西安科技大学第5章.电阻率法的基本知识

几种常见岩石的孔隙度
地下水溶液的电阻率与溶液成分关系不大，但是与其浓度关系密切， 浓度增加，电阻率明显下降。
几种常见天然水的电阻率
二、影响电阻率的因素
3）电阻率与温度的关系
岩石中的造岩矿物的电 阻率对温度的改变并不 明显，但其中的 空隙水对温度很敏感， 这会改变其溶解盐类的 能力。一般地， 温度升高，岩石电阻率 会降低。温度对电阻率 的影响遵循如下 关系（仅对零上温度成 立）：
体矿物可分三种类型，即金属导体、半导体和固体电解质。 天然金属均属于金属导体。自然金：2×10-8 欧姆· 米， 自然铜：1.2×10-8~3×10-7欧姆· 米。石墨：小于10-6欧姆· 米。 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（10-6~106欧姆· 米）。
一、岩石和矿石的导电性
定义：电阻率是表征物质导电性的基本参数，某种
物质的电阻率实际上就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。 单位：欧姆· 米；电导率σ（西门子每米），记作S/m
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。
1. 矿物的电阻率
岩石和矿石都是由矿物组成的，按导电机制不同，固
主要应用范围
主要用于浅部（<500m）的 水文勘探工作。如第四系含 水层，覆盖层厚度，断层裂 隙带，岩溶等地勘查 主要用于中深部（<1000m） 水文勘探工作。如砂岩富水 区，断层裂隙带，岩溶裂隙 等地勘查
CSAMT
可用于中深部（可达1500m） 水文勘探工作，如砂岩富水 区，断层裂隙带，岩溶裂隙， 地热等地勘查
电 法 勘 探
第五章 第六章 第七章
电阻率法的基本知识 电剖面法 电测深法
第八章
其它电探方法
第五章 电阻率法的基础知识
第一节 电阻率法基础
第二节 大地电阻率的测定
第三节 电阻率法的物理实质
第四节 电阻率法的仪器、设备简介
第一节
岩土介质的电阻率法
一、岩石和矿石的导电性
二、影响电阻率的因素
三、层状介质的电阻率
地球内部圈层的电阻率特征

地球内部的电性特征归结为：由浅至深，电阻率 呈“低阻－高阻－低阻”分布。

MT结果表明，在上地幔和地壳内存在高导层，但 不是普遍存在的。它们多出现在构造活动地区， 在这些不稳定的地区，多出现有地震和火山活动， 地表具有较高的热流值。可能是地下物质部分熔 融的结果。
地球内部电导率分布
sj
n
ds 0
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
sj
n
ds
divj dv
式中v为封闭面所包含的体积。由此得：
divj 0
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。
3．稳定电流场的势场性
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。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
矿物电阻率值是在一定范围内变化的，同种矿物可有不同 的电阻率值，不同矿物也可有相同的电阻率值，因此由矿物 组成的岩石和矿石的电阻率也必然有较大的变化范围。
几种岩石电阻率值的分布范围曲线
一般土层结构疏松，孔隙度大，且与地表水密切相关， 因而它们的电阻率均较低，一般为几十Ω·m。下表为几种常 见浮土和地表水的电阻率及其变化范围：


二、影响电阻率的因素
电阻率的单位是 m(欧姆 米)
二、影响电阻率的因素
2）电阻率与含水饱和度的关系
沉积岩中的岩矿石常具 有一定的空隙度，其中 充填有一定的空隙水， 导致其电阻率发生变化 。 阿尔奇( Archine)公式：
a w m S w 2
可用于计算不同饱和度 的岩石的电阻率。式中 w为地层水电阻率， 与矿化度和温度有关； 为岩石空隙度； S w为含水饱和度； a和m 为经验常数，取值范围 为0.5 a 2.5；1.3 m 2.5
一、稳定电流场的基本规律
1．微观欧姆定律 稳定电流场满足欧姆定律，在微观情况 下，其微分形式是
j E

上式说明：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。既适 用于均匀介质的情况，也适用于非源的闭合曲面，流过任 何一个闭合曲面的电流密度通量均等于零，即
过其中电流的方向有关，呈现出各向异性。
L2
L1
层状结构岩石模型
（a）实际岩石（b）等效模型
对于各向异性介质而言，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，我们用符号ρn来表；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，我们用符 号ρt来表示。
垂直方向：
n
1 h1 2 h2

特点：使用人工源，场源形式和功率可控制，场源可以 分为电偶极源、磁偶极源、接地长导线、大回线等。 2）天然场源方法：包括大地电磁测深法(MT)、音频大 地电磁测深法(AMT)、电磁阵列剖面法(EMAP)等。


特点：采用天然场源，成本低，场源形式简单，频带范 围宽，野外资料采集和资料解释比人工源方法简单。
低阻－高阻－低阻
三、层状介质的电阻率
1. 横向电阻T和纵向电导S
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，用T来表示。
T=hρ
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：
T T1 T2 ... Tn h1 1 h2 2 ... hn n hi i
电法勘探的分类

5、按照勘探对象分类：
1）金属与非金属电法（浅） 2）石油天然气电法（中） 3）深部构造电法（深）

注意：以上的分类方法只是为了研究的方便而分 的，绝不要在各类方法之间树立一道屏障，各种 方法都存在着交叉，并没有明显的界限。
电法勘探的基础知识
电法勘探利用岩石的电学性质有： 电阻率（或电导率） 磁导率 介电常数 极化特性（体极化率和面极化率）
岩石名称 泥质板岩 泥质页岩 无烟煤
λ 1. 1~1.59 2. 41~1.25 1.5~2.5
第二节
大地电阻率的测定
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。探测对象与围岩间 的电阻率差异是电阻率法的应用前提。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。 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。

电法勘探的分类

3、按照产生异常的机理分类：

1）传导类电法：它观测和利用的是地球中由传 导作用产生的异常场，如电阻率法、充电法、IP 等。

2）感应类方法：它观测和利用的是地球中由感 应作用产生的异常场，如TEM、MT等。
电法勘探的分类

4、按照观测方式分类：
1）地面电法 2）航空电法 3）海洋电法 4）井中电法
电法勘探的分类

2、按照资料采集或处理方式分类：

1）频率域方法or交流电法：包括天然场源中的 大部分方法。这些方法特点的供电、观测和解释 都在频率域内进行，或者供电、观测在时间域内 进行，但解释在频率域内进行。按照频率范围可 分为高频电法、低频电法、甚低频电法等。 2）直流电法：供电和测量都是直流。 3）时间域方法：如TEM、时间域IP等。
h1 h2
平行方向：
h1 h2 t h1 h2
1
2
一般情况下，岩层的横向电阻率均大于其纵向电阻率， 并用“各向异性系数”
n t
来表示石层的各向异性程度。由于ρn >ρt，所以各向异性系 数λ总是大于1的。
岩石名称 层状粘土 层状砂岩 石灰岩
λ 1. 02~1.05 2. 1~1.6 1~1.3
电法勘探以地质体的电阻率ρ、介电常数ε、磁导 率μ、极化率η等物理参数的差异为基础。
电法勘探的基础知识

在岩石所有的物理性质中，电阻率的变化范围最大， 可以从10-8~107欧姆米，干燥的纯硫高达1016欧姆米。 一般地，火成岩的电阻率比沉积岩高，而沉积岩中 的结晶岩或变质岩（如石膏等）电阻率最高。
二、影响电阻率的因素
1）电阻率与矿物成分和含量的关系

构成岩石的成分是矿物。按照其电阻率可把矿物分为三类：

a.10-6~1欧姆米，为良导电矿物，包括：金属、石墨、 一些硫化物（黄铁矿、方铅矿等）及一些氧化物（赤铁 矿、磁铁矿等）； b.1~106欧姆米，为中导电矿物，主要指一些硫化物 （辉锑矿等）及大部分氧化物（赤铁矿、铬铁矿等）； c.>106欧姆米，为劣导电矿物，几乎所有的造岩矿物 （长石、辉石、石英、云母、方解石等）都属此类。
18C T 1＋ T (T 18) 式中18C为18C时的岩石电阻率； T为岩石温度； T 为电阻率的
温度系数，约为 0.025/ C。 到零下时，由于水的冻 结，电阻率会成百倍的 增大。
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ω=1.5%
二、影响电阻率的因素
i 1 n
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 h S

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
S
i 1
n
i
hi
2．纵向电阻率与横向电阻率
大部分沉积岩都具有层理结构，从其电性上来看，它们