电法勘探1

0.1 − 1.0Ω.Μ 。而雨水较高可达103 Ω.Μ 以上。
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电阻率近似关系式： 式中 e, n, v 分别为正、负离子的带电量，数量，单位体积和运移速度。 ③ 温度 物理学实验表明：
ρ水 =
1 e n v + e −n −v −
+ + +
ρ电子 = ρ（ 0 1 + αt )
ρ离子 ∝ T −1
ρ=
∆ U MN S I L
式中 ρUMN—标本两端电位差； I—供电电流强度；S—标本等截面积；L—标本长度。 （2）露头测定 条件：露头岩石表面视为电性均匀、各向同性的下半无限大空间平面 。 电阻率计算公式： ① 地表点电流源电位式：
UA =
②
Iρ 1 2π rA
UB = −
Iρ 1 2π rB
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三、应用领域 1．地球科学研究，查明地壳结构与构造分布； 2．矿产资源勘查，查明金属、非金属、煤田、石油、天然气、稀有元素等矿产分布； 3．水资源勘查，查明地下储水构造和含水层及地热分布； 4．工程地质勘查与地基勘察，查明地层、岩性、不良地质现象分布； 5. 工程质检，建筑物、路面、桥涵、堤坝、灌浆及地基加固处理质量检测； 6. 环境检测，污染分布、地质灾害调查。
以水为例：
α = −5 ×10 −4
碳
α 金 = 0.004
T=-200C ， ρ 水 = 10 6 ΩΜ
2 T=150C， ρ 水 = 10 ΩΜ
强调 高寒地区冻土层 ，其中冰呈高阻； 地温与深度呈正比，一般梯度为： 1C0/40m 。 h=1600m ，T≥400C：金属矿物电阻率增加 20%，含水岩石电阻率减少 50%。 3、岩、矿石电阻率的测定 （1）标本测定 条件：岩性均一，形状规则。 电阻率计算式：
k=
2π
-----------测量装置系数
1 1 1 1 − − + AM AN BM BN
强调：测量电阻率值与测量装置类型和电流强度无关。 （3）钻孔测定 条件： 孔内待测岩、 矿石分布范围相对测量极系分布尺度视为 无穷大全空间均匀、各向同性的介质 。 由： 全空间均匀、 各向同性的介质 内的电电流源电位表达式：
ρ=n
∏ρ
i
n
i
r
r
r r ∆ U MN E ⋅dl ， ρ s = k N I j j + ∆jMN ρ s = MN .ρ MN = 0 ρ MN j0 j0
∫
M
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注意：该式仅适用于 MN 测量电极间电场和电性均匀的条件下，理论上 MN→0。 由上式可知： （1）地下岩、矿石的导电性呈现不均匀分布和地表起伏，相对均匀介质分布、地表水平条 件下的电流场，其地下电流场将产生扰动量 △jMN 或δUMN ， △j 或δUMN 既是地电 分布和位置的函数，又是测量方式（装置类型、供电强度）和地形条件的函数。 （2） 电阻率法以视电阻率作为地电分布消息的载体 ， 综合反映了地下电流场有效作用范围 内的电性分布和地形特征。即：ρs= ρo+ ρs 地形+ ρs 不均。 在不考虑地形影响的条件下，地下为均匀介质时ρs> ρ0 若地下存在高阻体将向地表排斥 电流，使△jMN 或δUMN 增大，ρs> ρ0 的高阻异常；相反，若地下存在低阻体将向地下 吸引电流，使△jMN 或δUMN 减小，ρs< ρ0 的高阻异常。 （3）不同测量装置类型，对地下电性分布的反映有不同侧重。 一般点电流源不同测量装置类型侧重反映不同深度，不同类型的地电目标体。 有效作用范围： 指现有的仪器设备和装置类型条件下， 地表可观测到地下人工电流场中不均匀电阻率介质所 引起的扰动电流场δUMN 的最大探测范围。 影响有效作用范围的主要因素有： 仪器测量精度， 装置类型， 地电分布， 目标体形状和大小， 场源强度。 视电阻率异常原理示意图 思考题 :
ρt ，
λ = 1.41 − 2.25
ρn ρ t ——各向异性系数；如：层状粘土 λ = 1.02 − 1.05 ，页岩
ρ m = ρ n ρ t ——平均电阻率。
（2）含水量： 由 于 水 含 有 一 定 成 分 的 盐 离 子 ， 所 以 电 阻 率 一 般 偏 低 ． ρ 水 < 10 2 Ω.Μ ， 有 的 可 达
l s
l 、s 分别为长度和截面积 式中 R 为电阻， 其导电率： σ = 1 S/m；
ρ
(3) 磁导率：
µ = µ r µ0
r r
定义式 ： B = µH r r 式中 B 、 H 分别为磁感应强度和磁场强度矢量 其中
µ 0 = 4π × 10−7 H / M
0.159 [氧化态] ------电化学性质 lg n [还原态]
——
石英砂岩模型
ρ = ρ1
( ρ1 + 2 ρ 2 ) − ( ρ1 − ρ 2 )V ( ρ1 + 2 ρ 2 ) + 2( ρ1 − ρ 2 )V
ρ1：胶结物电阻率； ρ2：矿物颗粒电阻率； V : 矿物颗粒百分比。
（b）针状（拉长椭圆体）颗粒：——流纹岩模型 ( ρ1 + ρ 2 ) − ( ρ1 − ρ 2 )V 垂直方向： 平行方向： ρ t = ρ1
其规律：金属矿电阻率比造岩类矿物偏低，而每一种矿物变化范围很大 ②岩石电阻率 一般规律为： 沉积岩电阻率较低:100—105ΩM 火成岩与变质岩较高:102—105ΩM
2、影响岩、矿石电阻率的诸主要因 素： （1）成分和结构:胶结物，矿物颗粒 的电阻率， 矿物颗粒形状和相对含量 和胶结物连通形式
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（a）球形颗粒
UN = Iρ 1 1 ( − ) 2π AN BN
地表两个异性点电流源场
UM =
Iρ 1 1 ( − ) 2π AM BM
∆ U MN = U M − U N =
③ 由△UMN 式可解出
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1 1 1 Iρ 1 ( − − + ) 2π AM AN BM BNρ=k式中∆ Nhomakorabea MN I
---------电阻率计算公式。
(5)电极电位：ϕ = ϕ 0 标准值 +
其中 ϕ 0 标准值 为溶液中某种金属离子浓度为 1 摩尔/升的电位，如：锌元素为:-0.763(v)， n 为氧化还原过程的交换电子数。 [氧化态]、[还原态]为氧化还原物质的浓度。 、 2、研究对象：电场、或电磁场 （1）人工场： a、直流电场：
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接地供电方式的点电流源产生的稳定电流场，可组成 ：二极、三极、五极点电流源场 和偶极电流源场。 b、交变电磁场 接地方式：电偶极场和异性二电极场 非接地方式：电偶极发射场、平板点源耦合场、线圈磁偶极发射场、大回线圈感应电磁场； c、阶跃场 接地：电偶极源阶跃电场、二极异性点电源阶跃电场 非接地：磁偶极线圈阶跃磁场、大回线圈阶跃磁场 （2）天然场 交变电磁场：周期交变电磁场、随机交变电磁场 稳定电流场 3、电场异常、或电磁异常场 由地下介质的电性不均匀而引起电场或电磁场的空间分布、或随时间变化状态的相应变化， 它与地下介质电性分布有关，但并非具有唯一性。 4、地电分布 由地下介质某种电性参数差异所划分的介质单元的分布。 或理解为以某类电性界划分的介质 空间分布。 强调：地电分布与地质分布大多数情况下是一致的，但也常存在不一致现象 二、电法勘探的分类 1、按场源性质分类 人工场（主动源）法、天然场（被动源）法 前者信噪比高，后者经济（信噪比低，具有随机性） 2、按观测空间分类 航空电法、地面电法、地下（包括坑、孔、隧）电法、海洋电法 3、按电场随时间的变化分类 稳定直流电法（时间域电法） 、交变电磁法（频率域电法） 、过渡场法、电化学场法 4、按产生异常电磁场的机制分类 （1）传导类：电阻率法、自然电场法、充电法、激发极化法 （2）感应类： 电磁剖面 （n×10 ~ n×104 Hz） 、 大地电磁法 （ n×10-2Hz ~ n×103 Hz ） 、 电磁测深法 （ n ×10Hz~n×104Hz ） 、 瞬变电磁场法、探地雷达法（ n×10MHz ~ nG Hz ） 、无线电透视 法（ n×102Hz ~ nkHz ） 、甚低频法（nkHz ~ n×10MHz） 5、按观测异常成分分类：纯异常法和综合场法。 6、按其原理分类：电阻率法、自电法、充电法、激发极化法、电磁感应法
本章基本要求: 1. 掌握电法勘探的基本概念 2.了解电法勘探的发展和应用领域 3.熟悉电法勘探的分类
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第一章 电阻率法
直流电阻率法—以介质的导电性差异为物质基础， 通过观测和研究地下人工稳定电流场的空 间分布规律，达到勘查目的的一组电法勘探方法，简称电阻率法。 强调： 地球物理前提条件：勘查目标物与围岩存在着电阻率（或电导）差异。 属主动源法，即需人工接地方式建立地下稳定电流场。 §1.1 电阻率法基础 一、岩（矿）石的电阻率： 从物理学中可知： 导电介质中的稳定电流场的分布将受到电流源形状与强度， 不同导电 介质的空间分布和边界条件等因素制约。 当人工场源和工作场地确给定后， 勘探有效空间内 的介质电阻率的相对大小和空间分布形态，将决定着电流场的分布状态。为此，开展电阻率 法首先要了解各类岩（矿）石电阻率的分布规律。 1、各类岩、矿石电阻率分布规律 ① 矿物电阻率：金属导体，半导体，电介质，
UA =
Iρ 1 4π rA
UB → 0
∆ U MN I K = 4π AM . AN MN
类似的推导方式，可得到电阻率计算式： ρ = k
（4）测定数据的统计整理 电阻率测定中的常用统计量如下： ①几何平均值 n<30 ②常见值 将 n 分为若干组，每组计算出相应百分值 △ni/n ， 绘制直方图，确定常见值 ③ 若岩、矿石存在着各向异性，需分不同方向统计整理ρ∥和 ρ⊥。 二、视电阻率与电阻率法的实质 1、视电阻率 测定岩、矿石真实电阻率，待测岩、矿石必须满足：下半 空间岩、矿石均匀各向同性，地表水平。 实际地形和地下介质的分布并不能满足其条件，仍利用该 方法测得的电性参数。将其称之为视电阻率值，记作 ------Apparent resistivity 。可视为等效理想条件下的电阻率 。 决定视电阻率的因素 ① 地电空间分布、或地电断面分布； ② 观测位置； ③ 地形条件：水平，正地形，负地形； ④ 电极装置类型（K） ：电极间的排列形式和极距大小。 强调：与 I 值无关，但影响其观测精度和电场的有效作用范围。 2、电阻率法的实质 利用 E = j ρ ， ∆ U MN = 视电阻率的分析式：