第2篇

電法勘探

電法勘探是以巖、礦石之間電學(xué)性質(zhì)的差異為基礎(chǔ)，通過觀測和研究與這些差異有關(guān)的電場或電磁場在空間或時(shí)間上的分布特點(diǎn)和變化規(guī)律，來查明地下地質(zhì)構(gòu)造和尋找地下電性不均勻體（巖溶、風(fēng)化層、滑坡體等）的一類勘查地球物理方法。第一章電阻率法

1.1電阻率法基礎(chǔ)知識1.1.1巖土介質(zhì)的電阻率1．電阻率巖（礦）石的電阻率差異是電阻率法的物理前提。當(dāng)電流沿著一段導(dǎo)體的延伸方向流過時(shí)，導(dǎo)體的電阻R與其長度L成正比，與垂直于電流方向的導(dǎo)體的橫截面積S成反比，即式中比例系數(shù)稱為該導(dǎo)體的電阻率，改寫成圖2.1.1幾種巖石電阻率的分布范圍曲線2．影響巖土介質(zhì)電阻率的因素自然狀態(tài)下，巖土介質(zhì)的電阻率除與介質(zhì)組分有關(guān)外，還與巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、孔隙度、濕度、礦化度及溫度等因素有關(guān)。表2.1.1常見浮土和水的電阻率圖2.1.3水平均勻?qū)訝罱橘|(zhì)模型3．層狀介質(zhì)的電阻率1）縱向電阻率與橫向電阻率橫向電阻率：電流垂直于層理方向流過時(shí)測得的電阻率，縱向電阻率：電流平行于層理方向流過時(shí)測得的電阻率2）橫向電阻為了研究層狀介質(zhì)的導(dǎo)電特性，在層狀介質(zhì)中取底面積為1m2、厚度為h的六面巖柱體第i層的橫向電阻等于該電性層的厚度與電阻率的乘積，即當(dāng)六面巖柱體由厚度和電性不同的n+1個(gè)巖層組成時(shí)，按串聯(lián)電路原理，其總橫向電阻為1.1.2均勻介質(zhì)中的穩(wěn)定電流場1.1.2.1穩(wěn)定電流場的基本規(guī)律將直流電源通過電極向地下供電，便形成了人工電流場，由于直流電場中電荷的分布不隨時(shí)間改變，故稱為穩(wěn)定電流場。1．微分形式的歐姆定律穩(wěn)定電流場滿足于歐姆定律，其微分形式為穩(wěn)定電流場中任一點(diǎn)的電流密度與該點(diǎn)的電場強(qiáng)度成正比，與介質(zhì)的電阻率成反比1.1.2.2均勻介質(zhì)中的點(diǎn)電流源電場1．一個(gè)點(diǎn)電流源的電場為建立地下電場，總是需要兩個(gè)（或兩組）接地的電極A和B。電流由A輸入地下，又通過B極從地下流出，構(gòu)成閉合迴路。這兩個(gè)電極稱為供電電極。當(dāng)兩電極的尺寸比它們離觀測點(diǎn)的距離小得多時(shí)，可以把這兩個(gè)電極當(dāng)作兩個(gè)點(diǎn)（狀）電流源看待。2．兩個(gè)異性點(diǎn)電流源的電場利用（2.1-15）式可求得A、B兩點(diǎn)電源在M點(diǎn)的電位1.1.3非均勻介質(zhì)中的穩(wěn)定電流場1.1.2.3大地電阻率的測定對于地面點(diǎn)電源測量，如采用右圖的電極布置方式進(jìn)行供電和測量。圖中A，B為供電電極；M，N為測量電極。當(dāng)在地面上A，B點(diǎn)供以電流強(qiáng)度為的電流時(shí)，地面任意兩點(diǎn)M，N之間會產(chǎn)生電位差，當(dāng)?shù)孛嬉韵陆橘|(zhì)的電阻率為均質(zhì)各向同性時(shí)，則可得到地下介質(zhì)的電阻率：式中：———為電極MN間的電壓；

———供電回路的電流強(qiáng)度；———裝置系數(shù)

圖2

電極分布與測量示意圖1.1.5電阻率法的儀器設(shè)備1．對電測儀器的一般要求：1）較高的靈敏度2）較強(qiáng)的抗干擾能力3）較高的穩(wěn)定性2．電阻率法的重要裝備智能型數(shù)字電阻率儀電阻率法的其它設(shè)備還有：供電電極測量電極導(dǎo)線線架供電電源（干電池或小型發(fā)電機(jī)）等1.2電剖面法電剖面法的特點(diǎn)是：采用固定極距的電極排列，沿剖面線逐點(diǎn)供電和測量，獲得視電阻率剖面曲線，通過分析對比，了解地下勘探深度以上沿測線水平方向上巖石的電性變化。在水文地質(zhì)和工程地質(zhì)調(diào)查中能有效地解決問題：（1）劃分不同巖性的陡立接觸帶、巖脈；（2）追蹤構(gòu)造破碎帶、地下暗河等；（3）發(fā)現(xiàn)淺部的局部不均勻體（溶洞、古窯等）。電阻率剖面法簡稱電剖面法，根據(jù)電極排列的不同，主要有（1）聯(lián)合三極裝置剖面法，簡稱聯(lián)合剖面法；（2）對稱四極裝置剖面法，簡稱對稱剖面法；（3）偶極剖面法；（4）中間梯度法等幾種類型。

二、電剖面法的測網(wǎng)布置

根據(jù)地質(zhì)任務(wù)、工作比例尺，常用的比例尺和測網(wǎng)密度（線距×點(diǎn)距）見下表。待測工區(qū)所布置的測線應(yīng)相互平行，并垂直主要構(gòu)造走向。

比例尺線距（米）點(diǎn)距（米）1：250002501001：10000100~20050~801：500050~10020~401：200020~4010~20三、電剖面法測量

首先根據(jù)設(shè)計(jì)及野外試驗(yàn)，確定裝置類型和極距后，計(jì)算相應(yīng)的裝置系數(shù)K值（單位為米）；測量及I，按視電阻率公式計(jì)算

s值：

點(diǎn)號KIUMN

s備注測區(qū)：——測線：——日期：———裝置：——AB：———MN：———

s常用電阻率法測量裝置

(a）二極裝置（AM）

(b)三極裝置（AMN）

(c)聯(lián)合三極裝置（AMN

MNB）

(d)對稱四極裝置（AMNB）

(e)偶極裝置（ABMN）

(f)中間梯度裝置（AMNB）

二極裝置（AM）將供電電極B和測量電極N置于“無窮遠(yuǎn)”，即遠(yuǎn)離測量區(qū)域的地方（一般埋于距離垂直AM連線10倍AM長度處）。二極裝置通常取記錄點(diǎn)在AM的中點(diǎn)，它的優(yōu)點(diǎn)在于跑極方便、所測電位信號大，缺點(diǎn)是需要跑兩個(gè)無窮遠(yuǎn)極。

三極裝置（AMN）

將B極置于“無窮遠(yuǎn)”，取MN的中點(diǎn)為記錄點(diǎn)。聯(lián)合三極裝置（AMN

MNB）由兩個(gè)對稱的三極裝置組成，其中電源負(fù)極接到置于“無窮遠(yuǎn)”的C極，正極可分別接至A極或B極。

聯(lián)合三極裝置的記錄點(diǎn)仍取MN的中點(diǎn)。它由于比其它裝置多了一個(gè)視電阻率，因此，所反映的地下信息也比其它裝置多。

對稱四極裝置（AMNB）

這種裝置的特點(diǎn)是rAM=rNB，記錄點(diǎn)取在MN的中點(diǎn)

當(dāng)AM=MN=NB=a時(shí)，這種對稱等距排列稱為溫納（Wenner）裝置。其裝置系數(shù)可簡化為。對稱四極剖面裝置是AMNB的排列形式。即供電電極AB和測量電極MN對稱于MN中點(diǎn)（記錄點(diǎn)O）。選擇適當(dāng)極距，并保持極距不變，沿剖面線逐點(diǎn)測量

UMN和I，后根據(jù)視電阻率公式計(jì)算每點(diǎn)的值。一、對稱剖面法與聯(lián)剖的關(guān)系根據(jù)場的疊加原理，對稱四極剖面法的視電阻率和極距相同的聯(lián)合剖面法（三極對稱裝置）視電阻率和值存在如下簡單關(guān)系：所有裝置的視電阻率都可用兩極裝置獲得。

二、對稱剖面法的解釋圖件測網(wǎng)布置圖和綜合成果圖剖面圖

視電阻率剖面平面圖等直線剖面圖

巖溶區(qū)的對稱四極剖面法ρsAB剖面圖1—粘土；2—灰?guī)r古河道在地面的投影

偶極裝置（ABMN）

供電電極AB和測量電極MN均采用偶極，并在一條直線上，故又稱軸向偶極。通常取偶極長度AB=MN=

a，偶極間隔BN=na，其中n為正整數(shù)稱偶極間隔常數(shù)。偶極裝置的記錄點(diǎn)取在BN的中點(diǎn)。

偶極剖面法

偶極剖面法的優(yōu)點(diǎn)是裝置輕便和異常明顯，測得的曲線能靈敏地發(fā)現(xiàn)電阻率差異較小的地電體，所以它的分辨率較高，同聯(lián)合剖面法差不多。然而，地表不均勻所造成的干擾也較其它電剖面法大。另外，不同極距的偶極剖面曲線形狀完全不一樣。因此一般不用于單純的剖面法中，而是采用多種電極距工作，用于測深剖面中。中間梯度法的裝置的兩個(gè)供電極距的距離AB選取很大，通常AB距離等于70－80倍的浮土厚度。并讓AB固定不動(dòng)，測量電極MN在AB中部二分之一至三分之一的區(qū)間內(nèi)逐點(diǎn)測量。由于AB很大，在供電電極連線中間部分的電場可認(rèn)為平行的均勻電場，因此異常解釋簡單；且由于AB固定，工作效率高。主要用來追索高阻陡傾斜巖脈，中間梯度裝置（AMNB）

中間梯度法為提供工作效率，該裝置還可以在主測線供電，在平行該主測線的相鄰測量的相應(yīng)中間測區(qū)進(jìn)行測量。這樣，做到了在一條測線上供電，可在3~5條測線上的測區(qū)同時(shí)進(jìn)行測量，既省電，又省工。

AB電場可視為均勻AB/6AB/6AB/3—AB/2MN一、直立脈上的中間梯度法異常易發(fā)現(xiàn)高阻脈，不容易找低阻脈二、中間梯度法的應(yīng)用半極值寬度q來估計(jì)脈頂埋深

尋找高阻偉晶巖脈

1—偉晶巖脈；2—矽線石石榴子石片麻巖；3—黑云母片麻巖

1.2.1

聯(lián)合剖面法

聯(lián)合剖面法是由兩組三極裝置聯(lián)合進(jìn)行探測的一種視電阻率測量方法，具有分辨能力高。異常明顯的優(yōu)點(diǎn)，但也有裝置較笨重、地形影響大等缺點(diǎn)。它在水文地質(zhì)和工程地質(zhì)調(diào)查中獲得廣泛的應(yīng)用，是山區(qū)找水常用的、效果顯著的方法。

無窮遠(yuǎn)極C通常設(shè)在測區(qū)基線方向離測區(qū)最邊緣的測線大于五倍AO的距離處。如果因?yàn)榈匦位虻匚镎系K無法在基線方法布極，那么C極在平行測線方法布置，距測區(qū)邊緣點(diǎn)的距離應(yīng)大于十倍AO。

聯(lián)合剖面法的紀(jì)錄及作圖點(diǎn)號KIBUMN

sB備注點(diǎn)號KIAUMN

sA備注測區(qū)：——測線：——日期：——裝置：——AB/2：——MN：——

s

sA

sB測點(diǎn)正交點(diǎn)反交點(diǎn)（二）良導(dǎo)薄脈和厚脈上的曲線

直立低阻脈上

SA和

SB兩支曲線呈對稱狀，

SA和

SB兩支曲線在低阻脈頂相交，脈左側(cè)

SA

>

SB

，脈右側(cè)

SA

<

SB

，且交點(diǎn)處視電阻率值小于圍巖的電阻率，因此在良導(dǎo)薄脈上聯(lián)剖視電阻率曲線出現(xiàn)低阻正交點(diǎn)。

（三）高阻脈上的曲線

1、高阻脈頂端有一個(gè)不太明顯的高阻反交點(diǎn)。2、在脈頂，

SA和

SB同步上升，在兩側(cè)同步下降。脈上呈現(xiàn)高阻異常，在脈兩側(cè)出現(xiàn)極小值。和曲線間畸離幅度較小。3、對于傾斜高阻薄脈和厚脈的聯(lián)合剖面曲線特點(diǎn)：曲線呈不對稱狀，在脈頂上出現(xiàn)極大值，傾向上出現(xiàn)極小值，且出現(xiàn)反交點(diǎn)。

(a)α=9