并行电法

并行电法

并行电法的基础支持

电法勘探是应用地球物理学(applied geophysics)的一个重要分支，是电学、电磁学、电子学及电化学在解决地质找矿及地质学问题中发展起来的一门应用科学。

电法勘探（简称电法）就是以研究地壳中各种岩石、矿石的电学性质之间的差异为基础，通过观测和研究由电性差异引起的人工或天然电磁场的时间和空间分布规律及其变化特点，来查明地下地质构造或矿产分布的一组勘探方法的总称。

电法勘探利用的电学性质有:导电性、电化学活动性、介电性和导磁性。一般情况下，研究目标（或介质）与其周围介质的电性差异越大，在其周围空间产生的电（磁)场的变化越明显。通过专用仪器观测地壳周围电（磁）场的变化并研究电（磁）场的分布规律时，便可推断引起电（磁）场变化的地下目标体的电性特征和分布状态。

电阻率法勘探是以地下岩石（或矿石）的导电性差异为基础，通过观测和研究人工电场的地下分布规律和特点，实现解决各类地质问题的一组勘探方法。

其实质是通过接地电极在地下建立电场，以电测仪器观测因不同导电地质体存在时地表电场的变化，从而推断和解释地下地质体的分布或产状，达到解决地质问题的目的。

由均匀材料制成的具有一定横截面积的导体，其电阻R 与长度L 成正比，与横截面积S 成反比，即

S L R ρ=

式中, ρ为比例系数，称为物体的电阻率。电阻率仅与导体材料的性质有关，它是衡量物质导电能力的物理量。显然，物质的电阻率值越低，其导电性就越好；反之，若物质的电阻率越高，其导电性就越差。在电法勘探中，电阻率的单位采用欧姆·米来表示（或记作Ω·m ）。 电阻率的倒数1／ ρ即为电导率(admittance)，以σ表示，单位s/m ，它直接表征了岩石的导电性能。

不同岩土的电阻率变化范围很大，常温下可从10-8Ω·m 变化到1015Ω·m

影响电阻率的因素：

（1）岩石导电性与矿物成分的关系

（2）岩石电阻率与其含水性的关系

（3）岩石电阻率与其孔隙度和孔隙结构的关系

（4）岩石电阻率与层理的关系

(5)岩石电阻率与温度的关系

(6)岩石电阻率与压力的关系

点电源电场

r I U πρ2= 22r

I E πρ=

地下点电源场的电位U 、电流密度j 和电场强度E 均与电流强度I 正比，电位U 与R 成反比，电流强度E 和电流密度j 与R 平方成反比。地下半空间的等位面是以点电源A 为中心的同心球壳，电流线是以A 为中心的辐射直线。

地表两个异极性点电源电场

对于任意位置M 点电场

B M A M AB M j j j

+=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=+=BM AM I U U U B M

A M AB

M 112πρ

对于任意位置N 点电场 ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=+=BN AN I U U U B N A

N AB

N 112πρ

对于任意位置MN 间电位差

⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=∆BN AN BM AM I U MN 11112πρ

两个异极性点电源电场 电流密度

当供电电流强度分别为＋I 和－I 的两异极性点电源布置在地面时，可计算出AB 中点的电流

密度j0和地下深h 处M 点的电流密度jh,其计算公式为

A o

B o A o AB o j j j j

2=+=B h A h AB h j j j += ϑ3

0cos 2A B h A

h AB h j j j j =+=()()[]

232222AB h AB I j AB

h +=

π

AB 中点的垂直深度上任一点的电流密度大小与供电电流、深度h 和供电电极距（AB/2）有

关。

()()[]()()[]2

3222322211222AB h AB I AB h AB I j j AB

o AB h +=+=ππ电流随深度的分布情况决定于供电电极距AB 的大小。因此，要想使电流穿透较深的部位，就必须使AB 增大到相应的距离。在电功率不变的情况下，随着极距的加大，电流密度值也

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。

对称四极装置

两个供电电极A 、B ，两个测量电极MN . ⎪⎭

⎫ ⎝⎛+--=∆BN AN BM AM I U MN 11112πρI U K I U BN

AN BM AM MN MN ∆=∆+--=11112πρBN AN BM AM K 11112+--=π

其单位为米。装置系数K 的大小仅与供电电极A 、B 及测量电极M 、N 的相互位置有关。当电极位置固定时，K 值即可确定。在均匀各向同性的介质中，不论布极形式如何，根据测量结果，计算出的电阻率始终等于介质的真电阻率ρ。这是由于布极形式的改变，可使K 值和I 及△UMN 也作相应的改变，从而ρ使保持不变。

中间梯度法

两个供电电极的距离AB 很远，固定不动，测量电极MN 在AB 中部二分之一至三分之一的区间内测量。 在地下岩石均匀、各向同性情况下，该地段的电场可近似地看作均匀电场。

B

MN A )

(2BN BM AN AM MN BN BM AN AM K ⋅+⋅⋅⋅⋅⋅=π

联合剖面法 联合剖面法是由两组三极装置联合进行探测的一种视电阻率测量方法，具有分辨能力高、异常明显的优点，但也有装置较笨重、地形影响大等缺点。它在水文地质和工程地质调查中获得广泛的应用，是山区找水常用的、效果显著的方法。

它把AMN 和MNB 两个三极排列组合起来。它们有一公共电极，设在无穷远处(意思是：对观测点来说，这一电极的影响可以忽略)，称作无穷远极C 。通常把C 极放在测区基线方向离测区最边缘测线大于五倍AO 的距离处。例如AO=200米，测区最边缘的测线是20号线，那么C 极距20线的距离应大于1000米。如果因为地形或地物障碍无法在基线方向布极，那么C 极在平行测线方向布置，距测区边缘点的距离应大于十倍A0。 装置沿测线逐点移动，每个记录点(MN 中点O)观测两次，一次是AMN 装置，所得的视电阻率用ρSA 表示；另一次是MNB 装置，相应用ρSB 表示。因此在一条测线上可以得到两条视电阻率曲线ρSA 和ρSB 。作图时，习惯上用实线而用虚线表示。两条曲线相交点叫交点，分正交点和反交点。正交点左侧ρSA>ρSB ,右侧ρSA<ρSB ,通常其下为良导体;反交点与之相反,通常其下为高阻