东华理工大学电法勘探一

2.非均匀介质中的地下电流场及视电阻率 “地电断面”—根据地下地质体电阻率的差异而划分 界限的断面。 （1）非均匀介质中的地下电流场
由图可见： 高阻体具有向周围排斥电流的作用。 低阻体具有向其内部吸引电流的作用
（2）视电阻率 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），仍然采用前述均匀介质 中的供电方式及测量方式，仍由前述的公式计算 “电阻率值”，不过这时计算出的“电阻率值”， 既不是ρ1，也不是ρ2和ρ3，而是三者都有关的一个 量，称为“视电阻率”，用符号ρs表示，即
jh的方向平行于地表 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→∞，
1 当h→0， j0 2 L
jh 0
1
jh I h 2L 而在 0 5 L (h 2 L2 ) 2
2 2
即当
L h/ 2
⑷固体电解质：离子导电，绝大多数造岩矿物，
如石英、云母、方解石、长石等，电阻率高
4.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 6
Ω ·ｍ
变质岩：介于两者之间
5.影响电阻率的主要因素
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
地下距A为的点M处的电流
密度为：
jM

I r 2 2r r

M
电场强度为：E 电位为：
I r j 2 2r r


dV
I dr 2 2r
对上式两边积分得：
I V C 2 r
当r →∞，V=0，则C=0代入上式得
I V 2 r 2.两个异性点电源的电场
电阻率法的仪器种类很多，有图DZD-4多功能 直流电法仪，它具有如下功能： （1）高密度电阻率法测量 （2）视电阻率法和激发极化法同时测量； （3）实时大屏幕液晶汉字显示实测曲线； （4）信号增强技术，不仅适用于野外勘查， 也适用于城市勘查。
电阻率法的常用电极装置类型
在电法勘查中，为了解决不同的地质问题， 常采用不同的装置。
(或者
AB 2h )时，h深度的电流 密度最大，该供电极距称为 “最佳电极距”。例如：要 使100m深处的电流密度最大， AB应大于或等于140m
（四）电阻率公式及视电阻率 1.（均匀大地）电阻率公式
M、N处的电位为
UM
：
I 1 1 ( ) 2 AN BN
UM
I 1 1 ( ) 2 AM BM
空气
0
地面
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”。
当供电电极的大小比它们与关测点的距离小得多时， 可把两个供电电极看成两个“点”，故又将它们称“点电源”
1.一个点电源的电场 设在地面A点向地 下供电，电流强度为I，地 下半空间的电子率为ρ。
应用范围广
地质填图 水文与工程 深部构造（地壳、地幔）
第一节电阻率法
什么是电阻率法：
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。
一 、电阻率法的理论基础
U MN s k I
3
1
2
※视电阻率——在电场有效作用范围内各 种地质体电阻率的综合影响值。
（3）影响视电阻率的因素 电极装置—供电电极（A、B）及测量电 极（M、N）的排列形式和移动方式 ①电极装置类型及电极距的大小 ②测点相对于地质体的位置 ③电场有效作用范围内各种地质体的真 电阻率 ④各地质体的分布状态（及形状、大小、 埋深及相对位置）
1
t
n
2
㈡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
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 质模型为均匀各项。即：
3.视电阻率的定性分析公式 视电阻率与电流密度的关系式，即
jMN s MN j0
式中jMNρMN测量电极M、N间任一点的电流密度和介 质的真电阻率。
j0—为均匀各向同性介质体中M、N间的电流密度。
上式表明，ρs与M、N间的介质的电阻率ρMN电流密 度jMN成正比
jMN S MN j0
在任意的M处的，可按场的叠加原理知：
A B VM VM VM
I 1 1 ( ) 2 AM BM

A B jM jM jM





1 1 AM 1 BM ( ) 2 2 2 AM AM BM BM

EM
I 1 AM 1 BM ( ) 2 AM 2 AM BM 2 BM
目前，我国采用的电阻率装置类型有电剖面 法、中间梯度法和电测深法。 电阻率剖面法简称电剖面法。它包括许多分 支装置：二级装置、三级装置、联合剖面装 置对称四级装置和偶极装置等。
勘查地球物理概论
电法勘探
什么是电法勘探:
它是以岩、矿石的电学性质（如导电性）差异为基 础，通过观测和研究与这些电性差异有关的（天然或 人工)电场或电磁场分布规律来查明地下地质构造及 有用矿产的一种物探方法，称为“电法”。
电法勘探的特点：可用“三多”、“两广”来 概括
三多：
导电性（ρ或σ） 电化学活动性（η） 介电性（ε） 导磁性（μ） 直流电（稳定场） 人工场源
㈠岩、矿石的电阻率
1.电阻率基本公式
R l s
R
s l
S
l
I
2.电阻率单位 SI制中
电阻R（Ω） 长度（m） 截面积（m² ） 电阻率ρ（ Ω · m）
3.导电机制
⑴溶液：带电离子
⑵金属导体：自由离子， 如自然铜、金、银和石墨，电阻率低 ⑶半导体：“空穴”导电， 大多数金属硫化物，金属氧化物体，电阻率较低
U MN 则 k →均匀大地电阻率公式 I
式中的k—称为装置系数（或布极常数），单位为 “米”。由于地下为均匀各向同性介质，故ρ与k、I 的值无关。 上面所讨论的情况是在地形水平、地下仅有单一 的均匀各向同性介质。 然而实际中，地下岩石的导电性往往是不均匀的、 且地形亦不是水平的，因此有必要进一步讨论非均 匀条件下地中电流场分布的情况。
ρ剖面曲线的变化能清楚的反 映出地下导电性不均匀体的位 置及电阻率的相对高低
第一节 电阻率法
二、电阻率法的仪器和装备
可知， 其仪器功能就是测量出供电电流I及测量电 极M、N间的电位差△UMN即可。 除仪器外，其它装备还有： 由视电阻率的计算公式 s k
U MN I
供电电极——铁棒或铜棒
测量电极——铜棒、导线及供电电源。
式中AM、BM、AN、BN分别是A、B与M、N间的距离。 上两式相减可得MN两点间的电位差：
U MN U M
I 1 1 1 1 U N ( ) 2 AM BM AN BN
则
U MN 1 1 1 1 I AM AN BM BN
2
令k
2 1 1 1 1 AM AN BM BN
①可利用的物
性参性多
②利用场源多
交流电（交变场）
天然场源
电阻率法* 传导类电法勘探 （直流电法）研究 稳定电流场 充电法 自然电场法 激发极化法 低频电磁法
③方法
种类多
感应类电法勘探（交流 电法）研究交变电流场
频率测探法
甚低频法 电磁波法 大地电磁法
航空
地面
应用空间广
海洋 井中两广金属和非 Nhomakorabea属矿 油气勘探
地下电流场在供电电极附近分布极不均匀，其值趋于无 限大；而在两极中央地段，场的分布较均匀，变化较平 缓。 在AB的中点，V =0，中点左边V为正，右边为负； AB的中点上，E出现极小值。
（三）地下电流沿深度的分布规律
jh j j
A M
A h
B M
I B j jM 2 ( L2 h 2 ) 1 L jh 2 jhA cos ( L2 h2 ) 3 2