地球物理勘查

然而实际中，地下岩石的导电性往往是不均匀的、且地 形亦不是水平的，因此有必要进一步讨论非均匀条件下地中 电流场分布的情况。
2、非均匀介质中的地下电流场及视电阻率 地电断面：根据地下地质体电阻率的差异而划分界线的断面。 （1）非均匀介质中的地下电流场
由图可见： 高阻体具有向周围排斥电流的作用。 低阻体具有向其内部吸引电流的作用。
则具有非各向同性，即沿层理
方向的电阻率小于垂直沿层理
ρt
方向的电阻率
ρn
ρ ρ
1 2
（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 匀各向同性半空间。即：
当薄脉倾斜时： ρs曲线不对称，交点两侧两条曲线所围的面积不相等。薄
脉向两条曲线所围面积较大的一侧倾斜。
不同倾角α情况下良导薄脉的模型实验曲线。 当α＜90°时，两条ρs曲线是不对称的。这是由于倾斜的 低阻薄脉向下吸引电流时，使得倾斜方向上的ρs曲线普遍下降 所致。由于曲线不对称，正交点也略向倾斜方向位移。
2、联合剖面法 ρs 曲线特征分析 讨论直立低阻薄脉上联合剖面法ρs 曲线特征：
s

jM N j0
M N
ρ2<ρ1
由图可见： ① 在直立良导薄脉顶部上方， ρsA与 ρsB相交，且交点ρs < ρ1 （围岩）； ② 交点左侧 ρsA>ρsB相交,交点右侧 ρsA>ρsB，此交点称为联合剖面法的 “正交点”（或低阻交点）； ③ ρsA与ρsB相交曲线对称，交点两侧， 两条曲线明显张开。
5
6
7
s

jMN j0
MN
ρs 剖面曲线的变化能清楚地反映出地 下导电性不均匀体的位置及电阻率的
相对高低。
3、视电阻率的定性分析公式
s

jMN j0
MN
第一节 电阻率法
二、电阻率法的仪器和装备
由视电阻率的计算公式
s
k
UMN I
可知，其仪器
功能就是测量出供电电流I及测量电极M、N间的电位差
在AB的中点，V=0，中点左边V为正，右边为负；
（三）地下电流沿深度的分布规律
jhjM AjM B
A(I)
L
jhA 2(L2Ih2) jM B
jh2jh Aco sI(L2L h2)3/2
OL
h
j
B M
M
j
A M
B(-I)
jh
jh 的方向平行于地表
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
当 h→0，
jh
h0j0
I

1 L2
jh
j0

1 (1(h/L)2)3/2
令
jLh I (hh22L22L )2 5/2 0
即当 Lh/ 2 （或者 AB 2h ）时， h深度的 电流密度最大，该供电电 极距称为“最佳电极距”。 例如：要使100m深处的电 流密度最大，则AB应大于 或等于140m。
流电法）研究交变电 甚低频法
流场
电磁波法
大地电磁法
两广
应用空间广
航空 地面 海洋 井中
应用范围广
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）
电法勘探的应用
• 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。
着测线移动，逐点测量视电阻率的值。所得到的ρs曲 线是反映测线下某一深度范围内不同电性物质沿水平
方向的分布情况。
分类： 电阻率法
联合剖面法 中间梯度法 对称剖面法 偶极剖面法
（一）联合剖面法
1、装置特点及 ρs 公式 AO=BO MO=NO
C→∞
OC > 5AO
sA

kA
U
A MN
IA
sB

ρ空气
地面
ρ 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”。
当供电电极的大小比它们与关测点的距离小得多时， 可把两个供电电极看成两个“点”，故又将它们称为 “点电源”
ρ 空气 A
P
ρ 0
B
地面
1、一个点电源的电场
设在地面A点向地
下供电，电流强度 为I，地下半空间的
UMN I
ρ3
ρ1
ρ2
视电阻率 ： 在电场有效作用范围内各种地质体 电阻率的综合影响值。
（3）影响视电阻率的因素
电极装置—供电电极（A、B）及测量电极（M、N）的排 列形式和移动方式
① 电极装置类型及电极距的大小 ② 测点相对于地质体的位置； ③ 电场有效作用范围内各种地质体的真电阻率； ④ 地质体的分布状态（形状、大小、埋深及相对位置）
kB
U
B MN
IB
( AMN) (MNB)
A (I)
M ON
(-I) B
kAkB2AM MANN
在测量时，C极固定不动，A、M、N、B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，得两个ρs值
由于C极为无穷远极，它在M、N处产生的电位很小，故可忽略 不计，因此，联合剖面法的电场可视为一个“点电源”的电场。
三多：
①可利用的物 性参数多
导电性（ρ 或 σ ） 电化学活动性（η） 介电性（ε） 导磁性（μ）
②利用场源多
人工场源 天然场源
直流电（稳定场） 交电流（交变场）
③方法 种类多
传导类电法勘探（直 流电法）研究稳定电 流场
电阻率法* 充电法
自然电场法 激发极化法
低频电磁法
感应类电法勘探（交 频率测深法
应用地球物理学概论 电法勘探
中国地质大学（武汉） 地球物理与空间信息学院
什么是电法勘探：
它是以岩、矿石的电学性质（如导电性）差异为基 础，通过观测和研究与这些电性差异有关的（天然或 人工）电场或电磁场分布规律来查明地下地质构造及 有用矿产的一种物探方法，称为“电法”。
电法勘探的特点：可用“三多”、“两广”来慨括
L 不变 h 不变
（四）电阻率公式及视电阻率 1、（均匀大地）电阻率公式
ρ 空气 A
M
N
ρ
B
地面
M、N处的电位为：
UM

I 2
(1 AM
-
1) BM
UN

I 2
(1 AN
-
1) BN
式中AM、BM、AN、BN分别A、B与M、N间的距离。 上两式相减可得M、N两点间的电位差：
U M N U M -U N 2 I(A 1-M B 1-M A 1 N B 1)N
VMA VMB
jMA jMB

I 2
(
1 AM2
பைடு நூலகம்I ( 1 - 1 )
2 AM BM
I
2
1 (AM2

AAMMBM 1 2

AM AM
1 BM2

BM) BM

BM) BM
地下电流场在供电电极附近分布极不均匀，其值趋于无限大； 而在两极中央地段，场的分布较均匀，变化较平缓。
（2）视电阻率
当地表不水平或者地下电阻率分布不均匀时（存在两种 或者两种以上介质），仍然采用前述均匀介质中的供电方式及 测量方式，仍由前述的公式计算“电阻率值”，不过，这时计 算出的“电阻率值”，既不是ρ1 ，也不是ρ2和ρ3，而是与三者 都有关的一个量，称为“视电阻率”，用符号ρs表示，即
s
k
3、视电阻率的定性分析公式
视电阻率与电流密度的关系式，即
s

jM N j0
M
N
式中 jMN,MN 测量电极 M、N 间任意点的电流密度和介质的
真电阻率。 j0 —为各向同性均匀介质中 M、N 间的电流密度。
上式表明，ρs 与M、N间的介质的电阻率 ρMN 和电流密度 jMN 成正比。
ρ
1
2 34
s
Rs
s I
l
l
2、电阻率单位
SI制中
电阻R（Ω） 长度（m） 截面积（m2）
电阻率ρ（Ω·m）
3、导电机制
（1）溶液：带电离子 （2）金属导体：自由电子，
如自然铜、金、银和石墨，电阻率低 （3）半导体：“空穴”导电，
大多数金属硫化物，金属氧化物体，电阻率较低 （4）固体电解质：离子导电，绝大多数造岩矿物，
（2）岩矿石的孔隙度、湿度 孔隙度↑，含水量↑，电阻率↓ 风化带、破碎带，含水量↑，电阻率↓
（3）水溶液矿化度 矿化度↑，电阻率↓
（4）温度 温度T ↑，溶解度↑，离子活性↑，电阻率↓ 结冰时，电阻率↑
（5）压力 压力↑，孔隙度↓，电阻率↑ 超过压力极限，岩石破碎，电阻率↓
（6）构造层的影响
这种层状构造岩石的电阻率，
如石英、云母、方解石、长石等，电阻率高
4、主要岩矿石电阻率及其变化范围
●ρ < ρ < ρ
沉
变
火
● 沉积岩： 10 ~102Ω · m
● 火成岩： 102 ~106Ω · m
● 变质岩：介于两者之间。
5、影响电阻率的主要因素
（1）矿物成分、含量及结构 金属矿物含量↑，电阻率↓ 结构：侵染状 > 细脉状
s
k
UMN I
k
1
-
2
1- 1
1
AM AN BM BN
k 不是恒定的，而是逐点变化的。
高、低阻直立薄脉上的中间梯度法曲线
某铅锌矿区中间梯度法剖面平面图 视电阻率高峰值带由含矿石英脉引起
由图可见：
中间梯度法主要用来寻找陡倾的高阻薄脉（如石英脉、伟 晶岩脉等）
ρ空气
A
B→ ∞
地面
电阻率为ρ。地下 距A为的点M处的
ρ
r
电流密度为：
M
jM2Ir2r r (r 由 A 指M 向 )
电场强度为： E Mj2Ir2rr
电位为：V I 2 r
2、两个异性点电源的电场
在任意点M处的，可按场的叠加原理知：
VM jM EM
2、联合剖面法 ρs 曲线特征分析 讨论直立高阻薄脉上联合剖面法ρs 曲线特征：
s

jM N j0
M N
0 1
当薄脉为直立高阻脉时：
联合剖面法ρs曲线右图。两 条曲线也有一交点，但交点 左侧ρsB> ρsA，交点右侧 ρsB<ρsA，此交点称为联合 剖面法的“反交点”；且反 交点不明显，而且两条曲线 近于重合。
• 电阻率法的常用电极装置类型 • 在电法勘查中，为了解决不同的地质问题，常采用不
同的装置。 • 目前，我国常用的电阻率装置类型有电剖面法、中间
• 电阻率剖面法简称为电剖面法。它包括许多分支装置： 二极装置、三极装置、联合剖面装置 对称四极装置和 偶极装置等。
第一节 电阻率法
三、电剖面法
装置特点：各电极间距离保持不变，使整个或部分装置沿
在实际工作中，常采用不同极距的联合剖面曲线交点的位移来 判断脉状体的倾向。
4、应用
联合剖面法主要用于探测产状陡倾的良导薄脉（矿脉、 断层、含水破碎带）及良导球状矿体。
（二）中间梯度法
1、装置特点及ρs公式： 采用四极AMNB装置，A、B供电，M、N两电极测量，
供电电极距AB很大，MN=(1/50~1/30)AB工作时，A、B固定 不动，M、N在AB中部 (1/2~1/3)AB范围内同时移动，逐点进 行测量，测点为MN的中点。 2、特点： （1）利用均匀场；（2）工作效率高（一线供电，多线测量）
第一节 电阻率法
什么是电阻率法：
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。
一、电阻率法的理论基础
（一）岩、矿石的电阻率
1、电阻率基本公式
Rl
ΔUMN即可。 除仪器外，其它装备还有：
供电电极—铁棒或铜棒
测量电极—铜棒、导线及供电电源。
电阻率法的仪器种类很多，右图是DZD—4 多功能直流电法仪，它具有如下功能: （1）高密度电阻率法测量; （2）视电阻率法和激发极化法同时测量; （3）实时大屏幕液晶汉字显示实测曲线; （4）信号增强技术，不仅适用于野外勘查，也适用于城市勘查。
则
2
UMN
1 - 1- 1 1 I
AMANBMBN
令
k
1
-
2
1- 1
1
AM AN BM BN
则
k UMN
I
均匀大地电阻率公式
式中的 k—称为装置系数（或布极常数），单位为“米”。 由于地下为均匀各向同性介质，故ρ与k、I的值无关。
上面所讨论的情况是在地形水平、地下仅有单一的均匀 各向同性介质。