電法勘探(緒論)1

1、地球物理勘探電法勘探方法與應(yīng)用,引言：地球物理勘探概況,常用的地球物理勘探方法,地震勘探（Seismic Prospecting)電法勘探（Electrical Prospecting)重力勘探（Gravity Prospecting） 磁法勘探 (Magnetic Prospecting)放射性法 (Radioactivity Survey),地震勘探,勘測條件：介質(zhì)的彈性和密度的差異，對成層性好的地質(zhì)體特別有效?？睖y歷

2、史：1845年主要勘探方式：反射波法、折射波法、面波法主要應(yīng)用：石油煤田勘探、工程勘察特點(diǎn)：測深剖面勘探,R24淺層地震儀,重力勘探,勘測條件：密度差異歷史：1901年勘探方法：常規(guī)重力勘探、微重力勘探（主要用于監(jiān)測地質(zhì)體形變）主要應(yīng)用：區(qū)域性構(gòu)造（石油、煤）、金屬礦、工程等勘察。特點(diǎn)：面積性勘測,,重力儀,磁法勘探,勘測條件：磁性差異歷史：1879年用于找磁鐵礦勘探方法：常規(guī)磁法勘探主要應(yīng)用：區(qū)域性構(gòu)造（石油、煤）

3、、金屬礦、工程、考古等勘察特點(diǎn)：面積性勘測,G-858光泵磁力儀20臺套,第三代光泵磁力儀,磁力儀的核心技術(shù)磁探頭，從最早靈敏度為1nT的磁通門磁力儀、經(jīng)過靈敏度0.1nT的核質(zhì)子磁力儀、到最近靈敏度達(dá)到0.01nT的光泵磁力儀經(jīng)歷了三代更迭，不僅靈敏度成數(shù)量級升高，而且信/噪比升高、能耗降低、操作簡化、自動化程度提高、體積縮小、野外實(shí)用性大大增強(qiáng)。,放射性勘探,勘測條件：天然放射性礦歷史：1930年勘探方法：γ強(qiáng)度測量、 γ能譜

4、測量、氡氣測量、 α徑跡測量主要應(yīng)用：放射性礦、地質(zhì)填圖、金礦、水文地質(zhì)、考古等勘察特點(diǎn)：面積性勘測,電法勘探,以巖（礦）石間電磁學(xué)性質(zhì)及電化學(xué)性質(zhì)的差異作為基礎(chǔ)，通過觀測與研究天然電磁場或人工建立的電磁場的空間和時間分布規(guī)律，以達(dá)到地質(zhì)問題的一類地球物理勘探方法。 勘測條件：電磁學(xué)、電化學(xué)差異（導(dǎo)電、導(dǎo)磁、極化、介電常數(shù)）歷史：1835年用自然電位法找到硫化礦主要應(yīng)用：金屬礦、石油、煤、工程等勘察。,電法勘探分類和應(yīng)用,電法

5、勘探通?？煞譃閮纱箢悾磦鲗?dǎo)類電法（直流電法）和感應(yīng)類電法（交流電法）。,直流電場:　自然電場法：金屬礦產(chǎn)及水文地質(zhì)調(diào)查（填繪石墨化、黃鐵礦化、或滲透性地層界線；測地下水流向及地下水與地表水的補(bǔ)給關(guān)系；查河床、水庫底滲漏點(diǎn)。　　　　　 直流電阻率法： 剖面法：填圖、追索斷層破碎帶，追索各種高低阻陡傾斜地電體及接觸面；查巖溶發(fā)育帶。 測深法： 劃分近水平層位，確定含水層厚度、埋深；劃分咸淡水分界面；

6、查構(gòu)造 激發(fā)極化法：金屬礦產(chǎn)普查及探測充電法：水文調(diào)查及良導(dǎo)礦體產(chǎn)狀預(yù)測,電法勘探分類和應(yīng)用,交變電磁：頻譜激發(fā)極化法：金屬礦產(chǎn)普查及探測甚低頻法：區(qū)域地質(zhì)填圖及找礦大地電磁測深法：深部及區(qū)域構(gòu)造探測，主要用于油氣勘探可控源大地電磁測深法：區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造探測瞬變電磁法：水文及工程地質(zhì)調(diào)查及盲礦體探測無線電波法：水文及工程地質(zhì)調(diào)查及盲礦體探測地質(zhì)雷達(dá)：工程檢測等無線電透視法,電法勘探應(yīng)用,利用直流電阻率法考古——秦始皇

7、陵勘測：,,利用直流電阻率法工程勘測：電法空洞調(diào)查,利用直流電阻率法工程勘測：地質(zhì)構(gòu)造調(diào)查,利用直流電阻率法工程勘測：滑坡調(diào)查,利用直流電阻率法工程勘測：地?zé)嵴{(diào)查,利用激發(fā)極化法勘測金屬礦,利用激發(fā)極化法勘測金屬礦,利用激發(fā)極化法勘測金屬礦,,Damaged steel supporting frame,Site of Roof fall,Entry of the tunnel,Site of Roof fall,,ATM法地質(zhì)構(gòu)造調(diào)查

8、(EH4),Stone block,,,,,,,,,,,,,,Final result,(A) The result of the high frequency electromagnetical method. (B) The geological interpretation based on the the HFEM result. (C) The tunnelled geolog

9、ical structure. (The real result of B tunnel ),A,B,C,高頻發(fā)射天線,電極,信號接收放大器,主機(jī),電法勘探的特點(diǎn)——四多一廣一快,四多：可測的物性參數(shù)多；場源裝置形式多；觀測內(nèi)容、測量要素多；存在問題、干擾因素多。一廣：應(yīng)用范圍廣：金屬與非金屬、水文工程地質(zhì)、石油煤田、城市環(huán)境。一快：新方法出現(xiàn)快。地球物理勘探共性：條件性、多解性、綜合性。,教學(xué)計(jì)劃,第一篇 電阻率法,電阻率法是

10、以地殼不同巖（礦）石的導(dǎo)電性差異為物質(zhì)基礎(chǔ)，通過觀測與研究人工建立的地中穩(wěn)定電流場的分布規(guī)律以達(dá)到解決地質(zhì)問題目的的一組電法勘探方法。,,,,,,,,,,,,,,,,,,高阻體,低阻體,第一章 電阻率法基礎(chǔ)第1節(jié) 巖石的電阻率及影響因素,,一、巖石導(dǎo)電性，用電阻率 或電導(dǎo)率 來表征,,,,,,,,,,1米,1米,1米,,,巖石的電阻率等于電流垂直通過邊長為1米的單位立方體所呈現(xiàn)的電阻，單位為歐姆?米，記作Ω?M。電導(dǎo)率為電阻

11、率的倒數(shù)，單位為西門子/米，記作S/M。 巖石電阻率越低，電導(dǎo)率越高，則導(dǎo)電性越好，反之導(dǎo)電性越差。,常見巖石的電阻率變化范圍,由于巖石在天然條件下生存條件不盡相同，因此同類巖石的電阻率也不盡相同，而是有一定的變化范圍,二、影響巖石電阻率的因素,主要是巖石的礦物成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、巖石的孔隙裂隙發(fā)育情況和含水性。礦物含量與結(jié)構(gòu) 巖（礦）石由礦物顆粒和膠結(jié)物所組成，其電阻率取決于礦物顆粒和膠結(jié)物的電阻率、形狀及其百分

12、含量。一般言：（1）顆粒狀礦物，當(dāng)含量小于60%時，電阻率取決于膠結(jié)物電阻率，只有當(dāng)?shù)V物含量很高（大于80%）以致礦物各顆粒連接起來時，電阻率才取決于礦物。,,,二、影響巖石電阻率的因素,礦物含量與結(jié)構(gòu)（2）針狀、片狀礦物定向排列，巖（礦）石電阻率具有方向性。沿礦物長軸方向的電阻率小于垂直長軸方向電阻率。,,,二、影響巖石電阻率的因素,礦物的成分金屬導(dǎo)電型礦物：包括天然金屬和石墨，量級 10-2~10-8 Ωm半導(dǎo)體型導(dǎo)電礦物：

13、包括絕大多數(shù)金屬硫化物和金屬氧化物， 其中黃銅礦、黃鐵礦、輝銅礦、方鉛 礦、磁鐵礦等低于1Ωm，而輝銻礦、閃 鋅礦、錫石、軟錳礦、鉻鐵礦、赤鐵礦 等在 100~108 Ωm。 固體離子型導(dǎo)電礦物：包括絕大多數(shù)

14、造巖礦物，如石英、云母、 長 石、角閃石、輝石和鹽巖、石膏等， 它們的電阻率很高，一般大于 108 Ωm。 在干燥情況下可視為絕緣體。,二、影響巖石電阻率的因素,濕度（含水性） 水的電阻率通常較低，小于100歐姆米

15、，且礦化度越高電阻率越低。因此含水量多少對巖（礦）石的電阻率影響極大。 決定巖（礦）石含水量的因素是巖石的孔隙裂隙發(fā)育程度、含水性以及水的礦化度。如花崗巖，干燥時，電阻率高達(dá)1010，當(dāng)含水量為0.19%時，電阻率降至1.8*106。,阿爾奇公式：含水巖石的電阻率等于,,?0—充填于孔隙中水的電阻率； ?—孔隙度；S—含水飽和度；n—飽和度指數(shù)；m—膠結(jié)系數(shù)；a—比例系數(shù)變化（約等于0.6—1.5)。

16、 如：S=1，a=1.5，m=2，當(dāng)? =0.01，0.1，0.3，0.5時， ?/ ?0 = 1.5*104,150,17,6,二、影響巖石電阻率的因素,第四系松散沉積沖積物。干的砂礫石，電阻率高達(dá)幾百至幾千歐姆米，飽水的砂礫石電阻率則顯著降低。在同樣飽水的情況下，粗顆粒的砂礫石盡管孔隙度比細(xì)顆粒的細(xì)砂、粉砂低，電阻率比較高,但給水度較高。在第四系地層中，潛水面以下的高阻

17、層位反映粗顆粒的含水層的存在，作為隔水層的粘土類的電阻率遠(yuǎn)比含水層低。根據(jù)上述電性特點(diǎn)，在地面電阻率法和電測井中有可能尋找和劃分含水層隔水層，并判斷其富水性。,,,,,,,,,二、影響巖石電阻率的因素,堅(jiān)硬巖石在長期的地質(zhì)歷史中，由于內(nèi)力和外力地質(zhì)作用，發(fā)育有構(gòu)造裂隙、成巖裂隙和風(fēng)化裂隙。碳酸鹽類可溶性巖石發(fā)育有溶洞、溶隙、地下暗河等。總之，裂隙、溶隙和溶洞等的存在對堅(jiān)硬巖石的電阻率影響很大。若在潛水面以下，它們充填了不同礦化度的地下水

18、，同完整的巖石相比，它們的電阻率為原來的幾十分之一，如充填有再沉積的粘土類物質(zhì)，則電阻率更低。若裂隙、溶隙和溶洞在潛水面以上，空隙充填電阻率為無窮大的空氣，則電阻率劇增。根據(jù)上述特征，用電阻率法有可能來尋找裂隙、溶隙和溶洞。,,,,,,,二、影響巖石電阻率的因素,水的電阻率與它的礦化度和溫度有很密切的關(guān)系。地下水的礦化度的變化范圍很大，淡水的礦化度約為10-1。顯然，巖石中所含水溶液的礦化度越高，其電阻率就越低。因此，在巖性變化不大的條

19、件下，有可能在地面和井應(yīng)用電阻率的差異來劃分含有咸、淡水的層位。,二、影響巖石電阻率的因素,溫度 溫度的變化將引起水溶液中離子活動性的變化，所以巖石中水溶液的電阻率也將隨溫度的升高而降低。在地?zé)峥碧街?，可用這一特性圈定地?zé)岙惓?。相反在冰凍條件下，地下巖石中的水溶液由于結(jié)凍，使巖土呈現(xiàn)出極高的電阻率。這對于我國冰凍時間長很長的地區(qū)，冬季施工將產(chǎn)生影響。,二、影響巖石電阻率的因素,深部巖石處于高溫高壓環(huán)境下，根據(jù)MT結(jié)果，一些地區(qū)（多

20、在活動區(qū)）的地殼和上地幔內(nèi)存在相對低阻層，其值大約在 1~102 Ωm。,三、層狀介質(zhì)的電阻率,在自然界中大多數(shù)層積巖和一部分變質(zhì)巖常成層狀構(gòu)造。這種層狀巖石的電阻率具有非各向同性的性質(zhì)。對于由兩種薄層交替成層情況，則按電阻并聯(lián)和縱向串聯(lián)的關(guān)系，可推出層理方向的縱向電阻率和垂直層理方向的橫向電阻率：,,,,各向異性參數(shù),平均電阻率,,縱向電阻率,橫向電阻率,證明：縱向電阻率和橫向電阻率,,,,,,,,,,h1,1米,1米,,,,h2,,

21、,,,,,,,,,,,,,,,四、巖石的電阻率測定,巖石的電阻率測定方法有：露頭法、標(biāo)本法和分析法三類。露頭法是對天然露頭或人工露頭（如探、坑道）的巖石用小對稱四極法直接測定的一類方法。由于在實(shí)地進(jìn)行測量，所以較接近客觀實(shí)際。標(biāo)本法測定巖石的電阻率方法很多，對大塊標(biāo)本，可采取與露頭法相似的方法，即用小對稱四極法測量；對于巖性標(biāo)本，可在巖芯兩端面供電，測量電極M、N用銅絲緊箍在標(biāo)本上并對稱排列在標(biāo)本中部。 根據(jù)物理學(xué)中歐姆

22、定律及細(xì)長導(dǎo)體電阻率實(shí)驗(yàn)公式，巖芯的電阻率,,四、巖石的電阻率測定,分析法是利用電測井或已有的電阻率法觀測數(shù)據(jù)分析巖石電阻率的一種方法 。同種巖石的電阻率有一定的變化范圍，因此，在測定巖石電阻率時，因盡可能地多選擇一些露頭或標(biāo)本來測定，然后用統(tǒng)計(jì)的方法，確定該類巖石的平均電阻率（幾何平均值）及變化范圍。,1、小于30次時，使用幾何平均值：,2、大于30次時，使用直方圖計(jì)算平均值，均方差,,均方差,,,思考題,電阻率法的物質(zhì)基礎(chǔ)是什么？