第三章 电法勘探

率横向的变化。
对称四极剖面法
A
M
N
B
例如：中间梯度法 采用固定AB两个电极供电，并将AB距
离取得很大，测量电极MN是在中间区域内
移动，AB中间三分之一内电场比较均匀。
主要讨论： （1）对称四极电阻率测深法
电阻率测深法，简称电测深法，它是探测电
性不同的岩层沿垂向分布情况的电阻率法； 该方法采用在同一测点上多次加大电极距的 方式，逐次测量视电阻率ρS的变化，这将反映出 该测点下电阻率有差异的地质体在不同深度的分 布状况。
以上公式反映了地形起伏的影响，为了与均匀情
况的正常电场相比较，设地面水平，地下只是赋存导电 性不均匀体，则可进一步简化为：
jMN S MN j0
图(a)中,地下为均匀、各项同性的单一岩 石，其电阻率为ρ1；正如前面讨论测定均匀大 地电阻率的情况，此时测得的视电阻率ρS等于 岩石的真电阻率ρ1。
直流垂向电测深法均匀各向同性半空间点电流源的稳定电流场ri?uri?jerijm?????????2?2??222电位电场强度电流密度对地下任一点i阻碍电流通过的能力?电阻率??直流垂向电测深法均匀各向同性半空间两个异性点电流源的稳定电流场??????????????????????????????????bmramrbambmramrbmramri?uuui?jeijmm112?12122?12122??电位电场强度电流密度对地下任一点一电阻率法的理论基础1电阻率岩矿石间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
直流垂向电测深法
均匀各向同性半空间点电流源的稳定电流场
I
对地下任一点 电流密度 j I 2 r 2
I 电场强度 E j 2 r 2 I 电位 UM 2 r
电阻率 阻碍电流通过的能力
直流垂向电测深法
均匀各向同性半空间两个异性点电流源的稳定电流场
装置系数
U MN 1 1 1 1 I AM AN BM BN 2 令K 1 1 1 1 AM AN BM BN U MN 则有： K I
上式是利用四极装臵测定均匀各向同性半空间电
2
阻率的基本公式，K 称为装臵系数，它是一个与各电
极间的距离有关的物理量。
的电阻率和埋深，并与地质上的岩层联系起来，
解决地质问题。
2、电测深曲线类型
为便于分析解释电测深曲线，可以按地电断 面的类型，将电测深曲线分为以下几种类型： （1）二层断面的电测深曲线类型； （2）三层断面的电测深曲线类型； （3）多层断面的电测深曲线类型。
二层断面
二层地电断面具有ρ1和ρ2两个电性层，设第一 层厚度为h1，第二层厚度h2为无穷大。ρ1<ρ2：G型曲 线；ρ1>ρ2：D型曲线。
视电阻率
因此:
视电阻率不是岩石的真电阻率，而是
地下电性不均匀体和地形起伏的一种综合
反映。
二、几种常用的电阻率法 （1）电阻率测深法 利用不同供电极距来测量某测点视电
阻率随深度的变化。
对称四极电测深法
A
M
N
B
（2）电阻率剖面法 采用供电电极和测量电极间的距离固 定并沿测线改变测点来测量测线内视电阻
（1）电极装臵的类型及电极距； （2）测点位臵； （3）电场有效作用范围内各地质体的电阻率； （4）各地质体的分布情况，包括它们的形状、 大小、厚度和相互位臵等。
4、电阻率法的实质
我们引入视电阻率的微分表示式：
为了揭示视电阻率变化与地下电场分布之间的关系，
jMN 1 S MN j0 cos 式中： jMN 和 MN 分别是 MN处的电流密度和 电阻率； 为MN处地形坡角； j0为地表水平、地 下为半无限均匀岩石条 件下的电流密度。
2、电阻率公式
电阻率法工作中，通常是在地面上任意两点用供电
电极A、B供电，在另两点用测量电极M、N 测定电位差：
均匀各向同性半空间两个异性点电流源的稳定电流场
MN之间的电位差 U MN I UM U M U M 2
A B
1 1 r AM rBM 1 1 r r AN BN
3、视电阻率
刚才讨论的是在地表水平、地下介质均匀各向同性
的假设下导出的结论，实际工作中地下介质往往呈各向
异性非均匀分布，且地表也不水平,因此必须研究这种
情况下的稳定电场。
地电断面——根据地下地质体电阻率的差
异而划分界线的断面；这些界线可能同地质体、
地质层位的界线吻合，也可能不一致。
下图的地电断面中分布着呈倾斜接触，电阻
注意：加大供电极距可以增大勘探深度！
1、测量原理
对称四极电测深视电阻率表达式为
U MN S K I
由于电测深法是在同一测点上，每增大一次 极距，就计算一个K值，因此K值是变化的；下面 以两个电性层组成的地电断面为例，说明电测深 法的工作原理。
设第一层电阻率为ρ1，厚度为h1；第二层
电阻率为ρ2，且ρ2>ρ1，厚度h2为无穷大，分
一、电阻率法的理论基础 1、电阻率
岩（矿）石间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。
在物理学中，当电流沿着一段导体流过时,导体 的电阻与其长度l成正比，与垂直于电流方向的导体 横截面积S成反比，即
l R ，式中比例系数称为导 体的电阻率； S S 可改写为： R ，显然，岩矿石的电阻 率 l 越大，其导电性就越差 ，反之，则导电性好。 在SI制中，电阻率的单位为 m(欧 米)
电阻率ρ （Ω〃m）
岩石电阻率的测量
测量孔隙度
样品筛选
钻取岩心
清水饱和
1 2 3 4
烘 干
烘
干
测量电阻率
清水饱和
盐水饱和 油饱和
脱盐水
岩心电性参数测量流程图
岩石的电阻率
垂直层理方向与沿层理方向的电阻率
n
t
t
n n t
层状岩石模型
影响岩石电阻率的因素
1、岩石的矿物成分与结构
2、岩石的孔隙度、矿化度
不需要介质也能向外传递能量，这就是一种辐射。
又称“电磁辐射”，能量的一种，电磁波的磁场、电
场及其行进方向三者互相垂直，振幅沿传播方向的垂
直方向作周期性交变。
1.0
1.0
0.0
E
E
0.0 -1.0
-1.0 0 10 20 30 40 50
0 100 200 300 400 500
Z(m)
人工场
视电阻率实质上是各种地质体电阻率的综合影响 值，虽然两个公式右端的形式完全相同，但左端的ρ
和ρS却是两个完全不同的概念。
在图(a)情况下，除地层ρ1外，地层ρ2对视电阻 率ρS的值也有相当大的影响，透镜体ρ3影响很小；在 图(b)情况下，地层ρ2的影响减小而透镜体ρ3的影响相 当大。
影响视电阻率的因素：
界面为水平面。
① 当AB/2很小时(AB/2<<h1)，由于所能达到的探测深
度很浅，ρ2 介质对电流分布尚无影响，可认为全部电
流都分布在第一层中ρMN=ρ1、jMN=j0，故ρS=ρ1，电 测深曲线开始一小段平行于横坐标(AB/2)轴。
② 当AB/2逐渐增大，电流分布的深度也相应增大；从 某一AB/2开始，电流分布达到ρ2 介质，高阻介质排斥 电流，因而jMN>j0，ρS>ρ1，电测深曲线开始上升；随
电法勘探
一、基本涵义及分类 二、岩石电性基础 三、电阻率法（垂向电测深法） 四、充电法和自然电场法
五、电磁法
电阻率法
电阻率法利用各种岩（矿）石之间具有导电性
差异，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,查明地下地质构造和寻找矿
产资源。
采用直流电源通过导线经供电电极（A、B） 向地下供电建立电场，经测量电极将该电场引起 的电位差引入仪器进行测量。

I UN U U 2
A N B N
U MN
I UM U N 2 I K
1 1 1 1 r r r r AN BM BN AM
U MN 观测装置图
U MN K 1 rAM
2
1 1 1 rAN rBM rBN
五、电磁法
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”。
天然场激励的方法?
重力:重力场为地球固有的; 磁法:地磁场为地球固有的; 地震:天然地震为地球所固有; 电法:地球有固有的电磁辐射吗? 没有！但有来自太空的
电磁辐射。
Baidu Nhomakorabea
天 然 场
来自太空的电磁辐射照射地球，进入地球内部，并 被部分的反射回地面，（类似于地震反射波）反射至地 面的电磁波携带有地球内部电性结构的信息。
电磁波（Electromagnetic
wave)
电可以生成磁，磁也能带来电，变化的电场和变
化的磁场构成了一个不可分离的统一的场，这就是电
磁场，而变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波；
率分别为ρ1和ρ2的两种岩层，还有一个电阻率 为ρ3的透镜体。
向地下通电并进行测量，也可以按上述电阻率的
公式求出“电阻率”值,但是它既不是ρ1，也不是ρ2和 ρ3，而是与三者有关的物理量。
这个物理量我们称之为“视电阻率”，用符号
ρS表示，即：
U MN S K I
思考：什么时候ρ 和ρS才是等同的？
电法勘探
主讲：向 葵
地球物理与石油资源学院
电法勘探
物理性质
速度 密度 磁性(磁化率) 电性(电阻率)
地球物理方法
地震 重力 磁法 电法
极化(极化率)
激发极化
电法勘探
油气藏存在于地 层中(圈闭) 并且是构造运动 的产物.
地下电场
现场勘探
测线布网
电法勘探
一、基本涵义及分类 二、岩石电性基础 三、电阻率法（垂向电测深法） 四、充电法和自然电场法
着AB/2继续增大，ρ2介质排斥电流作用更加显示，曲
线不断上升。
③ 当AB/2>>h1,绝大部分电流都流入第二层,ρ1 介质对ρS的影响极小，可认为地下充满了ρ2 介质，ρS→ρ2，曲线尾部以ρ2为渐近线。
综上所述
电测深曲线的变化与地电断面中各电性层的
电阻率以及厚度都有密切的关系；
因此，可以通过电测深曲线推断地下电性层
五、电磁法
电法勘探的物性基础
电阻率的单位是 m(欧姆 米)
电阻率范围
煤 板岩 页岩 砂岩 石灰岩 杂砂岩 白云岩
混合岩 硅质粘土岩
Consolidated sediments
岩石电性
电阻率基本公式
R l s
R
s l
S
I
l
电阻率单位
电阻R（Ω ）
SI制
长度（m） 截面积（m²）
• 大地电磁测深法（MT,Magnetotelluric Sounding）
• 可控源音频大地电磁测深法(CSAMT,Control Source AudioMT)
航空 应用空间 地面
海洋
井中
电法
应用范围
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）
电法勘探
一、基本涵义及分类 二、岩石电性基础 三、电阻率法（垂向电测深法） 四、充电法和自然电场法
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，即沿层理方向的电阻率小于垂直 层理方向的电阻率
n
t
骨架特性
F～关系的一般形式为阿尔奇（Archie）公式：
F-地层因素
a F m
式中, a和m是与孔隙几何形态有关的经验常数， a称为岩性系数，m为胶结指数，Φ为孔隙度
3、温度
4、压力
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↑
类似于地震的方法---用电流激发地球
根据电场或电磁场源的类型分为
1、直流垂向电测深法（稳定场） 2、过渡场电磁法（时间域电磁场）
• 瞬变电磁法（TEM，Transient Electro-magnetic Method）
• 激发极化法（IP,Induced Polarization）
3、交流电磁法（频率域电磁场）
I 对地下任一点 ,电流密度 j 2
1 1 r2 r2 BM AM I 1 1 电场强度 E j 2 2 2 r r BM AM 电位 I UM U M U M 2
A B

1 1 r AM rBM
图(b)是在电阻率等于ρ1的围岩中赋存一良 导电矿体，其电阻率ρ2<ρ1；良导电矿体的存 在改变了均匀岩石中电场分布的状况，电流汇聚 于导体，使地表测量电极MN附近岩石中的电流密 度jMN比正常电流密度j0小，此时ρS<ρ1。
图(c)是在电阻率等于ρ1的围岩中赋存一局 部隆起的高阻基岩，其电阻率ρ3>ρ1；高阻基 岩向地表排挤电流，使地表测量电极MN附近岩石 中的电流密度jMN比均匀岩石条件下正常电流密 度j0增大，则地面测得的视电阻率ρS>ρ1。