物探--2电法勘探

深部构造、石油构造、金属、水文工程地质
声频电磁法
金属、地质填图
低
频 不接地迥
线法
人高
偶极剖面法
频甚
低
频
法
工脉
冲 感应脉冲瞬变法
电
井中无线电透视 电
磁
磁
地
质
雷
达
波
震
电
法
法
侧
视
雷
达
金属 采矿、工程、地质填图
航空、海洋、航天填图
直流电法
直流电法主要有自然电场法、电阻率法和直流激发极化法。 前者为天然场源，而后两种为人工场源。
电阻率法
电源
A
MN
B
地面
电源
A
MN
B
地面
高阻体
电阻率法
度梯半 度空 法间 视中 电存
曲阻在 率低 与阻 电体 位中
线梯间
电均
阻匀
率半
与 电 位 梯
空 间 中 间 梯
度度
曲法
线视
岩矿石的电阻率（1）
电阻率（ρ）：电阻率是表征物体导电性能的一个最基本的物理量。 数值上为对边长各为1米的正方体物质，垂直于一对横截面通电时， 所产生电阻的大小。其单位为：欧姆.米（Ω.m）。
法三
极
测
深
五
极
测
深
环
型
测
深
偶
极
测
深
联
合
剖
面 金属、非金属、地质填图、水文工程地质
法 对称四极剖面
偶
极
剖
面
高密度剖面
金属、非金属
法
金属、水文工程地质
直 流 激 发 极 化 金属、水文工程地质
人工电（磁）场 激 发 极 化 法 交 流 激 发 极 化 金属
磁 激 发 极 化 金属
天然电（磁）场 大 地 电 磁 法
正长岩
102-105
结晶片岩 102-104
粉砂岩
101-102
闪长岩
102-105
大理岩
102-105
砂岩
101-103
辉绿岩
102-105
片麻岩
102-104
砾岩
101-104
玄武岩
102-105
石英岩
103-105
石灰岩
102-104
辉长岩
102-105
泥质页岩 102-103
各种水的电阻率： 咸水（苦水） 10-1-100 海水 10-1-101 河水 10-102 潜水＜ 102 雨水>102
致密块状 细脉状 低阻
星点状 高阻
各向异性
金属元素及常见矿物的电阻率
金属
10-8
10-7
金
铁
银
锡
铜
铅
镍
锑
铝
汞
良导性矿物
10-6—10-3 石墨
斑铜矿 铜蓝 磁黄铁矿
10-3—1 方铅矿 辉铜矿 黄铁矿 辉铜矿
磁铁矿
黄铜矿
中等导电性矿物
1—103 黑钨矿 赤铁矿 软锡矿 菱铁矿
103—106 褐铁矿 赤铁矿 蛇纹石 闪锋石
交流电法
交流电法：具有穿透能力强、勘探深度大、分辨率 高等优点，目前主要利用电磁感应原理，观测研究 岩矿石在交变电磁场作用下，所产生的感应电磁场 的空间和时间分布规律。感应电磁场的强弱，主要 与岩矿石的导电性和导磁性有关，目前采用较多的 有瞬变电磁法、可控源音频大地电磁法、天然电场 选频法、甚低频法和交流激发极化法（双频激电也 称频率域激发极化法）等。
影响岩矿石电阻率的因素
2、岩石的电阻率（具体见教材 ）
在三大岩类中,岩浆岩和变质岩具有较高的电阻率 值,沉积岩的电阻率值较低，这些电阻率值是室内 测试统计的结果，在外边测量时，受干扰的因素 较多，变化值较大。
影响岩矿石电阻率的因素
3、水的电阻率 纯水 2.5×105Ω.m 海水 n×10－1～n×100Ω.m 雨水 >103Ω.m 矿井水 n×100Ω.m 河水 n×10－1～n×102Ω.m 潜水 < n×10－1Ω.m 深层盐绩水 n×10－1Ω.m 可以测地下水的咸淡水界面、海水入侵，也有人用电阻 率判断纯净水的优劣。在冻土地区影响测试结果，冬天表 土层电阻率增大。
二）一个点电源在均匀空间的电场 在地下某点为点电源（A）与无
穷（B）构成回路，如测井装置，利 用球坐标系，在均匀场中，任意点P 的电位只与R有关，而与θ、Ф无关。
B
r
A
(r 2 U ) 0 r r
U
c r
c1
积分得
图3－1 全空间电位分布
U c r r 2
由边界条件 r 得c1=0 于是
0 ,U ∞
位 (U)，有如下关系：
（1）电流密度与电场强度的关系：
（欧姆定律）
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j E
二、稳定电流场的基本规律
稳定电流场的连续性方程
电场中任何一点电流线
通过某一封闭面S，进入内电流线和出来的电流线必然相等，
否则就会有电荷分布改变。
s
s jnds 0
（克希霍夫定律）
根据场论运算，利用奥高定理，上式可写成微分形式
化法、电磁感应法、甚低频法、探地雷达法和震电法。 按工作空间分为：地面电法、井中电法、海洋和航空电磁法。
电法分类
类别
直 流 电 法
激 发 极 化
电
磁
法
场源性质 天然场源
电 人
阻 工
率 电
法 场
充
方法名称 自然电场法 电测深
电剖面 中间梯度法 电
方法主要变种
主要应用范围
金属、水文工程地质
对 称 四 极 测 深 石油、煤田构造、金属、水文工程地质
岩石名称 砂岩
含水量％
0.54 0.44 0.38
ρ（Ω.m）
1.5×104 8.2×106 5.6×108
粗砂
0.39 0.18
1.6×105 ×108
中砂 硬砂岩
1.0 0.1
1.16 0.45
4.2×103 1.4×108
4.7×103 5.8×104
长石砂岩
1.26 1.0
103 1.4×103
一但求出U，即可以求出E、j，解是唯一的。
3）基本方程的边界条件：
在电场中除场源点外，电位处处连续，处处有限。介质面
上电位连续U1=U2 即：r 0 , U ∞
r ∞ ,U 0
电流穿越介质分界面时，电流密度法向连续，切向不连续
j1n =j2n j1t ≠ j2t 不同介质分界面上，电流密度的切线分量连续，法线分量 不连续 E1n ≠E2n E1t = E2t 唯一性定理：在稳定电流场中，除电源以外的区域内，满足 一定边界条件的拉氏方法的解是唯一的。
103-106 赤铁矿 钛铁矿 褐铁矿 蛇纹石 闪锌矿 铬铁矿
＞106 角闪石 硬石膏 石盐、石膏 长石、霞石 石榴石 方解石 石英、石油 辉石、云母
常见岩石的电阻率（3）
沉积岩 电阻率 岩浆岩 电阻率 变质岩 电阻率
粘土
10-1-101
花岗岩
102-105
泥质板岩 101-103
泥岩
101-102
自然电场法：是电法勘探中应用最早的方法，它是以岩矿 石的电化学性为基础，观测地下天然产生的直流电场的方 法，对于寻找顶部位于潜水面以上的金属硫化物矿床有良 好的效果。
电阻率法：利用的是岩矿石导电性的差异，是使用比较普 遍的一种方法。
激发极化法：既利用了岩矿石的电化学性，也利用了它们 的导电性，它不但能观测岩矿石受到人工电流的激发而产 生的电场，还能观测到人工电场激发所产生的磁场。
单位:欧姆-米
影响岩矿石电阻率的因素
各种岩矿石的电阻率均无定值，而有相当 大的变化范围，这与许多因素有关，主要 有：组成岩矿石的矿物成分及其结构（矿 物颗粒的排列方式）、岩矿石本身的孔隙 度、温度和孔隙中所含水溶液的矿化度等。 岩矿石中的金属矿物含量增多、湿度增大， 以及孔隙中水溶液的矿化度增高，都会使 电阻率降低。当岩矿石中的良导性矿物颗 粒被不良性矿物包围时，比良导性矿物颗 粒彼此相连时的电阻率高很多。
U C r
而模型是球状，各方向电流都相等，I=4πr2j (球面积×电流密 度)
I 4r 2 ( E ) 4r 2 ( u ) 4r 2 c
r
r2
得 c I 4
则 U＝ I 4r
或 ＝4r U
I
（三）、一个点电源在半空间的电场 由于是半空间，则：
B
A +I
M ON
MO'N
+I A
MON
岩石名称 橄榄岩 叶蜡石 花岗岩
有机质灰岩
11
闪长岩
0.02
0
0.6×103
5.8×106 06
玄武岩
W％
0.1 0.03 0.016 0
0.76 0.72 0.7 0
0.31 0.19 0
ρ（Ω.m）
3×103 2×104 106 1.8×107
6×106 5×107 2×107 1071
4.4×103 1.8×106 1070
电法勘探简述
电法勘探是以岩石或矿石与围岩之间的电性差异为基础，对 天然产生的或人工建立起来的电场或电磁场的空间的或时间 的分布特征进行观测，以查明地质构造和有用矿产的一种物 探方法。
电法勘探分类 根据供电电源的性质可分为：直流电法和交流电法。 按场源分为：天然场源（被动）和人工场源（主动）。 按工作方法分为：电阻率法、天然电场法、充电法、激发极
0.95 0.49 0.26 0
4×104 9×105 3×107 1.3×108
孔隙 度 矿化度 电阻率
15~35% 砂砾岩
25~35% 粗中砂
30~40% 细粉砂
40~50% 粘土、亚粘土
1（g/l） 2 3 4 5
150～75 90～45 60～30 30～15 18～9
75～30 45～18 30～12 15～6 9～3.6
劣导电性矿 物
>106 石英 长石 云母 角闪石
铬铁矿
方解石
从表中可以看出电阻率值变化很大,取决于杂质成 分及结构的均匀性。
影响岩矿石电阻率的因素
2、岩石的电阻率（具体见教材 ） 火成岩：102—106Ω.m； 变质岩：10—106Ω.m； 沉积岩：粘土：1—10Ω.m； 砂：几十—几千Ω.m； 软页岩：0.8—10Ω.m； 砂岩：n+－上千Ω.m 硬页岩：10—103Ω.m； 灰岩：100－+n万Ω.m
电阻率法的基本原理
电阻率法的基本原理：用人工方法将电流通入地下，建立 人工电场，如果地下存在导电性不同的岩层和矿体，它们 就会影响电场的分布，良导体对电流有“吸引”作用，导 电性差的则对电流有“排斥”作用。因此，当地下存在导 电性差的地质体时，由于它对电流的“排斥”作用，使电 流远离它本身而流过；而当地下存在有良导体时，它将对 电流有“吸引”作用，使大部分电流通过其本身。这样， 在地表观测到的电场将发生畸变，通过对畸变电场的分析， 判断地下不同导电性地质体的赋存状态，这就是电阻率法 的基本原理。
3、固体离子型导电矿物：这类矿物为离子键晶体，在干燥情况下 几乎是绝缘体，其电阻率大于106欧姆.米。
常见矿物的电阻率（2）
10-6-10-3 斑铜矿 石墨 铜蓝 磁铁矿 黄铁矿
10-3-1 毒砂 方铅矿 赤铁矿 赤铜矿 白铁矿 辉钼矿 黄铁矿 辉铜矿 黄铜矿
1-103 辉铁矿 辉铋矿 黑钨矿 赤铁矿 锡石 软锰矿 菱铁矿 铬铁矿
40～25 24～15 16～10
8～5 4.8～3
25～20 15～12 10～8
5～4 3～3.2
由表可知，坚硬岩石在长期地质作用下，发育不同的裂隙
和构造，溶洞、暗河等，使电阻差别很大，当地下为人为空
洞时，如采空区、地道、防空洞,都有大的变化，为了解湿度 对岩石电阻率的影响规律，以高阻球状颗粒岩石为例胶结物
或水的电阻率较颗粒电阻率低的多，即ρ1＜＜ρ2
二、稳定电流场的基本规律
为了揭露地下地质体电阻率的差异，必须建立人 工电场，并观测电阻率的变化规律，已达到探测
地质体的目的。供电的形式有单点、二点。
（一）、稳定电流场的基本方程和边界条件
要想准确测得电阻率的大小，应了解电场的分布描述
稳定电流场的物理量有电场强度（E）、电流密度(j)、电
系中，
E du r dr r
在直角坐标系中
E EX i EY j EZ k
而
EX
U X
EY
U Y
EZ
U Z
由前几个式子得：
divj div( E ) div( 1 gradU ) 0
即：稳定电流场的连续方程
拉氏方程
2u 2u 2u x2 y2 z2 0 divgradU 0 2U 0
矿物的电阻率，就其导电机理而言，可分为三类：
1、金属型导电矿物：这类矿物有的本身就是金属，有的则与金属 一样，具有大量的自由电子，其电阻率很低，一般电阻率小于1欧 姆.米。
2、半导体型导电矿物：几乎所有金属硫化物和金属氧化物都是半 导体，因而可以说绝大多数金属矿物都是半导体。其电阻率一般在 1-106欧姆.米之间。
（jn是连续的）
s jnds
divjds
v
v为封闭面围成的体积，divj为电流的散度。
在直角坐标系中，根据电流的性质， divj jx jy jz 0
x y z
即任意点电流密度的散度为0，同时说明在空间除电源外，电
流密度即不增加也不减少。
电位性质：若电荷源分布发生了变化，E＝－gradU，在极坐标
ρo
图2 探测远离示意图
图３ 探测方法剖面图
I
2r 2 ( E )
4r 2
( u ) r
4r 2
c r2
得 c I 2
则 U＝ I 2r
或 ＝2r U
I
E U I r 2r 2
j I
2r 2
在上式中：设I＝20mA p=3.14Ω·m I 100
2
r=0.1 m
U=1000mV
r=1.0 m U=100mV