《勘探地球物理学基础(第三章 电法勘探)-2015-讲稿课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《勘探地球物理学基础(第三章 电法勘探)-2015-讲稿课件（166页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、成都理工大学地球物理学院,勘探地球物理学基础,2014-2015学年第2学期,办公室：地球物理学院5222 电 话：13568998743 E-mail：,第3章 电法勘探,电法勘探（ electrical prospecting） 是以地壳中不同岩（矿）石之间的电性差异为基础，通过观测和研究天然或人工电场的变化与分布，以查明地质构造和寻找有用矿产的物探方法。 应用领域： 研究区域和深部地质构造，也可以研究局部地质异常体。在石油勘探中主要用于探查与油气生成、运移和聚集有关的各种地质构造，如沉积盆地的基底起伏，盖层内部的构造形态，盐丘、侵入体等局部地质现象，也可以直接研究油气藏。,第3章 电法勘
2、探,电法勘探特点：三多、两广 可利用的物性参数多： 导电性（ 或 ）； 电化学活动性（）； 介电性（）； 导磁性（）。 可利用的利用场源多： 人工场源：直流（稳定）电场和交流（交变）电场； 天然场源,第3章 电法勘探,方法种类多：,自然电场法； 电阻率法； 充电法； 激发极化法；,大地电磁法； 低频电磁法； 甚低频法； 电磁波法；,大地电磁法(MT)； 音频大地电磁法(AMT)； 可控源音频大地电磁法(CSAMT)。,传导类电法勘探 （直流电法） 研究稳定电流场,感应类电法勘探 （交流电法） 研究交变电流场,瞬变电磁法（TEM）； 时频电磁法（TFEM）； 探地雷达法（GPR）；,时间域激电法
3、（TDIP）； 频谱激电法（SIP或CR）,各种常见电法方法的英文注解： 时间域激电法（TDIP）:Time Domain Induced Polarization 频谱激电法（SIP）:Spectra Induced Polarization; 复电阻率法（CR）: Complex Resistivity; 大地电磁法(MT):Magnetotelluric; 音频大地电磁法(AMT):Audio Magnetotelluric; 可控源音频大地电磁法(CSAMT):Controlled Source Audio-frequency Magnetotelluric; 瞬变电磁法（TEM）:T
4、ransient Electromagnetic 时频电磁法（TFEM）:time-frequency Electromagnetic 探地雷达法（GPR）: Ground Penetrating Radar;,第3章 电法勘探,第3章 电法勘探,应用空间广： 航空电（磁）法； 地面电（磁）法； 海洋电（磁）法； 井中电（磁）法。 应用范围广： 金属和非金属勘探； 油气勘探； 地质填图； 水文地质； 深部构造（地壳、上地幔）研究，等。,本章的主要内容,3.1 自然电场法 3.2 电阻率法 3.3 充电法 3.4 激发极化法 3.5 电磁法,内容提要 3.1.1 自然电场法概述 3.1.2 自然
5、电场的成因 3.1.3 野外工作方法及仪器 3.1.4 自然电场法的应用实例,3.1 自然电场法,自然电场：自然条件下，存在于地下的天然电流场，简称自然电场。 表现：无需人工向地下供电，通过一定的装置可以观测到地面两点之间有一定大小的电位差，这表明自然电场的存在。 自然电场法：通过研究自然电场在地面的分布规律来解决地质问题的一种电法勘探方法。实际测量中是测电位差实现的，又称自然电位法。 两类自然电场： 区域性分布、不稳定的、背景电场，可正可负，幅度100mv以下，与地壳表层构造有关； 局部性分布、稳定电场、几乎全部为负值，幅度十几只上千毫伏，与地下金属矿、非金属矿或地下水运动有关。,3.1.1
6、 自然电场法概述,双电层形成过程：当电子导体与溶液接触时，金属上的负电荷吸引溶液中的正离子，使之分布于界面附近，形成双电层。 外电场的形成： 若导体和溶液都是均匀的，则双电层不产生外电场。 当导体或溶液不均匀时，双电层呈不均匀分布，产生极化，并在导体内、外产生电场，引起自然电流。,3.1.2 自然电场的成因,成因一：电子导体与围岩溶液间的电化学作用,导体与水溶液间的电化学作用示意图,3.1.2 自然电场的成因,导电矿体与围岩相关的电场形成： 条件：潜水面附近有良导体。 形成过程： 潜水面上方的氧化环境，氧化剂俘获电子，使导体内部上端显示正电； 潜水面下方的还原环境，还原剂释放电子，使导体内部下
7、端显负电； 良导体处于极化状态（自然极化状态），其表面双电层不均匀分布，形成自然电场。,成因一：电子导体与围岩溶液间的电化学作用,地表面,成因二：岩石中地下水运移的电动效应形成过滤电场,3.1.2 自然电场的成因,形成过程： 岩石或黏土颗粒对水溶液中负离子有吸附作用，导致岩石颗粒与溶液间形成双电层。当地下水静止时，整个系统呈电性平衡，不产生外电场。地下水流动时，带走溶液中的部分正离子，水流上游有多余的“负离子”，水流下游有多余的“正离子”，从而形成自然电场。,过滤电场的形成,3.1.2 自然电场的成因,扩散现象：当两种浓度不同的溶液相互接触时，会产生扩散现象。带电离子由浓度高的溶液向浓度低的溶
8、液里扩散。 扩散电场的形成：正、负离子的扩散速度不同，使两种不同离子浓度的溶液分界面上分别含有过量的正离子或负离子，而形成电位差。这种由扩散作用引起的自然电场称为扩散电场。,成因三：岩石中颗粒间不同浓度溶液离子的扩散作用形成扩散电场,3.1.2 自然电场的成因,扩散电场的形成,工作任务 普查和详查阶段。 工作比例： 视工作任务和地质条件而定，1:25000 - 1:5000。 测网的选择： 与磁法勘探相当。 工作方法： 电位测量法和电位梯度观测法，具体根据勘探对象选用不同的装置。 工作成果图件： 自然电位剖面图、自然电位等值线平面图、自然电位剖面平面图。 成果解释：一般只做定性解释。,3.1.
9、3 自然电场法的野外工作方法及装备,3.1.3 自然电场法的野外工作方法及装备,电位测量法（左）和电位梯度（右）观测示意图,自然电位法的野外观测方式 电位测量法和电位梯度测量法。,3.1.3 自然电场法的野外工作方法及装备,不极化电极内部结构（左）和野外工作装备实物照片,自然电位法的野外装备 电位测量仪（电位差计）、电线、线辊、不极化电极。 装备特点：不需要供电电源和供电电极，轻便，工作效率高。,异常特征：自然电位曲线在矿体的顶部为负极小值。倾斜的板状体或脉状体或倾斜极化等轴状体，其自然电位曲线不对称，在导体倾斜方向或极化轴倾斜方向一侧曲线陡，且出现很小的正值极值点。,3.1.3 自然电场法的
10、应用,矿体正上方地表自然电位异常曲线剖面图,水文地质和工程地质中的应用 确定地下水与河水间的补给关系 确定地下水的流向（过滤电场的方向与地下水流向有关） 确定水库、堤坝的漏水位置； 寻找含水破碎带或确定断层位置；,3.1.3 自然电场法的应用,自然电场法确定地下水的流向的环形观测法（左）和电位差方图（右）,直径为2倍潜水面深,电位差方位图长轴方向指示了该区地下水流的总方向为北东向。西北部紧邻黄河边地下潜水补给黄河。,3.1.3 自然电场法的应用,自然电场法确定某区域地下水的流向,自然电场法确定地下水流向 黄河某段附近； 过滤电场方向与地下水流向有关） 地下水整体流向为北东向；,自然电位法进行矿
11、产勘探 地点：青海某矿区 矿种：已知铜矿点； 普查：发现12个异常体； 钻探：验证8个为矿致异常。,3.1.3 自然电场法的应用,464线自电、地质综合剖面图,488线自电、地质综合剖面图,本章的主要内容,3.1 自然电场法 3.2 电阻率法 3.3 充电法 3.4 激发极化法 3.5 电磁法,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类物探方法。,3.2 电阻率法,内容提要 3.2.1 电阻率法的基础理论 3.2.2 电阻率法的仪器和装备 3.2
12、.3 电剖面法及其应用实例 3.2.4 电测深法及其应用实例,3.2 电阻率法,（1）岩（矿）石的电阻率,电阻：导体对电流阻碍作用的大小称为电阻。 电阻率：单位长度、单位截面积的材料的电阻大小称为该材料的电阻率。 电阻率的基本公式：,电阻率单位：,SI制,电阻R（） 长度（m） 截面积（m2）,电阻率（m）,3.2.1 电阻率法的基础理论,物质的导电机制： 溶液：带电离子； 金属导体：自由电子； 如自然铜、金、银和石墨，电阻率低 半导体：“空穴”导电； 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。 如石英、云母、方解石、长石等，电阻率高。,3.2.1 电
13、阻率法的基础理论,主要岩矿石电阻率及其变化范围,沉 变 火 沉积岩： 10 102 m 火成岩： 102 106 m 变质岩：介于两者之间。,3.2.1 电阻率法的基础理论,主要岩矿石电阻率见教材 P106-107。,3.2.1 电阻率法的基础理论,岩矿石电阻率的测量：,3.2.1 电阻率法的基础理论,Solartron 1260A Impedance/gain-phase Analyzer,影响电阻率的主要因素： 矿物成分、含量及结构 金属矿物含量，电阻率 结构：侵染状 细脉状 岩矿石的孔隙度、湿度 孔隙度，含水量，电阻率 风化带、破碎带，含水量，电阻率 水溶液矿化度 矿化度，电阻率,3.2
14、.1 电阻率法的基础理论,温度 温度T ，溶解度，离子活性，电阻率 结冰时，电阻率 压力 压力，孔隙度，电阻率 超过压力极限，岩石破碎，电阻率 构造层的影响 层状构造岩石，其电阻率具有非各向同性特征，即沿层理方向的电阻率小于垂直沿层理方向的电阻率。,3.2.1 电阻率法的基础理论,均匀各向同性半空间：设大地表面为水平面，上届面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，这样的介质称为均匀各向同性半空间。,（2）均匀各向同性半空间点电源的电场 物理学中，恒定电场是用三个相互有联系的物理量U（电位）、E（电场强度）和 j（电流密度）来描述的，其间的关系为： du = -
15、E dr ， E = j ,3.2.1 电阻率法的基础理论,供电电极： 为建立地下电场，用两个电极（例如A、B）向地下供电。这两个接地的电极（A、B）称为“供电电极”。 点电源：当供电电极的大小比它们与观测点的距离小得多时，可以把两个供电电极看成两个“点”，故又将它们称为“点电源”。,3.2.1 电阻率法的基础理论,均匀半空间条件下两个供电电极激发的电流场示意图,单个点电源的电场 设在地面A点向地下供电，电流强度为I，地下半空间的电阻率为。地下距A为r的点M处的电流密度为：,电场强度为：,电位为：,3.2.1 电阻率法的基础理论,均匀各项同性半空间电位与电场分布,对上式两边积分得：,当r ，U
16、= 0，则C =0,代入上式得:,3.2.1 电阻率法的基础理论,单个点电源在均匀各项同性半空间的电位分布,问题与思考1：如左下图，在A点供正电流时，A与M的电位差是多少呢？,问题与思考2：如左下图，在A点供负电流时，A到M的电位差是又多少呢？,两个异性点电源的电场 当观测点距离两个接地电极之间的距离都不能看作是无穷远时，则观测点处的电场相当于两个异性点源的电场的叠加。,3.2.1 电阻率法的基础理论,两个异性点电源的叠加电场及其等位线（右图中实线为等位线，虚线为电流线）,A与B点连线方向的电位与电场强度变化曲线,A与B平面和剖面的电位及电流线分布,3.2.1 电阻率法的基础理论,任意点 M 处的电位及电场强度：,任意点 M 处的电位及电场强度：,电场与电位分布特点： 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； 在两极之间的中间地段，电场的分布较均匀，变化较平缓。 在AB 的中点，U = 0，中点左边U为正，右边U为负； AB 的中点上，电场E出现
