第一节 电阻率法的理论基础.ppt

第四章 电法勘探 电法勘探：是根据岩石及矿石的导电性、电化学活动性、介电性等电学性质差异，借助专门的仪器设备观测和研究地球物理场的变化及分布规律，来找矿和研究地质结构的一种地球物理勘探方法。 岩石湿度的大小，主要决定于岩石的孔隙度及当地的水文地质条件。在潜水面以下，岩石孔隙通常被地下水所充满，此时，岩石的湿度便等于其孔隙度。下表给出了几种常见岩石孔隙度的测定结果，它可作为估计潜水面以下岩石湿度的一个参考资料。 处于潜水面以上的岩石，因大气中的水分通过降雨、雪可渗入地下，也并非完全干燥。在渗透过程中，由于岩石颗粒对水的吸附作用，岩石孔隙中能保存一部分水分。一般孔隙直径越小，吸水性越强，岩石的湿度便越大，故粘土的电阻率较低。 二、稳定电流场的基本规律 在地球表面，除了存在大地电场和自然电场外，我们还可以通过电极向地下供直流电以建立稳定电流场，然后观测、研究地下电场由于电阻率不均匀体存在所反映的变化规律，以便达到探测地下构造、解决各种地质问题的目的 （二）不同电源在不同均匀空间的电场分布 1、一个点电源在均匀全空间的电场 问题： 假设在均匀空间中有一点电流源A，其电流强度为I，求距离A点为R处M点的电位公式。 说明： 此问题具有球形对称性，故选用球坐标，把原点置于A点。由于任一点的电位与方位角 和极角 无关。 三、勘探深度与供电电极距的关系 问题： 为什么要研究地下电流随深度的分布规律？ 回答： 因为我们只能通过观测地面电场的畸变规律来判断地下具有明显电阻率差异的地质体的赋存状态。而地面电场与地下电流有着密切的关系，当地下电流的分布改变时，地下电场将随之改变，这些变化必将影响地面电场的分布。从这个意义上说，地下电流实际上起着传递深部信息的作用。流入地下深处的电流越多，反映到地面上的深部信息就越强，对探测深部地质情况就越有利。 1、地下电阻率为ρ1的均匀介质 如果观测范围是在1/3AB以内，则在这个范围内电流线是相互平行的。由下图可以看出JMN =Jo ， ρMN= ρ1，故ρs= ρ1，即在均匀介质中视电阻率就等于其真电阻率，并且无论将测量电极置于何处，视电阻率ρs 均等于其真电阻率ρ1,，所以视电阻率ρs剖面曲线是平行于横轴的一条直线。 由上述几种情况可见:当地下为均匀介质时，电场不产生畸变，此时的电场就是正常电场，其视电阻率曲线为平行于横轴的一条直线。但在均匀介质中存在电性不均匀体.(高、低阻体)时，电场将产生强烈的变化，对应地在高、低阻体上方出现视电阻率值大于或小于其围岩电阻率值，我们称其为视电阻率异常。视电阻率法就是根据视电阻率异常来推断地下是否存在电性不均匀体的，这就是视电阻率法的物理实质。 2、一个点电源在均匀半空间的电场分布 地面上一个点电源半空间的电场 一个点电流源电场在任一点的电位U、电流密度J和电场强度E都正比于点源的电流I。其中电位与距离r成反比，而电流密度和电场强度则与r的平方成反比。在地下半空间中等位面为一系列以点源为中心的同心半球面。J的方向与矢径r的方向一致，处处与等位面正交。在点源附近电位衰减较快，随着远离源点衰减变慢。 3、两个点电源在均匀半空间的 电场分布 如右图：对于两个异性点电流源的场，按叠加原理，任一点M处的电位应是A（+I）点和B（-I）点在该点电位的标量和，电场强度应该是A（+I）点和B（-I）点在该点电场强度的矢量和，由于单点源半空间电位与电场分别是： 由图可见，靠近电极处电位变化快，向着A方向迅速增加，而向着B极方向电位则迅速下降。在AB中段1/2~1/3区间内电位变化较慢，并且在AB中间出现零电位。在电极近处电位梯度大的地方电场强度的绝对值也大。AB中部电位梯度变化不大，场强值变化也不大，电流线基本平行于地表，呈现均匀场特点。 4、地下半空间的电流分布 （1）分布特点： 在地表以AB中点为中心，边长为AB/3的正方形面积和深度为AB/6的体积内，电流密度接近均匀且水平，越靠近电极电流密度的大小和方向变化越大。 （2）定量说明： 正负两个点电源的正常场，其电流密度的分布沿AB轴线为最大，在远离AB轴线h/L=0.3~2的一段范围内电流密度迅速减小，计算表明，集中在以AB为轴线，以半径R=AB/2的半圆为最大截面积的半纺锤形体内的电流，占总电流的30%，半径R=AB时占总电流的55%。 如果要求地下两点M、N的电位差：则： 说明：此公式最为重要：是电法勘探中电阻率法求电阻率的基本公式 （三）均匀各向同性介质电阻率的测定： M 如果人为有意改变极距分布如下，则称为——温纳装置 在深为h的点上，由A、B两极形成的电流密度的垂直分量方向相反，相互抵消，而水平分量方向相同. 其中： 实