勘探地球物理学基础(第三章电法勘探)
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勘探地球物理学基础
2014-2015学年第2学期
主讲人：
5222 电 话： E-mail：
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。
§3.1 自然电场法
内容提要 §3.1.1 自然电场法概述 §3.1.2 自然电场的成因 §3.1.3 野外工作方法及仪器 §3.1.4 自然电场法的应用实例
§3.1.1 自然电场法概述
自然电场：自然条件下，存在于地下的天然电流场，简称自然电场。 表现：无需人工向地下供电，通过一定的装置可以观测到地面两点之
第3章 电法勘探
电法勘探特点：三多、两广 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）。 可利用的利用场源多： 人工场源：直流（稳定）电场和交流（交变）电场； 天然场源
第3章 电法勘探
方法种类多：
传导类电法勘探 （直流电法） 研究稳定电流场
过滤电场的形成
§3.1.2 自然电场的成因
+V
0 -
..
。..
。 。-
-
-..。..
。..
。
+++
裂隙渗透电场
V
+ 0 -
.. 。.. 。。+++..。.. 。.. 。
---
上升泉电场
V
+
0 -
-- --
++
++
山地电场
+V 0 --
++ ++ 地下水补给河水
V
+
0
--
--- ++
++
河水补给地下水
应用空间广： 航空电（磁）法； 地面电（磁）法； 海洋电（磁）法； 井中电（磁）法。
应用范围广： 金属和非金属勘探； 油气勘探； 地质填图； 水文地质； 深部构造（地壳、上地幔）研究，等。
本章的主要内容
§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
自然电场法； 电阻率法； 充电法； 激发极化法；
感应类电法勘探 （交流电法）
研究交变电流场
大地电磁法； 低频电磁法； 甚低频法； 电磁波法；
时间域激电法（TDIP）； 频谱激电法（SIP或CR）
大地电磁ຫໍສະໝຸດ Baidu(MT)； 音频大地电磁法(AMT)； 可控源音频大地电磁法(CSAMT)。
瞬变电磁法（TEM）； 时频电磁法（TFEM）； 探地雷达法（GPR）；
§3.1.2 自然电场的成因
成因一：电子导体与围岩溶液间的电化学作用
双电层形成过程：当电子导体与溶液接触 时，金属上的负电荷吸引溶液中的正离子， 使之分布于界面附近，形成双电层。 外电场的形成：
若导体和溶液都是均匀的，则双电层 不产生外电场。
当导体或溶液不均匀时，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。
间有一定大小的电位差，这表明自然电场的存在。 自然电场法：通过研究自然电场在地面的分布规律来解决地质问题的
一种电法勘探方法。实际测量中是测电位差实现的，又称自然电位法。
两类自然电场： 区域性分布、不稳定的、背景电场，可正可负，幅度100mv以下， 与地壳表层构造有关； 局部性分布、稳定电场、几乎全部为负值，幅度十几只上千毫伏， 与地下金属矿、非金属矿或地下水运动有关。
frequency Magnetotelluric; 瞬变电磁法（TEM）:Transient Electromagnetic 时频电磁法（TFEM）:time-frequency Electromagnetic 探地雷达法（GPR）: Ground Penetrating Radar;
第3章 电法勘探
形成过程： 岩石或黏土颗粒对水溶液中负
离子有吸附作用，导致岩石颗粒与 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 的“负离子”，水流下游有多余的 “正离子”，从而形成自然电场。
溶液的静 止部分
溶液的流 动方向
-
△V
+
潜水面下方的还原环境，还原剂释 放电子，使导体内部下端显负电；
良导体处于极化状态（自然极化状 态），其表面双电层不均匀分布，形成 自然电场。
△V/mV
+
0 -
x 地表面
电流 正离子
导 体 围岩
氧化带
负离子
潜水面
电流
还原带
导电矿体与围岩相关的电场形成
§3.1.2 自然电场的成因
成因二：岩石中地下水运移的电动效应形成过滤电场
第3章 电法勘探
各种常见电法方法的英文注解：
时间域激电法（TDIP）:Time Domain Induced Polarization 频谱激电法（SIP）:Spectra Induced Polarization; 复电阻率法（CR）: Complex Resistivity; 大地电磁法(MT):Magnetotelluric; 音频大地电磁法(AMT):Audio Magnetotelluric; 可控源音频大地电磁法(CSAMT):Controlled Source Audio-
-
低 -
++
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+
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++
+
++ -
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-+
+-
+-
导 体
- +水
-
+
溶 液
+
+-
-+
--
++
+
导体与水溶液间的电化学作用示意图
§3.1.2 自然电场的成因
成因一：电子导体与围岩溶液间的电化学作用
导电矿体与围岩相关的电场形成： 条件：潜水面附近有良导体。 形成过程：
潜水面上方的氧化环境，氧化剂俘 获电子，使导体内部上端显示正电；
规律：受水一侧为 正电荷聚集。
§3.1.2 自然电场的成因
成因三：岩石中颗粒间不同浓度溶液离子的扩散作用形成扩散电场
扩散现象：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。 扩散电场的形成：正、负离子的扩散速度不同，使两种不同离子浓度的溶 液分界面上分别含有过量的正离子或负离子，而形成电位差。这种由扩散 作用引起的自然电场称为扩散电场。
2014-2015学年第2学期
主讲人：
5222 电 话： E-mail：
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。
§3.1 自然电场法
内容提要 §3.1.1 自然电场法概述 §3.1.2 自然电场的成因 §3.1.3 野外工作方法及仪器 §3.1.4 自然电场法的应用实例
§3.1.1 自然电场法概述
自然电场：自然条件下，存在于地下的天然电流场，简称自然电场。 表现：无需人工向地下供电，通过一定的装置可以观测到地面两点之
第3章 电法勘探
电法勘探特点：三多、两广 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）。 可利用的利用场源多： 人工场源：直流（稳定）电场和交流（交变）电场； 天然场源
第3章 电法勘探
方法种类多：
传导类电法勘探 （直流电法） 研究稳定电流场
过滤电场的形成
§3.1.2 自然电场的成因
+V
0 -
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裂隙渗透电场
V
+ 0 -
.. 。.. 。。+++..。.. 。.. 。
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上升泉电场
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0 -
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山地电场
+V 0 --
++ ++ 地下水补给河水
V
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0
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--- ++
++
河水补给地下水
应用空间广： 航空电（磁）法； 地面电（磁）法； 海洋电（磁）法； 井中电（磁）法。
应用范围广： 金属和非金属勘探； 油气勘探； 地质填图； 水文地质； 深部构造（地壳、上地幔）研究，等。
本章的主要内容
§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
自然电场法； 电阻率法； 充电法； 激发极化法；
感应类电法勘探 （交流电法）
研究交变电流场
大地电磁法； 低频电磁法； 甚低频法； 电磁波法；
时间域激电法（TDIP）； 频谱激电法（SIP或CR）
大地电磁ຫໍສະໝຸດ Baidu(MT)； 音频大地电磁法(AMT)； 可控源音频大地电磁法(CSAMT)。
瞬变电磁法（TEM）； 时频电磁法（TFEM）； 探地雷达法（GPR）；
§3.1.2 自然电场的成因
成因一：电子导体与围岩溶液间的电化学作用
双电层形成过程：当电子导体与溶液接触 时，金属上的负电荷吸引溶液中的正离子， 使之分布于界面附近，形成双电层。 外电场的形成：
若导体和溶液都是均匀的，则双电层 不产生外电场。
当导体或溶液不均匀时，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。
间有一定大小的电位差，这表明自然电场的存在。 自然电场法：通过研究自然电场在地面的分布规律来解决地质问题的
一种电法勘探方法。实际测量中是测电位差实现的，又称自然电位法。
两类自然电场： 区域性分布、不稳定的、背景电场，可正可负，幅度100mv以下， 与地壳表层构造有关； 局部性分布、稳定电场、几乎全部为负值，幅度十几只上千毫伏， 与地下金属矿、非金属矿或地下水运动有关。
frequency Magnetotelluric; 瞬变电磁法（TEM）:Transient Electromagnetic 时频电磁法（TFEM）:time-frequency Electromagnetic 探地雷达法（GPR）: Ground Penetrating Radar;
第3章 电法勘探
形成过程： 岩石或黏土颗粒对水溶液中负
离子有吸附作用，导致岩石颗粒与 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 的“负离子”，水流下游有多余的 “正离子”，从而形成自然电场。
溶液的静 止部分
溶液的流 动方向
-
△V
+
潜水面下方的还原环境，还原剂释 放电子，使导体内部下端显负电；
良导体处于极化状态（自然极化状 态），其表面双电层不均匀分布，形成 自然电场。
△V/mV
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x 地表面
电流 正离子
导 体 围岩
氧化带
负离子
潜水面
电流
还原带
导电矿体与围岩相关的电场形成
§3.1.2 自然电场的成因
成因二：岩石中地下水运移的电动效应形成过滤电场
第3章 电法勘探
各种常见电法方法的英文注解：
时间域激电法（TDIP）:Time Domain Induced Polarization 频谱激电法（SIP）:Spectra Induced Polarization; 复电阻率法（CR）: Complex Resistivity; 大地电磁法(MT):Magnetotelluric; 音频大地电磁法(AMT):Audio Magnetotelluric; 可控源音频大地电磁法(CSAMT):Controlled Source Audio-
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导 体
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导体与水溶液间的电化学作用示意图
§3.1.2 自然电场的成因
成因一：电子导体与围岩溶液间的电化学作用
导电矿体与围岩相关的电场形成： 条件：潜水面附近有良导体。 形成过程：
潜水面上方的氧化环境，氧化剂俘 获电子，使导体内部上端显示正电；
规律：受水一侧为 正电荷聚集。
§3.1.2 自然电场的成因
成因三：岩石中颗粒间不同浓度溶液离子的扩散作用形成扩散电场
扩散现象：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。 扩散电场的形成：正、负离子的扩散速度不同，使两种不同离子浓度的溶 液分界面上分别含有过量的正离子或负离子，而形成电位差。这种由扩散 作用引起的自然电场称为扩散电场。