地球物理勘探-电法基础知识.ppt

地球物理勘探 张 立：E-mail: 328403063@ 2012-2013 第I学期 电 法 勘 探 (直流)电(阻率)法 勘 探 基 础 知 识 一.岩土介质的电阻率 1. 电阻率概念 概念 : 电流 ⊥ 通过该物质所组成的边长为1m的立方体时呈现的电阻 用ρ表示， 单位：欧姆·米（Ω·m） ρ：表征物质导电性的基本参数，间接 导电率：ν=1/ρ ， 直接 表征岩石导电性能。 二者关系：ν∝ 1/ρ 2 常见岩土介质的 电阻率 自然状态下，岩土的ρ 与 众多因素有关 ----普遍存在差异， 具有一定的变化范围 如 常见的几种岩石、土、 水的ρ 3 影响电阻率的因素 自然状态下，岩土的电阻率和岩石的组份、结构、构造、孔隙度、 含水性、温度等有关。 1) 组 分: 主要造岩矿物： 长石、石英、云母 矿物骨架（造岩矿物，固相,ρ高） + 水（液相，ρ低） 2) 结 构: 良导性矿物含量+ 结构——ρ 浸染状、细脉状、成层状 层状介质：ρ与I方向有关 3) 构 造 地质构造运动、风化、溶蚀---裂隙—如充水，ρ降低，反之,… 4) 孔隙度及含水性（湿度）： 孔隙度大+含水多，则ρ降低，反之，则ρ高 如：砂卵石层：饱含矿化度高的水时，ρ为 几十 Ω·m 在潜水面以上时， ρ为几百~几千Ω·m 致密石灰岩的ρ很高，有溶洞且充填矿化度高的水时，ρ较低 5) 水溶液的矿化度 纯水 --- 一般 潜水 --- 海水 　　如：划分咸淡水的层位 6) 温 度 冰 ——— 常温 水 —— 热水 如，地热异常的圈定； 温泉， 冻土层界面划分 4 层状介质的电阻率 ρ与Ｉ方向是否有关: 各向异性介质、各向同性介质 1) 纵向 与横向 (计算公式见下页) Ｉ⊥层理方向 (串联) 流过时　所测电阻率称为 横向 Ｉ∥层理方向 (并联) 流过时　所测电阻率称为 纵向 各向异性系数： 2) 横向电阻Ｔ ＠ 纵向电导S 如在层状介质中取底面积为 1平米、厚度为h的六面岩柱体。 横向电阻Ｔ(串联)：当 I ⊥ 岩柱体底面 流过时 所测得的电阻。 a. 均质 b. 层状 纵向电导S (并联)：当 I ∥ 岩柱体底面流过时， 所测得的电导。 a. 均质 b. 层状 对于电性不同层状介质来说，T和S 两者的综合影响决定岩层对电 场的畸变作用。 二. 电阻率法的基本理论 电法勘探中 : 内在依据：物性基础 外在条件：人工电流场 + 探测技术 推测 地下介质分布 观测 介质ρ的变化 建立 人工(直流)电场 理论基础(正演)：已知电性介质分布，研究电场分布。 研究场与场源的关系(正演)----电法勘探出发点 勘探目的(反演)：通过观测电性参数特征，推断电性介质的分布 1. 稳定电流场的基本规律（基本方程+边界条件） 1） 微观欧姆定律（适用于均质和非均质）：j与E关系方程 2）克希霍夫定律（电流是处处是连续的）: 连续性方程 3）稳定电流场的势场性（U与r有关）：电位性质 4）稳定电流场的基本方程（拉普拉斯方程式）（综上） 5）边界条件： 2. 点电源电场 (均匀介质) 地下介质为：各向同性、均匀半无限空间 1） 一个点电源的电场 （半空间） 点电源：供电电极A、B本身的大小 AB间距 一个点电源：将其中一个电极(A或B)置于∞远 如图，无限半空间ρ的地表，点电源A（+I）。 则 距电源A(I) 为r 处 M 点的 电位： 对于均匀无限半空间地表，点电源场U ： a. U∝1/r b. U等位面是以点源为中心的一系列同心圆。 2） 两个异性点电源的电场 根据电场叠加原理，两个