电阻率法的基础知识 1 、岩土介质的电万博体育网页版登录阻率 在电法勘探中

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  电法勘探基本原理、常用方法 及发展简介 周韬 2011年7月 电法勘探 ?根据地壳中各类岩石或矿体的 电磁学性质 ( 如导 电性、导磁性、介电性) 和电化学特性的差异 ,通 过对人工或天然电场、电磁场或电化学场的空间分 布规律和时间特性的观测和研究,寻找不同类型有 用矿床和查明地质构造及解决地质问题的 地球物理 勘探方法。 ?地壳是由不同的岩石、矿体和各种地质构造所组成,它 们具有不同的导电性、导磁性、介电性和电化学性质。根 据这些性质及其空间分布规律和时间特性,人们可以推断 矿体或地质构造的赋存状态(形状、大小、位置、产状和 埋藏深度)和物性参数等,从而达到勘探的目的。 ?电法勘探具有利用物性参数多,场源、装置形式多,观 测内容或测量要素多及应用范围广等特点。 ?电法勘探利用岩石、矿石的物理参数,主要有电阻率 (ρ)、导磁率(μ)、极化特性(人工体极化率η和面极 化系数λ、自然极化的电位跃变Δε)和介电常数(ε)。 电阻率法的基础知识 1 、岩土介质的电阻率 在电法勘探中,用来表征岩、矿石导电性好坏的参数为 电 阻率(ρ)或电导率(σ=1/ρ)。从物理学中已知,当电流垂直流过 单位长度、单位截面积的体积时,该体积中物质所呈现的电阻 值即为该物质的电阻率。 计算公式如下: ? ? R? s/L 注 ? ? ? ? (? U / I )? (s / L)(? .m) 电阻率(ρ )单位是欧姆·米,记作 Ω ·m。 用电导率 σ 表示时,其单位为西门子每米,记作 s/m。 电导率和电阻率互为倒数,成反比性。 a、万博体育网页版登录矿物的电阻率 固体矿 物按导 电机理 分为: 各种天然金属均属于金属导体 金属 导体 较重要的天然金属有自然金和 自然铜,其电阻率值均很低 半 导 体 大多数金属矿物均属于半导体 固体电解质 绝大多数造岩矿物(如辉石、 氏石、石英、云母、方解石 ) 常见半导体矿物的电阻率值 矿物名称 斑铜矿 磁铁矿 磁黄铁矿 黄铜矿 黄铁矿 方铅矿 辉铜矿 辉铅矿 电阻率值 (? .m) 10?6 ~ 10?5 10?6 ~ 10?2 10?5 ~ 10?2 10?3 ~ 100 10?3 ~ 100 10?3 ~ 100 10?8 ~ 100 10?8 ~ 100 矿物名称 赤铁矿 锡石 辉锑矿 软锰矿 菱铁矿 鉻铁矿 闪锌矿 钛铁矿 电阻率值 (? .m) 10?3 ~ 106 10?8 ~ 100 100 ~ 102 100 ~ 108 100 ~ 103 100 ~ 106 103 ~ 105 103 ~ 105 b、岩、矿石的电阻率 ? 矿物电阻率值 是在一定范围内变化的,同种矿物可 有不同的电阻率值,不同矿物也可有相同的电阻率 值。因此,由矿物组成的岩石和矿石的电阻率也必 然有较大的变化范围。 ? 岩矿石电阻率 而言,也有类似的情况。其电阻率值 除与组成矿石的矿物成分、含量有关外,更主要地 乃由矿物颗粒的结构构造所决定。 几种岩石电阻率的分布范围曲线 火成岩 变质岩 粘土 软页岩 硬页岩 砂 砂岩 多孔石灰岩 致密石灰岩 ? (? ?m ) 1 10 102 103 104 105 106 c、影响岩、矿石电阻率的因素 导电矿物含量 温度、万博体育网页版登录压力 岩、矿石的结构 、构造、孔隙度 岩矿石的含水量 及含水矿化度 视电阻率的概念及分析方法 ? ? K ?UMN I 地面水平, 地下为均匀、 无限、 各向同性介质。 实际工作中常常不能满足这些条件,地形往往起伏不 平,地下介质也不均匀,各种岩石相互重叠,断层裂隙纵 横交错,或者有矿体充填其中。 视电阻率的概念及分析方法 ?S (a) ?1 X A(+I) V ? UMN ? ? K ? UMN I MN B(-I) (b) ?2 ?3 ?1 地电断面 ?? 电阻率不均匀时地下电流分布示意图 在自然界中,地下地质情况是复杂的,各种不 同岩(矿)石分布是不均匀的。在电法勘探中,常把按 电阻率划分的地质断面称为地电断面。 电法勘探的方法 ?按场源性质可分为人工场法(主动源法)、天然场法(被 动源法); ?按观测空间可分为航空电法、地面电法、地下电法; ?按电磁场的时间特性可分为直流电法(时间域电法)、交 流电法(频率域电法)、过渡过程法(脉冲瞬变场法) ; ? 按产生异常电磁场的原因可分为传导类电法、感应类电 法; ?按观测内容可分为纯异常场法、总合场法等。 中国常用的电法勘探方法有电阻率法、充电法、激发极 化法、自然电场法、大地电磁测深法和电磁感应法等。 电法勘探分类 直流电法 人工场 电测深 电剖面 剖面图 (多测道/复合剖面) 断面图 天然场 电阻率法 充电法 自然电场法 电测深 电剖面 电法勘探分类 交流电法 交变场 人工场 天然场 甚低频法 变频电磁测深法无线电波透视法大地电磁场法 高密度电法 ? 高密度电法实际上是集中了电剖面法和电测深法,其 原理与普通电阻率法相同,所不同的是在观测中设置 了高密度的观测点,是一种阵列勘探方法。关于阵列 电法勘探的思想源于20世纪70年代末期,英国人设计 的电测深偏置系统就是高密度电法的最初模式,20世 纪80年代中期日本借助电极转换板实现了野外高密度 电法的数据采集。 ? 我国是从20世纪末期开始研究高密度电法及其应用技 术,从理论方法和实际应用的角度进行了探讨并完善, 现有中国地质大学、原长春地质学院、重庆的有关仪 器厂家研制成了几种类型的仪器。 ? 高密度电法野外测量时将全部电极(几十至上百根)置于 剖面上,利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实 现剖面中不同电极距、不同电极排列方式的数据快速自动 采集。与常规电阻率法相比,高密度电法具有以下优点: ? 1、电极布置一次性完成,不仅减少了因电极设置引起 的故障和干扰,并且提高了效率; ? 2、能够选用多种电极排列方式进行测量,可以

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