电法勘探-基础知识
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 。
电法勘探复习题
电法勘探复习题电法勘探复习题电法勘探是地球物理学中一种常用的勘探方法，通过测量地下电阻率分布来推断地下结构和岩石性质。
在电法勘探中，我们通常使用电流和电场测量来获取相关数据，然后利用数学模型和计算方法进行解释和分析。
下面是一些电法勘探的复习题，希望能帮助大家回顾和巩固相关知识。
1. 什么是电法勘探？它的基本原理是什么？电法勘探是一种利用电流和电场测量来推断地下结构和岩石性质的地球物理勘探方法。
其基本原理是根据地下不同物质的电阻率差异，通过测量电流和电场的分布，推断地下结构和岩石性质。
2. 电阻率和电导率之间有什么关系？电阻率和电导率是电法勘探中常用的两个参数。
电阻率（ρ）是指物质对电流通过的阻力大小，而电导率（σ）则是指物质对电流的导电能力。
它们之间的关系可以通过以下公式表示：σ = 1/ρ。
3. 什么是电极阵列？常用的电极阵列有哪些？电极阵列是指在电法勘探中使用的电极布置方式。
常用的电极阵列包括：Wenner阵列、Schlumberger阵列、四极点阵列等。
不同的电极阵列适用于不同的勘探深度和分辨率要求。
4. 什么是电法测深曲线？如何利用电法测深曲线来推断地下结构？电法测深曲线是指在电法勘探中测量到的电阻率随深度变化的曲线。
通过分析电法测深曲线的形态和特征，可以推断地下结构。
例如，当地下存在导电体时，测深曲线会出现异常，表明可能存在矿体或含水层。
5. 什么是电法剖面？如何绘制电法剖面图？电法剖面是指根据电法测深曲线的测量结果，绘制出的地下电阻率分布图。
绘制电法剖面图的步骤一般包括：选择合适的电极阵列，进行电法测量，获取测深曲线数据；根据测深曲线数据，计算地下电阻率；根据电阻率数据，绘制电法剖面图。
6. 电法勘探有哪些应用领域？电法勘探在地球物理勘探中有广泛的应用。
它可以用于地下水资源勘探、矿产资源勘探、地质工程勘察等领域。
通过电法勘探，我们可以了解地下结构和岩石性质，为相关领域的开发和利用提供重要的信息。
电法勘探基础知识以及应用
●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；
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。
电法勘探相关知识
电法勘探是地球物理学中的一个重要分支，是电工学、电磁学、电子学及电化学在解决地质找矿及工程地质、环境地质中一门应用科学。
在电法勘探的实践中已被利用的电法性有：描述岩、矿石导电性有的电阻率(ρs)；反映岩矿磁性强弱的导磁率(μ)，表示岩矿石电化学活动性的极化率(η)和岩石，矿石的介电常数(ε)以及交变电流通过岩，矿石与原一次性之间产生的相位异常等。
电法勘探的找矿原理是基于不同岩石和矿石间电化学性质改变，而引起的电磁场(人工和天然)空间分布状态发生改变。
由些，人们便可利用不同性能的仪器，通过对场的空间和时间分布状态的观测与研究，来勘查矿产资源或查矿产资源或查明地质目标在地壳中存在的状态，从而实现电法勘探的地质目标。
1、从场的来源划分为：天然场法和人工场法。
前者研究的是天然存在地下的电场，电磁场；后者则是对人工建立于地下的电场或电磁场进行观测研究。
2、以场源的性质可划分为：直流电法，交流电法过渡场法和电化学法。
1]直流电法以观测研究稳定电流场空间分布规律的变化为主，也常称为时间域法。
2]交流电法以研究似稳状态电磁场或电磁波的空间分布或频率变化的特点为主，常称为频率域法。
3]过度场法以观测和研究人工电磁场的建立或衰减过渡过程的变化规律为主。
常称为建场法或瞬变法。
第一章直流电法：第一节电阻率法和激发极化法：1、电阻率ρs是描述物质导电性能优、劣的一个电性参数，我们在实际应用中，测得的是视电阻率。
单位(Ωm)欧姆米式中：△V MN是接收电极MN接收到一次场电位。
I AB供电电流，A、B为供电电极，供电电流计算单位为A(安培)，M，N为接收电极。
*两个点电源的电场：M点电位U M AB =I*ρs /2π(1/AM –1/BM)N点电位U AB N = I*ρs /2π(1/AN –1/BN)………………………2、各类岩矿(石)及其它的电阻率(ρs)单位欧姆米(Ωm)黄土层0～200 火成岩102～105粘土1～200 变质岩101～105含水砂卵石层50～500 软角岩1～200隔水粘土层5～30 硬页岩10～500雨水＞1000 砂-50～1000河水10～100 多孔灰岩100～8000海水0.1～1 石墨片101～103金属类导电电阻率都很低致密灰岩n×1073. 激发极化法(IP法)岩，矿(石)的激发极化性，常将岩，矿(石)的激发极化分为“面极化”和体极化两类。
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
③当ρ2＝∞时，曲线尾端以 450为渐近线， 渐近线与横轴的交点坐标为纵向电导S1。
三、三层及以上电性层的曲线的图示法
四、三层电测深曲线
三层断面有五个参数ρ1、ρ2、ρ3，h 1、h2。电测深曲线之基本形态决定于电阻率 之间的关系。
三层共有四种类型： H型： ρ1>ρ2<ρ3 K型： ρ1<ρ2>ρ3 A型： ρ1<ρ2<ρ3 Q型： ρ1>ρ2>ρ3
采用最优化解法可以解得一组最佳的λi。
三、岩石各向异性对定量解释的影响
各向异性系数： 平均电阻率：
＝
n t
m n t
当岩层呈各向异性时，我们在地表所观测的视电阻率就反映这种平均电阻率。因而求 得的厚度不是真厚度h，而是平均厚度hm 据视电阻率 纵向电导S 横向电阻T
m T hm m
S
hm
真实的纵向电导S 真实的横向电阻T
T n h S h
t
所以有： 校正公式：
hm T S
hm h
n h t
（4）电性界面与地质界面不一定一致
2、影响岩矿石电阻率的因素
（1）岩石的电阻率与所含水分的关系 沉积岩孔隙度大，含水分多，电阻率低；
火成岩因风化、破坏作用，其裂隙或节理中也含有相当比例的水分，电阻率不会很高；
变质岩的电阻率与其变质程度有关，变质越深、岩石越致密，其电阻率越高。
(2) 岩石的电阻率与温度的关系
六、ρs极值点纵横坐标值图
当测区内的电测深曲线存在着极值点(极大或极小)时，如H型断而或k型 断面，如中间层厚度大，则利用极值点的纵横坐标，可以反映地电断面的 中间层厚度和电阻率的变化。
第三节 电测深曲线的定量解释
地球物理勘探-电法基础知识
2. 点电源电场 (均匀介质)
地下介质为：各向同性、均匀半无限空间 1） 一个点电源的电场 （半空间）
点电源：供电电极A、B本身的大小 << AB间距
一个点电源：将其中一个电极(A或B)置于∞远 如图，无限半空间ρ的地表，点电源A（+I）。
则 距电源A(I) 为r 处 M 点的 电位： A(-I) ？,全空间？ 对于均匀无限半空间地表，点电源场U ：
电 法 勘 探
分 类
电场产生 的原因 传导类：电阻率法、充电法、自然电场、激发极化 等 感应类：电磁法（剖面、测深）等
天然场（被动源）：自然电场法、大地电磁法 场源性质 人工场（主动源）：电阻率法、充电法、激发极化、电磁法等 电场的 直流电法：电阻率法（剖面、测深）、充电法、自然电场 等 时间特性 交流电法：电磁法等
电（阻率）测深
(直流)电(阻率)法 勘 探
基 础 知 识
一.岩土介质的电阻率
1. 电阻率概念
概念 : 电流 ⊥ 通过该物质所组成的边长为1m的立方体时呈现的电阻 用ρ表示， 单位：欧姆· 米（Ω· m）
ρ：表征物质导电性的基本参数，间接
导电率：ν=1/ρ ， 直接 表征岩石导电性能。 二者关系：ν∝ 1/ρ
(v=1/ρ)
= /S
对于电性不同层状介质来说，T和S 两者的综合影响决定岩层对电
场的畸变作用。
二. 电阻率Βιβλιοθήκη 的基本理论电法勘探中 :内在依据：物性基础 外在条件：人工电流场 + 探测技术
推测 地下介质分布 观测 介质ρ的变化 建立 人工(直流)电场
稳定电流场 ( U(t)特性 )
理论基础(正演)：已知电性介质分布，研究电场分布。 研究场与场源的关系(正演)----电法勘探出发点 勘探目的(反演)：通过观测电性参数特征，推断电性介质的分布
电法勘探知识总结(精华)
（二）均匀各向同性半空间点电源的电场
在物理学中，恒定电场是用三个相互有联系的物理量V（电位） 、E（电场强度）和 j（电流密 度）来描述的，其间的关系为：
dv=-Edr
,
E=j ·ρ
设地面水平，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半空间。 （地面水平、地下为均匀、无限、各向同性介质）
判断矿体是否相连相邻不相连导电矿脉上两个相邻且相连导电矿脉上的的电位梯度异常曲线电位梯度异常曲线充电法电位平面等值线图判断矿体倾向充电法判断相邻两露头矿体是否相连一自然电场法自然条件下无需向地下供电通过一定的装置形式地面两点间通常也能观测到一定大小的电位差这表明地下存在天然电流场简称自然电场
电法勘探
s
jM N MN j0
在分析一些理论计算、模型实验及野外 地面观测结果时，经常要用到它。
重新分析：
S
(a)
s
jM N j0
M N
1
X
A(+I) (b)
B(-I)
2
1
3
结论：当地下只有一种岩石时，两式是相同的，故按视电阻率的计算式算得的ρs 值等于
岩石真电阻率ρ值。ρs 剖面曲线乃为一条数值等于 p 的直线。
B M
A(I)
L h
o
L
B(-I)
jA h =
I 2(L + h )
2 2
= jB M
jB M
j h 2 j hA cos
jh 的方向平行于地表
Iຫໍສະໝຸດ L ( L2 h 2 ) 3 / 2
M
jh
jA M
上式表明，AB 中垂线上任意一点 M 处 j 的大小，除与 I 有关外，还与 M 点的深度（h） 及电极距大小有关 当 h→∞, jh → 0
电法勘探-基础知识
目录
• 电法勘探概述 • 电法勘探的基本方法 • 电法勘探的步骤与流程 • 电法勘探的优缺点 • 电法勘探的发展趋势与展望
01
电法勘探概述
定义与特点
定义
电法勘探是一种地球物理勘探方法， 通过研究地壳中岩石的电学性质差异， 来探测地下的地质构造和矿产资源。
特点
电法勘探具有高精度、高分辨率和高 效率的特点，能够快速准确地确定地 下地质体的位置和形态，为矿产资源 开发和地质灾害防治提供重要的依据。
02
电法勘探过测量地下岩层电阻率差异来推断地质构造的方法。
详细描述
电阻率法利用地下岩层电阻率的差异，通过布置电极，测量电位差，计算电阻率，从而推断地下的地质构造和岩 层分布。该方法适用于不同岩性、不同水文地质条件的勘探。
激发极化法
总结词
利用岩石激电效应来探测地下电化学活动和地质构造的方法 。
电磁法
总结词
利用电磁感应原理进行地质勘探的方法。
详细描述
电磁法通过向地下发送交变磁场，利用电磁感应原理，测量磁场和电场的变化，推断地下的地质构造 和岩层分布。该方法适用于金属矿、油气田等领域的勘探。
03
电法勘探的步骤与流程
现场踏勘与资料收集
确定勘探目标
了解勘探目的、任务和要求，明确勘探目标和范 围。
应用领域
矿产资源勘探
电法勘探在矿产资源勘探中应用广泛，可以用于寻找金属矿、非 金属矿和石油等资源。
地质构造研究
通过电法勘探可以研究地壳中的断裂、褶皱等地质构造，为地震预 测、工程地质和环境地质等领域提供重要信息。
地下水勘察
电法勘探也可以用于地下水勘察，通过研究地下水层的电性特征， 可以确定地下水资源的分布和储量。
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电法勘探-基础知识
电法勘探是一种利用地下电性差异来探测地下地质和矿产资源的方法。
它基于地下不同物质的电导率和电阻率不同的特点，通过施加电场和测量地下电场响应来进行地质勘探。
电法勘探广泛应用于地质工程、水文地质、环境地质和矿产勘查等领域。
电法勘探的原理是利用电场在地下介质中的传播和变化规律来推断地下结构和物性。
在电法勘探中，常用的电法参数有电阻率和电导率。
电阻率是指单位体积内的电阻大小，而电导率是指单位体积内的电流通过能力。
地下不同物质的电阻率和电导率差异很大，因此可以通过测量地下电场的强度和变化来获取地下结构信息。
电法勘探的仪器设备包括电极、电源和电阻率仪。
电极用于施加电场和测量地下电场响应，电源提供电流，电阻率仪用于测量电阻率和电导率。
电极的布置方式有不同的配置，常见的有正、负极间距相等的直线布置和中心极周围环状布置等。
根据勘探目的和地质条件的不同，选择合适的电极布置方式可以提高勘探效果。
电法勘探的方法有直流法、交流法和自然电场法等。
直流法是最常用的电法勘探方法，它通过施加直流电场来测量地下电场响应。
直流法适用于浅层勘探，可以获取较高分辨率的地下结构信息。
交流法是利用交流电场进行测量，适用于深部勘探，可以获取较深部位的地下信息。
自然电场法是利用地球自身的电场来进行测量，适用
于大范围的勘探。
电法勘探的数据处理和解释是获取地下结构信息的关键。
常用的数据处理方法有滤波、去噪、叠加和反演等。
滤波可以去除数据中的噪声和干扰，提高数据质量。
去噪是指去除数据中的随机干扰信号，使数据更加清晰。
叠加是将多个测量数据叠加在一起，增加信号强度。
反演是根据测量数据推断地下结构，常用的反演方法有正演反演和反演反演等。
电法勘探在地质工程中的应用非常广泛。
它可以用于勘探地下水资源、探测地下河流和岩溶洞穴、评估地下土层的稳定性等。
在矿产勘查中，电法勘探可以用于探测矿体边界和矿体内部的物性变化，帮助矿产资源的开发和利用。
电法勘探是一种有效的地质勘探方法，通过测量地下电场的响应来获取地下结构和物性信息。
它在地质工程、水文地质、环境地质和矿产勘查等领域有着广泛的应用。
电法勘探的原理和方法需要结合具体的勘探目的和地质条件来选择，数据处理和解释是获取有效结果的关键。
电法勘探的发展和应用将进一步推动地质勘探技术的进步和地下资源的开发利用。