电法勘探 充电法
地球物理勘探(电法)附答案及部分解析
，R=UI ,则为同步变化，不受电流大小影响7.在可控源电磁测深中，反映物性的电磁参数主要是哪个？（B）A. 直立的低阻矿体B. 直立的高阻矿体C. 处于山谷的低阻矿体D. 水平的高阻矿体19. MT中浅部电性不均体主要影响哪个量的测量：(A)A.电场振幅B.电场相位C.磁场振幅D.磁场相位20. 下列条件中，对岩矿石电阻率无影响的是（B）A 岩矿石结构与岩矿石成分B测量装置 C 温度 D 岩矿石的孔隙度21.下列哪些情况可视为远区工作的有（D）A.观测场为平面波B.发收距大于趋肤深度C.CSAMT工作法D.MT工作法22. 下列地球物理勘探方法中，属于电磁法勘探的是（D）A.充电法B.频率测深法C.激发激化法D.对称四极测深法23. 下列条件中，对岩矿石电阻率无影响的是（B）A 岩矿石结构与岩矿石成分B测量装置 C 温度 D 岩矿石的孔隙度三、填空题1.在电法勘探中已被利用的岩（矿）石的电学性质有岩（矿）石的电阻率，极化率，介电性以及介电常数。
2. 目前用于煤田的勘探方法主要包括MT、 AMT、CSAMT以及TEM等3.电法勘探按观测的场所分海洋电法、地面电法、航空电法、以及井下电法。
4.大地电磁测深曲线中，高视电阻率对应低相位。
5.中间梯度法理论上在寻找直立的高阻体和水平的低阻体能产生明显的异常。
6.作为边界条件，在两种岩石分界面上，连续的参数有电流密度的法向分量及电场的法向分量。
7. 自然电场法的测量方式有电位梯度测量、电位观测法以及追索等位线。
四、简答题1、瞬变电磁勘探存在一个最小勘探深度，即盲区，为什么？因为无论是发送线圈还是接收线圈，自身有一个过渡过程，在激励关断瞬间，接收线圈接收到的信号既有地下电磁感应信号，又有线圈本身的自感及发送线圈的自感信号，在早期，自感信号大于感应信号。
第 4 页共6 页这个点采集时间需要1/0.0001，也就是10000s，但是半分钟不可能得到如此低频的数据；2.“通过软件直接反演电道磁道数据而无需阻抗数据”不合理，对于人工源，我们是可以知道频谱的，但是对于天然源，我们是无法知晓的，因此天然源只能反应阻抗差，不能直接反演电道磁道数据。
电法勘探——传导类电法
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低阻体
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高阻体
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第四节：偶极剖面法
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AB=MN=a OO’=3～5h a=1/4～1/10 OO’
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低阻体
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低阻体
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高阻体
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第五节 高密度电阻率法
高密度电阻率法是一种新兴阵列勘探方法，将多个电 极(可达上百根)置于测线上，通过电极转换开关和工程 电测仪便可实现数据的快速自动采集并能够进行现场
外采集的数据量较大，从一定意义上讲提高了探测精 度。相对于常规电阻率法而言，它具有以下特点：
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30
1).电极布设是一次完成的，这不仅减少了因电 极设置而引起的故障和干扰，而且为野外数据 的快速和自动测量奠定了基础。
2).能有效的进行多种排列方式的扫描测量，因 而可以获得较丰富的关于地电断面结构特征的 地质地球物理信息。
N
B
MN -B
装置相对笨重，地形 影响大。解释时具～1/5AO
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4
A S
kA
U
A MN
IA
B S
kB
U
B MN
IB
kA
kB
2
AM AN MN
（AMN∞） （∞ MNB ）
在测量时，C极固定不动，AMNB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，得到两个
其中 Kβ=6 a
谈充电法在地质勘探中的应用
通过 对探测 地 下水 流速 、 流 向追 索岩溶 区的地 下暗
的距 离上 ， 用 测 量 电极 Ｍ， 按 八 个 方 位 进 行 等 电 位 测 河 、 探 测 老 窑采 空 范 围 的叙述 ， 可 知 当含水 层 埋 藏深 度
充 电法探 测地 下水 流速 、 流 向 废井 口（ 或经钻 探 老窑 的钻 孔 ） 作 为 充 电点 ， 将 供 电电极 应 用 追 索 等 位 线 的 方 法来 确 定 地 下 水 的流 速 、 流 Ａ 用 电 缆 连 好 投 人 废 井 （ 或钻 孔 内 ） 水 面下 ， 同 时 将 供 电 向 。一 般 只 限于 含 水 层 的埋 深 较 小 ， 水 力 坡 度 较 大 以 电极 Ｂ置 于 无 限 远 处 ，将 测 量 电 极 Ｎ 布 置 在 Ｂ极 反 方
谈充电法在地质勘探中的应用
口 宋 晓磊
充 电法最 初主要 用 于金 属矿 的详查 和勘 探 阶段 ， 其 距离绘 图， 记 录时 间 。
根 据 盐 溶 化 前 后 所 测 得 等 电位 线 ， 即可得 出地下 水 况 ， 当 对 天 然 或 人 工 的 揭 露 良导 体 露 头 进 行 充 电 时 ， 实 的流 速 、 流 向 。其 流 向 即 为 盐 化 后 测 得 的 等 位 线 偏 移 最 际 上 整 个 地 质 体 就 相 当 于 一 个 大 电极 ， 若 良 导 地 质 体 的 远 的方 向 。 其 地 下 水 流 速 为 ｖ： 电阻 率远小 于 围岩 电阻 率 时 ， 我 们可 以近似 地把 它看 成 是 理 想 的导体 ， 在 导体 内部 并不 产 生 电 压 降 ， 导体 的表 形 成 了 围岩 中 的 充 电 电 场 ， 当地 质体 不 能被 视为 理想 导 体（ 即不等 位体 ） 时， 充 电 电场 的空 间分 布将 随充 电位 置
地球物理勘探(电法)附答案及部分解析
，R=UI ,则为同步变化，不受电流大小影响7.在可控源电磁测深中，反映物性的电磁参数主要是哪个？（B）A. 直立的低阻矿体B. 直立的高阻矿体C. 处于山谷的低阻矿体D. 水平的高阻矿体19. MT中浅部电性不均体主要影响哪个量的测量：(A)A.电场振幅B.电场相位C.磁场振幅D.磁场相位20. 下列条件中，对岩矿石电阻率无影响的是（B）A 岩矿石结构与岩矿石成分B测量装置 C 温度 D 岩矿石的孔隙度21.下列哪些情况可视为远区工作的有（D）A.观测场为平面波B.发收距大于趋肤深度C.CSAMT工作法D.MT工作法22. 下列地球物理勘探方法中，属于电磁法勘探的是（D）A.充电法B.频率测深法C.激发激化法D.对称四极测深法23. 下列条件中，对岩矿石电阻率无影响的是（B）A 岩矿石结构与岩矿石成分B测量装置 C 温度 D 岩矿石的孔隙度三、填空题1.在电法勘探中已被利用的岩（矿）石的电学性质有岩（矿）石的电阻率，极化率，介电性以及介电常数。
2. 目前用于煤田的勘探方法主要包括MT、 AMT、CSAMT以及TEM等3.电法勘探按观测的场所分海洋电法、地面电法、航空电法、以及井下电法。
4.大地电磁测深曲线中，高视电阻率对应低相位。
5.中间梯度法理论上在寻找直立的高阻体和水平的低阻体能产生明显的异常。
6.作为边界条件，在两种岩石分界面上，连续的参数有电流密度的法向分量及电场的法向分量。
7. 自然电场法的测量方式有电位梯度测量、电位观测法以及追索等位线。
四、简答题1、瞬变电磁勘探存在一个最小勘探深度，即盲区，为什么？因为无论是发送线圈还是接收线圈，自身有一个过渡过程，在激励关断瞬间，接收线圈接收到的信号既有地下电磁感应信号，又有线圈本身的自感及发送线圈的自感信号，在早期，自感信号大于感应信号。
第 4 页共6 页这个点采集时间需要1/0.0001，也就是10000s，但是半分钟不可能得到如此低频的数据；2.“通过软件直接反演电道磁道数据而无需阻抗数据”不合理，对于人工源，我们是可以知道频谱的，但是对于天然源，我们是无法知晓的，因此天然源只能反应阻抗差，不能直接反演电道磁道数据。
充电法
充电法
二、充电法野外工作方法
电位法 梯度法 直接追索等位线法
充电法
二、充电法野外工作方法
1、电位法 直接观测测线上各测点与远离测区的一相对电位零点之间的
电位差，然后根据各测点相对于电位零点的电位值绘制剖面电位 曲线和平面等位线图。
无穷远测量电极N应安置在与供电电极B相反的方向上，作为 电位零值点。另一测量电极M则沿测线逐点移动，观测其相对于N 极的电位差，作为M极所在测点的电位值U。同时观测供电（充电） 电流强度I，计算归一化电位值。
1、充电法的基本理论
充电法工作原理图
充电法
一、充电法原理和工作条件
1、充电法的基本理论
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。供电时充电体为一等位体或似等位体，电流由充电体流 入围岩，形成稳定电流场，该电场的分布特征与充电体的形 态、大小和产状等因素有关。在地面、钻井或坑道中对其电 场的空间分布进行观测和研究，以了解矿体或其它良导体的 赋存情况，获得所需要的地质资料。
充电法
四、充电体参数的确定
1、确定导体长度的方法
确定导体长度的方法即为确定导体端点的位置。由中心 纵向剖面电位梯度曲线极值点来确定导体的长度。对于上端 水平，沿走向长度有限，且埋深浅的导体可把中心纵向剖面 上的梯度曲线极值点位置作为导体端点的位置，两极值点之 间的 距离可为导体的长度。如果导体埋藏较深时，则梯度 曲线极值点向导体端点外侧移动，称动距离随深度增大而增 大，且与导体向下延伸长度有关。对于直立矩形薄板导体， 梯度曲线极值点与导体端点的距离 可按下式计算：
B(∞)
电法勘探方法技术及应用
三、装置类型的选择
（一）中间梯度装置 中梯装置的一个主要优点，是敷设一次供电导线和供电电极A、B便能在 相当大的面积上测量，特别是还能用几台“远点启动”的接收机同时在该面 积上观测，因而具有较高的生产效率；此外，它在A、B间的中间地段测量， 接近水平均匀极化条件，故对各种形状、产状和相对导电性的极化体均可得 到相当大的异常；而且异常形态较简单，易于解释。 中梯装置的特点是供电电极距较大，这导致它的两大缺点：（ 1）要求 较大的供电电流强度，这使得它的装备比较笨重。（2）电磁耦合干扰较强； 不过，在时间域观测中选用几百毫秒或更长的延时，可有效地降低这种干扰。 故在时间域激电法中，中梯装置应用最广。 在普查找矿中主要采用纵向中梯；而横向中梯主要用于解决某些专门问 题，如在普遍矿化背景上，划分良导电富集（矿）带和确定矿化体走向长度 等。
按工作场所，通常分为： 航空电法 地面电法 海洋电法 地下电法
TRIDEM固定翼三频航空电磁测量系统
IMPULSE直升机吊舱航空电磁测量系统
海洋电磁法系统
• 系统由发射机和接收机两大部分组成。
按建场方式，通常分为： 天然场源（被动源）电法 人工场源（主动源）电法
供电极距的大小 决定勘探深度
有覆盖层时中梯装置的激电异常
相对无覆盖层而言： 高阻覆盖层：异常幅度变大， 曲线变陡 低阻覆盖层：异常幅度变小， 曲线变缓
H=1,h0=6 1：u21=99 ，2：u21=4 3：u21=1， 4：u21=0.5
5：u21=0.25 6：u21=0.11
7：u21=0.042
测线与矿体走向斜交
频率域电磁测深的基本原理
天然电磁波
时间域电磁测深原理
早 期 信 号 反 映 浅 部 结 构
电法勘探总复习（二）
电法勘探总复习（二）1、主动源及被动源电法勘探方法的常用方法。
主动电源勘探方法：电阻率法、激发极化法、充电法、电磁法被动电源勘探方法：自然电场法、大地电磁探测法、甚低频电磁法2、岩(矿)石电磁性质。
岩矿石的导电性、岩矿石的介电性、岩矿石的自然介极化性、岩矿石的激发极化性、压电性和震电性。
3、影响岩(矿)石电阻率的主要因素。
(1）电阻值①成分和结构岩、矿石的电阻率决定于胶结物和矿物颗粒的电阻率、形状及其百分含量。
沿层理方向的电阻率ρt小于垂直于层理方向的ρn电阻率。
②所含水分岩石电阻率ρ随ρ水成正比关系变化，同时与湿度ω成反变关系③温度电子导电矿物或矿石的电阻率随温度增高而上升；离子导电岩石的电阻率随温度增高而降低。
④压力在压力极限内，压力大使孔隙中的水挤出来，则ρ变大；压力超出岩石破坏极限，则岩石破裂使ρ降低。
(2)极化率影响因素：充放电时间；岩矿石的成分、含量、结构及含水性极化率主要决定于所含电子导体矿物体积百分含量ξ及其结构。
导电矿物的颗粒度：导电颗粒越细小η越大；导电矿物的排列：定向排列或序列，η越大；导电矿物的致密程度：矿化岩石越致密，η值越大。
4、瞬变电磁剖面测量装置类型。
同点装置、偶极装置、大回线源装置5、瞬变电磁场状态的基本参数。
6、瞬变电磁法中常用的剖面测量装置。
同点装置、偶极装置和大回线源装置。
7、瞬变电磁法中常用的测深装置。
电偶源、磁偶源、线源和中心回线8、介质相对介电常数εr一般特点。
大多数造岩矿物均很小，且变化范围不大，金属矿物一般有较大的纯水的最大9、激电测深法中常用的装置类型。
对称四极装置，等比装置和固定点源装置。
10、激电剖面法常用的装置类型。
中间梯度装置、偶极装置、近场源装置和联合剖面装置。
11、交流激电法的主要观测参数。
视频散率、视频散电阻率、视频散电导率。
12、直流激电法的主要观测参数。
视极化率、视激电电阻率、视激电电导率。
13、电阻率剖面法的装置类型。
装置：二极，三极装置，联合剖面装置，对称四极装置，中间梯度装置，偶极装置14、电阻率法的主要的装备。
电法勘探 充电法
t
t
4.测试油田压裂施工中的裂缝
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
应用范围：
金属矿的详查及勘探阶段：查明矿体的 产状、分布及其与相邻矿体的连接情况 水文、工程地质调查中：用来测定地下 水的流速、流向、追索岩溶发育区的地 下暗河和研究滑坡等问题
一、充电法的基本原理
（一）理想导体：
所谓理想导体是指导体本 身的电阻率为零。其特征 该导体位于一般导电介质 中，向其导体上任何一部 位接通外加电源供电时 （充电），导体均为电压 等位体；电流遍及整个导 体，无电位降，而后垂直 表面流向周围介质之中。
1. 2. 3. 4.
基本概念及应用领域 充电法的基本原理
理想导体充电场的基本特征 充电球体的电流场 充电椭球体的电流场 非理想导体的充点场
1. 2. 3.
充电法的应用
充电法应用的条件 充电法的野外工作方法 充电法的应用
什么是充电法
是对地面上、坑道内或 者钻孔中已经揭露的良 导体直接充电，通过观 测其充电场的空间分布 来了解矿体规模大小和 赋存状态的电法勘探方 法。 属传导类、主动源直流 电法
（二）充电球体的电流场
① 平面分布规律
由于球体的对称性， 其充电电场的分布与 位于球心的点电流场 极为相似，其电位等 值线的平面分布为一 簇同心圆。
充电球体等位面
② 剖面分布规律
在主剖面上，电位曲线成轴对称正异常，球心投影点处为 极大值，两侧电位对称减小趋于零；电位梯度曲线成左正右负 点对称异常,球心投影点处为零，两侧电位梯度绝对值对称减 小趋于零；
充电导体附近电流线和等电位线的分布
(a)剖面图; (b)平面图; 1—电流线; 2—等电位线
爱课程电法课后习题
1、地球物理勘探?它是以岩矿石(或地层)与其围岩的物理性质差异为物质基础，用专门的仪器设备观测和研究天然存在或人工形成的物理场的变化规律，进而达到查明地质构造寻找矿产资源和解决工程地质、水文地质以及环境监测等问题为目的勘探，叫地球物理勘探，简称物探。
2、地球物理勘探方法特点？1.当利用地球物理勘探方法进行勘探时，被勘探的目标体与其围岩间必须有物性差异；2.必须使用专门的仪器接收地球物理场的变化；3.它是个反演问题，所以存在着多解性。
3、电法勘探？电法勘探是以岩(矿)石之间的电性差异为基础，通过观测和研究与这种电性差异有关的电场或电磁场的分布特点和变化规律，来查明地下地质构造或寻找矿产资源的一类地球物理勘探方法。
第一节绪言习题参考答案1、什么是电法勘探？到目前为止，电法勘探利用了哪些物理性质？（10分）答：电法勘探是地球物理勘探方法中的一种勘探方法，它以岩、矿石的导电性、电化学活动性(激发极化特性)、介电性和导磁性的差异为物质基础，使用专用的仪器设备，观测和研究地壳周围物理场的变化和分布规律，进而达到解决地质问题为目的的一组地球物理勘查方法。
电法勘探利用的物理性质有：导电性、电化学活动性(激发极化特性)、介电性和导磁性2、简述电法勘探的特点答：简单说是三多一广，即利用的场源形式多、方法变种多、能解决的地质问题多，工作领域（地面、航空、海洋、地下）宽广。
3、简述影响岩、矿石导电性的因素答：（1）组成岩矿石的成分和结构，包括胶结物和颗粒的电阻率、形状及相对含量；（2）岩石的湿度和孔隙度；（3）温度；（4）压力。
4、什么是自然极化?答：是由不同地质体接触处的电荷自然产生的（表面极化）或由岩石的固相骨架与充满空隙空间的液相接触处的电荷自然产生的(两相介质的体极化)。
5、什么是面极化?什么是体极化?答：面极化是指激发极化发生在极化体与围岩溶液的界面上，如致密的金属矿或石墨矿属于此类。
体极化是指极化单元(指微小的金属矿物、石墨或岩石颗粒)呈体分布于整个极化体内，如浸染状金属矿石和矿化、石墨化岩石以及离子导电岩石均属这一类。
地球物理勘探概论：第四章-电法勘探
甚低频航空电法
各种电法勘探方法是适应不同地质 任务的需要而发展起来的。它们广泛 地应用于各种地质工作中，不仅可以 寻找金属及非金属矿产，还可以进行地质填图，查明地下地 质构造、寻找油气田、煤田和地下水等。此外，电法勘探还 用于地壳及上地幔的研究之中。 近年来，一些建立在电法勘探基本原理基础之上的新方法 如管线探测、探地雷达等广泛用于城市工程勘查，它们在管 线勘查、路基、高层建筑地基及大型水电站、水库坝基勘查 方面发挥了重要作用。
双边三极观测系统
2. 仪器及实际应用
➢ 仪器设备 为实现跑极和数据采集自动化，除 测量主机和电极外，还需要配有多道 电极转换器、多心电缆和微处理机。
➢ 应用实例
§4.2 充电法和自然电场法
一、充电法
在普查和评价金属矿中，经常遇到这样的问题：对一些矿 体露头（天然的或人工的）作出远景评价，大致圈定矿体的走 向长度，了解倾斜方向、埋藏深度等；对于两个矿体露头，要 解决深部是否连接；此外已知矿体周围是否有盲矿体等。充电 法是解决以上问题的较好方法。
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°
B a
在高阻岩脉上，交点处呈现高阻，反交点两侧附近，曲 线呈两翼紧闭的形状；
地形起伏对联剖的影响较为严重，可以在山脊地形上出 现低阻反交点；而在山谷地形上出现高阻正交点，在资料解 释时，一定注意。
M A
B N
地面水平， 地下为均匀、 无限、 各向同性介质。
则地表任意两测量电极M和N的 电位U的表达式为:
U I 1 2 r
式中AM、AN、BM、BN分别为供电电极A、B与测量电极M、 N之间的距离。将上两式相减可得M、N两点间的电位差：
电法勘探知识总结(精华)
（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
设地面水平，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。 （地面水平、地下为均匀、无限、各向同性介质）
判断矿体是否相连相邻不相连导电矿脉上两个相邻且相连导电矿脉上的的电位梯度异常曲线电位梯度异常曲线充电法电位平面等值线图判断矿体倾向充电法判断相邻两露头矿体是否相连一自然电场法自然条件下无需向地下供电通过一定的装置形式地面两点间通常也能观测到一定大小的电位差这表明地下存在天然电流场简称自然电场
电法勘探
s
jM N MN j0
在分析一些理论计算、模型实验及野外 地面观测结果时，经常要用到它。
重新分析：
S
(a)
s
jM N j0
M N
1
X
A(+I) (b)
B(-I)
2
1
3
结论：当地下只有一种岩石时，两式是相同的，故按视电阻率的计算式算得的ρs 值等于
岩石真电阻率ρ值。ρs 剖面曲线乃为一条数值等于 p 的直线。
B M
A(I)
L h
o
L
B(-I)
jA h =
I 2(L + h )
2 2
= jB M
jB M
j h 2 j hA cos
jh 的方向平行于地表
Iຫໍສະໝຸດ L ( L2 h 2 ) 3 / 2
M
jh
jA M
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→∞, jh → 0
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。
地球物理勘探知识点
地球物理勘探知识点一、地球物理勘探概述。
1. 定义。
- 地球物理勘探简称物探，它是指通过研究和观测各种地球物理场的变化来探测地层岩性、地质构造等地质条件。
这些地球物理场包括重力场、磁场、电场、弹性波场等。
2. 目的。
- 寻找矿产资源，如石油、天然气、金属矿等。
- 查明地下地质构造，为工程建设（如建筑、桥梁、隧道等）提供地质依据。
- 研究地球内部结构，了解地球的演化过程。
3. 方法分类。
- 重力勘探：利用地球重力场的变化来探测地下地质体的分布和密度差异。
- 磁法勘探：通过测量地球磁场的变化来寻找具有磁性差异的地质体，如磁铁矿等磁性矿体。
- 电法勘探：包括电阻率法、充电法等多种方法，依据地下地质体电学性质（如电阻率、极化率等）的差异进行勘探。
- 地震勘探：是最重要的地球物理勘探方法之一，利用人工激发的地震波在地下介质中的传播特性来推断地下地质构造和岩性。
- 放射性勘探：测量地质体的放射性强度，主要用于寻找放射性矿产（如铀矿）和研究地质构造。
二、重力勘探。
1. 重力场基本概念。
- 重力是地球对物体的引力与地球自转产生的离心力的合力。
- 重力加速度g，在地球表面不同位置其值略有不同，主要受地球内部物质分布不均匀的影响。
2. 重力异常。
- 理论上地球表面的重力值可以根据地球的理想模型计算出来，但实际测量的重力值与理论值存在差异，这种差异称为重力异常。
- 正重力异常：当测量点下方存在高密度地质体时，实测重力值大于理论值。
- 负重力异常：如果测量点下方是低密度地质体，实测重力值小于理论值。
3. 重力勘探仪器。
- 重力仪是用于测量重力加速度的仪器。
现代重力仪具有高精度、高灵敏度的特点，能够测量出极其微小的重力变化。
4. 重力勘探的应用。
- 寻找金属矿，如铜、铅、锌等金属矿往往与高密度的岩石有关，会引起正重力异常。
- 研究地质构造，如盆地、山脉等不同地质构造单元具有不同的密度结构，会在重力场上有明显反映。
- 探测地下洞穴，地下洞穴相对于周围岩石密度较低，会产生负重力异常。
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。
电法勘探原理与方法
电法勘探是以地壳中岩矿石的导电性差异为物理基础，通过观测并研究地表电场的分布规律来达到找矿或解决其他地质问题的一种勘探方法矿物如何按导电机理进行划分？按导电机理分将矿物分为金属导电类矿物，半导体类导电矿物，固体离子类导电矿物。
影响岩石和矿石电阻率的因素:岩、矿石电阻率与成分和结构的关系;岩、矿石电阻率与所含水分的关系（湿度与孔隙度）岩、矿石电阻率与温度的关系三大岩类的电阻率如何变化？沉积岩的电阻率最低，火成岩的电阻率最高，变质岩介于两者之间。
何为非各向同性系数？如何表征对针状和片状的结构的岩石和矿石，无论ρ1、ρ2 及矿物颗粒的百分含量V大小如何，总有ρn ≥ρt，即垂直针状或片状颗粒长轴方向的岩、矿石电阻率总是大于沿着颗粒长轴方向的电阻率。
这表明针状和片状结构的岩石和矿石电阻率具有明显的方向性，即非各向同性；非各向同性系数λ岩石和矿石标本电阻率的测定方法有哪些？露头法、电测井、（岩芯）标本测定法电法勘探进行正演问题数值模拟时，一般会采取哪几种方法？每种方法的特点是什么？一是通过物理模拟，即通过模型实验直接测量得到某种介质和场源条件下稳定电流场的分布情况；物理模拟方法主要有土槽、水槽、导电纸等手段。
二是通过数学模拟途径，即寻求满足边界条件下的拉普拉斯方程解。
数值模拟可分为解析法和数值计算方法两种。
电阻率法的原理是什么？电阻率法是以不同岩矿石之间导电性差异为基础，通过观测和研究人工电场的地下分布规律和特点，实现解决各类地质问题的一组勘探方法。
实质是通过接地电极在地下建立电场，以电测仪器观测因不同导电地质体存在时地表电场的变化，从而推断和解释地下地质体的分布和产状，达到解决地质问题的目的。
何为视电阻率？地下多种非均匀介质电阻率的综合反映单位仍为Ω.m，以符号ρs视电阻率微分表示式及其含义？视电阻率不是该地电断面上某种岩石的真电阻率，而是地下电性不均匀体的一种综合反映。
视电阻率是电法勘探中的一个重要的概念，其意义是：既然视电阻率是地下电性不均匀体的一种综合反映，那么当地下存在高阻或低阻体时，地下介质的导电性能发生变化，从而引起视电阻率的变化，因而可利用视电阻率变化规律以发现和探查地下电性不均匀体，达到找矿和解决其它地质问题的目的。
环境与工程物探：电法勘探(充电法)
充电法的基本理论
•
• 当导电球体的规模不大或埋藏较深时， 可用“简单加倍”的方法近似考虑地 表—空气分界面 对水平地表电场的影响， 理想导电球体的充电电场实际上与位于 球心的点电源场没有区别。
• 由于电位梯度曲线较电位曲线有较强的 分辨能力，所以应用较多。
• 若导电球体位于电阻率为ρ的均匀岩石中， 球心埋深为ｈ０，对球体的充电电流强 度为I，则按地下点电流源场可写出地表 电位的表达式:
将充电法的测量结果绘制成如下图件：
1、电位剖面图 2、电位剖面平面图 3、电位平面等值线图 4、电位梯度剖面图 5、电位梯度剖面平面图 6、电位梯度平面等值线图。
（三）充电法资料的解释
※根据等电位线的形状及密集带，可判定充电体在地 面上投影的形状和走向，并初步圈定其边界；
※根据剖面电位曲线：
利用其极值点推断充电体的顶部位置；利用其拐点 推断充电体的边界位置；利用其对称性推断充电体 的倾向。
（二）充电法的装备及工作方法
1、装备
B(∞)
与电阻率法相同
2、工作方法
（1） 电位观测法：Nቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ置
基N点
于距充电体足够远的某一
固定基点上。M极沿测线
逐点移动，观测各测点相
对于固定基点的电位差，
即为该点的电位值）V。
（2）电位梯度观测法：MN置于同一测线上，保持相 对位置和间距不变，沿测线逐点移动，计算电位梯度 Δv /Δx = ΔvMN /MN
第二节 充电法和自然电场法
一、充电法
什么是充电法： 对地面上、坑道内或者钻孔中已经揭露的良导体直 接充电，以解决某些地质问题的一种电法勘探方法。
充电法的提出： 详查及勘探阶段，良导性地质体有露头但不知道其分 布情况，如矿体是否相连；矿体走向、产状；盲矿； 地下水流速、流向；滑坡
14-电法勘探-直流电法-充电法和自然电场法
3、岩石中地下水运移的电动效应(过滤电场)
由于岩石颗粒对水溶液中负离子有吸附作用，岩石颗粒 与溶液间形成双电层。当地下水静止时，整个系统呈电性 平衡，不产生外电场。地下水流动时，带走溶液中的部分 正离子，水流上游有多余“负离子”，而在水流的下游有 多余的“正离子”，形成极化，从而形成自然电场。
4、岩石中不同浓度溶液离子的扩散作用
在充电体表面附近，电位面 的形状与充电体的形状一致。 远离充点体，等位面趋于圆 形。
等位V为对称曲线；电位梯
度 △V/△X 为反对称曲线，
即在充点体顶部中心,电位 梯度为零,其正、负极值对 应于充电边缘部分
（2）脉状体倾斜时，电位曲线及电位梯度曲线均不对称
电位曲线的极大点与电位梯度的 零值点均向倾斜方向移动。电位 曲线在倾斜一边曲线平缓，在倾 斜相反方向曲线较陡；电位梯度 曲线在倾斜一边曲线平缓，梯度 绝对值小；在倾斜相反方向曲线 陡，梯度绝对值大。
当两种浓度不同的溶液相互接触时，会产生扩散现象。带 电离子由浓度高的溶液向浓度低的溶液里扩散。但正、负离子 的扩散速度不同，使两种不同离子浓度的溶液分解面上分别含 有过量的正离子或负离子，形成电位差。这种由扩散作用引起 的自然电场称为扩散电场。
2.2 自然电场法的装备及工作方法
装备特点： ①不需要电源和供电电极 ②测量电极不用铜棒，而是“不
（3）自然界中，导体都不是等位体(即 ρ0≠0),对其充电后，充电体
上各点的电位并非都相等。
（1）当充电点位于不等位体边缘时，电位及电位梯度曲 线都不对称； （2）当充电点位于不等位体中心时，电位及电位梯度曲 线均成对称分布(很难与等位体区分开来)
因此，在解释中，必须充分考虑到： ①充电导体自身的电阻率（是否满足理想导体的条件） ②充电体与围岩电阻率差异（是否满足 ρ0<<ρ围 ）； ③充电点的位置。
5充电法与自然电场法
一、充电法的基本理论 为了能正确地应用充电法来解决地质问题，首先需要了 解充电电场与充电体形状、大小、位置及周围岩石中电性分 布的关系。我们就来讨论这些问题。 （一）球形导体的充电电场 理想导电球体的充电电场实际上与位于球心的点电源场 没有区别。地表电位、电位梯度的表达式
I 1 U 2 1/2 2 ( x 2 y 2 h0 )3/ 2 U I x 2 x 2 ( x 2 y 2 h0 )3/ 2
但在一定条件下，某些物质或某个系统的正、负电荷会彼此分 离，偏离平衡状态，通常称这种现象为“极化”。某些岩石和
矿石在特定的自然条件下会呈现出极化状态，并在其周围形成
自然电场，这便是岩、矿石的自然极化。
（一）电子导体的自然极化
当电子导体和溶液接触时，由于热运动，导体的金属离子 或自由电子可能有足够大的能量，以致克服晶格间的结合力越 出导体而进入溶液中。从而破坏了导体与溶液的电中性，分别 带异性电荷，并在分界面附近形成双电层，此双电层的电位差 称为所论电子导体在该溶液中的电极电位。它与导体和溶液的 性质有关。若导体及其周围的溶液都是均匀的，则界面上的双 电层也是均匀的，这种均匀、封闭的双电层不会产生外电场。 如果导体或溶液是不均匀的，则界面上的双电层呈不均匀分布， 产生极化，并在导体内、外产生电场，引起自然电流。这种极 化所引起电流的趋势是减少造成极化的导体或溶液的不均匀性。 故若不能继续保持原有的导体或溶液的不均匀性，则因极化而 引起的自然电流会随时间逐渐减小，以至最终消失。因此，电 子导体周围产生稳定电流场的条件是：导体或溶液具有不均匀 性，并有某种外界作用保持这种不均匀性，使之不因极化放电 而减弱。
三、自然电场法的应用
自然电场法是进行硫化金属矿和石墨矿快速普查、乃至 详查的有效方法；在水文地质和工程地质调查中也应用相当 广泛；还常常利用自然电场法普查找矿的面积性观测成果， 对石墨化或黄铁矿化地层和构造破碎带进行地质填图，提供 进一步找矿的远景地段。 自然电场法的观测方式和充电法的观测方式相似，最常 用的是电位观测法；当工作地区游散电流干扰严重时，可采 用电位梯度观测法；用于解决水文地质问题时，还可采用电 位梯度环形测量法。 与电阻率法和充电法不同，自然电场法不能用极化补偿 器来消除极差的影响，因此，测量电极需采用“不极化电 极”。常用的不极化电极有 Cu－CuSO4和 Pb—PbCl不极化 电极。
电法勘探(2)
2 充电法和自然电场法2.1 充电法2.1.1 充电法的基本原理当对具有天然或人工露头的良导地质体进行充电时，实际上整个地质体就相当于一个大电极，若良导地质体的电阻率远小于围岩电阻率，我们便可以近似地把它看成是理想导体。
理想导体充电后，在导体内部并不产生电压降，导体的表面实际上就是一个等位面，电流垂直于导体表面流出后，便形成了围岩中的充电电场。
显然，当不考虑地面对电场分布的影响时，则离导体越近，等位面的形状与导体表面的形状越相似；在距导体较远的地方，等位面的形状便逐渐趋于球形。
可见，理想充电电场的空间分布将主要取决于导体的形状、大小、产状及埋深，而与充电点的位置无关。
图2.2.1为充电法原理示意图。
当地质体不能被视为理想导体（即不等位体）时，充电电场的空间分布将随充电点位置的不同而有较大的变化。
所以，充电法也是以地质对象与围岩间导电性的差异为基础（并且要求这种差异必须足够大），通过研究充电电场的空间分布来解决有关地质问题的一类电法勘探方法。
为了观测充电电场的空间分布，充电法野外工作一般采用两种测量方法：一种是电位法；一种是电位梯度法。
电位法是把一个测量电极（N ）置于无穷远处，并把该点作为电位的相对零点。
另一个测量电极（M ）沿测线逐点移动，观测各点相对于“无穷远”电极间的电位差。
为了消除供电电流的变化对测量结果的影响，一般将测量结果用供电（即充电）电流进行归一，即把电位法的测量结果用I U /来表示。
电位梯度法是使测量电极MN 的大小保持一定（通常为1-2个测点距），沿测线移动，逐点观测电极间的电位差MN U ∆，同时记录供电电流，其结果用)/(I MN U MN ⋅∆来表示。
电位梯度法的测量结果一般记录在MN 的中点，由于电位梯度值可正可负，故野外观测中必须注意MN U ∆的符号变化。
此外，在某些情况下，充电法的野外观测还可以采用追索等位线的方法。
以充电点在地表的投影点为中心，布设夹角为45°的辐射状测线，然后距充电点由远至近，以一定的间隔追索等电位线，根据等位线的形态和分布，便可了解充电体的产状特征。
地球物理勘探---电法勘探
和研究与这种电性差异有关的电场和电磁场的分布特点和变化
规律，来查明地下构造或寻找有用矿产的一类地球物理勘探方 法。
2 特点： 可用“三多”、“两广”来概括 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） 直流电（稳定场） 人工场源
1、一个点电源的电场 在距点电源A为rAM的M点的电流密 度为： I r j 2 2rAM r 根据微观欧姆定律得到M点的场强为：
I r E j 2 2rAM r
由于任一点的电位只与该点到场源的 距离有关，则得：
I dU E dr dr 2 2r
由法国数学家皮埃尔-西蒙· 拉普拉斯首先提出而得名。求解 拉普拉斯方程是电磁学、天文学和流体力学等领域经常遇到的一 类重要的数学问题，因为这种方程以势函数的形式描写了电场、 引力场和流场等物理对象（一般统称为“保守场”或“有势场”） 的性质。
点电源的场 为了研究方便，首先将条件理性化：假定大地是水平的， 且与不导电的空气相接触，地下介质充满整个下半空间，电阻 率在介质中处处相等，即其导电性质与空间方向无关——“均 匀各向同性半空间”。
③湿度（含水量） 湿度对岩石的电阻率有很大的影响，含水岩石的电阻率 远比干燥的岩石低，因此同一区域雨后观测到的电阻率会大 大降低。 ④温度 温度的变化会引起水溶液中离子活动性的变化，因此岩 石中水溶液的电阻率也将随温度的升高而降低，在地热勘探 中，正好是利用这一特征来圈定地热异常的。而冬季勘探时， 地下岩石中的水溶液冻结会呈现极高的电阻率，应予以重视。
⑥矿化度 水溶液的电阻率与其矿化度有密切的关系。地下水的矿化 度变化范围很大，淡水的矿化度约为0.1g/L，咸水的矿化度则 高达10g/L。显然，岩石中所含水溶液的矿化度越高，其电阻率 就越低。因此，在岩性变化不大的条件下，有可能在地面和井 中应用电阻率的差异来划分有咸、淡水的层位。
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(a)剖面图; (b)平面图; 1—电流线; 2—等电位线
理想导体的充电场（在介质中的电流场），与充电点 的位置无关，仅与充电电流强度，理想导体的位置， 形状，大小，产状及周围介质的电性分布有关。
若围岩为均匀电性介质，其空间等位面分布与充电导 体形状相似；其相似程度与相距充电体的距离成反比。 对有限三度体不论其外形如何，若距离充分大的条件 下，其电位等值面趋于球形分布。
（二）充电法的野外工作方法
1、电位法 N极置于距充电体足够远的某一固 定基点上。M极沿测线逐点移动， 观测各测点相对于固定基点的电 位差，即为该点的电位值U，为了 消除电流变化的影响对电位值进 行电流归一，用U/I表示。 2、电位梯度法 MN置于同一测线上，保持相对位 置和间距不变，沿测线逐点移动， 计算电位梯度ΔU /Δ x = ΔU /MN， 进行电流归一后表示为ΔU /I•MN
1. 2. 3. 4.
基本概念及应用领域 充电法的基本原理
理想导体充电场的基本特征 充电球体的电流场 充电椭球体的电流场 非理想导体的充点场
1. 2. 3.
充电法的应用
充电法应用的条件 充电法的野外工作方法 充电法的应用
什么是充电法
是对地面上、坑道内或 者钻孔中已经揭露的良 导体直接充电，通过观 测其充电场的空间分布 来了解矿体规模大小和 赋存状态的电法勘探方 法。 属传导类、主动源直流 电法
若充电椭球体在地下成轴 对称分布，则主剖面上， 电位曲线成轴对称正异常 分布，椭球体的中心投影 点处为极大值，两侧对称 减小趋于零。水平椭球体 的异常范围比直立椭球体 的异常范围大。电位梯度 异常呈点对称分布，极值 点位于椭球体边界外侧附 近。
对倾斜分布的充电椭球体，其电位异常呈现非 对称分布，倾斜一侧异常曲线变缓，电位梯度 曲线在倾斜一侧异常极值幅度变小。 不论是对称分布的、还是倾斜分布的充电椭球 体，其剖面异常的电位异常曲线的拐点和电位 梯度曲线的极值点基本上反映了地下充电体的 地面水平投影边界。
N
3、追索等位线法
布置充电点，以充电点为中心，布设夹角为45°的 辐射状测线，距充电点由近及远分别已一定间隔追 索等位线。固定电极N放在某一测线的一定位置上， 在相邻测线上移动M极寻找以N极点的等位点 （UMN=0），记录该点位置，将各等位点连接成等 位线。
测量结果用等电位线平面分布图表示
（三）充电法的应用
相邻不相连导电矿脉上 的电位梯度异常曲线
两个相邻且相连导电矿脉 上的电位梯度异常曲线
3.测定地下水流速、流向
①
②
③ ④
⑤
布置电极：将A极至于待测含水层中部，N极固定于 水流相反方向，与井口距离约为待测含水层深度； 进行正常场测量，井周围介质是均匀各项同性时等 位线近似为一个圆； 将盛岩布袋悬挂于A极附近，并记下投盐时间t1； 按一定时间间隔追索等位线，记录时间t2， t3…得到 异常场等位线，由于含盐溶液随水流流动，等位线 沿水流方向伸长，形成椭圆形状； L 2 xm 水流速 V xm为oo’的距离
1.确定已揭露（或出露）矿体隐伏部分的形状、 产状、规模、平面分布位置及深度
2.确定已知相邻矿体之间的连通关系 3.在已知矿附近找盲矿体 4.利用单井测定地下水的流速、流向
5.研究滑坡及追踪地、 产状、规模、平面分布位置及深度
2.判断矿体是否相连
第二章 充电法和自然电场法
复 习 ： 几 个 基 本 概 念
常用的电法勘查方法及利用的物性 方法 利用的物性
电阻率法 导电性 充电法 导电性 自然电场法 导电性和电化学活动性 激发极化法 导电性和电化学活动性 （直流激电 和谱激电法） 电磁法 导电性和导磁性 （频率域电磁法和时间域电磁法）
充电法
（四）非理想导体
（1）当充电点位于不等位体边缘时，电位及电位梯度曲线都 不对称； （2）当充电点位于不等位体的中心时，电位及电位梯度曲线 均成对称分布（很难与等位体区分开来）
二、充电法的实际应用
（一）充电法应用的条件
1、探测对象的电阻率ρ1 应远远小于围岩电阻率 ρ2； 2、围岩岩性比较单一，地表介质电性均匀稳定， 地形起伏不大； 3、埋于地下的充电体必须有露头，或是天然露 头或是人工露头（浅井、泉眼、钻孔、坑道等）
旁侧剖面上，其电位和电位梯度的分布与主剖面相似，但 其强度减弱，范围变大。
（三） 充电椭球体的电流场
①平面分布规律
充电电场的地表电位等值 线呈同心椭圆曲线。与椭 球导体的水平截面相近 ， 电位等值线基本上反映了 充电椭球体的形状、产状 和空间位置。 但随着远离充电椭球体， 电位等值线趋于圆形
② 剖面分布规律
应用范围：
金属矿的详查及勘探阶段：查明矿体的 产状、分布及其与相邻矿体的连接情况 水文、工程地质调查中：用来测定地下 水的流速、流向、追索岩溶发育区的地 下暗河和研究滑坡等问题
一、充电法的基本原理
（一）理想导体：
所谓理想导体是指导体本 身的电阻率为零。其特征 该导体位于一般导电介质 中，向其导体上任何一部 位接通外加电源供电时 （充电），导体均为电压 等位体；电流遍及整个导 体，无电位降，而后垂直 表面流向周围介质之中。
（二）充电球体的电流场
① 平面分布规律
由于球体的对称性， 其充电电场的分布与 位于球心的点电流场 极为相似，其电位等 值线的平面分布为一 簇同心圆。
充电球体等位面
② 剖面分布规律
在主剖面上，电位曲线成轴对称正异常，球心投影点处为 极大值，两侧电位对称减小趋于零；电位梯度曲线成左正右负 点对称异常,球心投影点处为零，两侧电位梯度绝对值对称减 小趋于零；
t
t
4.测试油田压裂施工中的裂缝