电法勘探-直流电法-激发极化法
电法勘探-直流电法-激发极化法
（1）装置类型 （2）极化体的导电性 （3）装置相对于极化体的位置 （4）充放电时间
注意与电阻 率和视电阻 率对比
二、激发极化法的仪器装备和工作方法
装置类型与电阻率法相同。联合剖面、中间梯度和电 测深装置；交流激电法常用偶极装置。常用中间梯度 和偶极装置
三、极化体的激电异常
（一）中间梯度装置的激电异常
不同岩矿石极化率对比表
（三）激发极化法测定的参数
2.视极化率ηs和视频散率Ρs Nhomakorabeas
V2 V
100 %
Ps
V f1 V f 2 V f2
100 %
在电场有效作用范围内各种岩矿石极化率或频散率 的综合影响值——视极化率或视频散率。
（三）激发极化法测定的参数
3.视极化率ηs和视频散率Ρs的影响因素
常用中间梯度和偶极装置三极化体的激电异常一中间梯度装置的激电异常三极化体的激电异常一中间梯度装置的激电异常三极化体的激电异常一中间梯度装置的激电异常三极化体的激电异常一中间梯度装置的激电异常注意两侧剖面注意两侧剖面极大值在地面极大值在地面上的投影并不上的投影并不在铜板正上方在铜板正上方三极化体的激电异常二联合剖面装置的激电异常三极化体的激电异常二联合剖面装置的激电异常三极化体的激电异常三偶极剖面装置的激电异常注意与直流电测深曲线对比三极化体的激电异常四测深装置的激电异常1211????四激发极化法的应用一高电阻率高极化率判断矿体倾向采用中梯装置电剖面法激发极化法四激发极化法的应用二
激发极化法（IP）的优点：
① 能寻找侵染状矿体。 ② 能区分电子导体和离子导体产生的异常。
③ 地形起伏不会产生假异常。
激发极化法（IP）的缺点：
① 矿化（黄铁矿化、石墨化的岩层）岩层产生 强激电异常
电法勘探的理论基础
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
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
电法勘探的地球物理前提
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。
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。
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↓
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 。
电法勘探基础知识以及应用
●如何区分矿与非矿异常，成了激电的拦路虎，为此开展了频谱激电 SIP 研究；
时间域激发极化法
时间域激电法测量参数
视极化率 s
视充电率 M s
视极化率公式
视充电率公式
视充电率是测量断电后某一时间段的积分面积
延迟时间
t2
t1
V2
.dt
Ms t2 t1 (%) V
t1
V2.dt
Ms t1
(ms)
V
时间域激电法极化率测量方式的发展
从点测到面积 从面积到全域
·
｛交流激法极化法
复电阻率法（CR） Complex Resistivity
频谱激电法（SIP） spectral Induced Polarization
什么是SIP和CR？
测量装置：与常规激电法相同，但多用偶极-偶极
供电电流：超低频交流电（f=10-2~n102)
~
观测内容：交变供电电流 I ~ MN极间电位差 V (i )
•感应类的电磁法，如MT、AMT、CSAMT、WEM 、MTEM 等探测深度可达几千米，
•下面介绍感应类电磁法
感应类
利用地中涡旋感应电流的一类方法
TEM法和C
TEM （瞬变电磁法）
概述
● 1920年法国科学家C.施伦姆贝格首次发现了激发极化现象；
●奇怪的是C.施伦姆贝格的这一发现竟然15年无人过问，甚至连他本人也不打算 利用自己的这一成果；
电法勘探方法种类及优缺点
可控源音频大地电磁法(CSAMT)编辑利用人工场源激发地下岩石，在电流流过时产生的电位差，接收不同供电频率形成的一次场电位，由于不同频率的场在地层中的传播深度不同，所反映深度也就与频率构成一个数学关系，不同电导率的岩石在电流流过时所产生的电位和磁场是不同的，CSAMT方法就是利用不同岩石的电导率差异观测一次场电位和磁场强度变化的一种电磁勘探方法。
CSAMT采用可控制人工场源。
测量由电偶极源传送到地下的电磁场分量，两个电极电源的距离为1-2km。
测量是在距离场源5—10km 以外的范畴进行．此时场源可以近似为一个平面波。
2优点编辑由于该方法的探测深度较大(通常可达2k m)，并且兼有剖面和测深双重性质，因此具有诸多优点：第一。
使用可控制的人工场源，测量参数为电场与磁场之比——卡尼亚电阻率．增强了抗干扰能力，并减少地形的影响。
第二，利用改变频率而非改变几何尺寸进行不同深度的电测深．提高了工作效率．一次发射可同时完成7个点的电磁测深。
第三．探测深度范围大，一般可达1~2km。
第四，横向分辨率高。
可以灵敏地发现断层。
第五，高阻屏蔽作用小，可以穿透高阻层。
与MT和AM T法相同，CSAMT法也受静态效应和近场效应的影响．可以通过多种静态校正方法来消除“静态效应”的影响。
3前景编辑CSAMT法一出现就展示了比较好的应用前景．尤其是作为普通电阻率法和激发极化法的补充，可以解决深层的地质问题，如在寻找隐伏金属矿、油气构造勘查、推覆体或火山岩下找煤、地热勘查和水文工程地质勘查等方面．均取得了良好的地频率测深法[频率测法]freque ncy soundi ng method是指频率在几十周/秒到几万周/秒的音频范围内，通过改变交变磁场频率的办法探测岩层电阻率随深度的变化以了解地质构造和找矿的一种人工场源电磁法。
地球物理勘探---电法勘探
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：10²~10 Ω ·ｍ 变质岩：介于两者之间
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（二）、影响电阻率的因素 ①岩、矿石矿物成分（良导金属含量） 一般来说，岩、矿石中良导金属含量增高，电阻率就 降低。但 相比之下岩石的结构更具有关键性的影响。 ②结构
U E
AB M
U U
A M
B M
I 1 1 ( ) 2 AM BM
AB M
I 1 AM 1 BM ( ) 2 2 2 AM AM BM BM
结论： ①靠近电极，电位变化越大 ②在A极（正极）附近，电位迅速升高；在B极（负极）附近， 电位迅速下降。在 AB（正负极）中点 电位为零。 ③在AB中部（1/2— 1/3）地段，电位梯 度很小，场强也较均 匀，在AB中点电位 为零，电场强度为一 常数。（中间梯度法 的原理）
介绍最基本的电阻率法
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。
第一节
一、电阻率法的理论基础
电阻率法
（一）、岩土介质的电阻率 岩土介质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，从中学物理中我们知道， 当电流沿着一段导体的延伸方向流过时，导体的电阻R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 R=ρl/s 式中比例系数ρ成为该导体的电阻率。因此电阻率在数值 上等于电流垂直通过单位面积立方体截面时，该导体所呈现的 电阻。 电阻率的倒数即为导电率ν，直接表征了岩石的导电性能。
物探--2电法勘探
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
电地面
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）。
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
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：
5电法勘探5激发极化法
若保持电流强度不变，测量电极M、N间的交流电位差（幅值△Uf）
将随频率的增加而减小（下图）。 △Uf是交流激发极化法的总场
电位差幅值，它是一次场电位差幅值△Uf1和二次场电位差幅值
△Uf2的叠加
Uf
上述△Uf随频率增大而减小的 现象，称为频散特性或幅频特
性。在一次场作用下，导体与
围岩在界面上形成双电层，需
(T,t)U2(T,t)100%
U(T)
式中：△U(T)为供电T时刻后，测量电极M、N间的总场电位差； △U2(T,t)为断电t时刻后，测量电极M、N间的二次场电位差
上式可以看出，极化率和供电时间T和测量延迟时间t有关。 因此，当提到极化率时，必须指出其对应的供电时间T和测量延 迟时间t。一般情况下，极化率都被定义为长时间供电T→∞和无 延时t →0时的测量结果。即
电路是供电控制单元的指挥
机构，根据设计的程序，使
供电控制单元按规定的时间
和顺序向地下供电，从而实
现野外供电自动化
17
测量部分使用导线将接收机、测量电极和大地相连。接收机由极化 补偿器、电位差值测量单元和测量程序控制电路组成。极化补偿器 用于供电前补偿测量电极间的自然电场电位差和极化电位差，以消 除它们对供电后测量结果的干扰；电位差值测量单元用于测量总场 和二次场电位差，断电后，计算ηs值，并在仪器上直接显示ηs值。 测量程序控制单元是提供测量△U和ηs时的时间控制信号，使电位 差值测量单元定时进行测量
阴 极
++++ -++ +- -
+
+
--
+ + +
-
-
阳 极
地球物理勘探-第四章电法勘探
总场
绝对测量 相对测量
辐射场
异常场
地质雷达 甚低频法
相对测量
瞬变场
异常场
绝对测量
连续波电磁测井 瞬变脉冲电磁测井 井中无线电波透视
频率电磁测深法 多频振幅相位法 多频振幅法 水平线圈法 倾角法 椭圆极化法 振幅比相位差法 虚分量法
瞬变脉冲电磁法
天然场
天然音频磁场航空电法
航
空
连续波航空电法
人工场
瞬变脉冲航空电法
影响视电阻率的因素有： （1）电场作用范围内地电断面——本身的电阻率分布，如断面中 各地层或地质体的电阻率、形状、规模、厚度、埋深等； （2）电极装置的类型、电极距的大小、测点位置、电场有效作用 范围等。
3.电阻率法的物理实质
s
j0
jMN
cos
MN
s
jMN j0
MN
地下电阻率为均匀的介质
• 一般来讲，对一定埋深和一
定大小的良导矿脉而言,当电极
AO小
距AO很小时，随AO的增大，异
α=0°
常明显增大，曲线歧离带越明显
AO中Βιβλιοθήκη ，但当AO增大到一定程度后，异
α=30°
常不再增加，反而开始下降，当 AO大 α=60°
AO很大时，异常将趋于零，两条
曲线基本重合，更没有歧离带可
A a
言。
α=90°
三、电测深法
1．概述 电测深法是探测电性不同的岩层沿垂向分布情况的电阻率
方法。该方法采用在同一测点上多次加大供电极距的方式， 逐次测量视电阻率ρs的变化。
电测深法适宜于划分水平的或倾角不大(<20°)的岩层，在 电性层数目较少的情况下，可进行定量解释。
地球物理勘探重点总结
电法勘探概念：电法勘探是根据岩石和矿石导电性的差异，在地面上不断改变供电电极和测置电极的位置，观测和研究所供直流电场在地下介质中的分布，了解测点电阻率沿深度的变化，达到测深、找矿和解决其他地质问题的目的场源稳定电流场：点电源电场、两异极性点电源电场、偶极子源电场。
变化电流场：电磁场装置类型：对称四极、三极、偶极计算的电阻率，不是某一岩层的真电阻率，而是在电场分布范围内、各种岩石电阻率综综合影响的结果。
我们称其为视电阻率，并用ρs来表示:)1.3.5(IUK MNs∆=ρ高密度电阻率法的测量过程高密度电法野外工作方法:1）测区的选择和测网的布设2）装置形式及参数的选择a装置的选择b极距的确定c测点的分布高密度电法工作原理：高密度电阻率法是集测深和剖面法于一体的一种多装置、多极距的组合方法，它具有一次布极即可进行多装置数据采集以及通过求取比值参数而能突出异常信息的特点。
自然电场：由地球表层内矿体、地下水和各种水系间的物理化学作用产生的电场。
自然电场的形成原因:氧化还原：地下水溶液与矿石间的电化学作用。
过滤作用（吸附）：地下水的渗流和过滤作用。
接触扩散：矿化溶液的离子在岩石交界面上的扩散和岩石骨架对离子的吸附作用。
自然电场分类:1、电化学活动形成的自然电场2、过滤电场3、扩散电场激发极化法（简称激电法）是以不同岩、矿石激电效应之差异为物质基础，通过观测和研究大地激电效应，来探查地下地质情况的一种分支电法。
电子导体的激发极化机理电子导体（包括大多数金属矿和石墨及其矿化岩石）的激发极化机理一般认为是由于电子导体与其周围溶液的界面上发生过电位差的结果。
离子导体的激发极化机理双电层形变形成激发极化的速度和放电的快慢，决定于离子沿颗粒表面移动的速度和路径长短，因而较大的岩石颗粒将有较大的时间常数（即充电和放电较慢）。
这是用激电法寻找地下含水层的物性基础。
充电法：是以岩石电阻率为基础的一种直流电法勘探，根据充电体与围岩电性差异，向充电矿体充电，使充电体变为一等位体或似等位体，研究充电体和其周围电场分布特征，从而解决充电体的形状、大小和产状等地质问题充电法原理:充电法是在被勘探的矿体上或其它良导电性地质体的天然或人工露头接上供电电极（A）进行充电（用直流电源，也可用交流电源），另一供电电极(B)置于远离充电体的地方。
电法勘探及分类
电法勘探及分类电法勘探及分类2010年07月13日星期二上午09：40电法勘探,什么是电法勘探?什么是电法勘探?电法勘探(electrical prospecting)是根据岩石和矿石电学性质(如导电性、电化学活动性、电磁感应特性和介电性，即所谓"电性差异")来找矿和研究地质构造的一种地球物理勘探方法。
它是通过仪器观测人工的、天然的电场或交变电磁场，分析、解释这些场的特点和规律达到找矿勘探的目的。
电法勘探分为两大类。
研究直流电场的，统称为直流电法，包括有电阻率法、充电法、自然电场法和直流激发极化法等；研究交变电磁场的，统称为交流电法，包括有交流激发极化法、电磁法、大地电磁场法、无线电波透视法和微波法等。
按工作场所的差别，电法勘探又分为地面电法、坑道和井中电法、航空电法、海洋电法等。
电法勘探的发展历史电法勘探方法可以追溯到19世纪初P.Fox在硫化金属矿上发现自然电场现象，至今已有100多年的历史。
我国电法勘探始于20世纪30年代，由当时北平研究院物理研究所的顾功叙光生所开创。
经过70余年的发展，我国的电法勘探无论在基础理论、方法技术和应用效果等方面都取得了巨大的进展，使电法成为应用地球物理学中方法种类最多、应用面最广、适应性最强的一门分支学科。
同时，经过广大地球物理工作者不懈努力，在深部构造、矿产资源、水文及工程地质、考古、环保、地质灾害、反恐等领域，电法已经和正在发挥着重要作用。
限于篇幅，本文仅对其中几种主要方法，如：高密度电法、激发极化法、CSAMT等作简要介绍，并就这些方法在水文和工程地质中的应用进行阐述，供广大水文和工程地质、工程物探人员参考电法勘探原理电法勘探是根据岩石和矿石电学性质(如导电性、电化学活动性、导磁性和介电性，即所谓"电性差异")来找矿和研究地质构造的一组地球物理勘探方法。
它是通过仪器观测人工的、天然的电场或交变电磁场，分析、解释这些场的特点和规律，达到找矿勘探的目的。
电法
7、野外观测过程中几个问题处理
a、供电电流的变化控制在±2%以内，当电流不稳时 采取 “I-ΔV-I”的读数方式和短暂供电的办法 b、干扰较大的地区ΔV观测时间较长时，采用“ΔV-I” 的方式读数 c、观测困难及处理（指针式仪器） 仪器无输出极化补偿失调----测量回路不通 极化不稳---测量电极埋设于流水、腐殖层、铜丝触地 指针迟缓---测量电极接地电阻过大 指针无规律摆动，但测量电极正常---严重漏电、导线 摆动、干扰电流等 d、重复观测 单次观测难以保证精度的点、畸变点、与相邻测线比变 化较大的点 取数原则：4舍1、7舍2…..
3、导线敷设
a、供电与测量导线不能交叉 b、测量导线尽可能避免悬空，必须悬空时应将导线拉紧。 c、测量导线应远离高压线、电话线 d、多段导线连接处，接头要牢固、外皮要绝缘良好
• 4、电极接地
• a、测网敷设精度要高 ρ=K V K=2π MN I 接地点位要准确，若需移动：沿测线＜1%，垂直测线＜2.5% • b、电极入土深度1/20AB • c、电极并联时垂直放线方向布设，任意两电极间应大于2倍入土深度
A
发射机
B
O
60
2～4km
测量网格
4～8km
接收机
CSAMT工作观测装置示意图
CSAMT勘探，它是一种人工场源的频率域测深方法，它 与传统电测深相比，主要有如下明显的优点： 1、工作效率高：利用一个发射偶极子供电，可以在它两侧 的一个很大的扇形区域内进行数据采集，每一个测量点都 是一个测深点。在山区或地形复杂交通不便的地区测量时， 只需移动接收机，机动灵活，工作效率高，成本低； 2、勘探深度大；可达3~5km 3、垂向分辨率高。其垂向分辨率明显高于传统方法，对深 部构造的变化细节有较高的分辨能力； 4、受地形影响小：由于接收时所测的值事实上进行了归一 化，因而地形影响大为减弱，由于是水平波场，因此，测 区内地形影响也较小； 5、高阻层穿透能力强：CSAMT法使用的是交变电磁场， 因而它可以穿过高阻层，特别是高阻薄层。有些无法用直 流电法探测到的高阻薄层下的地质体，使用CSAMT法能很 好的反映出来。
电法
双对数坐标纸
1 9 8 7 6 5 4 3 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 9 8 7 6 5 4 3 2 2
1 9 8 7 6 5 4 3
1 9 8 7 6 5 4 3
2
2
1 9 8 7 6 5 4 3
1.量板法
（1）量板的编制 二层量板
s f ( 1 , 2 , h1 , AB 2) , 若以1，h1为单位作理论曲线， s 2 AB 转换为 f ( , ), 采用双对数坐标，有 1 1 2h1
AB log s log 1 f ( 2 , log log h1 )。实际 2 AB 测深曲线在双对数坐标 中为log s f ( 2 , log ）， 2 二者对比可知 , 纵坐标位移了 log 1，横坐标位移了 log h1。
一、联合剖面法
1. 装置形式
2.剖面曲线特征 低阻体正交点； 高阻体反交点；
（1）低阻（良导）体的曲线
（2） 高阻 体的 曲线
二、对称四极法曲线特征
3.复合对称四极剖面曲线
三、中间梯度法曲线特征
四、应用
第四节 激发磁化法
岩石介质的激发极化现象
在研究岩石中的稳定电流场时，人们发现在向 地下供入稳定电流后，测量电极之间的电位并不是 立即达到饱和值，而是随着时间缓慢变大，经过几 分钟后趋向于一个稳定的饱和值；当断开供电电流 后，测量电极之间的电位差并不是立即下降到零， 而是在最初的一瞬间快速下降到某个数值，以后随 时间缓慢地下降，经过几分钟之后衰减至零。这种 断电后还存在的电位差，称为二次电位差。
WTEM-1Q 瞬变电磁系统集（右一）、外置大功 率发射机（中）、GPS同步控制器（左一）
地质普查中常用几种电法方法
土槽模拟
数值计算
4、几种装置 ⑴电剖面法：如联合剖面、对称四极、偶极等，其 特点是各电极间保持一定距离，其勘探深度大致一定。 ⑵电测深法：如对称四极测深、偶极测深，最常用的是 对称四极测深，AMNB四极呈对称排列，固定MN不动，或 按与AB极距之比例移动，将AB逐渐增大，以加大勘探深 度。⑶中间梯度法：固定AB极，MN在AB的1/2或2/3区间 移动测量。 5.这几种装置的特点是： 联合剖面：水平分辩率 高，对陡倾斜或直立脉状低 阻体反映灵敏，根据ρsA与 ρsB的低阻正交点可确定异 常体头部位置，根据曲线的 不对称性可指明异常体的倾 向。
现结合研讨班的学习内容介绍几种主要电法方法。
一、电法勘探的原理及分类 二、地质调查中常用的几种电法方法 （一）电阻率法 （二）激发极化法 （三）电磁法 三、电法的发展现状
四、电法勘探深度定义及其影响因素
一、电法勘探的原理及分类
电法勘探是以地下岩（矿）石的电性或电磁性差异为基础的勘探方法。
岩（矿）石的电磁学性质主要有四种：
· ρ
MN
这是定性分析ρs曲线的重要公式，称为视电阻率的微分形式。
根据视电阻率微分公式分析，影响视电阻率的因素主 要有2点：一是围岩导电性不均匀，二是地形影响。地形影 响可引起假异常，即山脊出现低阻异常，山谷出现高阻异 常，即视电阻率曲线与地形呈镜像。地形改正方法是用比 较法，即用野外实测的视电阻率曲线（ρssh），逐点除以 相应点纯地形异常， ρ =ρ ssh /（ρ sD/ρ 1） s 获得纯地形视电阻率异常的方法有： ① ② ③ 导电模拟
偶极剖面：排列形式是A B M N ，该装置 在异常 体上出现双峰。当AB=MN=a，BM=na，改变n， 即改变极距 时，用3～4个电极距，可获得测深断面图。由于异常复杂， 该方法只能做定性解释。该装置的优点是BM一般较小，不 需要大的供电设备。适用较小功率的装置还有二极法、三 极法，这些装置对于发现较浅的异常体有一定作用。
电法勘探 electrical prospecting
电法勘探electrical prospecting根据地壳中各种岩石和矿体之间存在的电磁学性质的差异，通过对电磁场观测，以探查地质构造和寻找有用矿产。
电法勘探主要利用岩石的导电性、介电性、导磁性和电化学性质(见岩石物理性质)。
当地下岩层和矿体的电学性质沿水平方向和垂直方向发生变化时，地面观测到的电磁场空间分布便相应地发生变化。
根据电磁场空间分布的异常特征，人们可以推断地质构造或矿体的存在状态，包括大小、形状、位置、埋藏深度和物性参数等，从而达到勘探的目的。
电法勘探的方法有许多种，常用的方法有电阻率法、充电法、激发极化法、自然电场法、大地电磁法和电磁感应法等。
电法勘探的应用范围很广，主要用于寻找金属和非金属矿床，勘查地下水和能源资源，并解决一些工程地质问题。
发展简史电法勘探自19世纪初开始实验研究。
1835年福克斯(R. W.Fox)用自然电场法找到了第一个硫化矿。
19世纪末期提出的利用人工场源的电阻率法，到20世纪初已较成熟。
20世纪初确立了电阻率法和温纳尔装置。
激发极化效应的电化学过程是1920年发现的，经各国学者的深入研究，形成了激发极化法。
电磁感应法于1917年提出，并于1925年首次获得找矿效果。
中国的电法勘探工作始于30年代，1949年以后才取得迅速发展。
1, 电阻率法此法利用岩石、矿石电阻率的差异，观测地面上人工电流场（稳定的或准稳定的）的分布规律。
许多国家用此法寻找石油、煤田、地下水和金属矿床，都取得一定成效。
图1为电阻率法原理示意。
由电源通过地面上一对金属电极A、B向地下输入强度为I的电流，使地中建立稳定电流场,在地面上另外两个测量电极M、N之间观测电位差△U，并按公式: ,计算视电阻率ρs。
通常以MN中点为测点，标示出ρs值，便知ρs沿测线的变化情况。
K称为电极排列系数,它与A、B、M、N四个电极的相对位置和间距有关。
对于一定的电极排列,K为常数。
当地下只有一种电阻率为ρ 的均匀各向同性介质时,ρs=ρ；当地下为非均匀介质时, ρs则取决于围岩、矿体、测点位置和电极排列等因素。
电法勘探4-激发极化法
综上所述，各种交流激电参数和直流激 电参数均可相互联系起来，即相位和频 散率及极限极化率和实测极化率参数间， 都近似地存在正比关系。 研究其中某种参数的性质便可代表其余 参数的有关特征。
4.激发极化法的工作方法
采用不极化电极
激发极化法装置的选取
原则上讲，电阻率法的各种电极装置都可用于 激电法，不过，这些装置在激电法中的特点和效 能各不相同，故应根据激电法的地质任务、工区 地电条件和仪器、设备情况，合理选用装置类型。 现对激电法中几种常用装置的特点和效能作些对 比性的讨论，以供选择装置时参考。
极化率的影响因素
体极化岩、矿石的极化率除了与观测时的充放 电时间有关外，还和岩、矿石的成分、含量、 结构及含水性等多种因素有关。 我国物探工作者对大量矿化岩、矿石标本作了 系统观测 ，研究了多种因素对岩、矿石极化 率的影响规律，研究结果表明，在上述诸多因 素中，影响 岩、矿石极化率的主要因素是电 子导电矿物的含量和岩、矿石的结构、构造。
(3) 非矿化岩石的激发极化效应
不含电子导电矿物的非矿化岩石，属纯离子导体， 在电流激发下的激发极化都发生在细小岩 石颗 粒与周围溶液的界面上，也是体极化。 但其激电性质又与矿化岩石不同： ①岩石的极化率通常很低，一般不超过1～2%， 少数能达到4～5%。 下面列举了一些岩石和矿石极化率的实测数据的 统计结果，它表明了一般情况下，岩、矿石极化 率的数量概念。
U t 2 1000 (T , t ) 0 U (T )
极化率为用百分数表示的无量纲参数
为简单起见，我们将长时间供电(T→ ∞，即充 电达饱和)和断电瞬间(t→0)测得的饱和极化率 η（∞，０）定义为极化率 ，记为η。
电法勘探激发极化法
通常将供电时地下电场随时间增长的过程称为“充电过程”； 断电后电场随时间衰减的过程称为“放电过程”
Ⅰ岩、矿石激发极化效应的成因（电子导体、离子导体）
①电子导体激发极化效应的成因
+++++-+-+---+-+导体-+-+--+-+---++++++
盐溶液
电子导体的自然极化时，沉浸于盐溶液中的 单一电子导体表面会形成封闭的“双电层”， 对外不显电性，在周围空间不形成电场。这 种自然状态下的双电层电位差是导体与盐溶 液接触时的电极电位，称为“平衡电极电位”
5激发极化法
在进行电阻率法测量时，人们常常发现：在向地下供入稳定 电流的情况下，仍可观测到测量电极MN间的电位差是随时间而 变化的（一般是变大），并经相当时间（一般约几分钟）后趋于 某一稳定的饱和值；在断开供电电流后，测量电极MN间的电位 差在最初一瞬间很快下降，之后便随时间相对缓慢的下降，并在 相当长时间后（通常也约几分钟）衰减接近于零。这种在充电和 放电过程中，由于电化学作用引起的随时间缓慢变化的附加电场 现象，称为“激发极化效应”（简称激电效应）。激发极化法 （简称激电法）是以不同岩、矿石间激电效应的差异为某础，通 过观测和研究大地激电效应，以探查地下地质情况的一种分支电 法。本法目前在我国应用较广，地质效果引人重视
液 +-
相-
+
+-
固相
++++
固相
++
+-
+
液
-
+
-+相 +-
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第三节 激发极化法
什么是激发极化法？
激发极化法，简称激电法，是以地下岩、矿石在人工 电场下发生的物理和电化学效应（激发极化效应）差 异为基础的一种电法勘探方法。
激发极化分类： ① 直流电——直流（时间域）激发极化法 ② 低频交流电——交流（频率域）激发极化法
与其他电法勘探方法相比：
三、极化体的激电异常
（三）偶极剖面装置的激电异常
三、极化体的激电异常
（四）测深装置的激电异常
12 1 1
注意与直流电测深曲线对比
四、激发极化法的应用（一）
四、激发极化法的应用（二）
高电阻率高极化率 判断矿体倾向采用中梯 装置电剖面法激发极化 法
不同岩矿石极化率对比表
（三）激发极化法测定的参数
2.视极化率ηs和视频散率Ρs
s
V2 V
100 %
Ps
V f1 V f 2 V f2
100 %
在电场有效作用范围内各种岩矿石极化率或频散率 的综合影响值——视极化率或视频散率。
（三）激发极化法测定的参数
3.视极化率ηs和视频散率Ρs的影响因素
（1）装置类型 （2）极化体的导电性 （3）装置相对于极化体的位置 （4）充放电时间
注意与电阻 率和视电阻 率对比
二、激发极化法的仪器装备和工作方法
装置类型与电阻率法相同。联合剖面、中间梯度和电 测深装置；交流激电法常用偶极装置。常用中间梯度 和偶极装置
三、极化体的激电异常
（一）中间梯度装置的激电异常
(T , 极化率ηt )
V 2 (t ) V (T P
V f1 V f 2 V f2
①
岩矿石的η和P 除了与观测是的充放电时间有关外， 还与岩矿的成分、含量、结构及含水性有关。
② 金属矿、石墨化和碳化地层的η和P都较高，可达n～ n×10%；岩石（不含电子导体）η和P通常很低，一 般为2 ～ 3%，少数能达4 ～ 5% 。
c)
1.电子导体激发极化效应的成因
在外电场作用下，“致密 块状”的电子导体与溶液 接触时，其激发极化效应 产生在导体与溶液的接触 面上——称为”面极化“； 对于”侵染状“的电子导 体或矿化岩石与溶液接触 时，其激发极化效应产生 在每一个电子导体颗粒与 溶液的接触面上称为” 体 极化“
尽管每个小颗粒与围岩的接触面很小，但它们的
三、极化体的激电异常
（一）中间梯度装置的激电异常
三、极化体的激电异常
（一）中间梯度装置的激电异常
三、极化体的激电异常
（一）中间梯度装置的激电异常
注意两侧剖面 极大值在地面 上的投影并不 在铜板正上方
三、极化体的激电异常
（二）联合剖面装置的激电异常
三、极化体的激电异常
（二）联合剖面装置的激电异常
间变化的附加电场的现象——称为“激发极化效应”
（一）岩矿石激发极化效应的成因 1.电子导体激发极化效应的成因
a) b)
导体表面为均匀双电层，在周围不形成电场； 当有电流流过上述电子导体—溶液系统时，导体内 部的电荷将重新分布，自然双电层发生变化，导体 受到极化作用，为充电过程； 断去供电电流，为放电过程
接触面积的总和却相当大。所以，尽管侵染状矿体
与围岩的电阻率差异很小，仍然可产生明显的激发 极化效应
2.岩矿石激发极化效应的原因
“薄膜极化”假说
a) 未加电场前的孔隙通道；
b) 加电场的孔隙通道 1——离子堆积带，2——离子不足带
（二）岩矿石激发极化的时间及极化率
在直流激发极化法中， 用极化率η来表示岩、 矿石的激发极化特性， 即
激发极化法（IP）的优点：
① 能寻找侵染状矿体。 ② 能区分电子导体和离子导体产生的异常。
③ 地形起伏不会产生假异常。
激发极化法（IP）的缺点：
① 矿化（黄铁矿化、石墨化的岩层）岩层产生 强激电异常
② 电磁耦合干扰给交流激电法资料的解释带来 困难。
岩矿石的激发极化现象
激发极化法的理论基础
通常将供电时，地下电场随时间增长的过程称为充 电过程，断电后，电场随时间衰减的过程称为放电 过程。 这种在充、放电过程中，由于电化学作用产生随时
(T , t )
V 2 (t ) V (T ) 100 %
（二）岩矿石激发极化的时间及极化率
在交流激发极化法中， 用频散率Ρ来表示岩、 矿石的激发极化特性， 即
P V f1 V f 2 V f2 100 %
（三）激发极化法测定的参数
1. 极化率和频散率