地球物理勘探部分知識(shí)點(diǎn)

1、測(cè)量均勻大地的電阻率，原則上可以采用任意形式的電極排列來進(jìn)行，即在地表任意兩點(diǎn)(A、B)供電，然后在任意兩點(diǎn)(M、N)測(cè)量其間的電位差，根據(jù) （5.2.10)式便可求出M、N兩點(diǎn)的電位. AB在MN間產(chǎn)生的電位差由上式解出大地電阻率,大地電阻率的計(jì)算公式為 上式即為在均勻大地的地表采用任意電極裝置(或電極排列)測(cè)量電阻率的基本公式。 其中K為電極裝置系數(shù)。電法勘探的基本概念電法勘探是以研究地殼中各種巖石、礦石電學(xué)性質(zhì)之間的差異為基礎(chǔ)，利用電場(chǎng)或電磁場(chǎng)（天然或人工）空間和時(shí)間分布規(guī)律來解決地質(zhì)構(gòu)造或?qū)ふ矣杏玫V產(chǎn)的一類地球物理勘探方法，通稱為電法。場(chǎng)源 穩(wěn)定電流場(chǎng)：點(diǎn)電源電場(chǎng)、兩異極性點(diǎn)電源電場(chǎng)、

2、偶極子源電場(chǎng)。 變化電流場(chǎng)：電磁場(chǎng)裝置類型：對(duì)稱四極、三極、偶極視電阻率均勻介質(zhì)電阻率計(jì)算公式實(shí)際上大地介質(zhì)常不滿足均勻介質(zhì)條件，地形往往起伏不平，地下介質(zhì)也不均勻，各種巖石相互重疊，斷層裂隙縱橫交錯(cuò)，或者有礦體充填其中，這時(shí)由上式得到的電阻率值在一般情況下既不是圍巖電阻率，也不是礦體電阻率，我們稱之為視電阻率。用s 表示介質(zhì)視電阻率計(jì)算公式視電阻率與真電阻率在概念上有本質(zhì)的不同，決定視電阻率值大小的因素有： 1） 不均勻體的電阻率及圍巖電阻率； 2） 不均勻地質(zhì)體的分布狀態(tài)（形狀大小、深淺及產(chǎn)狀等）； 3） 供電電極和測(cè)量電極間的相互位置； 4） 工作裝置和地質(zhì)體的相對(duì)位置電測(cè)深 電測(cè)深法是

3、根據(jù)巖石和礦石導(dǎo)電性的差異，在地面上不斷改變供電電極和測(cè)置電極的位置，觀測(cè)和研究所供直流電場(chǎng)在地下介質(zhì)中的分布，了解測(cè)點(diǎn)電阻率沿深度的變化，達(dá)到測(cè)深、找礦和解決其他地質(zhì)問題的目的。實(shí)踐證明，電測(cè)深法無論在普查金屬、非金屬礦產(chǎn)方面，還是在能源勘探、地質(zhì)填圖以及水文、工程地質(zhì)調(diào)查等方面，都有良好的地質(zhì)效果，發(fā)揮著重要作用 電測(cè)深法是在同一測(cè)點(diǎn)上逐次增大供電電極距，使勘探深度由小逐漸加深，于是可觀測(cè)到測(cè)點(diǎn)處沿深度方向的視電阻率的變化規(guī)律。通過對(duì)反映地電斷面變化的電測(cè)深s曲線的分析，可以了解深度方向地質(zhì)剖面的特征。自然電場(chǎng)：由地球表層內(nèi)礦體、地下水和各種水系間的物理化學(xué)作用產(chǎn)生的電場(chǎng)。自然電場(chǎng)的形成原

4、因 氧化還原：地下水溶液與礦石間的電化學(xué)作用。 過濾作用（吸附）：地下水的滲流和過濾作用。 接觸擴(kuò)散：礦化溶液的離子在巖石交界面上的擴(kuò)散和巖石骨架對(duì)離子的吸附作用。自然電場(chǎng)的野外工作方法 電位法 梯度法充電法：是以巖石電阻率為基礎(chǔ)的一種直流電法勘探，根據(jù)充電體與圍巖電性差異，向充電礦體充電，使充電體變?yōu)橐坏任惑w或似等位體，研究充電體和其周圍電場(chǎng)分布特征，從而解決充電體的形狀、大小和產(chǎn)狀等地質(zhì)問題；充電法野外工作方法：電位法、梯度法、直接追索等位線法激發(fā)極化法：在充電和放電過程中產(chǎn)生隨時(shí)間緩慢變化的附加電場(chǎng)現(xiàn)象，稱為激發(fā)極化效應(yīng)（簡(jiǎn)稱激電效應(yīng)），它是巖、礦石及其所含水溶液在電流作用下所發(fā)生的復(fù)雜

5、電化學(xué)過程的結(jié)果。激發(fā)極化法（簡(jiǎn)稱激電法）是以不同巖、礦石激電效應(yīng)之差異為物質(zhì)基礎(chǔ)，通過觀測(cè)和研究大地激電效應(yīng)，來探查地下地質(zhì)情況的一種分支電法。 激電法可以沿用電阻率法的各種電極裝置，其中用得比較廣泛的有中間梯度（中梯）、聯(lián)合剖面（聯(lián)剖）、對(duì)稱四極測(cè)深（測(cè)深）和偶極一偶極（偶極）等裝置高密度電阻率法實(shí)際上是一種陣列式勘探方法。野外測(cè)量時(shí)只需將全部電極(幾十至上百根)置于測(cè)點(diǎn)上，然后利用程控電極轉(zhuǎn)換開關(guān)和微機(jī)工程電測(cè)儀便可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速和自動(dòng)采集，當(dāng)將測(cè)量結(jié)果送入微機(jī)后，可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并得出關(guān)于地電斷面分布的各種圖示結(jié)果。高密度電阻率法是集測(cè)深和剖面法于一體的一種多裝置、多極距的組合方法，它

6、具有一次布極即可進(jìn)行多裝置數(shù)據(jù)采集以及通過求取比值參數(shù)而能突出異常信息的特點(diǎn) 。高密度電阻率相對(duì)于常規(guī)電阻家法而言、它具有以下特點(diǎn)： 電極布設(shè)是一次完成的，不僅減少了因電極設(shè)置而引起的故障和干擾，而且為野外數(shù)據(jù)的快速和自動(dòng)測(cè)量奠定了基礎(chǔ)。 能有效的進(jìn)行多種電極排列方式的掃描測(cè)量，因而可以獲得較豐富的關(guān)于地電斷面結(jié)構(gòu)特征的地質(zhì)信息。 野外數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化或半自動(dòng)化，不僅采集速度快，而且避免了由于手工操作所出現(xiàn)的錯(cuò)誤。 可以對(duì)資料進(jìn)行預(yù)處理并顯示剖面曲線形態(tài)，脫機(jī)處理后還可自動(dòng)繪制和打印各種成果圖件。 與傳統(tǒng)的電阻率法相比，成本低、效率高，信息豐富，解釋方便，勘探能力顯著提高。探地雷達(dá)利用一個(gè)

7、天線發(fā)射高頻寬頻帶電磁波，另一個(gè)天線接受來自地下介質(zhì)界面的反射波。電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其路徑、電磁場(chǎng)強(qiáng)度與波形將隨所通過介質(zhì)的電性質(zhì)及幾何形態(tài)而變化。因此，根據(jù)接收到波的旅行時(shí)間（亦稱雙程走時(shí)）、幅度與波形資料，可推斷地下介質(zhì)的分布情況。地質(zhì)雷達(dá)由發(fā)射部分和接收部分組成。發(fā)射部分由產(chǎn)生高頻脈沖波的發(fā)射機(jī)和向外輻射電磁波的天線(Tx)組成。通過發(fā)射天線電磁波以6090的波束角向地下發(fā)射電磁波，電磁波在傳播途中遇到電性分界面產(chǎn)生反射。反射波被設(shè)置在某一固定位置的接收天線（Rx）接收，與此同時(shí)接收天線還接收到沿巖層表層傳播的直達(dá)波，反射波和直達(dá)波同時(shí)被接收機(jī)記錄或在終端將兩種顯示出來。測(cè)量方式 1

8、）、剖面法2）、多次覆蓋3）、寬角法剖面法是發(fā)射天線(T)和接收天線(R)以固定間距沿測(cè)線同步移動(dòng)的一種測(cè)量方式，當(dāng)發(fā)射天線與接收天線間距為零，亦即發(fā)射天線與接收天線合二為一時(shí)稱為單天線形式，反之稱為雙天線形式。剖面法的測(cè)量結(jié)果可以用探地雷達(dá)時(shí)間剖面圖來表示。該圖像的橫坐標(biāo)記錄了天線在地表的位置；縱坐標(biāo)為反射波雙程定時(shí)，表示雷達(dá)脈沖從發(fā)射天線出發(fā)經(jīng)地下界面反射回到接收天線所需的時(shí)間。這種記錄能準(zhǔn)確反映測(cè)線下方地下各反射界面的形態(tài)。多次覆蓋：由于介質(zhì)對(duì)電磁波的吸收，來自深部界面的反射波會(huì)由于信噪比過小而不易識(shí)別。這時(shí)可應(yīng)用不同天線距的發(fā)射接收天線在同一測(cè)線上進(jìn)行里復(fù)測(cè)量，然后把測(cè)量記錄中相同位置

9、的記錄進(jìn)行疊加，這種記錄能增強(qiáng)對(duì)深部地下介質(zhì)的分辨能力。當(dāng)一個(gè)天線固定在地面某一點(diǎn)上不動(dòng)，而另一個(gè)天線沿測(cè)線移動(dòng)，記錄地下各個(gè)不同界面反射波的雙程走時(shí)，這種測(cè)量方式稱為寬角法。探地雷達(dá)已在工程地質(zhì)勘察、災(zāi)害地質(zhì)調(diào)查、地基基礎(chǔ)施工質(zhì)量檢測(cè)、考古調(diào)查、管線探測(cè)、公路工程質(zhì)量檢測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。 巷道圍巖松動(dòng)圈探測(cè)，巷道冒落影響范圍探測(cè)，襯砌質(zhì)量檢測(cè)，高速公路檢測(cè)，鐵路路基探測(cè)波前（波陣面）介質(zhì)中的各點(diǎn)剛剛開始振動(dòng)，形成的曲面叫在時(shí)刻t1的波前波面（等相面）如果在一個(gè)曲面上各個(gè)點(diǎn)是同時(shí)（在時(shí)刻t1）開始振動(dòng)的，它們的振動(dòng)是同相的，這樣的曲面稱為波面地震處理三個(gè)基本階段：預(yù)處理：將野外采集

10、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適合計(jì)算機(jī)處理的格式，并對(duì)數(shù)據(jù)作相應(yīng)編輯和校正。常規(guī)處理：對(duì)地震數(shù)據(jù)作基本處理運(yùn)算，包括反褶積、疊加和偏移三大技術(shù) ；特殊處理（目標(biāo)處理）：針對(duì)不同目的采用的特殊處理手段。屬性分析：從地震反射波中提取地震波的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，分析動(dòng)力學(xué)參數(shù)與儲(chǔ)層或目的層地質(zhì)屬性之間的關(guān)系。反演:利用觀測(cè)地震數(shù)據(jù)推測(cè)地球內(nèi)部介質(zhì)性質(zhì)。地震反演方法很多，聲阻抗反演應(yīng)用最廣。另外還有旅行時(shí)反演、速度反演等。 聲波探測(cè)用聲波儀測(cè)試聲源激發(fā)的彈性波在巖體(巖石)中的傳播情況，借以研究巖體(巖石)的物理性質(zhì)和構(gòu)造特征的方法，稱為聲波探測(cè)。與地震勘探的異同：(1) 相同點(diǎn) 它和地震勘探一樣，也是利用巖石彈性的物探方法，

11、而且都以彈性波理論作為本方法的理論基礎(chǔ)。(2) 區(qū)別 a.二者之間的主要區(qū)別在于聲波探測(cè)所利用的是頻率大大高于地震波的聲波或超聲波，其頻率一般為一千赫茲至幾兆赫茲。 b.與地震勘探相比，由于聲波的頻率高、波長(zhǎng)短、受巖石的吸收和散射比較嚴(yán)重，因此聲波探測(cè)對(duì)巖體的了解較為細(xì)致而探測(cè)范圍較小，但具有簡(jiǎn)便、快速、經(jīng)濟(jì)、便于重復(fù)測(cè)試、對(duì)測(cè)試的巖體(巖石)無破壞作用等優(yōu)點(diǎn)。聲波探測(cè)可分為主動(dòng)測(cè)試和被動(dòng)測(cè)試兩種工作方法。主動(dòng)測(cè)試所利用的聲波由聲波儀的發(fā)射系統(tǒng)或槌擊方式產(chǎn)生；被動(dòng)測(cè)試的聲波則是巖體遭受自然界的或其它的作用力時(shí)，在變形或破壞過程中由它本身發(fā)出的(如滑坡)。當(dāng)介質(zhì)中存在分界面時(shí)，在一定的條件下體波

12、（P波或S波，或二者兼有）會(huì)形成相長(zhǎng)干涉并疊加產(chǎn)生出一類頻率較低、能量較強(qiáng)的次生波。這類地震波與界面有關(guān)，且主要沿著介質(zhì)的分界面?zhèn)鞑?，其能量隨著與界面距離的增加迅速衰減，因而被稱為面波。面波主要有兩種類型：瑞雷面波和拉夫面波。瑞雷面波沿界面?zhèn)鞑r(shí)，在垂直于界面的入射面內(nèi)各介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近的運(yùn)動(dòng)即有平行于波傳播方向的分量，也有垂直于界面的分量，因而質(zhì)點(diǎn)合成運(yùn)動(dòng)的軌跡呈逆橢圓瑞雷波法勘探實(shí)質(zhì)上是根據(jù)瑞雷面波傳播的頻散特性，利用人工震源激發(fā)產(chǎn)生多種頻率成分的瑞雷面波，尋找出波速隨頻率的變化關(guān)系，從而最終確定出地表巖土的瑞雷波速度隨場(chǎng)點(diǎn)坐標(biāo)(x，z)的變化關(guān)系，以解決淺層工程地質(zhì)和地基巖土的地

13、震工程等問題 穩(wěn)態(tài)法的主要優(yōu)點(diǎn)是可以降至23Hz的較低頻率，從而達(dá)到較大的勘探深度；并且可以從各頻點(diǎn)資料的過程中，總結(jié)出一套地層地質(zhì)解釋的經(jīng)驗(yàn)；缺點(diǎn)是儀器大，施工慢，效率低。針對(duì)穩(wěn)態(tài)法施工效率低的缺點(diǎn)，瞬態(tài)激振法用錘擊方式取代了激振器，一次擊發(fā)出各種頻率成分，同時(shí)檢波器也接收到富含各種頻率成分的信號(hào)。剩下的工作，即穩(wěn)態(tài)法中靠?jī)x器硬件逐個(gè)頻點(diǎn)的變更及相應(yīng)的運(yùn)算工作，在瞬態(tài)法中，主要靠軟件來完成。 瞬態(tài)法的優(yōu)點(diǎn)是儀器輕便，施工快速，且能解決儀器的防爆問題，資料也利于進(jìn)行一步的各種處理。目前主要問題的如何激發(fā)出頻率較低的信號(hào)，進(jìn)一步增大它的勘探深度。無論是穩(wěn)態(tài)法還是瞬態(tài)法，方法中核心的部分，都是利用

14、了瑞雷波在層狀介質(zhì)中傳播時(shí)的頻散特性，通過實(shí)測(cè)的頻散曲線來進(jìn)行地質(zhì)解釋。 所不同的，除了施工方式(激振方式、接收方式)外，主要是資料分析過程和運(yùn)算方式的區(qū)別，前者是通過兩道信號(hào)的互相關(guān)來求取時(shí)間差并計(jì)算平均速度的，后則通過傅里葉變換及一系列的譜分析，直接求取相位差得到平均速度值。瞬變電磁法（Transient Electromagnetic Method，簡(jiǎn)稱TEM）是利用不接地回線或接地電極向地下發(fā)送脈沖式一次電磁場(chǎng)，用線圈或接地電極觀測(cè)由該脈沖電磁場(chǎng)感應(yīng)的地下渦流產(chǎn)生的二次電磁場(chǎng)的空間和時(shí)間分布，從而來解決有關(guān)地質(zhì)問題的時(shí)間域電磁法。按其工作空間可分為：航空瞬變電磁法、海洋瞬變電磁法、地面

15、瞬變電磁法、井地瞬變電磁法、礦井瞬變電磁法。裝置類型(1)單線框裝置：?jiǎn)尉€框裝置是瞬變電磁測(cè)量系統(tǒng)中最簡(jiǎn)單的一種，其主要特點(diǎn)是發(fā)射器和接收器為同一線框，既做為發(fā)射框，同時(shí)又作為接收框。線框形狀可以是正方形，亦可為矩形，線框邊長(zhǎng)一般在200m之內(nèi)，視具體情況而定(圖a).(2)共線框裝置：共線框裝置是指發(fā)射框和接收框具有完全相同的幾何形狀和尺寸，但兩線框相互獨(dú)立布置在同一位置上(圖b)(3)環(huán)式線框裝置接：收線框位于發(fā)射線框內(nèi)中心位置的形式稱環(huán)狀線框裝置，其尺寸比發(fā)射框小的多，通常接收線框由多芯導(dǎo)線組成多扎線框，由每個(gè)單扎線圈可看作是一個(gè)磁偶極子，因此這種接收器又稱偶極接收器(圖c)（4）分離式

16、線框裝置：發(fā)射線框與接收線框保持一定距離分別布置的測(cè)量系統(tǒng)稱分離式線框裝置。該裝置有兩種形式，一種是發(fā)射和接收線框尺寸大小完全相同，另一種是接收線框?yàn)榕紭O接收器（圖d）(5)雙線框裝置：雙線框裝置是由兩個(gè)大小相同，平行而相鄰的線框并聯(lián)構(gòu)成。該裝置如圖e所示，雙線框即做發(fā)射線框，又做接收線框，工作方式類似于單線框裝置;發(fā)射和接收線框分別由兩個(gè)大小相同而又獨(dú)立的雙線框組成，工作方式類似于共線框裝置。雙線框裝置抗干擾能力強(qiáng)，但施工不方便，使用時(shí)受到限制。(6)固定發(fā)射移動(dòng)接收裝置：該裝置由一個(gè)固定的大線框和一個(gè)可移動(dòng)的多繞層小線框組成，大線框?yàn)榘l(fā)射框、小線框?yàn)榻邮湛?。發(fā)射線框通常為矩形，長(zhǎng)邊約600

17、m以上，有時(shí)可達(dá)12km;接收框，通常為正方形，邊長(zhǎng)在lm以內(nèi);觀測(cè)點(diǎn)可布置在發(fā)射框內(nèi)或外。該裝置可通過調(diào)節(jié)接收線框方位進(jìn)行三分量觀測(cè)，是目前較普遍的觀測(cè)方法之一(圖f).無線電波透視法：是利用探測(cè)目標(biāo)與周圍介質(zhì)之間的電性差異來研究、確定目標(biāo)體位置、形態(tài)、大小及物性參數(shù)的一種井中物探方法。所用的頻率屬于高頻頻段，一般為一百千赫至幾十兆赫。無線電波透視法研究的是輻射場(chǎng)，它可以在真空及各種介質(zhì)中傳播。無線電波透視法就是通過研究電磁波在鉆孔或坑道間傳播特性和被介質(zhì)吸收的情況來尋找、圈定各種目標(biāo)的。根據(jù)工作環(huán)境，無線電波透視法分為鉆孔電磁波法和坑道電磁波法。前者按工作方式，又可分為單孔、雙孔、三孔和地井方式；后者又有同步法和定點(diǎn)法兩種. 重力勘探是地球物理勘探的一個(gè)分支，以研究對(duì)象（礦產(chǎn)資源或地質(zhì)構(gòu)造）與圍巖存在著密度上的差異為前提條件的，從觀測(cè)重力值中去掉與研究對(duì)象無關(guān)的各種因素的影響，獲得單純由礦體或構(gòu)造等密度不均勻體產(chǎn)生的重力異常，通過對(duì)異常的處理、反演、解釋，主要用于探查含油氣遠(yuǎn)景區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造和研究深部構(gòu)造和區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造。決定巖石和礦石密度的主要因素1）巖石和礦石本身的礦