电法勘探的理论基础

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
二、按地质目标体分：金属电法、石油电法、煤田电法、水 （文）工（程）电法；
三、按使用和观测电磁场的时间特性分：直流电法、交流电法；
直到目前为止，还没有一个公认的和统一的分类方案，因为各 种电法之间，既有不同的方面，又有相同的方面，因此很难作出 一个标准化的固定分类方案。根据本专业当前电法的发展现状， 可将其简化的分为两大类：交流电法和直流电法。
[强调]：
地球物理前提条件：勘查目标物与围岩存在着电阻率 （或电导）差异。
属主动源法，即需人工接地方式建立地下稳定电流场。
2、电流在地下传播的基本规律
1）、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：
εr相对介电常数，ε0为真空绝对介电常数
相对介电常数εr可以用如下方式测量：首先在其两 块极板之间为空气的时候测试电容器的电容C0。然后,用 同样的电容极板间距离但在极板间加入电介质后测得电容 Cx。然后相对介电常数可以用下式计算
εr=Cx/C0
5、磁导率：表征磁介质磁性的物理量。常用 符号μ表示，μ为介质的磁导率，或称绝对磁 导率。
这种岩石的电阻率具有明显的方向性， 即沿层理方向和垂直层理方向岩石的导电性 不同，称为岩石电阻率的各向异性。岩石电
阻率的各向异性用各向异性系数来表示。
• 4、介电常数：介质在外加电场时会产生感应电荷 而削弱电场，原外加电场（真空中）与最终介质中 电场比值即为介电常数。
r 0 0 8.85 10 12 F / M
电法勘探的特点：可用“三多”、“两广”概括
三多： ①可利用的物性参性多
导电性（ρ或σ） 电化学活动性（η） 介电性（ε） 导磁性（μ）
②利用场源多
直流电（稳定场） 人工场源 交流电（交变场）
天然场源
③方法种类多
传导类电法勘探（直流 电法）研究稳定电流场
感应类电法勘探（交流 电法）研究交变电流场
电阻率法* 充电法 自然电场法 激发极化法
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↓
影响电阻率的主要因素
在地下正常地壳中，绝大部分构成岩石骨架 的造岩矿物，如石英、云母等基本可认为不导电， 地下物质的整体电阻率主要由孔隙、裂隙和断层 破碎带内的水溶液电解导电控制。
当两电极的大小比它们与观测点的距离小得多时，把这两个电 极看成两个点，称为点电源。
设在地面A点向地下供电，电流强度 为I，地下半空间的电阻率为ρ。 地下距A为r的点M处的电流密度为：
jM

I
2r 2
电场强度为： EM

j

I 2r 2
电位为：
dV


I 2 r2
电法勘探的理论基础
0 引言
什么是电法勘探: 以岩、矿石的电学性质（如导电性、介电常数、激发极
化特性）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”。
动画
电法的分类
电法勘探的种类很多，可对其进行分类： 一、按观测的场所分：航空电法、地面电法、海洋电法、地下 或井中电法；
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↓
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。
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Baidu Nhomakorabea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。
因此，其主要因素为：孔隙裂隙的发育程度、含 水性和水的矿化度。
3、层状介质的电阻率 纵向电阻率和横向电阻率
岩土介质的各向异性介质中，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ρn； （串联） 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ρt来表示；（并联）
层状结构岩石模型
式中: R为电阻，l，s分别为长度和截面积
由普通物理可知，用均匀材料制成的规则形状的导体，其电阻R 与导体截面积S成反对，与导体的长度L成正比。
一种物质的电阻率在数值上等于电流垂直通过边长为1m的该物 质组成的单位立方体所呈现的电阻。
岩石的导电方式
岩石的导电方式大致可分为四种： (1) 电子导电：金属、石墨——电阻率低； (2) 半导体导电：大多数金属硫/氧化物——电阻率低； (3) 晶体离子导电：大多数造岩矿物，石英、云母、方
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 。
通常使用的是磁介质的相对磁导率μr，其定 义为磁导率μ与真空磁导率μ0之比，即 μr=μ/μ0
第二节 电阻率法
1、什么是电阻率法
电阻率法是以地壳中岩石和矿石的电阻率差异为物质 基础，通过观测与研究人工电场的分布规律达到解决地 质找矿的目的。