电法勘探教程.docx

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电法勘探教程

<<电法勘探教程>>程志平

绪言

1　电阻率法

　　电阻率法基础

　　　岩石的电阻率及其影响因素

　　　稳定电流场的基本规律

　　　均匀大地电阻率的测定及视电阻率的基本概念

　　　常用电阻率法测量装置

　　　电阻率法野外工作的几个问题

　　电阻率剖面法

　　　概述

　　　联合剖面法和对称四极剖面法

　　　中间梯度法

　　　电剖面法的地形影响和校正.

　　电阻率测深法

　　　概述

　　　电阻率测深法原理

　　　水平层状大地对称四极电阻率测深曲线

　　　水平层状大地对称四极电阻率测深曲线的解释

　　　非水平层地电断面电阻率测深

思考题

2　自然电场法.充电法

　　自然电场法

　　　自然电场的成因

　　　自然电场法的野外工作方法

　　　自然电场法的应用

　　充电法

　　　充电法的基本理论

　　　充电法的野外工作方法

　　　充电法的应用

　思考题

3　激发极化法

　　激发极化法基本理论

　　　激发极化效应及其机理

　　　激发极化场的正演计算方法

　　　常用装置的激电异常

　　激发极化法的野外工作方法及其应用

　　　激发极化法的野外工作方法

　　　激发极化法的资料整理与解释

　　　激发极化法的应用

　思考题

4　电磁法

　　电磁法理论基础

　　　电磁场定解问题

　　　岩土在交变电磁场中的电磁学性质

　　　模拟准则,

　　　均匀介质中平面电磁波的传播

　　　交变电磁场中局部导体的异常场

　　　两种常用场源的电磁场

　　地面电磁法

　　　大地电磁测深法

　　　频率测深法

　　　瞬变电磁法

　　　电磁偶极剖面法

　思考题

附录

　附录1　水平层状大地表面垂直磁偶极子的电磁场

　附录2　水平层状大地表面水平谐变电偶极子的电磁场

练习与思考

电法勘探

1.什么是电法勘探方法电法勘探方法有哪些分类？

2. 2.电法勘探方法与重力、磁法勘探方法有何异同点？

3. 3.什么是岩矿石的电阻率简述岩矿石电阻率的特点及影响因素。

4. 4.解释下列专业名词：

（1）均匀各向同性半空间

（2）无穷远极（3）点电源。

5. 5.请描述一下一个点电源、两个异性点电源的电场。

6. 6.为什么加大供电极距可以增加探测深度？

7. 7.什么是最佳电极距？

8. 8.解释下列名词：

（1）装置系数；

（2）地电断面；（3）联合剖面法正交点、反交点。

9. 9.什么叫视电阻率为什么要引入视电阻率概念什么情况下视电阻率等于真电阻率？

10.10.简述电阻率法的仪器装备。

11.11.什么是联合剖面法联合剖面法适合寻找哪一类地质体？

12.12.试分析联合剖面法装置通过直立良导脉时地下电流密度变化及视电阻率曲线的变化情况。

13.13.为什么不同极距的联合剖面曲线可以判断地质体的倾向。

14.14.简述联合剖面法的应用。

15.15.在电法勘探中，是不是接地电阻越大越好或越小越好？

16.16.什么是中间梯度法中间梯度法适合寻找哪一类地质体？

17.17.什么是电测深法？

18.18.试分析二层地电断面的电测深曲线。

19.19.请画出H型、A型、K型和Q型三层电测深曲线。

20.20.简述电测深法的应用。

21.21.什么是充电法充电法的应用是什么？

22.22.什么是自然电场法自然电场法的成因是什么？

23.23.什么是不极化电极试叙述它的结构。

24.24.什么是激化极化法极化率视极化率？

25.25.激化极化法适合寻找哪一类地质体？

26.26.什么是电磁法（或称交流电法）简述不接地回线法和电偶子剖面法的野外工作方法。

27.27.管线探测仪的基本原理是什么它的主要应用是什么？

28.28.探地雷达仪的基本原理是什么它的主要应用是什么？

29.29.高密度电法与常规的传导类电法有何异同？

30.30.核磁共振找水方法与直流电测深法找水有何不同

什么是电法勘探

公元前6世纪就有关于人工产生电现象的记载。

19世纪，电机、电话、电灯这三大发明促使了人类实现电气化。

现在，世界进入了信息时代，无论在工业、农业、国防及日常生活的各个领域都已离不开电。

   电也能用于找矿。

借助于地表的岩石具有导电性能的特征，当我们在地面上两点供入直流电，地下立即会形成一个电场，如果地下的导电性是均匀的，电流线的分布就是规则的；如果地下埋藏着导电性与周围岩石不同的矿体，电场就会发生扭曲。

人们通过分析地下电场的变化就可以发现矿体的存在，这就是人工电法勘探的基本思想。

 电法勘探历史久远。

20世纪20年代，法国科学家什柳姆别尔热等创立和发展了电法勘探的理论。

1924年，在原苏联著名地球物理学家彼德罗夫斯基领导下，组成了世界上的第一个电法勘探队，并开展了多种电法方法的试验和研究，他们为推动电法勘探做出了重要贡献。

   电法勘探是一个大家庭，根据供电电流的性质可分为直流电法和交流电法两类。

如果将电法勘探比作一棵大树，可谓枝繁叶茂。

直流电阻率法是电法勘探家族中的重要成员，在20世纪40年代就广泛应用于金属和油气勘探。

还有一类方法叫交流电法，它们可利用天然的或人工产生的交变电磁场作为场源研究交变电磁场的分布规律和时间的变化关系，并可用来解决地质问题和寻找矿床。

   研究表明，地球是一个导电体，各岩层的电性（电阻率、极化率等）存在着差异，沉积岩的电阻率一般较低，变质岩和火成岩的电阻率较高，通过电法能较容易地确定沉积盆地范围、沉积岩厚度及其起伏形态。

砂岩是很好的储层，当电阻率很高的石油侵入后，就会形成高阻层或高阻异常体，这就为寻找油气提供了电性异常以及有关的地质信息。

中国大多数沉积盆地都开展过电法勘探工作，应用电法勘探结果不仅可以对盆地进行构造研究，也可以圈定油气有利富集区，为油气勘探作出积极贡献。

随着电法勘探方法的更新、仪器精度的提高和计算机技术的进步，电法勘探能解决的地质问题越来越多，已成为探测油气不可缺少的手段。

电法勘探　　electricalprospecting

　　根据地壳中各类岩石或矿体的电磁学性质（如导电性、导磁性、介电性）和电化学特性的差异，通过对人工或天然电场、电磁场或电化学场的空间分布规律和时间特性的观测和研究，寻找不同类型有用矿床和查明地质构造及解决地质问题的地球物理勘探方法。

主要用于寻找金属、非金属矿床、勘查地下水资源和能源、解决某些工程地质及深部地质问题。

地壳是由不同的岩石、矿体和各种地质构造所组成，它们具有不同的导电性、导磁性、介电性和电化学性质。

根据这些性质及其空间分布规律和时间特性，人们可以推断矿体或地质构造的赋存状态（形状、大小、位置、产状和埋藏深度）和物性参数等，从而达到勘探的目的。

电法勘探具有利用物性参数多，场源、装置形式多，观测内容或测量要素多及应用范围广等特点。

电法勘探利用岩石、矿石的物理参数，主要有电阻率（ρ）、导磁率（μ）、极化特性（人工体极化率η和面极化系数λ、自然极化的电位跃变Δε）和介电常数（ε）。

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方法

电法勘探的方法，按场源性质可分为人工场法（主动源法）、天然场法（被动源法）；按观测空间可分为航空电法、地面电法、地下电法；按电磁场的时间特性可分为直流电法（时间域电法）、交流电法（频率域电法）、过渡过程法（脉冲瞬变场法）；按产生异常电磁场的原因可分为传导类电法、感应类电法；按观测内容可分为纯异常场法、总合场法等。

中国常用的电法勘探方法有电阻率法、充电法、激发极化法、自然电场法、大地电磁测深法和电磁感应法等。

高密度电法

指的是直流高密度电阻率法，但由于从中发展出直流激发极化法，所以统称高密度电法。

高密度电阻率法实际上是一种阵列勘探方法，野外测量时只需将全部电极（几十至上百根）置于测点上，然后利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现数据的快速和自动采集。

当测量结果送入微机后，还可对数据进行处理并给出关于地电断面分布的各种物理解释的结果。

显然，高密度电阻率勘探技术的运用与发展，使电法勘探的智能化程度大大向前迈进了一步。

地球物理

   地球物理勘探简称“物探”，即用物理的原理研究地质构造和解决找矿勘探中问题的方法。

它是以各种岩石和矿石的密度、磁性、电性、弹性、放射性等物理性质的差异为研究基础，用不同的物理方法和物探仪器，探测天然的或人工的地球物理场的变化，通过分析、研究所获得的物探资料，推断、解释地质构造和矿产分布情况。

目前主要的物探方法有：

重力勘探、磁法勘探、电法勘探、地震勘探、放射性勘探等。

依据工作空间的不同，又可分为：

地面物探、航空物探、海洋物探、井中物探等。

　　重力勘探地球物理勘探方法之一。

是利用组成地壳的各种岩体、矿体间的密度差异所引起的地表的重力加速度值的变化而进行地质勘探的一种方法。

它是以牛顿万有引力定律为基础的。

只要勘探地质体与其周围岩体有一定的密度差异，就可以用精密的重力测量仪器（主要为重力仪和扭秤）找出重力异常。

然后，结合工作地区的地质和其他物探资料，对重力异常进行定性解释和定量解释，便可以推断覆盖层以下密度不同的矿体与岩层埋藏情况，进而找出隐伏矿体存在的位置和地质构造情况。

　　磁法勘探是地球物理勘探方法之一。

自然界的岩石和矿石具有不同磁性，可以产生各不相同的磁场，它使地球磁场在局部地区发生变化，出现地磁异常。

利用仪器发现和研究这些磁异常，进而寻找磁性矿体和研究地质构造的方法称为磁法勘探。

磁法勘探是常用的地球物理勘探方法之一。

它包括地面、航空、海洋磁法勘探及井中磁测等。

磁法勘探主要用来寻找和勘探有关矿产（如铁矿、铅锌矿、铜锦矿等）；进行地质填图；研究与油气有关的地质构造及大地构造等问题。

我国建国以来大多数铁矿区、多金属矿区及油气田等都进行了大量的磁法勘探工作，取得了良好的地质效果。

磁法勘探也是基本地球物理手段，国家已纳入在全国范围内进行系统测量的计划，并已基本覆盖了全国重要地区。

　　电法勘探是根据岩石和矿石电学性质（如导电性、电化学活动性、电磁感应特性和介电性，即所谓“电性差异”）来找矿和研究地质构造的一种地球物理勘探方法。

它是通过仪器观测人工的、天然的电场或交变电磁场，分析、解释这些场的特点和规律达到找矿勘探的目的。

电法勘探分为两大类。

研究直流电场的，统称为直流电法，包括有电阻率法、充电法、自然电场法和直流激发极化法等；研究交变电磁场的，统称为交流电法，包括有交流激发极化法、电磁法、大地电磁场法、无线电波透视法和微波法等。

按工作场所的差别，电法勘探又分为地面电法、坑道和井中电法、航空电法、海洋电法等。

　　地震勘探是近代发展变化最快的地球物理方法之一。

它的原理是利用人工激发的地震波在弹性不同的地层内传播规律来勘探地下的地质情况。

在地面某处激发的地震波向地下传播时，遇到不同弹性的地层分界面就会产生反射波或折射波返回地面，用专门的仪器可记录这些波，分析所得记录的特点，如波的传播时间、振动形状等，通过专门的计算或仪器处理，能较准确地测定这些界面的深度和形态，判断地层的岩性，是勘探含油气构造甚至直接找油的主要物探方法，也可以用于勘探煤田、盐岩矿床、个别的层状金属矿床以及解决水文地质工程地质等问题。

近年来，应用天然震源的各种地震勘探方法也不断得到发展。

直流电法勘探的革命――超高密度电法 

                         澳大利亚阿德莱德大学·地球物理·博士　折京平

                        （西安澳立华勘探技术开发有限公司，西安，710075） 

      直流电法是一种最简单，最流行的物探方法，它被广泛用于找水，找矿，找溶洞，找地质构造，找墓，找地质灾害点等很多方面。

在过去的一百年里，这种方法帮我们找到了一些用肉眼无法找到的地下地质体。

      随着计算机技术和电子技术的迅速发展，从上个世纪后期出现了反演算法和多通道、多电极的数据采集方法。

这两个技术的出现给直流电法勘探的精度和效率带来了一个质的飞跃。

这可以称之为超高密度电法-电法勘探的革命。

下面就从以下几个方面做一论述。

      1、反演技术 

      超高密度电法彻底抛弃了传统的视电阻率概念。

而将所采集到的数据直接反演成真电阻率剖面，可真实的反映出地质异常体的位置和大小。

反演技术是超高密度电法的基础。

它已开始被广泛的用于电法勘探中，这是个必由之路。

      2、数据采集方法 

      由于超高密度电法基于反演技术，不用视电阻率图做解释,所以在数据采集上再也不用沿袭传统的数据采集方式，而可以随心所欲的在反演网格上布电流点和电势点。

为了避免数据采集的片面性，我们采集了几乎所有可能的电流点和电势点的组合。

这样既不用顾及某种数据采集方式上的优缺点，也使数据采集标准化。

更重要的是这种方式使直流电法的井地勘探和井井透视成为可能。

我们提出的超高密度方法，就是利用以上的不受限制的数据采集方式来大量的采集数据，使数据量比常规电法（包括高密度电法）多出几十倍。

这就使得数据反演结果的可靠性大大提高。

      3、多通道数据采集技术--大大提高数据采集效率 

      如此大量的数据，如用高密度电法仪采集，可能需要数天才能完成。

而我们的61道多通道采集方式，仅用一个小时就可以完成，效率是高密度电法仪的几十倍。

目前世界上道数最多的商用电法仪仅为10道。

      下面就举两个例子来说明此方法在井地和井井透视勘测两个方面的独特优势。

实例1:

 大连市轻轨三号线桥基勘测 

      甲方准备在26米深的桩基孔中建筑桥基，但事先没有做钻孔勘探，所以不能确定26米以下的基岩中是否有溶洞存在。

委托我们公司用井－地电法勘测的方法确定26米基岩以下3－5米内是否有溶洞。

      从平面图（图1上）上可看出，每条测线我们都将两个电极放入2个直径米、深度26米的桩基孔中，每条测线共有28个电极。

在数据采集时，井中水位距地面约10米。

     从真电阻率剖面图（图1下）中看出两个井的位置比较明显可见，这是因为井中的水导致井筒呈现为低阻。

在井的下部呈现均匀高阻，但并未见团状高阻或低阻，所以推断没有溶洞存在，后经甲方证实井下确实未发现有溶洞，且桥墩已竖起。

在剖面图的电极20和21之间有一高阻区域呈柱状，是由桥墩所挖的大坑引起的。

因为两个在井底的电极的作用，所以剖面中井的周围，特别是井底的分辨率是较为清晰的。

单独用地表电法是绝不可能做出这样的结果。

实例2：

贵阳帷幕渗漏井井透视勘测 

      本次勘测区域的注浆工程完成时间比较久远，勘测目的是检查已有帷幕的完整性和渗漏点的具体位置。

本次勘测共做了如下2条井井透视剖面：

（1）、ZK1-ZK2剖面 （图2-1）  

在我们的真电阻率剖面图上，上部35m基本为高阻显示，电阻率在400－3000Ω•Μ，局部有一些小范围低阻显示。

下部35-60m基本为中低阻显示，电阻率在－600Ω•Μ。

ZK1钻孔60m以下的炭质泥岩区域为低阻显示，电阻率在200Ω•Μ以下。

说明我们的方法对地下存在电阻率差异的不同地层层位区分较为明显和准确。

      碱水的渗漏一般应为点状或小片状，所以中下部的几个极低阻点可能与碱水的渗漏有关。

ZK2钻孔35m处发现碱水，从图中也可以看出该部位有一低阻显示。

（2）、ZK8-ZK9剖面（图2-2） 

      在我们的真电阻率剖面图上，上部45m基本为高阻显示，电阻率在2500－8500Ω•Μ。

下部基本为中低阻显示，电阻率在－2000Ω•Μ。

上下分层情况明显，电阻率差异较大，在图中显示的很清楚。

      两钻孔之间出现几个小的极低阻异常，电阻率值在50Ω•Μ以下，推测可能为渗漏点。

Zk9钻孔74－76m的溶洞在图中反映为一低阻异常。