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(chǔ)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(gè)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(duì)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(duì)稱四極電阻率測深曲線1.3.4水平層狀大地對(duì)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(yīng)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(yīng)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(yīng)及其機(jī)理3.1.2激發(fā)極化場的正演計(jì)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(yīng)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(yīng)用思考題4電磁法4.1電磁法理論基礎(chǔ)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(xué)性質(zhì)4.1.3模擬準(zhǔn)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(dǎo)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(xí)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(diǎn)？ 3. 什么是巖礦石的電阻率？簡述巖礦石電阻率的特點(diǎn)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(yuǎn)極（3）點(diǎn)電源。 5. 請(qǐng)

4、描述一下一個(gè)點(diǎn)電源、兩個(gè)異性點(diǎn)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(diǎn)、反交點(diǎn)。 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(dǎo)脈時(shí)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(yīng)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(qǐng)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(yīng)用。21. 什么是充電法？充電法的應(yīng)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(yīng)用是什么？

6、28. 探地雷達(dá)儀的基本原理是什么？它的主要應(yīng)用是什么？29. 高密度電法與常規(guī)的傳導(dǎo)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(jì)就有關(guān)于人工產(chǎn)生電現(xiàn)象的記載。19世紀(jì)，電機(jī)、電話、電燈這三大發(fā)明促使了人類實(shí)現(xiàn)電氣化?，F(xiàn)在，世界進(jìn)入了信息時(shí)代，無論在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防及日常生活的各個(gè)領(lǐng)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(dǎo)電性能的特征，當(dāng)我們?cè)诘孛嫔蟽牲c(diǎn)供入直流電，地下立即會(huì)形成一個(gè)電場，如果地下的導(dǎo)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(dǎo)電性與周圍巖石不同的礦體，電場就會(huì)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(yuǎn)。20世紀(jì)20年代，法國科學(xué)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(xué)家彼德羅夫斯基領(lǐng)導(dǎo)下，組成了世界上的第一個(gè)電法勘探隊(duì)，并開展了多種電法方法的試驗(yàn)和研究，他們?yōu)橥苿?dòng)電法勘探做出了重要貢獻(xiàn)。    電法勘探是一個(gè)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(jì)40年代就廣泛應(yīng)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(shí)間的變化關(guān)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(gè)導(dǎo)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(chǔ)層，當(dāng)電阻率很高的石油侵入后，就會(huì)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(guān)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(yīng)用電法勘探結(jié)果不僅可以對(duì)盆地進(jìn)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(xiàn)。隨著

9、電法勘探方法的更新、儀器精度的提高和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)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(xué)性質(zhì)（ 如導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性、介電性）和電化學(xué)特性的差異，通過對(duì)人工或天然電場、電磁場或電化學(xué)場的空間分布規(guī)律和時(shí)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(dǎo)電性、導(dǎo)磁性、介電性和電化學(xué)性質(zhì)。根據(jù)這些性質(zhì)及其空間

10、分布規(guī)律和時(shí)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(dá)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(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)。電法勘探利用巖石、礦石的物理參數(shù)，主要有電阻率（）、導(dǎo)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(dòng)源法）、天然場法（被動(dòng)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(shí)間特性可分為直流電法（時(shí)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(dǎo)類電法、感應(yīng)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(yīng)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(shí)際上是一種陣列勘探方法，野外測量時(shí)只需將全部電極（幾十至上百根）置于測點(diǎn)上，然后利用程控電極轉(zhuǎn)換開關(guān)和微機(jī)工程電測儀便可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速和自動(dòng)采集。當(dāng)測量結(jié)果送入微機(jī)后，還可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并給出關(guān)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(shù)的運(yùn)用與發(fā)展，使電法勘探的智能化程度大大向前邁進(jìn)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(chǔ)，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(jìn)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(chǔ)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(duì)重力異常進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(guān)礦產(chǎn)（如鐵礦、鉛鋅礦、銅錦礦等）；進(jìn)行地質(zhì)填圖；研究與油氣有關(guān)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(jìn)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(jìn)行系統(tǒng)測量的計(jì)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(xué)性質(zhì)（如導(dǎo)電性、電化學(xué)活動(dòng)性、電磁感應(yīng)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(diǎn)和規(guī)律達(dá)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(shí)，遇到不同彈性的地層分界面就會(huì)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(diǎn)，如波的傳播時(shí)間、振動(dòng)形狀等，通過專門的計(jì)算或儀器處理，能較準(zhǔn)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(gè)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(yīng)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(xué)·地球物理·博士折

17、京平                        （西安澳立華勘探技術(shù)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(zāi)害點(diǎn)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(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的迅速發(fā)展，從上個(gè)世紀(jì)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(gè)技術(shù)的出現(xiàn)給直流電法勘探的精度和效率帶來了一個(gè)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(gè)方面做一論述。       1、反演技術(shù)       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(shí)的

19、反映出地質(zhì)異常體的位置和大小。反演技術(shù)是超高密度電法的基礎(chǔ)。它已開始被廣泛的用于電法勘探中，這是個(gè)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(shù)，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(diǎn)和電勢點(diǎn)。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(diǎn)和電勢點(diǎn)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(diǎn)，也使數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)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(shù)-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(gè)小時(shí)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(gè)例子來說明此方法在井地和井井透視勘測兩個(gè)方面的獨(dú)特優(yōu)勢。 實(shí)例1: 大連市輕軌三號(hào)線橋基勘測       甲方準(zhǔn)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(gè)電極放入2個(gè)直徑1.

22、5米、深度26米的樁基孔中，每條測線共有28個(gè)電極。在數(shù)據(jù)采集時(shí)，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(gè)井的位置比較明顯可見，這是因?yàn)榫械乃畬?dǎo)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(tuán)狀高阻或低阻，所以推斷沒有溶洞存在，后經(jīng)甲方證實(shí)井下確實(shí)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?yàn)閮蓚€(gè)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(dú)用地表電法是絕不可能做出這樣的結(jié)果。 實(shí)例2：貴陽帷幕滲漏井井透視勘測  &