電法勘探教程

1、<<電法勘探教程>> 程志平緒言1電阻率法1.1電阻率法基礎1.1.1巖石的電阻率及其影響因素1.1.2穩(wěn)定電流場的基本規(guī)律1.1.3均勻大地電阻率的測定及視電阻率的基本概念1.1.4常用電阻率法測量裝置1.1.5電阻率法野外工作的幾個問題1.2電阻率剖面法1.2.1概述1.2.2聯(lián)合剖面法和對稱四極剖面法1.2.3中間梯度法1.2.4電剖面法的地形影響和校正.1.3電阻率測深法1.3.1概述1.3.2電阻率測深法原理1.3.3水平層狀大地對稱四極電阻率測深曲線1.3.4水平層狀大地對稱四極電阻率測深曲線的解釋1.3.5非水平層地電斷面電阻率測深思考題2自然電場法.c充

2、電法2.1自然電場法2.1.1自然電場的成因2.1.2自然電場法的野外工作方法2.1.3自然電場法的應用2.2充電法2.2.1充電法的基本理論2.2.2充電法的野外工作方法2.2.3充電法的應用思考題3激發(fā)極化法3.1激發(fā)極化法基本理論3.1.1激發(fā)極化效應及其機理3.1.2激發(fā)極化場的正演計算方法3.1.3常用裝置的激電異常3.2激發(fā)極化法的野外工作方法及其應用3.2.1激發(fā)極化法的野外工作方法3.2.2激發(fā)極化法的資料整理與解釋3.2.3激發(fā)極化法的應用思考題4電磁法4.1電磁法理論基礎4.1.1電磁場定解問題4.1.2巖土在交變電磁場中的電磁學性質(zhì)4.1.3模擬準則,14.1.4均勻介質(zhì)

3、中平面電磁波的傳播4.1.5交變電磁場中局部導體的異常場4.1.6兩種常用場源的電磁場4.2地面電磁法4.2.1大地電磁測深法4.2.2頻率測深法4.2.3瞬變電磁法4.2.4電磁偶極剖面法思考題附錄附錄1水平層狀大地表面垂直磁偶極子的電磁場附錄2水平層狀大地表面水平諧變電偶極子的電磁場練習與思考電法勘探1. 什么是電法勘探方法？電法勘探方法有哪些分類？ 2. 電法勘探方法與重力、磁法勘探方法有何異同點？ 3. 什么是巖礦石的電阻率？簡述巖礦石電阻率的特點及影響因素。 4. 解釋下列專業(yè)名詞：（1）均勻各向同性半空間（2）無窮遠極（3）點電源。 5. 請

4、描述一下一個點電源、兩個異性點電源的電場。 6. 為什么加大供電極距可以增加探測深度？ 7. 什么是最佳電極距？ 8. 解釋下列名詞：（1）裝置系數(shù)；（2）地電斷面；（3）聯(lián)合剖面法正交點、反交點。 9. 什么叫視電阻率？為什么要引入視電阻率概念？什么情況下視電阻率等于真電阻率？10. 簡述電阻率法的儀器裝備。11. 什么是聯(lián)合剖面法？聯(lián)合剖面法適合尋找哪一類地質(zhì)體？12. 試分析聯(lián)合剖面法裝置通過直立良導脈時地下電流密度變化及視電阻率曲線的變化情況。13. 為什么不同極距的聯(lián)合剖面曲線可以判斷地質(zhì)體的傾向。14. 簡述聯(lián)合剖面法的應用。15. 在電法勘

5、探中，是不是接地電阻越大越好或越小越好？16. 什么是中間梯度法？中間梯度法適合尋找哪一類地質(zhì)體？17. 什么是電測深法？18. 試分析二層地電斷面的電測深曲線。19. 請畫出H型、A型、K型和Q型三層電測深曲線。20. 簡述電測深法的應用。21. 什么是充電法？充電法的應用是什么？22. 什么是自然電場法？自然電場法的成因是什么？23. 什么是不極化電極？試敘述它的結(jié)構(gòu)。24. 什么是激化極化法？極化率？視極化率？25. 激化極化法適合尋找哪一類地質(zhì)體？26. 什么是電磁法（或稱交流電法）？簡述不接地回線法和電偶子剖面法的野外工作方法。27. 管線探測儀的基本原理是什么？它的主要應用是什么？

6、28. 探地雷達儀的基本原理是什么？它的主要應用是什么？29. 高密度電法與常規(guī)的傳導類電法有何異同？30. 核磁共振找水方法與直流電測深法找水有何不同？什么是電法勘探公元前6世紀就有關于人工產(chǎn)生電現(xiàn)象的記載。19世紀，電機、電話、電燈這三大發(fā)明促使了人類實現(xiàn)電氣化。現(xiàn)在，世界進入了信息時代，無論在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防及日常生活的各個領域都已離不開電。    電也能用于找礦。借助于地表的巖石具有導電性能的特征，當我們在地面上兩點供入直流電，地下立即會形成一個電場，如果地下的導電性是均勻的，電流線的分布就是規(guī)則的；如果地下埋藏著導電性與周圍巖石不同的礦體，電場就會發(fā)生扭

7、曲。人們通過分析地下電場的變化就可以發(fā)現(xiàn)礦體的存在，這就是人工電法勘探的基本思想。  電法勘探歷史久遠。20世紀20年代，法國科學家什柳姆別爾熱等創(chuàng)立和發(fā)展了電法勘探的理論。1924年，在原蘇聯(lián)著名地球物理學家彼德羅夫斯基領導下，組成了世界上的第一個電法勘探隊，并開展了多種電法方法的試驗和研究，他們?yōu)橥苿与姺碧阶龀隽酥匾暙I。    電法勘探是一個大家庭，根據(jù)供電電流的性質(zhì)可分為直流電法和交流電法兩類。如果將電法勘探比作一棵大樹，可謂枝繁葉茂。直流電阻率法是電法勘探家族中的重要成員，在20世紀40年代就廣泛應用于金屬和油氣勘探。還有一類方法叫交流電法，

8、它們可利用天然的或人工產(chǎn)生的交變電磁場作為場源研究交變電磁場的分布規(guī)律和時間的變化關系，并可用來解決地質(zhì)問題和尋找礦床。    研究表明，地球是一個導電體，各巖層的電性（電阻率、極化率等）存在著差異，沉積巖的電阻率一般較低，變質(zhì)巖和火成巖的電阻率較高，通過電法能較容易地確定沉積盆地范圍、沉積巖厚度及其起伏形態(tài)。砂巖是很好的儲層，當電阻率很高的石油侵入后，就會形成高阻層或高阻異常體，這就為尋找油氣提供了電性異常以及有關的地質(zhì)信息。中國大多數(shù)沉積盆地都開展過電法勘探工作，應用電法勘探結(jié)果不僅可以對盆地進行構(gòu)造研究，也可以圈定油氣有利富集區(qū)，為油氣勘探作出積極貢獻。隨著

9、電法勘探方法的更新、儀器精度的提高和計算機技術的進步，電法勘探能解決的地質(zhì)問題越來越多，已成為探測油氣不可缺少的手段。電法勘探electrical prospecting根據(jù)地殼中各類巖石或礦體的電磁學性質(zhì)（ 如導電性、導磁性、介電性）和電化學特性的差異，通過對人工或天然電場、電磁場或電化學場的空間分布規(guī)律和時間特性的觀測和研究，尋找不同類型有用礦床和查明地質(zhì)構(gòu)造及解決地質(zhì)問題的地球物理勘探方法。主要用于尋找金屬、非金屬礦床、勘查地下水資源和能源、解決某些工程地質(zhì)及深部地質(zhì)問題。地殼是由不同的巖石、礦體和各種地質(zhì)構(gòu)造所組成，它們具有不同的導電性、導磁性、介電性和電化學性質(zhì)。根據(jù)這些性質(zhì)及其空間

10、分布規(guī)律和時間特性，人們可以推斷礦體或地質(zhì)構(gòu)造的賦存狀態(tài)（形狀、大小、位置、產(chǎn)狀和埋藏深度）和物性參數(shù)等，從而達到勘探的目的。電法勘探具有利用物性參數(shù)多，場源、裝置形式多，觀測內(nèi)容或測量要素多及應用范圍廣等特點。電法勘探利用巖石、礦石的物理參數(shù)，主要有電阻率（）、導磁率（）、極化特性（人工體極化率和面極化系數(shù)、自然極化的電位躍變）和介電常數(shù)（）。方法電法勘探的方法，按場源性質(zhì)可分為人工場法（主動源法）、天然場法（被動源法）；按觀測空間可分為航空電法、地面電法、地下電法；按電磁場的時間特性可分為直流電法（時間域電法）、交流電法（頻率域電法）、過渡過程法（脈沖瞬變場法） ； 按產(chǎn)生異常電磁場的原因

11、可分為傳導類電法、感應類電法 ； 按觀測內(nèi)容可分為純異常場法、總合場法等。中國常用的電法勘探方法有電阻率法、充電法、激發(fā)極化法、自然電場法、大地電磁測深法和電磁感應法等。高密度電法指的是直流高密度電阻率法，但由于從中發(fā)展出直流激發(fā)極化法，所以統(tǒng)稱高密度電法。高密度電阻率法實際上是一種陣列勘探方法，野外測量時只需將全部電極（幾十至上百根）置于測點上，然后利用程控電極轉(zhuǎn)換開關和微機工程電測儀便可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速和自動采集。當測量結(jié)果送入微機后，還可對數(shù)據(jù)進行處理并給出關于地電斷面分布的各種物理解釋的結(jié)果。顯然，高密度電阻率勘探技術的運用與發(fā)展，使電法勘探的智能化程度大大向前邁進了一步。地球物理

12、60;   地球物理勘探簡稱“物探”，即用物理的原理研究地質(zhì)構(gòu)造和解決找礦勘探中問題的方法。它是以各種巖石和礦石的密度、磁性、電性、彈性、放射性等物理性質(zhì)的差異為研究基礎，用不同的物理方法和物探儀器，探測天然的或人工的地球物理場的變化，通過分析、研究所獲得的物探資料，推斷、解釋地質(zhì)構(gòu)造和礦產(chǎn)分布情況。目前主要的物探方法有：重力勘探、磁法勘探、電法勘探、地震勘探、放射性勘探等。依據(jù)工作空間的不同，又可分為：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。是利用組成地殼的各種巖體、礦體間的密度差異所引起的地表的重力加速度值的變化而進行地質(zhì)勘探的一種方法

13、。它是以牛頓萬有引力定律為基礎的。只要勘探地質(zhì)體與其周圍巖體有一定的密度差異，就可以用精密的重力測量儀器（主要為重力儀和扭秤）找出重力異常。然后，結(jié)合工作地區(qū)的地質(zhì)和其他物探資料，對重力異常進行定性解釋和定量解釋，便可以推斷覆蓋層以下密度不同的礦體與巖層埋藏情況，進而找出隱伏礦體存在的位置和地質(zhì)構(gòu)造情況。 磁法勘探是地球物理勘探方法之一。自然界的巖石和礦石具有不同磁性，可以產(chǎn)生各不相同的磁場，它使地球磁場在局部地區(qū)發(fā)生變化，出現(xiàn)地磁異常。利用儀器發(fā)現(xiàn)和研究這些磁異常，進而尋找磁性礦體和研究地質(zhì)構(gòu)造的方法稱為磁法勘探。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測

14、等。磁法勘探主要用來尋找和勘探有關礦產(chǎn)（如鐵礦、鉛鋅礦、銅錦礦等）；進行地質(zhì)填圖；研究與油氣有關的地質(zhì)構(gòu)造及大地構(gòu)造等問題。我國建國以來大多數(shù)鐵礦區(qū)、多金屬礦區(qū)及油氣田等都進行了大量的磁法勘探工作，取得了良好的地質(zhì)效果。磁法勘探也是基本地球物理手段，國家已納入在全國范圍內(nèi)進行系統(tǒng)測量的計劃，并已基本覆蓋了全國重要地區(qū)。 電法勘探是根據(jù)巖石和礦石電學性質(zhì)（如導電性、電化學活動性、電磁感應特性和介電性，即所謂“電性差異”）來找礦和研究地質(zhì)構(gòu)造的一種地球物理勘探方法。它是通過儀器觀測人工的、天然的電場或交變電磁場，分析、解釋這些場的特點和規(guī)律達到找礦勘探的目的。電法勘探分為兩大類。研究直流電場的，統(tǒng)

15、稱為直流電法，包括有電阻率法、充電法、自然電場法和直流激發(fā)極化法等；研究交變電磁場的，統(tǒng)稱為交流電法，包括有交流激發(fā)極化法、電磁法、大地電磁場法、無線電波透視法和微波法等。按工作場所的差別，電法勘探又分為地面電法、坑道和井中電法、航空電法、海洋電法等。 地震勘探是近代發(fā)展變化最快的地球物理方法之一。它的原理是利用人工激發(fā)的地震波在彈性不同的地層內(nèi)傳播規(guī)律來勘探地下的地質(zhì)情況。在地面某處激發(fā)的地震波向地下傳播時，遇到不同彈性的地層分界面就會產(chǎn)生反射波或折射波返回地面，用專門的儀器可記錄這些波，分析所得記錄的特點，如波的傳播時間、振動形狀等，通過專門的計算或儀器處理，能較準確地測定這些界面的深度和

16、形態(tài)，判斷地層的巖性，是勘探含油氣構(gòu)造甚至直接找油的主要物探方法，也可以用于勘探煤田、鹽巖礦床、個別的層狀金屬礦床以及解決水文地質(zhì)工程地質(zhì)等問題。近年來，應用天然震源的各種地震勘探方法也不斷得到發(fā)展。直流電法勘探的革命超高密度電法                          澳大利亞阿德萊德大學·地球物理·博士折

17、京平                        （西安澳立華勘探技術開發(fā)有限公司，西安，710075）       直流電法是一種最簡單，最流行的物探方法，它被廣泛用于找水，找礦，找溶洞，找地質(zhì)構(gòu)造，找墓，找地質(zhì)災害點等很多方面。在過去的一百年里，這種方法幫我們找到了一些用肉眼無法找到

18、的地下地質(zhì)體。       隨著計算機技術和電子技術的迅速發(fā)展，從上個世紀后期出現(xiàn)了反演算法和多通道、多電極的數(shù)據(jù)采集方法。這兩個技術的出現(xiàn)給直流電法勘探的精度和效率帶來了一個質(zhì)的飛躍。這可以稱之為超高密度電法-電法勘探的革命。下面就從以下幾個方面做一論述。       1、反演技術       超高密度電法徹底拋棄了傳統(tǒng)的視電阻率概念。而將所采集到的數(shù)據(jù)直接反演成真電阻率剖面，可真實的

19、反映出地質(zhì)異常體的位置和大小。反演技術是超高密度電法的基礎。它已開始被廣泛的用于電法勘探中，這是個必由之路。       2、數(shù)據(jù)采集方法       由于超高密度電法基于反演技術，不用視電阻率圖做解釋,所以在數(shù)據(jù)采集上再也不用沿襲傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方式，而可以隨心所欲的在反演網(wǎng)格上布電流點和電勢點。為了避免數(shù)據(jù)采集的片面性，我們采集了幾乎所有可能的電流點和電勢點的組合。這樣既不用顧及某種數(shù)據(jù)采集方式上的優(yōu)缺點，也使數(shù)據(jù)采集標準化。更重要的是這種方式使直流電法

20、的井地勘探和井井透視成為可能。我們提出的超高密度方法，就是利用以上的不受限制的數(shù)據(jù)采集方式來大量的采集數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)量比常規(guī)電法（包括高密度電法）多出幾十倍。這就使得數(shù)據(jù)反演結(jié)果的可靠性大大提高。       3、多通道數(shù)據(jù)采集技術-大大提高數(shù)據(jù)采集效率       如此大量的數(shù)據(jù)，如用高密度電法儀采集，可能需要數(shù)天才能完成。而我們的61道多通道采集方式，僅用一個小時就可以完成，效率是高密度電法儀的幾十倍。目前世界上道數(shù)最多的商用電法儀僅為10道。 

21、;      下面就舉兩個例子來說明此方法在井地和井井透視勘測兩個方面的獨特優(yōu)勢。 實例1: 大連市輕軌三號線橋基勘測       甲方準備在26米深的樁基孔中建筑橋基，但事先沒有做鉆孔勘探，所以不能確定26米以下的基巖中是否有溶洞存在。委托我們公司用井地電法勘測的方法確定26米基巖以下35米內(nèi)是否有溶洞。       從平面圖（圖1上）上可看出，每條測線我們都將兩個電極放入2個直徑1.

22、5米、深度26米的樁基孔中，每條測線共有28個電極。在數(shù)據(jù)采集時，井中水位距地面約10米。       從真電阻率剖面圖（圖1下）中看出兩個井的位置比較明顯可見，這是因為井中的水導致井筒呈現(xiàn)為低阻。在井的下部呈現(xiàn)均勻高阻，但并未見團狀高阻或低阻，所以推斷沒有溶洞存在，后經(jīng)甲方證實井下確實未發(fā)現(xiàn)有溶洞，且橋墩已豎起。在剖面圖的電極20和21之間有一高阻區(qū)域呈柱狀，是由橋墩所挖的大坑引起的。因為兩個在井底的電極的作用，所以剖面中井的周圍，特別是井底的分辨率是較為清晰的。單獨用地表電法是絕不可能做出這樣的結(jié)果。 實例2：貴陽帷幕滲漏井井透視勘測  &