东华理工大学电法勘探一_精品文档.ppt
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勘查地球物理概论电法勘探什么是电法勘探什么是电法勘探:
它是以岩、矿石的电学性质(如导电性)差异为基它是以岩、矿石的电学性质(如导电性)差异为基础,通过观测和研究与这些电性差异有关的(天然或础,通过观测和研究与这些电性差异有关的(天然或人工人工)电场或电磁场分布规律来查明地下地质构造及电场或电磁场分布规律来查明地下地质构造及有用矿产的一种物探方法,称为有用矿产的一种物探方法,称为“电法电法”。
电法勘探的特点:
可用电法勘探的特点:
可用“三多三多”、“两广两广”来来概括概括三多:
可利用的物性参性多导电性(或)电化学活动性()介电性()导磁性()利用场源多人工场源天然场源直流电(稳定场)交流电(交变场)传导类电法勘探传导类电法勘探(直流电法)研究(直流电法)研究稳定电流场稳定电流场方法种类多感应类电法勘探(交流电法)研究交变电流场电阻率法*充电法自然电场法激发极化法低频电磁法频率测探法甚低频法电磁波法大地电磁法应用空间广两广应用范围广航空地面海洋井中金属和非金属矿油气勘探地质填图水文与工程深部构造(地壳、地幔)第一节电阻率法什么是电阻率法:
电阻率法是传导类电法勘探方法之一。
建立在地壳中各种岩矿石具有各种导电性差异的基础上,通过观测和研究与这些差异有关的天然电场或人工电场的分布规律,从而达到查明地下构造或者寻找有用矿产的目的。
一一、电阻率法的理论基础、电阻率法的理论基础岩、矿石的电阻率岩、矿石的电阻率1.1.电阻率基本公式电阻率基本公式电阻R()长度(m)截面积(m)电阻率(m)S2.2.电阻率单位电阻率单位SISI制中制中3.导电机制溶液:
带电离子溶液:
带电离子金属导体:
自由离子,金属导体:
自由离子,如自然铜、金、银和石墨,电阻率低如自然铜、金、银和石墨,电阻率低半导体:
半导体:
“空穴空穴”导电,导电,大多数金属硫化物,金属氧化物体,电阻率较低大多数金属硫化物,金属氧化物体,电阻率较低固体电解质:
离子导电,绝大多数造岩矿物,固体电解质:
离子导电,绝大多数造岩矿物,如石英、云母、方解石、长石等,电阻率高如石英、云母、方解石、长石等,电阻率高4.主要岩矿石电阻率及其变化范围沉沉变变火火沉积岩:
沉积岩:
10101010火成岩:
火成岩:
10101010变质岩变质岩:
介于两者之间介于两者之间65.5.影响电阻率的主要因素影响电阻率的主要因素矿物成分、含量及结构矿物成分、含量及结构金属矿物含量金属矿物含量,电阻率,电阻率结构:
侵染状细脉状结构:
侵染状细脉状岩矿石的孔隙度、湿度岩矿石的孔隙度、湿度孔隙度孔隙度,含水量,含水量,电阻率,电阻率风化带、破碎带,含水量风化带、破碎带,含水量,电阻率,电阻率水溶液矿化度水溶液矿化度矿化度矿化度,电阻率,电阻率温度温度温度温度TT,溶解度,溶解度,离子活性,离子活性,电阻率,电阻率结冰时,电阻率结冰时,电阻率压力压力压力压力,孔隙度,孔隙度,电阻率,电阻率超过压力极限,岩石破碎,电阻超过压力极限,岩石破碎,电阻率率构造层的问题构造层的问题这种层状构造岩石的电这种层状构造岩石的电阻率,则具有非各向同性,阻率,则具有非各向同性,即岩层理方向的电阻率小于即岩层理方向的电阻率小于垂直岩层理方向的电阻率垂直岩层理方向的电阻率均匀各向同性半空间点电源的电场在物理学中,恒定电场是用三个相互有联系的物理量V(电位)、E(电场强度)和j(电流密度)来描述的,其间的关系为:
设大地是水平的,与不导电的空气接触,介质充满整个地下半空间,且电阻率在介质中处处相等,称这样的介质模型为均匀各项。
即:
地面为了建立地下电场,总是用两个电极(例如为了建立地下电场,总是用两个电极(例如AA、BB)向地)向地下供电。
这两个接地的电极(下供电。
这两个接地的电极(AA、BB)称为)称为“供电电极供电电极”。
当供电电极的大小比它们与关测点的距离小得多时,当供电电极的大小比它们与关测点的距离小得多时,可把两个供电电极看成两个可把两个供电电极看成两个“点点”,故又将它们称,故又将它们称“点电源点电源”1.1.一个点电源的电场一个点电源的电场设在地面设在地面AA点向地点向地下供电,电流强度为下供电,电流强度为II,地,地下半空间的电子率为下半空间的电子率为。
地下距A为的点M处的电流密度为:
电场强度为:
电位为:
对上式两边积分得:
当r,V=0,则C=0代入上式得2.两个异性点电源的电场地下电流场在供电电极附近分布极不均匀,其值趋于无限大;而在两极中央地段,场的分布较均匀,变化较平缓。
在AB的中点,V=0,中点左边V为正,右边为负;AB的中点上,E出现极小值。
在任意的M处的,可按场的叠加原理知:
(三)地下电流沿深度的分布规律(三)地下电流沿深度的分布规律jh的方向平行于地表上式表明,AB中垂线上任意一点M处j的大小,除与I有关外,还与M点的深度(h)及电极距大小有关当h,当h0,即当(或者)时,h深度的电流密度最大,该供电极距称为“最佳电极距”。
例如:
要使100m深处的电流密度最大,AB应大于或等于140m即当(或者)时,h深度的电流密度最大,该供电极距称为“最佳电极距”。
例如:
要使100m深处的电流密度最大,AB应大于或等于140m即当(或者)时,h深度的电流密度最大,该供电极距称为“最佳电极距”。
例如:
要使100m深处的电流密度最大,AB应大于或等于140m即当(或者)时,h深度的电流密度最大,该供电极距称为“最佳电极距”。
例如:
要使100m深处的电流密度最大,AB应大于或等于140m(四)电阻率公式及视电阻率1.(均匀大地)电阻率公式MM、NN处的电位为处的电位为:
式中AM、BM、AN、BN分别是A、B与M、N间的距离。
上两式相减可得MN两点间的电位差:
则则则均匀大地电阻率公式均匀大地电阻率公式式中的k称为装置系数(或布极常数),单位为“米”。
由于地下为均匀各向同性介质,故与k、I的值无关。
上面所讨论的情况是在地形水平、地下仅有单一的均匀各向同性介质。
然而实际中,地下岩石的导电性往往是不均匀的、且地形亦不是水平的,因此有必要进一步讨论非均匀条件下地中电流场分布的情况。
2.2.非均匀介质中的地下电流场及视电阻率非均匀介质中的地下电流场及视电阻率“地电断面地电断面”根据地下地质体电阻率的差异而划分根据地下地质体电阻率的差异而划分界限的断面。
界限的断面。
(11)非均匀介质中的地下电流场)非均匀介质中的地下电流场由图可见:
由图可见:
高阻体具有向周围排斥电流的作用。
高阻体具有向周围排斥电流的作用。
低阻体具有向其内部吸引电流的作用低阻体具有向其内部吸引电流的作用(22)视电阻率)视电阻率当地表不水平或者地下电阻率分布不均匀时(存在当地表不水平或者地下电阻率分布不均匀时(存在两种或者两种以上介质),仍然采用前述均匀介质两种或者两种以上介质),仍然采用前述均匀介质中的供电方式及测量方式,仍由前述的公式计算中的供电方式及测量方式,仍由前述的公式计算“电阻率值电阻率值”,不过这时计算出的,不过这时计算出的“电阻率值电阻率值”,既,既不是不是11,也不是,也不是22和和33,而是三者都有关的一个量,而是三者都有关的一个量,称为称为“视电阻率视电阻率”,用符号,用符号ss表示,即表示,即视电阻率在电场有效作用范围内各种地质体电阻率的综合影响值。
(3)影响视电阻率的因素电极装置供电电极(A、B)及测量电极(M、N)的排列形式和移动方式电极装置类型及电极距的大小测点相对于地质体的位置电场有效作用范围内各种地质体的真电阻率各地质体的分布状态(及形状、大小、埋深及相对位置)3.视电阻率的定性分析公式视电阻率与电流密度的关系式,即式中jMNMN测量电极M、N间任一点的电流密度和介质的真电阻率。
j0为均匀各向同性介质体中M、N间的电流密度。
上式表明,s与M、N间的介质的电阻率MN电流密度jMN成正比3.视电阻率的定性分析公式视电阻率与电流密度的关系式,即式中jMNMN测量电极M、N间任一点的电流密度和介质的真电阻率。
j0为均匀各向同性介质体中M、N间的电流密度。
上式表明,s与M、N间的介质的电阻率MN电流密度jMN成正比剖面曲线的变化能清楚的反剖面曲线的变化能清楚的反映出地下导电性不均匀体的位映出地下导电性不均匀体的位置及电阻率的相对高低置及电阻率的相对高低第一节电阻率法二、电阻率法的仪器和装备由视电阻率的计算公式可知,其仪器功能就是测量出供电电流I及测量电极M、N间的电位差UMN即可。
除仪器外,其它装备还有:
供电电极铁棒或铜棒测量电极铜棒、导线及供电电源。
电阻率法的仪器种类很多,有图DZD-4多功能直流电法仪,它具有如下功能:
(1)高密度电阻率法测量
(2)视电阻率法和激发极化法同时测量;(3)实时大屏幕液晶汉字显示实测曲线;(4)信号增强技术,不仅适用于野外勘查,也适用于城市勘查。
电阻率法的常用电极装置类型电阻率法的常用电极装置类型在电法勘查中,为了解决不同的地质问题,在电法勘查中,为了解决不同的地质问题,常采用不同的装置。
常采用不同的装置。
目前,我国采用的电阻率装置类型有电剖面目前,我国采用的电阻率装置类型有电剖面法、中间梯度法和电测深法。
法、中间梯度法和电测深法。
电阻率剖面法简称电剖面法。
它包括许多分电阻率剖面法简称电剖面法。
它包括许多分支装置:
二级装置、三级装置、联合剖面装支装置:
二级装置、三级装置、联合剖面装置对称四级装置和偶极装置等。
置对称四级装置和偶极装置等。
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