地球物理勘探电法电磁法

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 jMN , MN 测量电极 M、N 间任意点的电流密度和介 质的真电阻率。 j0 —为均匀各向同性介质中 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 和电流 密度 jMN 成正比。
2
A h
=j
B M
jB M
jh
L jh 2 j cos 2 ( L h 2 )3 / 2
I
jA M
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→∞，
当 h→0，
jh → 0 I 1 j0 = • 2 L
而在
jh I h 2 2 L2 2 0 2 5/ 2 L (h L )
即当 L h / 2 （或者
AB 2h ）时， h深度的
电流密度最大，该供电电
极距称为“最佳电极距”。
例如：要使100m深处的电流
密度最大，则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
一、电阻率法的理论基础
（一）岩、矿石的电阻率 1、电阻率基本公式 l
l R s
2、电阻率单位
s R l
I
s
电阻R（Ω） SI制中 长度（m）
电阻率ρ（Ω·m）
截面积（m2）
3、导电机制
（1）溶液：带电离子
（2）金属导体：自由电子，
如自然铜、金、银和石墨，电阻率低
（3）半导体：“空穴”导电，
=
2 1 AM 1 AN
-
U MN • 1 1 I + BM BN
令 k
2 1 1 1 1 AM AN BM BN
则
U MN k I
均匀大地电阻率公式
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。
地球物理勘探 电法、电磁法
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”来慨括 三多： ①可利用的物 性参数多 导电性（ρ 或 σ ）
• 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。 • 目前，我国常用的电阻率装置类型有电剖面法、 中间梯度法和电测深法。
• 电阻率剖面法简称为电剖面法。它包括许多分 支装置：二极装置、三极装置、联合剖面装置 对称四极装置和偶极装置等。
第一节 电阻率法
大多数金属硫化物，金属氧化物体，电阻率较低
（4）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 ~106Ω · m
● 变质岩：介于两者之间。
5、影响电阻率的主要因素 （1）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 （2）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↓ （3）水溶液矿化度 矿化度↑，电阻率↓
U MN s k I
ρ3
ρ1 ρ2
※ 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（即形状、大小、埋深及相 对位置）
（2）工作效率高（一线供电，多线测量）
（三）对称剖面法 1、装置形式及 S 公式
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
②利用场源多 天然场源
交电流（交变场）
传导类电法勘探（直 流电法）研究稳定电 流场 ③方法
电阻率法* 充电法
自然电场法 激发极化法 低频电磁法
种类多
感应类电法勘探（交 频率测深法 流电法）研究交变电 甚低频法 流场 电磁波法 大地电磁法
当薄脉倾斜时： S 曲线不对称，交点两侧两条曲线所围的面积不 相等。薄脉向两条曲线所围面积较大的一侧倾斜。
在实际工作中，常采用不同极距的联合剖面曲线交点 的位移来判断脉状体的倾向。
4、应用
联合剖面法主要用于探测产状陡倾的良导薄脉（矿脉、 断层、含水破碎带）及良导球状矿体。
（二）中间梯度法
A (1/6)AB
交点 s
合剖面法的“正交点”（或低阻交点）； ③ sA 与 sB 曲线对称，交点两侧，两条曲线明显张开。
当薄脉为直立高阻脉时：
联合剖面法 S 曲线右 图。两条曲线也有一交点， A B 但交点左侧 s > s ,交点 右侧 sA < sB ，此交点称 为联合剖面法的“反交 点”；且反交点不明显， 而且两条曲线近于重合。
M
N
B
(1/2~1/3)AB
1、装置特点及ρs公式： 采用四极AMNB装置，A、B供电，M、N两电极测量， 供电电极距AB很大，MN=(1/50~1/30)AB工作时，A、 B固定不动，M、N在AB中部 (1/2~1/3)AB范围内同时 移动，逐点进行测量，测点为MN的中点。
U MN s k I
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 界线的断面。 （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，而是与三者都有关的一个量，称为 “视电阻率”，用符号ρs表示，即
三、电剖面法
装置特点：各电极间距离保持不变，使整个或部分装置沿 着测线移动，逐点测量视电阻率的值。所得到的ρs曲 线是反映测线下某一深度范围内不同电性物质沿水平 方向的分布情况。 分类： 电阻率法 联合剖面法 中间梯度法 对称剖面法 偶极剖面法
（一）联合剖面法 1、装置特点及 ρs 公式 AO=BO MO=NO OC > 5AO
k
2 1 1 1 1 AM AN BM BN
k 不是恒定的，而是逐点变化的。
由图可见：
中间梯度法主要用来寻找陡倾的高阻薄脉（如石英脉、 伟晶岩脉等） 原因：在均匀场中，高阻体的屏蔽作用比较明显，排 斥电流使其汇聚于地表附近，使 jMN 急剧增加，致使 ρs曲线上升，形成突出的高峰。而低阻薄脉易于让电 流垂直通过，只使 jMN 发生很小的变化，故 ρs 异常不 明显。 特点分析： （1）利用均匀场
（4）温度
温度T ↑，溶解度↑，离子活性↑，电阻率↓
结冰时，电阻率↑
（5）压力
压力↑，孔隙度↓，电阻率↑
超过压力极限，岩石破碎，电阻率↓
（6）构造层的影响
ρn
ρt ρ1 ρ2
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 垂直沿层理方向的电阻率
（二）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 · ρ
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
B A = + jh jM jM
A(I)
2
L
o h M
L
B(-I)
j =
A h
I
2(L + h )
A U MN sA = k A IA B U MN sB = k B IB
C→∞
(AMN ∞ ) ( ∞ MNB)
A (I) M O N
(-I) B
AM • AN k A = k B = 2 MN
在测量时，C极固定不动，A、M、N、B间保持距离不变，四 个极沿测线同时移动，逐点进行测量，测点为M、N的中点O。 每个点测量两次，得两个ρs值 由于C极为无穷远极，它在M、N处产生的电位很小，故可忽略 不计，因此，联合剖面法的电场可视为一个“点电源”的电场。
航空
地面 应用空间广 海洋 井中 两广 金属和非金属矿 油气勘探
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。
ρ 空气
A
P
B
地面
ρ0
1、一个点电源的电场
设在地面A点向地 下供电，电流强度 ρ A 为I，地下半空间的 空气 电阻率为ρ。地下 ρ 距A为的点M处的 电流密度为： I r jM (r 由A指向 M ) 2 2r r I r 电场强度为： EM j 2 2 r r I dV dr 电位为： 2 2 r
ρ 空气
A
M
N
B
地面
ρ
M、N处的电位为： I 1 1 UM ( ) 2 AM BM I 1 1 UN ( ) 2 AN BN 式中AM、BM、AN、BN分别A、B与M、N间的距离。 上两式相减可得M、N两点间的电位差： I 1 1 1 1 U MN = U M - U N = ( + ) 2 AM BM AN BN 则
ρ
1
2 3 4
5
6
7
jMN s MN j0
ρs 剖面曲线的变化能清楚
地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
U MN 由视电阻率的计算公式 s k 可知，其仪器 I 功能就是测量出供电电流I及测量电极M、N间的电位差
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半空间。即：
ρ空气
ρ0
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”，故又将它们称为 “点电源”
ΔUMN即可。
除仪器外，其它装备还有：
供电电极—铁棒或铜棒 测量电极—铜棒、导线及供电电源。
电阻率法的仪器种类很多，右图是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。
B→ ∞
地面
r
M
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 Leabharlann Baidu 2 r
2、两个异性点电源的电场
在任意点M处的，可按场的叠加原理知： I 1 1 A B VM VM VM ( ) 2 AM BM A B I 1 AM 1 BM jM jM jM ( ) 2 2 2 AM AM BM BM I 1 AM 1 BM EM ( ) 2 2 2 AM AM BM BM
2、联合剖面法 ρs 曲线特征分析 讨论直立低阻薄脉上联合剖面法ρs 曲线特征：
jMN s = MN j0
由图可见：
与 sB 相交，且 ① 在直立良导薄脉顶部上方，
A s
< （围岩）； 1 A B A B ② 交点左侧 s > s ,交点右侧 s < s ，此交点称为联