电阻率

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电阻串联n方向:
Rn=R1+R2
h1 h2 h1 h2 n 1 2 s1 s1 s2
n (h1h2 ) 1h1 2h2
h1 1 h2 2 n h1 h2
电阻并联t方向:
l 1 R1 1 l h1 h1
1 1 1 Rt R1 R2

但是,当颗粒体积含量相当大,以致彼此连通 时,矿物颗粒的电阻率2便对岩、矿石的电阻 率有明显影响。可见,岩、矿石中某种组成部 分对整体岩、矿石电阻率影响的大小,主要决 定于它们的连通情况:连通者起的作用大,孤 立者起的作用小。例如,浸染状金属矿石,胶 结物多为彼此连通的造岩矿物,故整个矿石表 现为高阻电性;又如含水砂岩,其胶结物为彼 此相连、导电性好的孔隙水,故含水砂岩的电 阻率通常低于一般岩石的电阻率。
n 1 (1 V ) 2V
由上两式可知,总有关系 n≥ t。
图1.1.3 岩、矿石电阻率与矿物颗 粒体积含量的关系曲线 1-球状颗粒(a=b=c);2-针状颗 粒(a=b=1/40c);3-片状颗粒 (a=b=40c)。虚线为纵向电阻率 t;实线为横向电阻率n

图1.1.3分别给出了根据以上公式计算所得的三 种不同形状矿物颗粒组成的岩、矿石电阻率与 矿物颗粒体积含量的关系曲线。由图中曲线1可 见,在球形矿物颗粒的情况下,不论矿物本身 为高阻还是低阻,当体积含量不太大(V<60%) 时,整体岩、矿石的电阻率受2之影响甚小, 其值接近胶结物电阻率1;仅当颗粒体积含量 相当大(V≥80%)时,2才对有明显作用。这 是由于颗粒体积含量不大时,各颗粒是相互分 离的,而胶结物却是彼此连通的,故矿物颗粒 对整体岩、矿石电阻率的影响不大,此时胶结 物起主要导电作用。

沉 积 岩 粘 土 砾 石 页 岩 砂 岩 灰 岩
15.0~63.2
10.1~62.9 20.2~37.7 1.5~44.8 2.0~18.4 0.7~10① 火 成 岩
安山岩
辉长岩 花岗岩 辉绿岩 闪长岩 正长岩
6.0~
0.4~1.9 0.4~4.1 0.2~5.1 0.4~4.0 0.9~2.9

n t
m n t
2.岩、矿石电阻率与所含水份的关系
天然水的电阻率一般处在10-1~103Ω·m范围 (见表1.1—3),其高低主要取决于总矿化度。 因为不同盐的离子迁移率大体相同,因此电解 质化学成分对电阻率的影响较小。图1.1—4为 食盐溶液电阻率变化与浓度的关系曲线,可见 二者呈反比关系。 岩、矿石所含水份的多少(或湿度大小)对其 电阻率有较大影响。一般湿度大的岩石电阻率 较低,而湿度小或干燥岩石的电阻率较高。
2.岩、矿石的电阻率
图1.1—1几种岩石电阻率值的分布范围曲线 由上述可知,矿物电阻率值是在一定范围内 变化的,同种矿物可有不同的电阻率值,不 同矿物也可有相同的电阻率值。因此,由矿 物组成的岩石和矿石的电阻率也必然有较大 的变化范围。图1.1—1为几种常见岩石电阻 率值的分布范围曲线。
1.1.2 影响岩、矿石电阻率的因素

现以孔隙中充满水分的石英砂岩为例,确定湿度对岩 石电阻率影响的近似数量关系。由于水的电阻率ρ水较 砂粒的电阻率ρ2低得多(ρ水<<ρ2),考虑到岩石中体 1 V 积含水量或湿度 ,故代入上式得据式 (1.1—2) 可得岩石的电阻率为 2 V 水 2(1 V )

n t
表 1.1—2 岩石名称 λ
几种常见岩石的非各向同性系数
n/t
岩石名称
λ
n/t
层状粘土
1.02~1.05
1.04~1.00
泥质页岩
1.41~2.25
2.2~5.0
层状砂岩
1.1~1.6
1.20~2.56
无烟煤 石墨碳质页 岩
2.0~2.55
4.0~6.5
泥质板岩
1.1~1.59
由上所述不难理解:自然界含片状或针
状良导矿物的网脉状或细脉状金属矿石, 沿网脉或细脉方向的电阻率值明显低于 同等金属矿物含量的浸染状矿石的电阻 率值;而含片状、树枝状高阻矿物(如 石英脉)的岩石,垂直于岩脉方向上的 电阻率值往往很高。因此,一般情况下, 岩、矿石的结构构造比矿物颗粒含量对 岩、矿石电阻率的影响更大些。
绝缘体
107· m以上
按载流子的性质,导体又可以分为电子导电的金属导体 和离子导电的固体电解质两类。
1.1.1 岩、矿石电阻率的一般特点
1 矿物的电阻率 岩石和矿石都是矿物组成,按导电机制不同,固体 矿物可分为三种类型,即金属导体、半导体和固体 电解质。 大多数金属矿物均属于半导体。半导体中的电子很 少,它们主要不靠自由电子导电,而是靠空穴导电, 因此,其电阻率都高于金属导体,并有较大的变化 范围(10-6~106· m),见表1.1—1。由表可见, 大多数常见的金属硫化物(如黄铁矿、黄铜矿、方 铅矿等)和某些氧化矿物(如磁铁矿),其电阻率 均较低(<1· m)具有良好的导电性。
图1.1—3 层状结构岩石模型 (a)实际岩石;(b)等效模型
如图1.1—3所示,若两种电阻率分别为
1和2的薄层岩石交替成层,它们的总
厚度分别为h1和h2,则可按电阻并联和 串联的关系,得到沿层理方向和垂直层 理方向的电阻率表达式
h1 h2 t h1 h2
1
2
h1 1 h2 2 n h1 h2
1-球状颗粒 (a=b=c);2针状颗粒 (a=b=1/40c) ;3-片状颗粒 (a=b=40c)。 虚线为纵向电 阻率t;实线 为横向电阻率
n
图1.1—2 岩、矿石电阻率与矿物颗粒体积含量的关系曲线
在自然界中,大多数沉积岩和一部分变质 岩,由于沉积和构造挤压作用,往往使 两种或多种不同电性的薄层交替成层, 形成层状构造。在一般情况下,层状岩 石的电阻率也具有方向性。如图1.1—3 所示,若两种电阻率分别为1和2的薄 层岩石交替成层,它们的总厚度分别为 h1和h2,则可按电阻并联和串联的关系, 得到沿层理方向和垂直层
R

某种物质的电阻率被定义为电流垂直流过 1m3的立方体均匀物质时,所表现的电阻() 值。电阻率的单位为欧姆· 米,记作· m。电导 率为电阻率的倒数,其单位为西门子/米,记作 s/m,物质的导电性越好,其电阻率值便越小, 电导率便越大,反之亦然。
在物理学中,把所有物质按导电性分为三类: 导体 半导体 10-8-10-5· m 介于导体与绝缘体

( 1 2 2 ) ( 1 2 )V 1 ( 1 2 2 ) 2( 1 2 )V
②针状颗粒:若岩、矿石的矿物颗粒为针
状(近似于拉长的旋转椭球体a=b<<c) 时,岩、矿石的电阻率具有方向性。沿 着矿物颗粒长轴和垂直矿物颗粒长轴方 向,岩、矿石电阻率的表达式分别为
结晶石灰岩 0.9~8.6
变 质 岩
片 麻 岩 大 理 岩
0.4~7.5 0.1~2.1
① 带有喀斯特溶洞的灰岩孔隙度 可达n· 10%。
处于潜水面以上的岩石,因大气中的水
分通过降雨、雪可渗入地下,也并非完 全干燥。在渗透过程中,由于岩石颗粒 对水的吸附作用,岩石孔隙中能保存一 部分水分。一般孔隙直径越小,吸水性 越强,岩石的湿度便越大,故粘土的电 阻率较低。
t 1 2 1V (1 V ) 2
1 2 ( 1 2 )V n 1 1 2 ( 1 2 )V
由上两式可知,总有关系 n≥ t。
③圆片状颗粒:若岩、矿石的矿物颗粒
为片状(近似于压扁的旋转椭球体a=b, c≈0)时,沿着片状矿物面和垂直于片状 矿物面的方向上,岩、矿石的电阻率可 分别表示为 1 2 t 1V 2 (1 V )
第一篇 电阻率法

电阻率法是以地壳中岩石和矿石的导电 性差异为物质基础,通过观测与研究人工建 立的地中电流场(稳定场或交变场)的分布 规律达到找矿目的和解决其他地质问题的一 组电法勘探分支方法。
第1章 岩石和矿石的导电性
在电法勘探中表征物质导电性的参数是电阻率或电导率
L R S

1
当:L=1m, S=1m2时:

表 1.1—3 名 雨 河 海 称 水 水 水
几种常见天然水的电阻率 名 称 电阻率(Ω ·m) <100 1~10 0.1~1
电阻率(Ω ·m) >1000 0.1~100 0.1~10
地 下 水 矿 井 水 深成盐渍水

图1.1—4 食盐溶液电阻率与浓度的关系
岩石湿度的大小,主要决定于岩石的孔隙度
1.20~2.5
2.0~2.8
4.0~7.84
由以上两式可以看出,由不同电阻率
(1≠2)薄层岩石交替形成的层状岩石, 不论1和2的相对大小,亦不论h1和h2 的大小(除零而外),其电阻率皆具有 非各向同性,并且总是沿层理方向的电 阻率t小于垂直于层理方向的电阻率n。 为了表征层状岩石的非各向同性程度和 平均的导电性,定义其非各向同性系数 和平均电阻率m分别为

由图可见,对于片状和针状结构的岩、矿石, 不论1>2,还是1<2,总是n>t。这表明, 片状或针状结构的岩、矿石电阻率具有明显的 方向性,即各向异性。对比图中三种不同结构 岩、矿石的曲线可以看出:含良导片状或针状 矿物颗粒的岩、矿石之横向电阻率n与含同样 体积的球形颗粒的岩、矿石电阻率相差不大, 而其纵向电阻率t却明显低于含球形颗粒岩、 矿石的电阻率值;含高阻片状(或针状)颗粒 岩、矿石纵向电阻率t与含同样体积的球形颗 粒的岩、矿石电阻率和针状颗粒的岩、矿石 横向电阻率n均相差不多,而其n却明显大于 球形或针状结构的岩、矿石电阻率。
及当地的水文地质条件。在潜水面以下,岩 石孔隙通常被地下水所充满,此时,岩石的 湿度便等于其孔隙度。表1.1—5给出了几种 常见岩石孔隙度的测定结果,它可作为估计 潜水面以下岩石湿度的一个参考资料。
分 类
岩石名称 孔隙度(%) 分 类 土 壤 20.0~69.4
岩石名称 孔隙度(%) 玄武岩 18.7~

表1.1—1 常见半导体矿物的电阻率值
矿物名称 斑铜矿 磁铁矿 磁黄铁矿 黄铜矿 电阻率值 (Ω·m) 10-6~10-3 10-6~10-3 10-6~10-3 10-3~100 矿物名称 赤铁矿 锡 石 辉锑矿 软锰矿 电阻率值 (Ω·m) 10-3~106 10-3~106 100~103 100~103
黄铁矿
方铅矿
10-3~100
10-3~100
菱铁矿
铬铁矿
100~103
100源自文库106
辉铜矿
辉钼矿
10-3~100
10-3~100
闪锌矿
钛铁矿
103~106
103~106
另一些金属硫化矿物和氧化矿物,如辉锑
矿、闪锌矿、锡石、软锰矿、铬铁矿和赤 铁矿等,它们的电阻率较高(约为 1~106· m)。 绝大多数造岩矿物(如辉石、长石、石英、 云母和方解石等),均属于固体电解质, 其电阻率都很高(>106Ω·m ),在干燥情 况可视为绝缘体。它们是结晶格子中具有 共价键或离子键的介电体,其主要特点是 在电场作用下带电粒子(电子和离子)极 化,但不能自由移动。
1.岩、矿石导电率与成分和结构的关系 为了研究不同结构岩、矿石的电阻率与其成分 和含量的关系,假设胶结物的电阻率为1,矿 物颗粒的电阻率为2,则岩(矿)石电阻率 与1、2及矿物颗粒的百分体积含量V有关, 并且不同形状的矿物颗粒,其关系是不同的。 根据等效电阻率的近似理论,不同结构岩、矿 石的电阻率分别有如下关系式: 当岩、矿石的矿物颗粒为①球形时,其电阻率 表达式为
l 2 R2 2 l h2 h2
h1 h2 t h1 h2
1
2

表1.1—2中列出了几种常见岩石的非各向同性系 数λ和n/t值。由表可见,某些岩石(如石墨化 炭质页岩、泥质页岩等),在垂直和平行层理两 个方向的电阻率相差竟达4~7倍以上,这在资料 的推断解释中,应引起充分重视。
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