电法物探

第三节电法勘探

电法勘探方法，比起我们前面讲的重力勘探方法和磁法勘探方法要多得多，按场的成因不同，可分为天然场法和人工场法两大类。天然场法包括大地电磁法、声频电磁法。人工场法包括：1.电阻率法如电测深法、电剖面法、充电法等。2.人工电磁法如频率测深、感应脉冲瞬变法、偶极剖面法等激发极化法法勘探在金属勘探方面用得最多，其次在工程地质和水文地质勘探方面亦被广为应用。对勘探石油来说，主要介绍直流电测深法和大地电磁测深法。

一、电测深法

1.电测深的理论基础

1) 电阻率的概念

设有一长圆柱形导体，通以电流，其电流方向平行于柱体的轴线，从一端的截面，流向另一端的截面，这时它所呈现的电阻R的表达式为

(6.3.1 )

式中 R：电阻；

L：柱体长度；

S：柱体的截面积；

ρ：比例系数，它和柱体的导电性质有关，称为电阻率。

ρ的单位是Ω·m，它的大小是当L及S等于1时的电阻值，也就是说电阻率是代表某物体长度和截面都为一个单位时，通过平行于柱体的轴的电流所呈现的电阻值。电阻率是表征物质导电程度好坏的一个参数，物质的导电性越好，其电阻率值便越小，导电率(电阻率的倒数)便越大。

反之，如某种物质的电阻率较大或导电率较小，则其导电能力便较差。

2) 岩石的电阻率

岩石是由矿物组成的，由于不同矿物具有不同的导电性，所以，不同岩石的电阻率也是不同的。表6.3.1中列出了一些常见的沉积岩、岩浆

岩和变质岩的电阻率值。

从表中可以看出，同类岩石，其电阻率在一定的范围内变化。而且，在三类岩石中，沉积岩的电阻率较低，变质岩居中，岩浆岩的电阻率值最大。

3) 点电源在半无限的均匀介质中的情况

在电法勘探中，最简单的地质情况是水平地面下只有一种导电性均匀各向同性的岩层。

(1) 电位由于不同地层，有不同的电阻率，为了研究地下地质特点，一般采用通电入地的方法。如图6.3.1是野外施工的实际工作方法，A和B是用金属做的电极，通常称之为供电电极，通过它将直流电送入地下，

使地下的岩石建立起电场；M、N为另外两个金属电极，称之为测量电极，

用仪器测量M、N之间的电位差ΔV

。

电阻率

(Ω·m)

沉积岩闪长岩102~105

粘土

102~105

泥岩

100~102玄武岩

101~102

101~102辉长岩101~102砂岩101~103变质岩101~108

砾岩泥质板

岩

102~104

石灰岩

101~104结晶片岩

102~103大理岩102~105

岩浆

岩

片麻岩

正长岩

设地面是一水平面，地下为各向同性的均匀介质，电阻率为ρ，通

过供电电极A 通入电流强度Ⅰ，设电极B 在无限远处，这样，它就可以被

看成点电源在各向同性均匀介质中的情况。首先分析一下地下电流的分

布情况。

由于电极B 在无限远处，它对电极A 附近的电场没有影响，因而从A

点发出的电流线应该是放射状的直线，并且在同一半径的球面上，其电流

密度应该是相等的。

如图6.3.2所示。由物理学可知，稳定电流场中，任意点电位满足拉

普拉斯方程式。则地面上任意点M 处电位表达式：

(6.3.2)

由(6.3.2)式可看出，M点处电位V与介质的电阻率和电流强度I成正

比，与R成反比。

如电源为负极B，只需将(6.3.2)式中的I用-I代替，即为供电电极B 在M点所产生的电位，即：

(6.3.3)

当供电电极A、B同时作用，也就是将电极B从无限远处移到近处，

此时M点外电位为每个电极单独产生的电位之和。

(6.3.4)

同理：RA:M点与A电极距离；RB：M点与B电极距离。同理：N点的电位为：

(6.3.5)

式中R′A：N与A距离；R′B：N与B距离。

最后，M、N间的电位差：

(6.3.6)

上式即为我们常用的公式。

(2) 电流分布

首先讨论一个点电源的情形。如图6.3.3(a)所示。设通过电极A流入地下的电流强度为I，则M点的电流密度应为：

(6.3.7)

在M点正下方的h深处，其电流密度应为：

c

当用两个点电源，为了求在它们中点的正下方，不同深处的电流密度

按前述：A、B极中间点O处的电流密度

则O点正下方的h深度处的电流密度

(6.3.8)

当h=OA时，α=45。，则

上式表明：同时考虑A、B电极时，其电流密度随深度的减少比单个

电极时要快，原因是，在两个电极的情况下，其垂直分量相互抵销了。进一步讨论：

则：

(6.3.9)

图6.3.4 0与h/L的关系曲线式中L为AB之间的一半距离，由上式可以给出ABh/jAB0和h/L关系曲线，如图6.3.4所示。

当上式和图6.3.4说明，电流密度随深度的分布决定于供电电极之间的距离，可见要加大勘探深度h，就必须加大AB之间的距离。

(3) 电场

根据物理学可知，稳定电流场中电场强度与电位的关系为：

E=-gradV (6.3.10)

电流密度与电位的关系：

(6.3.11)

它反映了电场强度与电流密度的关系，两者成正比，其比例系数为电阻率ρ。

4) 视电阻率的概念以及和电流密度的关系

(1) 视电阻率

设地下为单一均匀介质时，为确定其电阻率，可利用四极装置，即用

两个供电电极A、B和两个测量电极M、N来测定。

由(6.3.6)式：