工程物探-第五章电法勘探课件

电法勘探电法勘探电法勘探电法勘探电法勘探（人们常称电法或电探）是勘探地球物理学中的一个分支，是电学、电磁学、电子学及电化学在解决地质找矿及地质学问题中发展起来的一门应用科学。电法勘探电法勘探电法勘探电法勘探电法勘探是以不同岩、矿石间的电性差异为基础，通过观测和研究天然天然电磁场和人工人工电磁场的空间与时间分布规律进行地质勘查和找矿的一种物探方法。定义定义电法勘探电法勘探探查深部和区域地质构造、寻找油气田和煤田、金属非金属矿产、地下水、工程地质和环境勘 察等。实质实质主要用途主要用途以岩、矿石之间电磁学性质及电化学性质差异为基础，通过观测和研究电(磁)场在地下的分布规律，探查地质构造和矿产资源电法勘探电法勘探电法勘探所利用的主要电性参数电性参数：导电性：电阻率（）或电导率（）激发极化性：极化率（）导磁性：磁导率（）介电性：介电常数（）物性差异：电法勘探是以岩(矿)石间电磁学性质及电化学的差异为前提条件。应用前提应用前提电法勘探电法勘探分类分类三三)按按观测观测的的场所场所分分一一)按按电场电场的的性质性质分分二二)按按建场建场的的方式方式分分四四)按按地质目的地质目的的的不同不同分分电法勘探电法勘探分类分类一一)按按电场电场的的性质性质分分(1)电磁剖面法：不接地回线法、电磁偶极剖面法、航空电磁法、甚低频法(2)电磁测深法：大地电磁测深法(MT)、频率测深法、瞬变测深法等1 传导类电法(各种直流电法为主)2 感应类电法或电磁感应法（交流）(1)电阻率法：电阻率剖面法,电阻率测深法(2)激发极化法(3)充电法(4)自然电场法电法勘探电法勘探分类分类二二)按按建场建场的的方式方式分分 天然场源(被动源)法自然电位法、大地电流法、大地电磁法等。人工场源(主动源)法电阻率法、激发极化法、电磁法等。电法勘探电法勘探分类分类航空电法、地面电法、海洋电法、地下或井中电法三三)按按观测观测的的场所场所分为分为电法勘探电法勘探金属与非金属电法勘探石油及煤气电法勘探水文及工程地质电法勘探地壳及上地幔电法勘探分类分类四四)按按地质目的地质目的的的不同不同分为：分为：电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识第五章第五章 电阻率法的基本知识电阻率法的基本知识第二部分第二部分 电法勘探电法勘探电阻率法电阻率法是以地壳中不同岩（矿）石的导电性差异为物质基础，通过观测与研究人工建立的地中稳定电流场的分布规律以达到找矿和解决其它地质问题目的的一组电法勘探分支方法。电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识第五章第五章 电阻率法的基本知识电阻率法的基本知识第二部分第二部分 电法勘探电法勘探5.1 电阻率法基础电阻率法基础5.2 大地电阻率的测定5.3 电阻率法的物理实质5.4 电阻率法的仪器、设备简介电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.1 电阻率法基础电阻率法基础5.1.1 岩石和矿石的导电性岩石和矿石的导电性5.1.2 影响电阻率的因素5.1.3 层状介质的电阻率1.电阻率的概念电阻率的概念2.矿物的电阻率3.岩矿石的电阻率电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识根据物理学定义，由均匀材料制成的具有一定横截面积的导体，其电阻R与长度L成正比，与横截面积S成反比，即5.1 电阻率法基础电阻率法基础5.1.1 岩石和矿石的导电性岩石和矿石的导电性1.电阻率的概念电阻率的概念比例系数 称为物体的电阻率：电阻率在数值上等于单位面积(S=1)单位长度(L=1)介质的电阻。说明：电阻率是当电流垂直通过由该物质所组成的边长为1m 的立方体时而呈现的电阻。电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.1 电阻率法基础电阻率法基础5.1.1 岩石和矿石的导电性岩石和矿石的导电性1.电阻率的概念电阻率的概念电阻率是表征物质导电性的基本参数，仅与导体材料的性质有关，它是衡量物质导电能力的物理量。在电法勘探中,电阻率的单位为欧姆米,记作显然，物质的电阻率越低，电导率越大，其导电性越好；反之，导电性越差。其单位为西门子每米,记作S/m。电阻率的倒数称为电导率：电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.1 电阻率法基础电阻率法基础5.1.1 岩石和矿石的导电性岩石和矿石的导电性5.1.2 影响电阻率的因素5.1.3 层状介质的电阻率1.电阻率的概念2.矿物的电阻率矿物的电阻率3.岩矿石的电阻率电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.1 电阻率法基础电阻率法基础5.1.1 岩石和矿石的导电性岩石和矿石的导电性2.矿物的电阻率矿物的电阻率岩石和矿石都是由矿物组成的。1 金属导体2 半导体3 固体电解质按导电机制不同，固体矿物可分三种类型电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.1 电阻率法基础电阻率法基础5.1.1 岩石和矿石的导电性岩石和矿石的导电性2.矿物的电阻率矿物的电阻率此外,石墨这种具有某些特殊的电子导体性质的电子导体也具有很低的电阻率，其值小于10-6欧姆米。1 金属导体各种天然金属均属于金属导体。较重要的自然金属有自然金和自然铜，其电阻率值均很低很低.自然金的电阻率约为 210-8 欧姆米；自然铜的电阻率约为1.210-8310-7欧姆米。电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.1 电阻率法基础电阻率法基础5.1.1 岩石和矿石的导电性岩石和矿石的导电性2.矿物的电阻率矿物的电阻率大多数常见的金属硫化物(如黄铜矿、黄铁矿、方铅矿)和某些氧化矿物(如磁铁矿),其电阻率值均较低，具有良好的导电性。大多数金属矿物均属于半导体。其电阻率值都高于金属导体,并有较大的变化范围(10-6106欧姆米)。另一些金属硫化矿物和氧化矿物，如辉锑矿、闪锌矿、软锰矿、铬铁矿和赤铁矿等，它们的电阻率值均较高。2 半导体电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识说明：上述金属导体和半导体的导电作用都是通过其中某些电子在外电场作用下的定向运动来实现的，它们均为电子导体。5.1 电阻率法基础电阻率法基础5.1.1 岩石和矿石的导电性岩石和矿石的导电性2.矿物的电阻率矿物的电阻率常见半导体矿物电阻率2 半导体电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.1 电阻率法基础电阻率法基础5.1.1 岩石和矿石的导电性岩石和矿石的导电性2.矿物的电阻率矿物的电阻率绝大多数造岩矿物(如辉石、长石、石英、云母和方解石等),均属于固体电解质，其电阻率值都很高(大于106欧姆米),在干燥情况下可视为绝缘体。3 固体电解质电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.1 电阻率法基础电阻率法基础5.1.1 岩石和矿石的导电性岩石和矿石的导电性5.1.2 影响电阻率的因素5.1.3 层状介质的电阻率1.电阻率的概念2.矿物的电阻率3.岩矿石的电阻率岩矿石的电阻率电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.1 电阻率法基础电阻率法基础5.1.1 岩石和矿石的导电性岩石和矿石的导电性3.岩矿石的电阻率岩矿石的电阻率因此:不仅组份不同的岩石会有不同的电阻率,既使组份相同的岩石,也会由于结构及含水情况的不同而使其电阻率在很大的范围内变化。天然状态下的岩石具有非常复杂的结构与组份。电法勘探中，可以一级近似地把岩石模型看成是由两相介质构成的,即由矿物骨架(固相)和水(液相)所构成。电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识几种岩石电阻率值的分布范围曲线5.1 电阻率法基础电阻率法基础5.1.1 岩石和矿石的导电性岩石和矿石的导电性2.岩矿石的电阻率岩矿石的电阻率1 火成岩的电阻率值最高，通常在102105 欧姆米；2 变质岩的电阻率值也较高,变化范围与火成岩类似由图可见:只是部分岩石如泥质板岩和石墨片岩稍低些。电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识几种岩石电阻率值的分布范围曲线5.1 电阻率法基础电阻率法基础5.1.1 岩石和矿石的导电性岩石和矿石的导电性2.岩矿石的电阻率岩矿石的电阻率3 沉积岩电阻率值最低如粘土的电阻率约为100101欧姆米;砂岩的电阻率约为102103欧姆米;而辉岩的电阻率则较高些。电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.1 电阻率法基础电阻率法基础5.1.1 岩石和矿石的导电性岩石和矿石的导电性2.岩矿石的电阻率岩矿石的电阻率一般土层结构疏松，孔隙度大，且与地表水密切相关，名名 称称 （m）名名 称称 （m）黄土黄土层粘土粘土含水砂卵石含水砂卵石层隔水粘土隔水粘土层 0200 1200 50500 530 雨水雨水 河水河水 海水海水 潜水潜水 100 10100 0.11 岩石电阻率与矿物成分的关系2 岩石电阻率与含水性的关系3 岩石电阻率与温度的关系电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.1 电阻率法基础电阻率法基础5.1.2 影响电阻率的因素影响电阻率的因素1 岩石电阻率与矿物成分的关系包括组成岩石的矿物的电阻率、矿物的含量和矿物的分布有关。当岩石中含有良导电矿物时，矿物导电性能能否对岩石电阻率的大小产生影响取决于良导矿物的分布状态和含量。如果岩石中的良导矿物颗粒彼此隔离地分布着,且良导矿物的体积含量不大,那么岩石的电阻率基本上与所含的良导矿物无关，只有当良导矿物的体积含量较大时(大于30%),岩石的电阻率才会随良导矿物的体积含量的增大而逐渐降低。电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识但是，如果良导矿物的电连通性较好，即使它们的体积含量并不大，岩石的电阻率也会随良导矿物含量的增加而急剧减小。5.1 电阻率法基础电阻率法基础5.1.2 影响电阻率的因素影响电阻率的因素1 岩石电阻率与矿物成分的关系电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.1 电阻率法基础电阻率法基础5.1.2 影响电阻率的因素影响电阻率的因素2 岩石电阻率与含水性的关系由于天然状态下的岩石在长期的地质历史过程中，受内外动力地质作用而出现裂隙以及裂隙中含水等原因，使得一般岩石的电阻率要低于其所含矿物的电阻率。一般比较致密的岩石，孔隙度较小，所含水分也较少，因而电阻率较高.结构比较疏松的岩石，孔隙度较大，所含水分也较多，因而电阻率较低。电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.1 电阻率法基础电阻率法基础5.1.2 影响电阻率的因素影响电阻率的因素几种常见岩石的孔隙度2 岩石电阻率与含水性的关系电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识一些孔隙度大而渗透性强的岩层如砂层、砾石层等，其电阻率明显地取决于含水条件.5.1 电阻率法基础电阻率法基础5.1.2 影响电阻率的因素影响电阻率的因素当其饱含矿化度高的地下水时,电阻率只有几十至几个欧姆米；当其位于潜水面以上含水条件较差时，其电阻率可高达几百至几千欧姆米。而对于石灰岩的电阻率一般比较高，但当其中发育有溶洞、溶隙且充填有不同矿化度的地下水时，其电阻率会大幅度的下降。2 岩石电阻率与含水性的关系电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识水溶液的电阻率与其矿化度有密切的关系。5.1 电阻率法基础电阻率法基础5.1.2 影响电阻率的因素影响电阻率的因素而地下水的矿化度变化范围很大，淡水的矿化度约为 10-1g/L，咸水的矿化度则高达10g/L。因此，在岩性变化不大的条件下，有可能在地面和井中应用电阻率的差异电阻率的差异来划分含有咸、淡水的层位。显然，岩石中所含水溶液的矿化度越高，其电阻率就越低。2 岩石电阻率与含水性的关系电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.1 电阻率法基础电阻率法基础5.1.2 影响电阻率的因素影响电阻率的因素由于温度的变化将引起水溶液中离子活动性的变化，所以岩石中水溶液的电阻率也将随温度的升高而降低。3 岩石电阻率与温度的关系含水砂岩电阻率随温度变化的试验曲线砂岩孔隙度为12%；湿度=1.5%电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.1 电阻率法基础电阻率法基础5.1.2 影响电阻率的因素影响电阻率的因素3 岩石电阻率与温度的关系相反在冰冻条件下，地下岩石中的水溶液将由于结冻，使岩土呈现出极高极高的电阻率。这对于我国冰冻时间较长地区，冬季施工时将产生影响。说明:在地热勘探中，正是利用这一特性来圈定地热异常的。电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.1 电阻率法基础电阻率法基础5.1.1 岩石和矿石的导电性5.1.2 影响电阻率的因素5.1.3 层状介质的电阻率层状介质的电阻率电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.1 电阻率法基础电阻率法基础5.1.3 层状介质的电阻率层状介质的电阻率大部分沉积岩都具有层理结构，从其电性上来看，它们是由各种不同电阻率的地层组成的。1.纵向电阻率与横向的电阻率纵向电阻率与横向的电阻率这样的地层其电阻率与通过其中电流的方向有关，呈现出各向异性。层状结构岩石模型(a)实际岩石(b)等效模型电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.1 电阻率法基础电阻率法基础5.1.3 层状介质的电阻率层状介质的电阻率1.纵向电阻率与横向的电阻率纵向电阻率与横向的电阻率(a)实际岩石（a）(b)(b)等效模型 层状结构岩石模型电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.1 电阻率法基础电阻率法基础5.1.3 层状介质的电阻率层状介质的电阻率对于各向异性介质而言：1.纵向电阻率与横向电阻率纵向电阻率与横向电阻率当电流垂直层理方向流过时所测得的电阻率称为横向电阻率.用符号 表示(b)（a）电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识(b)（a）5.1 电阻率法基础电阻率法基础5.1.3 层状介质的电阻率层状介质的电阻率对于各向异性介质而言：1.纵向电阻率与横向电阻率纵向电阻率与横向电阻率当电流平行层理方向流过时所测得的电阻率称为纵向电阻率.用符号 表示电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识由于 ，所以各向异性系数总是大于1的。并用“各向异性系数”5.1 电阻率法基础电阻率法基础5.1.3 层状介质的电阻率层状介质的电阻率1.纵向电阻率与横向电阻率纵向电阻率与横向电阻率来表示石层的各向异性程度。岩石名称岩石名称层状粘土层状砂岩石灰岩1.021.051.11.611.3泥质板岩泥质页岩无烟煤1.11.591.411.251.52.5一般情况下，岩层的横向电阻率均 大于其纵向电阻率.电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识为研究层状介质的导电特性，在电法勘探中定义了“纵向电导”和“横向电阻”参数。5.1 电阻率法基础电阻率法基础5.1.3 层状介质的电阻率层状介质的电阻率2.纵向电导纵向电导S和横向电阻和横向电阻T如图所示假设在层状介质中取底面积为1m2，厚度为h的六面岩柱体。电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识当电流垂直岩柱体底面流过时，所测得的电阻称为横向电阻，我们用符号T来表示，单位为欧姆。5.1 电阻率法基础电阻率法基础5.1.3 层状介质的电阻率层状介质的电阻率2.纵向电导纵向电导S和横向电阻和横向电阻T横向电阻在数值上等于电性层的厚度与电阻率的乘积，即电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识当六面岩柱体由若干个厚度和电性不同的岩层所组成时，其总的横向电阻为：5.1 电阻率法基础电阻率法基础5.1.3 层状介质的电阻率层状介质的电阻率2.纵向电导纵向电导S和横向电阻和横向电阻T电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识当电流平行岩柱体底面流过时，所测得的电导称为纵向电导。用S来表示5.1 电阻率法基础电阻率法基础5.1.3 层状介质的电阻率层状介质的电阻率若六面岩柱体由多个厚度和电性不同的岩层组成时，总纵向电导为2.纵向电导纵向电导S和横向电阻和横向电阻T电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识第五章第五章 电阻率法的基本知识电阻率法的基本知识第二部分第二部分 电法勘探电法勘探5.1 电阻率法基础5.2 大地电阻率的测定大地电阻率的测定5.3 电阻率法的物理实质5.4 电阻率法的仪器、设备简介电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识为了探测地下地质对象的存在与分布，首先要在地下半空间建立人工电流场，然后研究由地质对象所产生的电场的变化，从而达到找矿或探测地下构造的目的。5.2 大地大地电阻率法的测定电阻率法的测定1 探测对象与围岩间的电阻率差异是电阻率法的内在根据；把直流电源通过电极向地下供电便形成了人工直流电场，由于直流电场中电荷的分布不随时间而改变，所以也称稳定电流场。2 施加人工电流场并采用一系列的探测技术是电阻率法的外部条件。电阻率法电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识下面来讨论稳定电流场的基本方程，从而求出均匀各向同性半空间中点电场的电场分布规律。5.2 大地大地电阻率法的测定电阻率法的测定研究场和场源的关系是各种地球物理勘探问题的基本出发点,根据地下电性介质的分布来研究场的分布,把这一过程称为正演。根据正演理论,对野外实测曲线进行分析,从而获得所研究地质对象的分布状况的有关信息,这一过程称为反演.正演结果是唯一的，而反演结果则是多解的。电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.2 大地电阻率的测定大地电阻率的测定5.2.1 稳定电流场的基本规律稳定电流场的基本规律5.2.2 点电源电场5.2.3 大地电阻率的测定电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识稳定电流场满足欧姆定律，在微观情况下，其微分形式是5.2 大地大地电阻率法的测定电阻率法的测定5.2.1 稳定电流场的基本规律稳定电流场的基本规律1.微观微观欧姆欧姆定律定律即:稳定电流场中任一点的电流密度与该点场强成正比，与介质的电阻率成反比。说明：上式既适用于均匀介质的情况，也适用于非均匀介质的情况。电流密度电场强度电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识在稳定电流场中，任取一个不含源的闭合曲面，流过任何一个闭合曲面的电流密度通量均等于零，即5.2 大地大地电阻率法的测定电阻率法的测定5.2.1 稳定电流场的基本规律稳定电流场的基本规律2.克希霍夫克希霍夫定律定律上式就是稳定电流场的连续性方程式,矢量 j 连续的域中满足式中V为封闭面所包含的体积。得：说明：由于散度表示场量在其方向上的空间变化率，所以电流密度散度等于零就表明电流处处是连续的。散度:divergence 电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识在稳定电流场中,电荷的分布不随时间而改变,因此,它和静电场一样也是势场,场中任一点的电位只与该点到场源的距离有关。5.2 大地大地电阻率法的测定电阻率法的测定5.2.1 稳定电流场的基本规律稳定电流场的基本规律3.稳定电流场的势场性稳定电流场的势场性就场中某一点而言,单位距离上电位的变化(即电位梯度)就等于该点的电场强度，电位的降落方向表示了场强的正方向。即：在直角坐标系中可以表示为：电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识得到稳定电流场所满足的微分方程:5.2 大地大地电阻率法的测定电阻率法的测定5.2.1 稳定电流场的基本规律稳定电流场的基本规律4.稳定电流场的基本方程稳定电流场的基本方程代入均匀介质中，为常数，即或者这就是拉普拉斯方程电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识所以，稳定电流场所满足的微分方程为5.2 大地大地电阻率法的测定电阻率法的测定5.2.1 稳定电流场的基本规律稳定电流场的基本规律上式反映了稳定电流场的内在规律性。U称为该方程的解。4.稳定电流场的基本方程稳定电流场的基本方程显然,对所研究的某一具体问题来说,它的解应该是唯一的。使场函数获得唯一解所须附加的限定条件称为定解条件，因为电场分布和时间无关，所以具有边界条件:电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识说明：在电阻率法中我们将要讨论的各种理论曲线，就是针对各种地电模型，在不同的坐标系中求解偏微分方程得到的。5.2 大地大地电阻率法的测定电阻率法的测定5.2.1 稳定电流场的基本规律稳定电流场的基本规律表明在稳定电流场中,电位处处有限且连续；4.稳定电流场的基本方程稳定电流场的基本方程表明在界面两侧，电流密度法线方向连续。电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.2 大地电阻率的测定大地电阻率的测定5.2.1 稳定电流场的基本规律5.2.2 点电源电场点电源电场5.2.3 大地电阻率的测定电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识假设地下半空间是均匀、各向同性的介质。5.2 大地大地电阻率法的测定电阻率法的测定5.2.2 点电源电场点电源电场1 若当观测范围仅限于一个电极附近，而将另一个电极置于无穷远时，就构成了一个点电源的电场；2 当必须考虑两个电极的影响时，便构成两个点电源的电场。使用两个供电电极将电流供入地下，然后在离供电电极一定距离的地方来观测场的分布。由于电极大小相对于电极之间的距离来说一般很小，因此我们把电极看作是一个点电源。电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.2 大地大地电阻率法的测定电阻率法的测定5.2.2 点电源电场点电源电场AB地面水平，地下为均匀、无限、各向同性介质。电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识ABMN电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.2 大地大地电阻率法的测定电阻率法的测定5.2.2 点电源电场点电源电场1.一个一个点电源的电场点电源的电场设在电阻率为 的无限半空间的地表，有一点电源A，其电流强度为+I。显然，在距点源A为rAM点的电流密度为电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.2 大地大地电阻率法的测定电阻率法的测定5.2.2 点电源电场点电源电场得到M点的电场强度代入又知道即所以：1.一个一个点电源的电场点电源的电场电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识当 时，5.2 大地大地电阻率法的测定电阻率法的测定5.2.2 点电源电场点电源电场所以M点的电位为：两边积分积分常数1.一个一个点电源的电场点电源的电场电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.2 大地大地电阻率法的测定电阻率法的测定5.2.2 点电源电场点电源电场因此，对于均匀、各向同性无限半空间地表，地表点电源场的电位分布与r成反比,其等位面是以点源为中心的一系列同心圆。式中,当点电源一定时,I为常数。1.一个一个点电源的电场点电源的电场电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.2 大地大地电阻率法的测定电阻率法的测定5.2.2 点电源电场点电源电场2.两个两个点电源的电场点电源的电场同理，可求出两个异性点电源在M点的场强当地表有两个异性点电源供电时，根据电场的叠加原理，得到M点的电位表达式电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.2 大地大地电阻率法的测定电阻率法的测定5.2.2 点电源电场点电源电场2.两个点电源的电场两个点电源的电场由图可见:1 越靠近电极，电位变化越大。3 在B极附近，电位迅速下降。2 在A极附近，电位迅速增高；4 在AB中部电位变化较慢，在AB中点电位为零。电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.2 大地大地电阻率法的测定电阻率法的测定5.2.2 点电源电场点电源电场2.两个点电源的电场两个点电源的电场由于场强等于电位的负梯度，所以1 电极附近梯度大的地方，场强的绝对值大.2 在AB中部(1/2-1/3)地段，电位梯度小，场强较均匀。3 在AB中点电位为零，电场强度为一常数。电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.2 大地大地电阻率法的测定电阻率法的测定5.2.2 点电源电场点电源电场2.两个点电源的电场两个点电源的电场平面图剖面图地表电位剖面等位线电流线电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.2 大地电阻率的测定大地电阻率的测定5.2.1 稳定电流场的基本规律5.2.2 点电源电场5.2.3 岩石和矿石电阻率的测定方法岩石和矿石电阻率的测定方法1.大地大地电阻率的测定电阻率的测定2.岩石露头电阻率的测定岩石露头电阻率的测定3.岩、矿石标本电阻率的测定岩、矿石标本电阻率的测定电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.2 大地大地电阻率法的测定电阻率法的测定5.2.3 岩石和矿石电阻率的测定方法岩石和矿石电阻率的测定方法1.大地电阻率的测定大地电阻率的测定测量均匀大地的电阻率，原则上可以采用任意形式的电极排列来进行，即在地表任意两点(A、B)供电，然后在地表任意两点(M、N)来测量其间的电位差。ABMN地面水平，地下为均匀、无限、各向同性介质。电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.2 大地大地电阻率法的测定电阻率法的测定5.2.3 岩石和矿石电阻率的测定方法岩石和矿石电阻率的测定方法1.大地电阻率的测定大地电阻率的测定根据上述装置为四极排装置,则M、N两点的电位分别为：则AB在MN间产生的电位差为M点N点电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识 有5.2 大地大地电阻率法的测定电阻率法的测定5.2.3 岩石和矿石电阻率的测定方法岩石和矿石电阻率的测定方法1.大地电阻率的测定大地电阻率的测定从而大地电阻率的计算公式上式即为在均匀大地的地表采用任意电极装置(或电极排列)测量电阻率的基本公式。其中K为电极装置系数。假设电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.2 大地大地电阻率法的测定电阻率法的测定5.2.3 岩石和矿石电阻率的测定方法岩石和矿石电阻率的测定方法1.大地电阻率的测定大地电阻率的测定K是一个只与电极的空间位置有关的物理量。电极装置系数考虑到实际的需要，在电法勘探中，一般总是把供电电极和测量电极置于一条直线上。电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.2 大地电阻率的测定大地电阻率的测定5.2.1 稳定电流场的基本规律5.2.2 点电源电场5.2.3 岩石和矿石电阻率的测定方法岩石和矿石电阻率的测定方法1.大地电阻率的测定大地电阻率的测定2.岩石露头岩石露头电阻率的测定电阻率的测定3.岩、矿石标本电阻率的测定岩、矿石标本电阻率的测定电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.2 大地大地电阻率法的测定电阻率法的测定5.2.3 岩石和矿石电阻率的测定方法岩石和矿石电阻率的测定方法ABMN2.岩石露头电阻率的测定岩石露头电阻率的测定为了获得自然状态下岩石电阻率,在实际工作中,往往采用小极距AMNB电极对称排列装置,在岩石的天然露头或经勘探工程(如探槽、坑道等)揭露的人工露头上进行测定。这种方法通常称为露头测定法。电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识因而,测得了UMN、I和电极距大小,便可按式 计算得到所测岩石的电阻率。布设原则:测量装置应布置在较平坦、未经风化的岩石露头的三分之一范围内。5.2 大地大地电阻率法的测定电阻率法的测定5.2.3 岩石和矿石电阻率的测定方法岩石和矿石电阻率的测定方法2.岩石露头电阻率的测定岩石露头电阻率的测定在这种情况下，该岩石露头相对于小极距来说，可视为均匀、各向同性的半无限介质。电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.2 大地电阻率的测定大地电阻率的测定5.2.1 稳定电流场的基本规律5.2.2 点电源电场5.2.3 岩石和矿石电阻率的测定方法岩石和矿石电阻率的测定方法1.大地电阻率的测定大地电阻率的测定2.岩石露头电阻率的测定岩石露头电阻率的测定3.岩、矿石标本岩、矿石标本电阻率的测定电阻率的测定电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.2 大地大地电阻率法的测定电阻率法的测定5.2.3 岩石和矿石电阻率的测定方法岩石和矿石电阻率的测定方法3.岩、矿石标本电阻率的测定岩、矿石标本电阻率的测定以四极法为例，说明测定岩矿石标本电阻率方法原理。在横截面积为S的长方形岩、矿石标本两端，装有与标本紧密接触的金属片状电极A和B，A、B极的外路与电流表、干电池等联成回路。电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.2 大地大地电阻率法的测定电阻率法的测定5.2.3 岩石和矿石电阻率的测定方法岩石和矿石电阻率的测定方法3.岩、矿石标本电阻率的测定岩、矿石标本电阻率的测定在岩石标本的中部，绕有与标本紧靠，并由金属丝做成的相距为L的两个环形电极M和N，M、N的外路与测量电位差的电位计和导电线连通。电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.2 大地大地电阻率法的测定电阻率法的测定5.2.3 岩石和矿石电阻率的测定方法岩石和矿石电阻率的测定方法3.岩、矿石标本电阻率的测定岩、矿石标本电阻率的测定进行测量时，在A、B回路中供电电流为I，若M、N极间引起的电位差为UMN，则可按下式计算岩石标本的电阻率电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.2 大地大地电阻率法的测定电阻率法的测定5.2.3 岩石和矿石电阻率的测定方法岩石和矿石电阻率的测定方法3.岩、矿石标本电阻率的测定岩、矿石标本电阻率的测定应当指出，这种测定电阻率的方法，并不是通常能做到的，因为它要求岩石标本有较规则的形状。此外，天然岩石经过加工后，其内部矿物结构情况可发生变化，这必然会影响测定电阻值的准确性。电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.2 大地大地电阻率法的测定电阻率法的测定5.2.3 岩石和矿石电阻率的测定方法岩石和矿石电阻率的测定方法3.岩、矿石标本电阻率的测定岩、矿石标本电阻率的测定应当指出，这种测定电阻率的方法，并不是通常能做到的，因为它要求岩石标本有较规则的形状。此外，天然岩石经过加工后，其内部矿物结构情况可发生变化，这必然会影响测定电阻值的准确性。电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.2 大地大地电阻率法的测定电阻率法的测定5.2.3 岩石和矿石电阻率的测定方法岩石和矿石电阻率的测定方法3.岩、矿石标本电阻率的测定岩、矿石标本电阻率的测定再则，经加工后的标本通常是放在水中浸润一定时间后进行测定的，这就使得标本表面部分的电阻率值低于标本内部的值。可见，在进行标本电阻率测定工作或运用测定结果时，对上述问题应给以充分的注意。电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识第五章第五章 电阻率法的基本知识电阻率法的基本知识第二部分第二部分 电法勘探电法勘探5.1 电阻率法基础5.2 大地电阻率的测定5.3 电阻率法的物理实质电阻率法的物理实质5.4 电阻率法的仪器、设备简介电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.3 电阻率法的物理实质电阻率法的物理实质5.3.1 视电阻率及其定性分析方法视电阻率及其定性分析方法5.3.2 电流密度随深度的分布电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.3 电阻率法的物理实质电阻率法的物理实质5.3.1 视电阻率及其定性分析方法视电阻率及其定性分析方法回顾大地电阻率的计算公式：应用条件是：地面水平，地下为均匀、无限、各向同性介质。问题：实际工作中常常不能满足这些条件，地形往往起伏不平，地下介质也不均匀，各种岩石相互重叠，断层裂隙纵横交错，或者有矿体充填其中。怎麽办呢？电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.3 电阻率法的物理实质电阻率法的物理实质5.3.1 视电阻率及其定性分析方法视电阻率及其定性分析方法上式计算出的电阻率称为视电阻率，通常以 表示若进行测量的地段地下岩石电性分布不均匀时，说明：这是电阻率法中最基本的计算公式。在电阻率法的实际工作中，一般测得的都是视电阻率。对比两个公式：视电阻率虽不是岩石的真电阻率，但是地下岩石电性不均匀体和地形起伏的综合反映。电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.3 电阻率法的物理实质电阻率法的物理实质5.3.1 视电阻率及其定性分析方法视电阻率及其定性分析方法只当电极排列位于某种单一岩性的地层中时，才会测到该地层的真电阻率。此时此时，视电阻率的微分公式为该公式是如何得到的呢？电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.3 电阻率法的物理实质电阻率法的物理实质5.3.1 视电阻率及其定性分析方法视电阻率及其定性分析方法此时假设测量电极MN之间的距离为 l,此时：根据视电阻率计算公式则：即：为MN所在介质的真电阻率为MN处的电流密度电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识当MN间距离很小时，可以认为电流密度 与岩石电阻率 为常量。5.3 电阻率法的物理实质电阻率法的物理实质5.3.1 视电阻率及其定性分析方法视电阻率及其定性分析方法从公式出发为MN所在介质的真电阻率为MN处的电流密度此时当地下岩石电性均匀时，用 来表示则电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.3 电阻率法的物理实质电阻率法的物理实质5.3.1 视电阻率及其定性分析方法视电阻率及其定性分析方法为MN所在介质的真电阻率为MN处的电流密度得到代入为电性均匀时MN处的电流密度这就是视电阻率和电流密度的关系式，或称为视电阻率的微分公式。电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.3 电阻率法的物理实质电阻率法的物理实质5.3.1 视电阻率及其定性分析方法视电阻率及其定性分析方法为MN所在介质的真电阻率为MN处的电流密度为电性均匀时MN处的电流密度公式表明某点的视电阻率和测量电极所在介质的真电阻率成正比其比例系数 就是测量电极间实际电流密度与假设地下为均匀介质时正常场电流密度之比。电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.3 电阻率法的物理实质电阻率法的物理实质5.3.1 视电阻率及其定性分析方法视电阻率及其定性分析方法分析讨论显然，包含了在电场分布范围内各种电性地质体的综合影响。2 当地下半空间有低阻不均匀体存在时，由于正常电流线被低阻体所吸引，使地表MN处的实际电流密度减少，所以1 当地下只有一种岩石时,按视电阻率的计算式算得的 等于岩石真电阻率值。电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.3 电阻率法的物理实质电阻率法的物理实质5.3.1 视电阻率及其定性分析方法视电阻率及其定性分析方法分析讨论3 当地下半空间有高阻体存在时，用于正常电流线被高阻体所排斥，使地表MN处的实际电流密度增加，所以这样,通过在地表观测视电阻率的变化,便可揭示地下电性不均匀地质体的存在和分布.这是电阻率法解决有关地质问题的基本依据。电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.3 电阻率法的物理实质电阻率法的物理实质5.3.1 视电阻率及其定性分析方法视电阻率及其定性分析方法(a)均匀介质视电阻率与地电断面性质的关系(c)围岩中赋存高阻岩体(b)围岩中赋存良导矿体电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.3 电阻率法的物理实质电阻率法的物理实质5.3.1 视电阻率及其定性分析方法视电阻率及其定性分析方法视电阻率与地电断面性质的关系A(+I)B(-I)(a)X(b)地下电场分布地面视电阻曲线电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.3 电阻率法的物理实质电阻率法的物理实质5.3.1 视电阻率及其定性分析方法5.3.2 电流密度随深度的分布电流密度随深度的分布电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.3 电阻率法的物理实质电阻率法的物理实质5.3.2 电流密度随深度的分布电流密度随深度的分布前文述及视电阻率的异常分布除和地质对象的电性和产状有关外，还和电极装置(图中所示AB)有关。对于一定埋深的地质对象需要多大的电极距才能探测到它的存在呢？这就涉及到电法勘探中的勘探深度。由公式可知电流密度对电法勘探有重要意义，深入研究电流密度随深度的分布规律，就可以解决勘探深度的问题。电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.3 电阻率法的物理实质电阻率法的物理实质5.3.2 电流密度随深度的分布电流密度随深度的分布讨论在均匀半空间中(研究如图所示AB连线中垂线上)电流密度随深度的变化在地表AB连线的中点O处，由A、B两个电极所形成的电流密度 为在AB的中垂线上深度为h的M点处的电流密度为电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.3 电阻率法的物理实质电阻率法的物理实质5.3.2 电流密度随深度的分布电流密度随深度的分布根据此公式绘制 与 的关系图电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.3 电阻率法的物理实质电阻率法的物理实质5.3.2 电流密度随深度的分布电流密度随深度的分布由图可知，电流密度主要分布在靠近地表附近的范围内，随着深度的加大，电流密度急剧减小。原则上说,要想加大勘探深度,只有相应地增大供电极距，从而使分配到一定深度范的电流密度的百分数相对增大。显然，在电源功率不变的情况下，随着极距的加大，电流密度值也将随之减小。所以，当考虑加大极距的同时，也必须考虑加大电源功率。电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.3 电阻率法的物理实质电阻率法的物理实质5.3.2 电流密度随深度的分布电流密度随深度的分布通过以上理想条件下的讨论,可以得出:勘探深度是一个复杂问题.其决定因素有:地质(地电)条件、仪器设备、装置类型，极距大小和供电强度。一般确定装置类型和极距的原则：1 要求h 越大，需要选择的供电极距AB则越大，越小MN。但MN太小则影响观测精度。2 确保一定的供电强度.3 由于地电分布的复杂性和装置的多样性，对于各种电阻率方法，要在区内已知点，通过试验工作，确定装置类型和h值下的AB值的大小，或参照有关规范确定（经验性）。电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识第五章第五章 电阻率法的基本知识电阻率法的基本知识第二部分第二部分 电法勘探电法勘探5.1 电阻率法基础5.2 大地电阻率的测定5.3 电阻率法的物理实质5.4 电阻率法的仪器、设备简介电阻率法的仪器、设备简介电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.4 电阻率法的仪器设备介绍电阻率法的仪器设备介绍5.4.1 对电测仪器的一般要求对电测仪器的一般要求1 灵敏度高2 抗干扰能力强3 较高的稳定性1 灵敏度高灵敏度高测出的UMN就越精确，或者说能侧准的UMN值就越小。当s不变且测量条件也不变的情况下，UMN与I成正比，所以提高仪器灵敏度，就可以减少供电电流。这样就有利于减轻电源重量、减少供电电极数目、选择较细的供电导线，实现整个装备的轻便化。电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.4 电阻率法的仪器设备介绍电阻率法的仪器设备介绍5.4.1 对电测仪器的一般要求对电测仪器的一般要求2 抗干扰能力强抗干扰能力强大地电流、工业游散电流等干扰是野外工作中长遇到的，因此电测仪器必须对干扰电场有较强的抑制能力。电测仪器应能适应各种气候条件，在较大的温度和湿度变化范围内，应能保持仪器性能的稳定性。3 较高的稳定性较高的稳定性电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.4 电阻率法的仪器设备介绍电阻率法的仪器设备介绍5.4.2 电阻率法的主要设备电阻率法的主要设备电阻率法的设备主要包括：测量仪器、供电电源、供电点极、测量电极、导线即线架。电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.4 电阻率法的仪器设备介绍电阻率法的仪器设备介绍5.4.2 电阻率法的主要设备电阻率法的主要设备高密度电法测量系统电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.4 电阻率法的仪器设备介绍电阻率法的仪器设备介绍5.4.2 电阻率法的主要设备电阻率法的主要设备仪器配件电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.4 电阻率法的仪器设备介绍电阻率法的仪器设备介绍5.4.2 电阻率法的主要设备电阻率法的主要设备SQ-3C双频激电仪主机电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.4 电阻率法的仪器设备介绍电阻率法的仪器设备介绍5.4.2 电阻率法的主要设备电阻率法的主要设备WTEM-1Q瞬变电磁系统集(右一)、外置大功率发射机(中)、GPS同步控制器(左一)电法勘探电法勘探 第第5章章 电阻率法的基础知识电阻率法的基础知识5.4 电阻率法的仪器设备介绍电阻率法的仪器设备介绍5.4.2 电阻率法的主要设备电阻率法的主要设备E60Bn高密度电法仪主机