作为导体端点的位置，两极值点之 间的 距离可为导体的长度。如果导体埋藏较深时，则梯度 曲线极值点向导体端点外侧移动，称动距离随深度增大而增 大，且与导体向下延伸长度有关。对于直立矩形薄板导体， 梯度曲线极值点与导体端点的距离 可按下式计算：
B(∞)
管线探测方法
管线探测方法(1)磁电充电法(或称直连法)：发射机一端接金属管线，另一端接地，将交变电流直接注入地下金属管线，观测管线电流产生的磁场。
可对各种金属管线进行扫描定位、测深、连续追踪并区分相邻管线。
由于管线电流产生的信号很强，故信噪比和分辨率均较高，水平定位、垂直测深精度最高，但必须有金属管线出露点。
在各种方法中，探测效果最好。
(2)电偶权感应法：发射机两端接地，在金属管线中产生感应电流，观测管线电流激励的电磁信号。
可搜索、追踪地下各种金属管线。
管线不需有地表露头，且信号较强，但应具备接地条件。
在有接地条件的地段，可用来探测金属管线。
(3)磁偶极感应法：由发射线圈产生一次交变电磁场，使金属管线产生感应电流．观测管线中感应电流在地面上产生的二次电磁场以确定管线在地下的分布状态。
在无管线露头及不具备接地条件的城市可用来确定管线走向、平面位置和埋深。
仪器操作员活、方便、效率高、效果好，是目前应用最多的一种有效方法，但探测深度一般小于5m，并且相邻管线干扰严重。
在磁偶极感应法中，若将发射线团(磁偶极子)送人管道内，在地面观测它产生的电磁场，则可以探测管道的位置和深度，而且特别适用于非金属管道的探测。
探测深度大、效果好；但操作麻烦、成本高，探头容易在管道中遇阻或遇卡。
(4)信号夹钳法：用信号夹钳套在金属管线上，使其产生感应电流，观测该电流的磁场。
特点是：信号强，探测精度高，易分辨相邻管线，但必须有管线出露点，可用来对管径较小，且有出口点的金属管线进行定位和定深。
(5)50Hz法：利用动力电缆、邻近电缆或工业离散电流在金属管线中产生的50 Hz感应电流激励的电磁场，可探测动力电缆或金属管线。
这种方法探测成本低、效率高、简单方便，但容易受到其他动力电缆的干扰，有的机型仅用接收机不能直读测深，可作为一种辅助性的探测方法。
(6)甚低频法：利用甚低频(超长波)通讯电台发射的电磁被在地下金属管线中产生的感应二次电磁场来探测地下金属管线。
电法勘探部分习题答案
第一章电阻率法1、哪些因素对岩石电阻率有影响，其中哪些因素影响比较重要？⑴矿物成分、含量及结构金属矿物含量↑，电阻率↓结构：侵染状＞细脉状⑵岩矿石的孔隙度、湿度孔隙度↑，含水量↑ ，电阻率↓风化带、破碎带，含水量↑，电阻率↓⑶水溶液矿化度矿化度↑ ，电阻率↓⑷温度温度T↑，溶解度↑，离子活性↑，电阻率↓结冰时，电阻率↑⑸压力压力↑ ，孔隙度↓ ，电阻率↑超过压力极限，岩石破碎，电阻率↓⑹构造层的问题这种层状构造岩石的电阻率，则具有非各向同性，即岩层理方向的电阻率小于垂直岩层理方向的电阻率主要影响因素为岩石的孔隙度，含水性及水的矿化度。
当岩石含金属矿物、碳质和粘土等良导性矿物时，矿物成分对电阻率的影响明显。
2、岩石结构和构造如何影响岩石的电阻率？岩、矿石中某种组成部分对整体岩、矿石电阻率影响的大小，主要决定于它们的连通情况：连通者起的作用大，孤立者起的作用小。
例如，浸染状金属矿石，胶结物多为彼此连通的造岩矿物，故整个矿石表现为高阻电性；又如含水砂岩，其胶结物为彼此相连、导电性好的孔隙水，故含水砂岩的电阻率通常低于一般岩石的电阻率。
3、岩石电阻率的分布规律？1、质地致密、孔隙度低的火成岩、变质岩和沉积岩中的灰岩、白云岩、砾岩电阻率最高，其变化范围大约在；大多数沉积岩因为具有中等孔隙度，因而也具有中等电阻率，大约在数百左右；孔隙度比较高、又富含粘土矿物的第四系粘土、页岩、泥岩的电阻率比较低，一般在；致密硫化矿体、海水、石墨的电阻率最低，仅有。
2、同类岩石的电阻率并不完全相同，而是有一两个数量级的相当大的变化范围。
3、不同类型岩石的电阻率变化范围往往相互重叠。
103~10510~10210-2~10、列举求解稳定电流场电位时的边界条件。
、何谓电阻率，何谓视电阻率，说明它们的异同。
当地表不水平或者地下电阻率分布不均匀时（存在两种或者两种以上介质），仍然采用均匀介质中的供10.根据地下电流场变化规律，定性分析三级装置B‐MN在过直立接触面时的视电阻率曲线。
第三章 第二节 充电法和自然电场法
在水文地质调查中，利用自然电场法对离 子导电岩石过滤电场的研究，可以寻找含水破 碎带、上升泉，了解地下水与河水的补给关系 ，确定水库及河床堤坝渗漏点等。图3.2.9是利 用自然电场法确定地下水和地表水的补给关系 的实例。当地下水补给地表水时，在地面上能 观测到自然电位的正异常，图3.2.9(a)为灰岩和 花岗接触带上的上升泉，有明显的自然电位正 异常显示；相反，当地表水补给地下水时，则 观测到自然电位负异常，图3.2.9 (b)为水库渗漏 地点上出现的自然电位负异常。
图3.2.7 裂隙渗漏电场及上升泉电场 (a) 裂隙渗漏电场; (b) 上升泉电场
在自然界中，山坡上的潜水受重力作用，从 山坡向下逐渐渗透到坡底，因而在坡顶观测到 负电位，在坡底则观测到正电位。这种过滤电 场也称为山地电场。图3.2.8为一种典型的山地 电场，从图可见，在山顶出现的自然电位负异 常强度达-30mV。过滤电场的强度在很大程度 上取决于地下水的埋藏深度以及水力坡度的大 小。当地下水位较浅，而水力坡度较大时，会 出现明显的自然电位异常。
（二）充电法的实际应用 充电法在水文、工程及环境地质凋查中，主要
用来确定地下水的流速、流向，追索岩溶区的地下 暗河分布等。
1、测定地下水的流速、流向 应用追索等位线的方法来确定地下水的流速、 流向，一般只限于在含水层埋深较浅，水力坡度较 大以及围岩均匀等条件下进行，具体做法是：首先 把食盐作为指示剂投入井中，盐被地下水溶解后便 形成一个良导的、并随地下水移动的盐水体。然后 对良导盐水体进行充电，并在地表布设夹角为45°的 辐射状测线，并按一定的时间间隔来追索等位线， 见图3.2.3。
通过观测和研究这种自然电场的分布，以 进行地质填图、找矿或解决水文、工程及环境 地质问题的电法勘探方法，称为自然电场法。 自然电场法是电法勘探中应用最早的一种方法 ，由于它不需要人工施加电场，所以在仪器、 设备及野外工作方法方面都较任何一种其他电 法勘探方法简单。
第二章 充电法和自然电场法
图 2.2.4 充电法追索地下暗河 Ⅰ—电位曲线；Ⅱ—电位梯度曲线；Ⅲ—地表； Ⅳ—潜水面；Ⅴ—暗河
钻孔，均发现了地下暗河，在推断为支流或充水裂隙带的 c 处也布设了钻孔，但只见到溶蚀 现象。
2.2
自然电场法
电法勘探除广泛利用各种人工电场外， 某些情况下还可以利用由各种原因所产生的天然 电场。 我们能够观测和利用的天然电场有两类： 一类是在地球表面呈区域性分布的大地电流 场和大地电磁场， 这是一种低频电磁场， 其分布特征和较深范围内的地层结构及基底起伏有 关。另一类是分布范围仅限于局部地区的自然电场，这是一种直流电场，它往往和地下水的 运动和岩、矿石的电化学活动性有关。通过观测和研究这种自然电场的分布，以进行地质填 图、找矿或解决水文、工程及环境地质问题的电法勘探方法，称为自然电场法。
也将随着溶质移动， 但不同离子的移动速度不同， 结果使两种不同浓度的溶液分别含有过量 的正离子或负离子，从而形成扩散电动势。电场的方向将视溶液中离子的符号而定，例如， 当两种岩层中含氧化钠的水溶液浓度相差较大时， 扩散电场的符号将取决于钠离子和氯离子 的迁移率， 由于氯离子的迁移率大于钠离子， 因而在浓度小的溶液一侧的含水岩层中便会获 得负电位，而浓度大的溶液一侧的含水岩层中则显示正电位，从而形成扩散电场。 扩散电场的数值一般比较小， 因为迁移率不同的离子之间总存在着一种吸引力， 这将使 它们的迁移速度减小。 仅管如此， 有时还是可以利用它圈定埋藏不深的矿化水分布区和进行 小范围的地质填图。 在自然条件下， 多孔岩石中的扩散电场常与过滤电场同时产生， 即在不同浓度溶液扩散 作用发生的同时，岩石颗粒对某些离子也会产生吸附作用，形成过滤电场。 2.2.2 自然电场法的应用 在水文地质与工程地质调查中， 自然电场法是应用较为广泛的物探方法之一。 由于它所 观测的是天然电场，不需要电源和供电电极，因此，仪器设备比较简单。自然电场法所用的 仪器与电阻率法相同，但测量电极不是铜棒，而是不极化电极，其目的是为了减小两电极间 的极差对测量结果的影响。 自然电场法的野外工作也需首先布设测线测网， 测网比例尺应视勘探对象的大小及研究 工作的详细程度而定，基线应平行地质对象的走向，测线应垂直地质对象的走向。野外观测 分电位法及电位梯度法两种：电位法是观测所有测点相对于总基点（即正常场、电位为相对 零值）的电位差值；而电位梯度法则测量测线上相邻两点间的电位差。观测结果可绘成剖面 平面图和等值线平面图。
2.2充电法
3.1 激发极化效应及其成因
1．电子导体激电场的成因 在电场作用下，当电流通过电子导体与围岩溶液的界面时，导体内部 的电荷将重新分布，自由电子逆电场方向移向电流流入端，使其等效 于电解电池的“阴极”；在电流流出端则呈现出相对增多的正电荷， 使其等效于电解电池的“阳极”。
图2.3.1 电子导体的激发极化效应 （a）供电前的均匀双电层；（b）供电时的极化现象；（c）断电后的放电现象
1. 理想导体： 所谓是指导体本身的电阻率为零。 若围岩为均匀电性介质，其空间等位面分布与充电 导体形状相似；其相似程度与相距充电体的距离成 反比。
为了观测充电电场的空间分布，充电法野外工作一般 采用两种测量方法： 电位法 电位梯度法。
电位法： 是把一个测量电极（ N ）置于无穷远处，并把该点作 为电位的相对零点。另一个测量电极（M ）沿测线逐 点移动，观测各点相对于“无穷远”电极间的电位差。
图2.2.11 我国某区域潜水流向图 1—铁路；2—自电环形图；3—等水位线
第三章 激发极化法
激发极化效应（简称激电效应）：当向大地供入电流或 切断电流的瞬间，在测量电极之间总能观测到随时间变 化的电位差，这种在充、放电的过程中，产生随时间缓 慢变化的附加电场的现象 激发极化法（或称激电法）：就是以岩、矿石激发效应 的差异为基础，通过观测和研究大地激电效应来探查地 下地质情况或解决某些水文地质问题的一类电法勘探方 法。 采用直流电或交流电都可以研究地下介质的激电效应， 前者称为时间域激发极化法，后者称为频率域激发极化 法。
电位梯度法： 是使测量电极MN 的大小保持一定（通常为1-2 个测点 距），沿测线移动，逐点观测电极间的电位差U MN ， 同时记录供电电流，其结果用U MN /(MN· I ) 来表示
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1. 理想导体充电场的基本特征 2. 充电球体的电流场 3. 充电椭球体的电流场 4. 非理想导 充电法的野外工作方法 3. 充电法的应用
什么是充电法
是对地面上、坑道内或 者钻孔中已经揭露的良 导体直接充电，通过观 测其充电场的空间分布 来了解矿体规模大小和 赋存状态的电法勘探方 法。
属传导类、主动源直流 电法
应用范围：
金属矿的详查及勘探阶段：查明矿体的 产状、分布及其与相邻矿体的连接情况
水文、工程地质调查中：用来测定地下 水的流速、流向、追索岩溶发育区的地 下暗河和研究滑坡等问题
一、充电法的基本原理
（一）理想导体：
所谓理想导体是指导体本 身的电阻率为零。其特征 该导体位于一般导电介质 中，向其导体上任何一部 位接通外加电源供电时 （充电），导体均为电压 等位体；电流遍及整个导 体，无电位降，而后垂直 表面流向周围介质之中。
相邻不相连导电矿脉上 两个相邻且相连导电矿脉
的电位梯度异常曲线
上的电位梯度异常曲线
3.测定地下水流速、流向
① 布置电极：将A极至于待测含水层中部，N极固定于 水流相反方向，与井口距离约为待测含水层深度；
② 进行正常场测量，井周围介质是均匀各项同性时等 位线近似为一个圆；
③ 将盛岩布袋悬挂于A极附近，并记下投盐时间t1； ④ 按一定时间间隔追索等位线，记录时间t2， t3…得到
定基点上。M极沿测线逐点移动，
N
观测各测点相对于固定基点的电
位差，即为该点的电位值U，为了
消除电流变化的影响对电位值进
行电流归一，用U/I表示。
2、电位梯度法
MN置于同一测线上，保持相对位
置和间距不变，沿测线逐点移动， 计算电位梯度ΔU /Δ x = ΔU /MN， 进行电流归一后表示为ΔU /I•MN
旁侧剖面上，其电位和电位梯度的分布与主剖面相似，但 其强度减弱，范围变大。
（三） 充电椭球体的电流场
①平面分布规律
充电电场的地表电位等值 线呈同心椭圆曲线。与椭 球导体的水平截面相近 ， 电位等值线基本上反映了 充电椭球体的形状、产状 和空间位置。
但随着远离充电椭球体， 电位等值线趋于圆形
② 剖面分布规律
不论是对称分布的、还是倾斜分布的充电椭球 体，其剖面异常的电位异常曲线的拐点和电位 梯度曲线的极值点基本上反映了地下充电体的 地面水平投影边界。
（四）非理想导体
（1）当充电点位于不等位体边缘时，电位及电位梯度曲线都 不对称； （2）当充电点位于不等位体的中心时，电位及电位梯度曲线 均成对称分布（很难与等位体区分开来）
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通关系 3.在已知矿附近找盲矿体 4.利用单井测定地下水的流速、流向 5.研究滑坡及追踪地下金属管线
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.判断矿体是否相连
自然电场法的野外工作方法
① 装备特点
② 工作方法
自然电场法的应用
它是以介质发生电极化现象为 物质基础，通过研究稳定自然 电流场的分布规律，达到勘查 某些目标物的目的一种电法勘 探方法 。
自然电场 —— 在一定地质或 地质—地下水动力条件下，不 需人工向地下供电，在自然条 件下，地中存在的电流场。
第二章 充电法和自然电场法
常用的电法勘查方法及利用的物性
复
习 ：
方法
利用的物性
几
电阻率法
导电性
个
充电法
导电性
基
自然电场法 导电性和电化学活动性
本
激发极化法 导电性和电化学活动性
概
（直流激电 和谱激电法）
念
电磁法
导电性和导磁性
（频率域电磁法和时间域电磁法）
充电法
基本概念及应用领域 充电法的基本原理
二、充电法的实际应用
（一）充电法应用的条件
1、探测对象的电阻率ρ1 应远远小于围岩电阻率 ρ2；
2、围岩岩性比较单一，地表介质电性均匀稳定， 地形起伏不大；
3、埋于地下的充电体必须有露头，或是天然露 头或是人工露头（浅井、泉眼、钻孔、坑道等）
（二）充电法的野外工作方法
1、电位法
N极置于距充电体足够远的某一固
若充电椭球体在地下成轴 对称分布，则主剖面上， 电位曲线成轴对称正异常 分布，椭球体的中心投影 点处为极大值，两侧对称 减小趋于零。水平椭球体 的异常范围比直立椭球体 的异常范围大。电位梯度 异常呈点对称分布，极值 点位于椭球体边界外侧附 近。
对倾斜分布的充电椭球体，其电位异常呈现非 对称分布，倾斜一侧异常曲线变缓，电位梯度 曲线在倾斜一侧异常极值幅度变小。
3、追索等位线法
布置充电点，以充电点为中心，布设夹角为45°的 辐射状测线，距充电点由近及远分别已一定间隔追 索等位线。固定电极N放在某一测线的一定位置上， 在相邻测线上移动M极寻找以N极点的等位点 （UMN=0），记录该点位置，将各等位点连接成等 位线。
测量结果用等电位线平面分布图表示
（三）充电法的应用
充电导体附近电流线和等电位线的分布
(a)剖面图; (b)平面图; 1—电流线; 2—等电位线
理想导体的充电场（在介质中的电流场），与充电点 的位置无关，仅与充电电流强度，理想导体的位置， 形状，大小，产状及周围介质的电性分布有关。
若围岩为均匀电性介质，其空间等位面分布与充电导 体形状相似；其相似程度与相距充电体的距离成反比。 对有限三度体不论其外形如何，若距离充分大的条件 下，其电位等值面趋于球形分布。
异常场等位线，由于含盐溶液随水流流动，等位线 沿水流方向伸长，形成椭圆形状；
⑤ 水流速 V L 2xm xm为oo’的距离 tt
4.测试油田压裂施工中的裂缝
自然电场法
岩矿石自然极化
① 离子导体的自然电场成因（氧化还原作用）
② 电子导体的自然电场成因（过滤电场；扩散 电场）
自然极化球体的电场
（二）充电球体的电流场
① 平面分布规律
由于球体的对称性， 其充电电场的分布与 位于球心的点电流场 极为相似，其电位等 值线的平面分布为一 簇同心圆。
充电球体等位面
② 剖面分布规律
在主剖面上，电位曲线成轴对称正异常，球心投影点处为 极大值，两侧电位对称减小趋于零；电位梯度曲线成左正右负 点对称异常,球心投影点处为零，两侧电位梯度绝对值对称减 小趋于零；
什么是充电法
是对地面上、坑道内或 者钻孔中已经揭露的良 导体直接充电，通过观 测其充电场的空间分布 来了解矿体规模大小和 赋存状态的电法勘探方 法。
属传导类、主动源直流 电法
应用范围：
金属矿的详查及勘探阶段：查明矿体的 产状、分布及其与相邻矿体的连接情况
水文、工程地质调查中：用来测定地下 水的流速、流向、追索岩溶发育区的地 下暗河和研究滑坡等问题
一、充电法的基本原理
（一）理想导体：
所谓理想导体是指导体本 身的电阻率为零。其特征 该导体位于一般导电介质 中，向其导体上任何一部 位接通外加电源供电时 （充电），导体均为电压 等位体；电流遍及整个导 体，无电位降，而后垂直 表面流向周围介质之中。
相邻不相连导电矿脉上 两个相邻且相连导电矿脉
的电位梯度异常曲线
上的电位梯度异常曲线
3.测定地下水流速、流向
① 布置电极：将A极至于待测含水层中部，N极固定于 水流相反方向，与井口距离约为待测含水层深度；
② 进行正常场测量，井周围介质是均匀各项同性时等 位线近似为一个圆；
③ 将盛岩布袋悬挂于A极附近，并记下投盐时间t1； ④ 按一定时间间隔追索等位线，记录时间t2， t3…得到
定基点上。M极沿测线逐点移动，
N
观测各测点相对于固定基点的电
位差，即为该点的电位值U，为了
消除电流变化的影响对电位值进
行电流归一，用U/I表示。
2、电位梯度法
MN置于同一测线上，保持相对位
置和间距不变，沿测线逐点移动， 计算电位梯度ΔU /Δ x = ΔU /MN， 进行电流归一后表示为ΔU /I•MN
旁侧剖面上，其电位和电位梯度的分布与主剖面相似，但 其强度减弱，范围变大。
（三） 充电椭球体的电流场
①平面分布规律
充电电场的地表电位等值 线呈同心椭圆曲线。与椭 球导体的水平截面相近 ， 电位等值线基本上反映了 充电椭球体的形状、产状 和空间位置。
但随着远离充电椭球体， 电位等值线趋于圆形
② 剖面分布规律
不论是对称分布的、还是倾斜分布的充电椭球 体，其剖面异常的电位异常曲线的拐点和电位 梯度曲线的极值点基本上反映了地下充电体的 地面水平投影边界。
（四）非理想导体
（1）当充电点位于不等位体边缘时，电位及电位梯度曲线都 不对称； （2）当充电点位于不等位体的中心时，电位及电位梯度曲线 均成对称分布（很难与等位体区分开来）
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通关系 3.在已知矿附近找盲矿体 4.利用单井测定地下水的流速、流向 5.研究滑坡及追踪地下金属管线
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.判断矿体是否相连
自然电场法的野外工作方法
① 装备特点
② 工作方法
自然电场法的应用
它是以介质发生电极化现象为 物质基础，通过研究稳定自然 电流场的分布规律，达到勘查 某些目标物的目的一种电法勘 探方法 。
自然电场 —— 在一定地质或 地质—地下水动力条件下，不 需人工向地下供电，在自然条 件下，地中存在的电流场。
第二章 充电法和自然电场法
常用的电法勘查方法及利用的物性
复
习 ：
方法
利用的物性
几
电阻率法
导电性
个
充电法
导电性
基
自然电场法 导电性和电化学活动性
本
激发极化法 导电性和电化学活动性
概
（直流激电 和谱激电法）
念
电磁法
导电性和导磁性
（频率域电磁法和时间域电磁法）
充电法
基本概念及应用领域 充电法的基本原理
二、充电法的实际应用
（一）充电法应用的条件
1、探测对象的电阻率ρ1 应远远小于围岩电阻率 ρ2；
2、围岩岩性比较单一，地表介质电性均匀稳定， 地形起伏不大；
3、埋于地下的充电体必须有露头，或是天然露 头或是人工露头（浅井、泉眼、钻孔、坑道等）
（二）充电法的野外工作方法
1、电位法
N极置于距充电体足够远的某一固
若充电椭球体在地下成轴 对称分布，则主剖面上， 电位曲线成轴对称正异常 分布，椭球体的中心投影 点处为极大值，两侧对称 减小趋于零。水平椭球体 的异常范围比直立椭球体 的异常范围大。电位梯度 异常呈点对称分布，极值 点位于椭球体边界外侧附 近。
对倾斜分布的充电椭球体，其电位异常呈现非 对称分布，倾斜一侧异常曲线变缓，电位梯度 曲线在倾斜一侧异常极值幅度变小。
3、追索等位线法
布置充电点，以充电点为中心，布设夹角为45°的 辐射状测线，距充电点由近及远分别已一定间隔追 索等位线。固定电极N放在某一测线的一定位置上， 在相邻测线上移动M极寻找以N极点的等位点 （UMN=0），记录该点位置，将各等位点连接成等 位线。
测量结果用等电位线平面分布图表示
（三）充电法的应用
充电导体附近电流线和等电位线的分布
(a)剖面图; (b)平面图; 1—电流线; 2—等电位线
理想导体的充电场（在介质中的电流场），与充电点 的位置无关，仅与充电电流强度，理想导体的位置， 形状，大小，产状及周围介质的电性分布有关。
若围岩为均匀电性介质，其空间等位面分布与充电导 体形状相似；其相似程度与相距充电体的距离成反比。 对有限三度体不论其外形如何，若距离充分大的条件 下，其电位等值面趋于球形分布。
异常场等位线，由于含盐溶液随水流流动，等位线 沿水流方向伸长，形成椭圆形状；
⑤ 水流速 V L 2xm xm为oo’的距离 tt
4.测试油田压裂施工中的裂缝
自然电场法
岩矿石自然极化
① 离子导体的自然电场成因（氧化还原作用）
② 电子导体的自然电场成因（过滤电场；扩散 电场）
自然极化球体的电场
（二）充电球体的电流场
① 平面分布规律
由于球体的对称性， 其充电电场的分布与 位于球心的点电流场 极为相似，其电位等 值线的平面分布为一 簇同心圆。
充电球体等位面
② 剖面分布规律
在主剖面上，电位曲线成轴对称正异常，球心投影点处为 极大值，两侧电位对称减小趋于零；电位梯度曲线成左正右负 点对称异常,球心投影点处为零，两侧电位梯度绝对值对称减 小趋于零；