物探方法 之充电法
充电法和自然电场法
图2-7 测量抽水下降漏斗影响半径的方法 s1水平面（地面）；s2-垂直面；R-影响半径；1-抽水前自 然电位曲线；2-抽水过程自然电位曲线；3-自然电位“8”字形 异常图；4-区域地下水流向；5-抽水下降漏斗
2.1.3.3确定漏水地点、水力联系 及地下水活动情况
图2-8 地下水补给地表水
图2-9 地表水补给地下水
• 一、过滤电场 • 地下水在岩石的孔隙或裂隙中 流动或渗透时，由于岩石颗粒 表面对地下水中的正负离子具 有选择性吸附作用，且大多数 具有吸附负离子的特性。因此， 在地下水的上游方向集中了较 多的负离子，形成低电位。而 在下游方向集中了较多的正离 子，形成高电位，由此形成的 电场称为过滤电场。山地电场 是过滤电场的一种表现形式。 • 过滤电场的场强与渗透压力 的大小以及岩石、溶液的性质 有关。利用下式可对过滤电场 电位差作出近似估算： • ΔU=0.77·ρ水·ΔP
• •
图2-1 氧化还原电场
• 2.1.1.2过滤电场 • 地下水在岩石的孔隙或裂隙中流动或渗透时，由于岩石 颗粒表面对地下水中的正负离子具有选择性吸附作用，且 大多数具有吸附负离子的特性。因此，在地下水的上游方 向集中了较多的负离子，形成低电位。而在下游方向集中 了较多的正离子，形成高电位，由此形成的电场称为过滤 电场。山地电场是过滤电场的一种表现形式。 • 利用下式可对过滤电场电位差作出近似估算： • ΔU=0.77·ρ水·ΔP
• 充电法图示
• 充电法的应用条件 是:
• (1)探测对象的电阻 率ρ1 应远小于围岩 的电阻率ρ2，围岩 的岩性要比较单一， 地表介质电性较均 匀、稳定，地形起 伏不大； • (2)埋于地下的充电 体必须有露头。
图2-15 理想导电球体充电场的电位、电位梯度平面剖面图 (a) 电位平面剖面图；(b)电位梯度平面剖面图
常规物探充电法在水文勘查工作中解决地下水流向及流速的应用
常规物探充电法在水文勘查工作中解决地下水流向及流速的应用王艾【摘要】充电法是常规物探的一种方式，将其用于水文勘查可实时掌握地下水运动情况。
利用电法物探原理，结合工程案例，介绍了高密度电阻率法在地下水勘查中的应用情况，对地下水运行情况进行物探分析。
【期刊名称】《资源信息与工程》【年(卷),期】2016(031)003【总页数】2页(P54-55)【关键词】常规物探;充电法;地下水;应用【作者】王艾【作者单位】贵州地矿基础工程有限公司,贵州贵阳500081【正文语种】中文【中图分类】P64由于多方面因素影响，地下水枢纽施工常面临着诸多问题，使得导流结构布局达不到预定要求，施工单位需从招投标阶段拟定计划方案，为地下水勘查提供良好的作业环境。
因此，充分利用常规物探掌握地下水运行情况，对整个地下水区域规划具有重要意义。
大河煤矿位于盘县城北东的淤泥乡，矿区距淤泥乡政府4.5 km，距盘县城关镇28km，盘县至淤泥乡公路从矿区西侧通过，矿区距松河火车站20 km，交通方便。
矿区地理坐标：东经104°44′25.3″～104°45′27.9″；北纬25° 58′13.6″～25°58′41.7″。
高密度电阻率法是一种阵列勘探方法，其物理原理是利用地下介质间的导电性差异。
同常规电阻率法一样，它通过A、B电极向地下供应电流I，然后在M、N极间测电位差，从而可求得该点（M、N之间）的视电阻率值ρα（见图1）。
地下水赋存于岩溶裂隙及基岩风化裂隙、构造裂隙中，按地层岩性及含水介质组合特征、水动力条件，区域地下水类型分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类基岩裂隙水和碳酸盐岩岩溶水三类，沿岩层走向或倾向径流，在地势低洼及压力减少处以泉点形式排泄。
（1）松散岩类孔隙水。
赋存于第四系（Q）残坡积、冲积、洪积层孔隙内，不整合覆于各地层之上，区域厚度不均。
含水微弱，透水性强，受大气降雨影响，季节变化大，富水性贫乏-中等。
充电法及CSAMT法物探在玉龙温泉勘查中的运用分析
充电法及CSAMT法物探在玉龙温泉勘查中的运用分析【摘要】温泉区域地质构造相对较复杂，为解决深层地质问题，查明地质构造特征和地下水分布，通常先利用高精度工程物探方法进行地质调查，获取物探成果作为地热钻孔实施的前提和依据。
本文以湖北省随州市洪山镇新阳玉龙温泉为例，通过充电法及CSAMT法物探方法的综合运用，来查明断裂带深部地质构造特征及地下水分布情况，为地热钻孔位布置提供依据。
【关键词】温泉；物探方法；断裂构造；地下水1．前言湖北省随州市洪山镇新阳玉龙温泉为湖北省著名温泉之一。
该温泉位于襄广大断裂西段耿集—古井深断裂带上，属断层泉。
温泉附近断裂构造发育：耿集—古井深断裂为一北西向逆掩断层，上盘为随县群浅变质岩，下盘为寒武—震旦纪沉积地层；三里岗—青岩头断裂为其分支断裂，二者在新阳交汇，其间分布狭长条带状白垩纪沉积砾岩。
温泉正位于交汇处附近，与断裂构造密切相关。
温泉附近的随县群岩性为浅灰色变砂岩、绿泥绢云石英片岩；寒武—震旦纪沉积地层出露灯影组浅灰色厚层状状白云岩；天河板—石龙洞组深灰色薄—中厚层白云岩、泥质条带灰岩、炭质灰岩。
钻孔中见有肉红色灰（白云岩）岩，可能在地下赋存有覃家庙组。
该温泉存在热泉出水口，水量约300t/d、水温约37.5°C，在大洪山温泉旅游开发运行中，发现该温泉水量、水温不能满足开发需要，须进一步查明断裂带深部地质构造特征及地下水分布情况，为地热钻孔位布置提供依据。
该项目勘查过程中采用了充电法及CSAMT法物探方法。
2．测试原理及资料采集整理2.1 测试原理充电法：分别以冷、热泉水出口为电源阳极，于2到3公里外布置电源阴极，以恒压电源供电。
根据观测的等电位线可以判断地下水的流向, 分别判断热泉泉水来源或通道。
CSAMT法：属人工源频率测深，是根据不同频率的电磁波在地下传播有不同的趋肤深度δ，通过对不同频率电磁场强度的测量就可以得到该频率所对应深度的地电参数，从而达到测深的目的。
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
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
勘探地球物理学基础(第三章电法勘探)-2015-讲稿
第3章 电法勘探
电法勘探（ electrical prospecting） 是以地壳中不同岩（矿）石之间的电性差异为基础，通过观测和研究天然或人工电场的变化与 分布，以查明地质构造和寻找有用矿产的物探方法。
应用领域： 研究区域和深部地质构造，也可以研究局部地质异常体。在石油勘探中主要用于探查与油气生 成、运移和聚集有关的各种地质构造，如沉积盆地的基底起伏，盖层内部的构造形态，盐丘 、侵入体等局部地质现象，也可以直接研究油气藏。
E
400
ZK8 121006
41 Q
1 3
φ
Ⅶ
△V/m
20 00V 130 140
150 160 170 180 74ZK测线
-
73 6
200-
φ
Ⅰ
400 ZK
37
4680
81Q45 Ⅱ
P
Ⅴ
φ
464线自电、地质综合剖面图
Q 第四系覆盖 P 板岩 Φ 超基性岩 Ⅴ 矿体
488线自电、地质综合剖面图
本章的主要内容
铁路
观测 流点向位 方位 等水 位线
自然电场法确定某区域地下水的流向
§3.1.3 自然电场法的应用
自然电位法进行矿产勘探 地点：青海某矿区 矿种：已知铜矿点； 普查：发现12个异常体； 钻探：验证8个为矿致异常。
△V/m
20
001V30 140
150
160
170 测线
-
N35°
200-
ZK30
§3.1 自然电场法 §3.2 电阻率法 §3.3 充电法 §3.4 激发极化法 §3.5 电磁法
§3.2 电阻率法
物探图解
1、球体
规 则 形 体 的 正 、 反 演 问 题
由公式可见：
当X→∞时， △g =2πG△σ△h 当X→ －∞时， △g =0
当X=0 时， △g = πG△σ△h
2πG△σ△h πG△σ△h
P(x,0)
o 1 2
h1
●
x
h2
△σ
△h
△σ
△h
3、垂直台阶
规 则 形 体 的 正 、 反 演 问 题
平面异常特征：
等值线为一系列平行台阶走向的直线，在断面附 近等值线最密，称为“重力梯级带”，且异常向 台阶延伸方向单调增大。
rB rD
P(x)
D / 2
B
O
X
rA
将它们代入有限延深厚 板磁场表达式，即可得 台阶的磁场公式：
A
B α
rB
i
Ms C
rC C rD D
A B
∞
D
0 M s sin rC Za [cos ( A C ) sin ln ] 2 rA
对称剖面法 1、装置形式及 S 公式
2πG△σ△h πG△σ△h
o
h0 h2 h1
△σ
△h
h1 + h 2 ≈ h0 = , h1 h 2 2
则由台阶公式可得：
－1 x g = 2G( + tg ) 2 h0
=
△ h△ σ
2.2充电法
3.1 激发极化效应及其成因
1．电子导体激电场的成因 在电场作用下，当电流通过电子导体与围岩溶液的界面时，导体内部 的电荷将重新分布，自由电子逆电场方向移向电流流入端，使其等效 于电解电池的“阴极”；在电流流出端则呈现出相对增多的正电荷， 使其等效于电解电池的“阳极”。
图2.3.1 电子导体的激发极化效应 （a）供电前的均匀双电层；（b）供电时的极化现象；（c）断电后的放电现象
1. 理想导体： 所谓是指导体本身的电阻率为零。 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。
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： 电位法 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。
图2.2.11 我国某区域潜水流向图 1—铁路；2—自电环形图；3—等水位线
第三章 激发极化法
激发极化效应（简称激电效应）：当向大地供入电流或 切断电流的瞬间，在测量电极之间总能观测到随时间变 化的电位差，这种在充、放电的过程中，产生随时间缓 慢变化的附加电场的现象 激发极化法（或称激电法）：就是以岩、矿石激发效应 的差异为基础，通过观测和研究大地激电效应来探查地 下地质情况或解决某些水文地质问题的一类电法勘探方 法。 采用直流电或交流电都可以研究地下介质的激电效应， 前者称为时间域激发极化法，后者称为频率域激发极化 法。
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U MN ， 同时记录供电电流，其结果用U MN /(MN· I ) 来表示
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。
物探方法之充电法
二、充电法野外工作方法
? 电位法 ? 梯度法 ? 直接追索等位线法
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。
? 由于地表浮土厚度的加大，使等位线向浮土变厚的方向伸长； 地形坡度大于300时，明显影响充电法观测结果，一般表现是 等位线沿山脊方向伸长，而在陡壁边缘则密集。
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：
一、充电法原理和应用条件
2、充电法的应用条件
? 矿体具有良好的电导率，且其电导率比围岩大100倍以上 ? 矿体埋藏较浅，沿走向有适当的长度（为矿体顶部埋深
的三倍以上）； ? 矿体和围岩电阻率较稳定，无复杂变化； ? 地形起伏和表土不均匀影响较小，无工业用电干扰； ? 接地条件较好，极化稳定。
一、充电法原理和应用条件
心埋深 或H顶端埋深 可由h 下式确定：
H ? K1 xe ? K1l / 2 h ? K2 xe ? K2l / 2
物探图解
x2
x
α
Ms
x
10
50 100 50
10
2、顺层磁化有限延深薄板（双极线）的磁场
（1）磁场表达式 按照与双极磁场类似的推导方法，可以求得其Za磁场 表达式为： P(x) o ﹡ x ho ––
α
2l
h0 l sin h0 l sin [ ] 2 2 2 2 ( x l cos ) (h0 l sin ) ( x l cos ) (h0 l sin )
+Qm
o
h
Ms
p(x)
Za
Ba x
Ha
正点磁荷的Za 曲线是一条负的纵轴对称曲线。
2. 双极的磁场
（1） 磁场表达式
由上顶负点磁荷和
o
h0
Ha Ba
p(x)
θ
Za
x
下底正点磁荷产生的
磁场的迭加，即：
Za Za () Za ()
-Qm
2l
α
Ms
+Qm
Qm h0 l sin Z a () 4 [( x l cos ) 2 (h0 l sin ) 2 ]3/ 2
Za
h0 i
Ms
0 mc
( x 2 h02 )
2 [(2h0 x 2 )sin i 3xh0 cos i] 5/ 2
mc M s V 为球体的有效磁矩，V为球体的体积
2、磁场特征 （1）剖面特征
① 剖面为东西向（A=90°），i =90 °（垂直磁化）
Za
0 mc
(x h )
i
（2）磁场特征
① γ = 0°顺层磁化无限延深薄板，Za剖面曲线为正 的纵轴对称曲线，极大值对应于原点。 o ②γ = 90°时 h
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
充电法及激电测深在莱西地区抗旱找水中的应用效果
充电法及激电测深在莱西地区抗旱找水中的应用效果2011年春季，为响应国土资源部组织全系统开展抗旱找水打井行动的号召，我院发挥自己的优势，以莱西地区为帮扶对象，迅速奔赴现场，开展电测找水工作。
本文就本次抗旱找水中的技术环节、物探方法进行探讨总结，认为充电法配合激电测深法在该区域是一快速、简便、准确、有效的电测找水工作方法，并用纵向微分电阻率或K剖面法对测深数据进行处理，起到压制干扰、突出异常、提高分辨率的作用，取得了较为理想的效果。
标签：充电法；激电测深；莱西地区；抗旱找水；纵向微分电阻率；K剖面法；突出异常1 前言通过实地调查认为：天然电场选频法虽然便捷、快速，但在本地区的实际工作效果较差；激电联剖法在泥岩、砂岩地层视电阻率曲线分异较差，对断裂构造反映不灵敏，且需较大的供电电流，不适于快速定井；而充电法可快速准确确定含水构造走向、倾向，从而确定井位；激电测深法可确定井位点的垂向分层；K 剖面法可计算出测深曲线的电反射系数Kz、透射系数Kd及似真电阻率ρz，提高激电测深垂向分层精度，指导打井工作的顺利进行。
所以优选出充电法及激电测深法作为该地区的找水方法，事实也证明该组合方法是正确的、有效的。
2 充电法原理、应用条件、工作方法及解释（1）充电法原理。
充电法是指在被勘查的目标体上或其它良导电性地质体的天然或人工露头处接上供电电极（A）进行充电，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。
在地面或坑道中对其电场的空间分布进行观测和研究，从而可探测矿体或其它与其连通隐伏的良导体的赋存情况。
（2）充电法应用条件、工作方法。
充电法在该区寻找基岩地下水中的应用条件。
工作区附近或周围有出水量较大的深井、泉水出露点，则可在该地区采用充电法。
为压制干扰，突出异常，直流供电电流一般要大于5A且稳定。
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。
工程物探电磁部分
1、电法勘探深度与哪些因素有关？当供电与测量极距变化时对勘探深度有何影响？影响因素有：介质电性、产状和规模大小以及地电断面结；构探测装置。
原则上说，要想加大勘探深度，只有相应地增大供电极距，从而使分配到一定深度范围的电流密度的百分数相对增大。
显然，在电源功率不变的情况下，随着极距的加大，电流密度值也将随之减小。
所以，当考虑加大极距的同时，也必须考虑加大电源功率。
能够在地表产生可靠异常的最大深度，即为所用电极装置及相应极距的勘探深度。
2、电剖面法有哪些最主要的电极装置类型？说明其应用范围并比较其优缺点。
电剖面法主要有：联合剖面法、对称剖面法、中间梯度法和高密度电阻率法。
①联合剖面法在每个测点可用两个三极装置进行测量，可以得到两条视电阻率曲线，一般在低阻体上出现正交点，比较容易判别低阻体的位置，具有分辨能力强，异常明显等优点，但它需要一个无穷远极，野外工作装置笨重、地形影响大。
②对称剖面曲线的异常幅度和分辨能力都不如联合剖面，但不需要无穷远极，野外工作轻便、效率高。
③中间梯度法工作时只在AB的中部移动测量电极MN，并可在AB连线的1/6AB范围内进行中间梯度法测量，工作效率大大提高。
④高密度电法可以实现数据的快速采集和微机处理，智能化程度高，信息量丰富，具有极高的工作效率，并减轻了劳动强度。
3、三层地电断面的测深曲线类型有哪些？如何从测深曲线形态的变化来判断中间层参数的改变？三层地电断面的测深曲线类型有下列四种各种测深曲线类型对应的电性参数分别为：4、充电法与自然电场法能用来解决哪些水文地质问题，其应用的地质－地球物理前提是什么？充电法可用来查明金属矿体的产状、分布及其与相邻矿体的连接情况，也用来测定地下水的流速、流向，追索岩溶发育区的地下暗河等。
充电法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地质问题。
自然电场法可解决找矿勘探或水文、工程地质问题，也常用于地质填图、寻找含水破碎带、上升泉、渗漏点及确定地下水的流向。
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四、充电体参数的确定
1、确定导体长度的方法
∆ = (0. − 2 ∆ = l − ( 0 .7 ~ 1 .2 ) ⋅ h = l − h
四、充电体参数的确定
2、确定导体的埋藏深度
梯度曲线极值点确定埋深图
四、充电体参数的确定
2、确定导体的埋藏深度 1） 由中心横剖面梯度曲线极值点位置确定，导体中 心埋深 H或顶端埋深 h 可由下式确定： H = K 1 x e = K 1l / 2 h = K 2 xe = K 2 l / 2
二、充电法野外工作方法
充电法的供电电极可以采用铁或铝合金电极，充电电极A 充电法的供电电极可以采用铁或铝合金电极，充电电极A可用 单电极或电极组，无穷远地面供电电极B最好采用电极组， 单电极或电极组，无穷远地面供电电极B最好采用电极组，以减 小接地电阻，保证足够的供电电流。B极和A极的距离为测区对角 小接地电阻，保证足够的供电电流。 极和A 线长度的2倍以上，保证B极对测区的影响可视为零。 线长度的2倍以上，保证B极对测区的影响可视为零。如果采用追 索等位线法工作时， 极应为充电点致边缘测点距离的10倍以上， 索等位线法工作时，B极应为充电点致边缘测点距离的10倍以上， 10倍以上 最好垂直于岩层走向铺放。测量电极应使用紫铜电极棒。 最好垂直于岩层走向铺放。测量电极应使用紫铜电极棒。
充
电
法
刘志新 中国矿业大学资源学院 二零一一年三月
一、充电法原理和工作条件
1、充电法的基本理论
一、充电法原理和工作条件
1、充电法的基本理论
一、充电法原理和工作条件
1、充电法的基本理论 等位导体的电位(V)曲线为一对称曲线, 等位导体的电位(V)曲线为一对称曲线,在导体顶部上方获 (V)曲线为一对称曲线 得宽缓的极大值。在顶部边缘或略向外移之处，电位降落最快； 得宽缓的极大值。在顶部边缘或略向外移之处，电位降落最快； 而在远离它的位置，电位下降逐渐平缓，最后趋于零。等位体的 而在远离它的位置，电位下降逐渐平缓，最后趋于零。 电位梯度曲线则为一反对称曲线，在充电导体顶部， 电位梯度曲线则为一反对称曲线，在充电导体顶部，电位梯度为 零，其正、负极值对应于电位降落最快的充电导体边缘部位 其正、
一、充电法原理和应用条件
2、充电法的应用条件
矿体具有良好的电导率，且其电导率比围岩大 矿体具有良好的电导率，且其电导率比围岩大100倍以上 倍以上 矿体埋藏较浅，沿走向有适当的长度（为矿体顶部埋深 矿体埋藏较浅，沿走向有适当的长度（ 的三倍以上）； 的三倍以上）； 矿体和围岩电阻率较稳定，无复杂变化； 矿体和围岩电阻率较稳定，无复杂变化； 地形起伏和表土不均匀影响较小，无工业用电干扰； 地形起伏和表土不均匀影响较小，无工业用电干扰； 接地条件较好，极化稳定。 接地条件较好，极化稳定。
一、充电法原理和工作条件
1、充电法的基本理论 实际工作中，一般导体都不是等位体。因此，离开充电点， 实际工作中，一般导体都不是等位体。因此，离开充电点， 即使在充电导体内，电位也要下降。导体电阻率越大， 即使在充电导体内，电位也要下降。导体电阻率越大，电位下降 越快。充电曲线与充电点的位置也有关。 越快。充电曲线与充电点的位置也有关。
U
0
点距
三、充电法资料定性分析方法
根据等位线中心的位移方向或中心剖面梯度曲线的不对称性， 根据等位线中心的位移方向或中心剖面梯度曲线的不对称性， 可以确定导体顶部沿走向的倾伏： 可以确定导体顶部沿走向的倾伏：在顶部沿走向方向有倾伏的 导体上，其等位线中心相对异常体中心有位移； 导体上，其等位线中心相对异常体中心有位移； 在纵剖面梯度曲线上，导体接近地表一端，梯度曲线值较大， 在纵剖面梯度曲线上，导体接近地表一端，梯度曲线值较大， 且变化较陡，在下倾斜一端，梯度曲线极值小，且变化缓慢； 且变化较陡，在下倾斜一端，梯度曲线极值小，且变化缓慢； 在导体接近地表一端， 在导体接近地表一端，横向剖面上梯度曲线极值点间的距离 较小，且在埋藏较深的一端， 较小，且在埋藏较深的一端，横向剖面上梯度曲线极值间的距 离加大。 离加大。
三、充电法资料定性分析方法
在充电法资料解释过程中，要善于判断矿体是否为等位体， 在充电法资料解释过程中，要善于判断矿体是否为等位体，否 则会导致地质解释结论错误。为此， 则会导致地质解释结论错误。为此，对同一矿体不同点上进行 观测，若所得结果一样（电位极大值基本重合），则矿体为等 观测，若所得结果一样（电位极大值基本重合），则矿体为等 ）， 位体，反之，为不等位体。 位体，反之，为不等位体。 由于地表浮土厚度的加大，使等位线向浮土变厚的方向伸长； 由于地表浮土厚度的加大，使等位线向浮土变厚的方向伸长； 地形坡度大于300时，明显影响充电法观测结果，一般表现是 地形坡度大于 明显影响充电法观测结果， 等位线沿山脊方向伸长，而在陡壁边缘则密集。 等位线沿山脊方向伸长，而在陡壁边缘则密集。
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。 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 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， 走向长度有限， 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， 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， 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， 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， 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： 可按下式计算：
一、充电法原理和工作条件
1、充电法的基本理论
充电法最初主要用于良导金属矿的勘探， 充电法最初主要用于良导金属矿的勘探，查明矿体的 良导金属矿的勘探 产状、分布及其与相邻矿体的连接情况等。此后， 产状、分布及其与相邻矿体的连接情况等。此后，充电法 在水文、工程地质调查中被用来测定地下水流速、流向， 在水文、工程地质调查中被用来测定地下水流速、流向， 地下水流速 追索岩溶发育区的地下暗河等 追索岩溶发育区的地下暗河等。 地下暗河
一、充电法原理和工作条件
1、充电法的基本理论
充电法：根据充电体与围岩电性差异，向充电矿体充电， 充电法：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， 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、 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； 等地质问题；
二、充电法野外工作方法
1、电位法
二、充电法野外工作方法
2、梯度法
∆ 用某一固定MN极距，逐点观测各测线测点上的电位差，U mn
即观测沿测线的电位梯度值，故称为梯度法。一般MN极距与点 距相等。为了消除由于供电电流变化和MN极距大小的变化对结 果的影响，梯度值应采用 ∆U
( I × MN )
表示。
一、充电法原理和工作条件
1、充电法的基本理论
充电法工作原理图
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 天 充电法 然或人工露头接上供电电极（A）进行充电（用直流电源， 然或人工露头 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 一等位体或似等位体，电流由充电体 充电体流 一等位体或似等位体 充电体 入围岩，形成稳定电流场 稳定电流场，该电场的分布特征与充电体的形 稳定电流场 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。
四、充电体参数的确定
2、确定导体的埋藏深度
（1） （2） （3） （4） （5）
四、充电体参数的确定
2、确定导体的埋藏深度
2） 由横剖面电位梯度曲线确定。 首先通过梯度曲线极值点作平行横轴的直线，然后按 通过零点作曲线下降段的切线，此切线与通过极值点的 直线相交，从交点横轴作垂线，则垂线与横轴交点至零 点的距离，即 m 的大小。对于球型导体中心深度， = 2.6m H
一、充电法原理和应用条件
3、充电法主要解决的地质问题
确定已揭露（或出露）矿体隐伏部分的形状、 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； 产状、规模、平面分布位置及深度； 确定已知相邻矿体之间的连接关系； 确定已知相邻矿体之间的连接关系； 在已知矿体附近找盲矿体； 在已知矿体附近找盲矿体； 利用单测井测定地下水的流向和流速； 利用单测井测定地下水的流向和流速； 研究滑坡及追踪地下金属管、线等。 研究滑坡及追踪地下金属管、线等。
三、充电法资料定性分析方法
对于垂直走向的横剖面上， 对于垂直走向的横剖面上，电位曲线在充电体的上部出现极大 值。如果充电体顶部地表面起伏不平时，往往在矿体距地表较 如果充电体顶部地表面起伏不平时， 近的若干个点上均出现极大值； 近的若干个点上均出现极大值；电位梯度曲线对应充电点在地 面投影处出现零值点，左侧出现极大值，右侧出现极小值。 面投影处出现零值点，左侧出现极大值，右侧出现极小值。
三、充电法资料定性分析方法
当充电体是良导体时， 当充电体是良导体时，电流流经充电体各部分将不产生明显 的电位降。因此可认为导体各处电位相等，即和充电点 处 的电位降。因此可认为导体各处电位相等，即和充电点A处 的电位相等。在围岩中， 的电位相等。在围岩中，由于它的电阻率较充电体的电阻率 高，表现等位线密集，并随着远离导体其等位线形状发生变 表现等位线密集， 化，且等位线稀疏。 且等位线稀疏。
梯度法优点在于分辨能力较强，可以通过梯度曲线详细 的研究矿体的形状、产状和埋深。但它受围岩和表土电阻率不 均匀的影响较大。