电勘探的基本原理、常用方法和发展概述资料

职教

2011年7月电法勘探

根据地坛中各种岩石或矿床的电磁学性质(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，寻找不同类型的有用矿床，揭示地质构造

地洼由不同的岩石、矿床和各种地质结构组成，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，可以估算矿床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，以达到勘探的目的。 电法勘探具有物性参数多、场源、装置形式多、观测内容或测量因素多、应用范围广等特点。 电测遇阻利用岩石、矿石的物理参数，主要有电阻率()、磁导率()、极化特性(人工体极化率和面极化系数、自然极化的电位跃变) )和介电常数() )。 1、岩土介质的电阻率(/)/) ) )。

uIsLMrsL==

电阻率()的单位为欧姆，标记为m。 用电导率表示，其单位为西门子每米，表示为s/m。 电导率和电阻率互为倒数，呈反比。

电法勘探中，表征岩、矿石导电性好坏的参数为电阻率()或电导率(=1/)。 物理学中，已知电流垂直流过单位长度、每单位截面积的体积时，该体积中的物质所表现出的电阻值即为该物质的电阻率。 计算公式如下。 注

电阻率法基础知识a、矿物电阻率金属导体半导体固体电解质

各种天然金属都是属于金属导体的重要天然金属有自然金和自然铜，其电阻率值低的大部分金属矿物都属于半导体固体矿物，按导电机理划分。

大多数造岩矿物，如辉石、灯、石英、云母、方解石、矿物名电阻率值矿物名电阻率值斑铜矿赤铁矿锡石

黄铁矿辉锑铁矿黄铁矿软锰矿菱铁矿方铅矿铬铁矿辉铜矿闪锌矿钛铁矿钛铁矿(.m )6 510 ~10 6 2

10~105210~103010~103010~108010~108010~103610~1002

10至100810至100310至100610至100610至103510至103510至108010至103010至10 (.m ) ) )。

常见半导体矿物的电阻率值b、岩、矿石的电阻率

矿物电阻率值在一定范围内变化，相同矿物可以具有不同的电阻率值，不同矿物可以具有相同的电阻率值。 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。 关于岩矿石的电阻率，也有同样的情况。 其电阻率值除了与矿石矿物成分、含量有关外，主要取决于矿物颗粒的结构。 几种岩石电阻率的分布范围曲线火成岩

变质岩

砂岩砂岩

多孔石灰岩致密石灰岩

10102103104105106(m )影响C、岩、矿石电阻率的因子导电矿物含量

岩、矿石结构、构造、孔隙度岩矿石含水量和含水矿化度温度、压力视电阻率的概念和分析方法地面水平

地下是均匀、无限、各向同性介质。

在实际工作中，往往不能满足这些条件。 地形崎岖不平，地下介质也不均匀，各种岩石错落有致，断层裂隙纵横交错，矿体充填。 UMN KI

=

a(I ) b(-I ) xs1123 ) ) b ) ) )。

接地截面？

电阻率不均匀情况下地下电流分布图电阻率的概念和分析方法

自然界中，地下地质情况复杂，各种岩(矿)石分布不均。 在电测法勘探中，按电阻率划分的地质剖面多称为地剖面。 M NV

UMN KI

UMN=

电法勘探方法

根据场源性质，人工场法(主动源法)、天然场法) )被动源法)；

根据观测空间可分为航空电法、地面电法、地下电法； 根据电磁场的时间特性可以采用直流电法(时域电法)、交流电法)、频域电法)、瞬态过程法)、脉冲瞬变场法)； 根据异常电磁场产生的原因，可分为传导电法、感应电法； 根据观测内容可分为纯异常场法、综合场法等。 我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。

中专技校

直流电流测量深电剖面图(多测通道/复合剖面)剖面图电法勘探分类

甚低频法变频电磁测深法电波透视法人工厂大地电磁场法天然场

交流交流电场高密度电法

高密度电法实际上是集电剖面法和电测深法于一身，其原理与常规电阻率法相同，不同的是在观测中设置高密度观测点，阵列探测方法。 阵列电法勘探的相关思想是20世纪70年代末期英国人设计的电流测量深偏置系统是高密度电法的首创，20世纪80年代中期日本通过电极转换板实现了野外高密度电法的数据采集。 我国从20世纪晚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和完善，目前中国地质大学、原长春地质学院、重庆的相关仪器厂开发了几种类型的仪器。

高密度电法野外测量时将全电极(几十个~上百个)放在截面上，利用程控电极切换开关和微机工控电表，可以快速自动采集截面中不同电极间距、不同电极排列方式的数据。 高密度电法与现有电阻率法相比，具有以下优点： 1、电极配置一次完成，不仅减少了电极设置引起的故障和干扰，而且提高了效率； 2、可选择多种电极排列方式进行测量，获得有关接地截面的丰富信息；

3、野外数据采集实现了自动化或半自动化，提高了数据采集速度，避免了人工误操作。

另外，随着地球物理反演方法的发展，高密度电法资料的电阻率成像技术也从一维和二维发展到三维，大大提高了资料的解释精度。 高密度电阻率法的基本原理和工作方法

1 .主机

2 .切换开关3 .电池

4 .电极5 .电缆作业装置示意图

图na na nana na nana na nana naB极接无限远na naA极接无限远na

b、n极与无限远ab极相接，无限远aa naN极与无限远a na a极相接

温纳装置AMNB偶极子装置ABMN微分装置AMBN串联正极装置AMN串联负极装置MNB双极装置AM双极装置AMN双极装置ABM偶极子装置ABMN固定截面扫描测量装置变截面扫描测量装置

固定截面扫描测量数据点分布图像电极N=1N=2N=3N=4

N=16a

A M N B

滚动剖面扫描测量数据点分布示意图n=1n=2n=3n=4n=5n=6n=7n=8n=9n=10n=11n=12滚动线号电极A Ma

(a )供电电极m )测量电极n )断面编号a )点距高密度电法应用领域高密度电法应用领域比较广泛，特别是在水文和工程地质调查方面，主要在于水库坝体稳定性评价、坝基渗漏调查、堤坝裂缝检测；

高速公路高架桥、高层建筑选址、机场跑道基础勘探中； 探测防空洞、涵洞、溶洞、地下局部不明障碍物等物理性质与周围介质不同的地下有形物； 查明机场扩建工程中岩土工程勘察问题、古河道、墓穴和洞室的分布和埋深，利用土层剪切波速进行场地分类； 进行地下水、管道勘探、采空区查明、岩溶和地质灾害调查等。 (c )非均匀初始模型反演结果

59561563565695715735755775775775775795815835855桩号(m(-80-70-60-50-40-30-20-100

是深度(m )

(a )实测视电阻率截面

595615635655695715735755775775775795815835855桩号(m(-95-85-75-65-45-35-25-15

-ab/2(m ) )。

(4)实例1 )岩溶勘察在730号点通过了钻孔验证。 0-9.8m为粘土；

9.8-15.2m为白云质灰岩； 15.2-18.6m为砾石粘土，18.6-72.8m为白云质灰岩，其中67.3-73.6m为溶洞。 555253555657855105115-45-40-35-20-15-10-5

0

是深度(m )

111011201130114011501160117011801190120012101220-45-40-35-20-15-10-5

-ab/2(m ) )。

(a )原始视电阻率数据等值线图；(b )反演电阻率数据等值线图；(7)实例2 :维纳装置)路基勘探)在激发极化法电测法勘探中，在电极排列向大地供电或切断电流的瞬间，测量电极之间总是随时间缓慢变化

激发极化法(或称激发电法)是以岩石、矿石激发极化效应差异为基础解决地质问题的一种勘探方法。 激电法是20世纪50年代末在我国开始研究和推广的，初期以直流(时域)激电法为主，20世纪70年代初开始交流(交流)频域)激电法——主要是变频法，20世纪80年代初开始对频谱激电法进行研究也就是说，研究了复视电阻率随频率的变化—— )即复视电阻率的光谱。 由于该方法测量二次场，不受地形起伏和周边岩石电不均匀的影响，具有可测量参数多等优点。 在实际地质应用中，初始激电法主要用于硫化金属矿床的勘查，后来发展到氧化矿床、非金属矿床、工程地质问题等多个领域。 近年来，励磁法找水效果非常明显，被称为“找水新法”。 利用激发电找水、确定地层含水性，优选与高密度电阻率法相结合，可以降低地球物理解释的多解性，提高找水成功率。 高密度电阻率法在确定高阻或低阻地质体方面具有优势，但低阻地质体并不意味着地下水丰富，泥岩可能降低了地层电阻率。 此时，采用激电法可以区分含水地层和泥岩。

教学诊改

1、引起极化效应的原因离子导体

3、激发极化法在地质调查中的应用(1)寻找地下水

020406080100120140160180200220240260点编号(m () c )实测电阻率反演截面-300

- 280-260-240-220-200-180-160-140-120-100-80-60-40-200 depth (

020406080100120140160180200220240260点编号(m () d )实测极化率反演截面-300

- 280-260-240-220-200-180-160-140-100-80-60-40-200 depth (m ) )2)寻找金属矿床控制源的声大地电磁法(CSAMT )

可控源声大地电磁法是在大地电磁法(MT )和声大地电磁法(AMT )的基础上发展起来的一种可控源频率测量方法。 CSAMT于1975年由Myron Goldstein提出，基于电磁波传播理论和麦克斯韦方程组建立

观察电阻率与电场和磁场比之间的关系，并基于电磁波的趋肤效应理论获得电磁波的传播深度(或检测深度)与频率之间的关系，从而可以通过改变辐射频率来改变检测深度，实现频率测量的目的。 CSAMT利用可控人工电场源，测量从电偶极子源传递到地下的电磁场分量。 两电极电源的距离为1~2km，测量在距离电场源5~10km的范围内进行，此时电场源可以近似为一个平面波。

该方法检测深度较大，一般可达2km。 另外，由于兼有截面和深度测量的双重性质，所以有很多优点。 1、使用可控人工场源，测量参数为电场与磁场之比——卡方电阻率，提高抗干扰能力，减少地形影响。 2 )利用改变频率而非改变几何尺寸进行不同深度的电流测量，提高工作效率，一次发射可同时完成7个点的电磁测深。 3、探测深度范围广，一般可达1~2km.4，横向分辨率高，能敏锐地发现断层。 第五，高阻屏蔽作用小，可以穿透高阻层。 CSAMT法出现后显示了较好的应用前景，特别是作为普通电阻率法和激发极化法的补充，可以解决隐伏金属矿、油气构造勘探、覆体或火山岩下找煤、地热勘探和水文工程地质勘探等深层地质问题，均取得了良好的地质效果。

瞬变电磁法(TEM )。

瞬变电磁法利用非接地或接地线源将一次场送至地下，测量一次场间歇期间地质体产生的感应电磁场随时间的变化。 根据次场衰减曲线特征，可以判断地下不同深度地质体的电学特征和规模大小等。 该方法用于观测纯二次场，具有消除一次场产生的装置耦合噪声、体积效应小、横向分辨率高、检测深度深、电阻灵敏度高、地质体检测有最佳耦合、横向地质体影响小等优点。 瞬变电磁场的烟圈效应瞬变电磁法感应电磁场转换原理示意图

瞬变电磁法最初由前苏联学者于20世纪30年代提出解决地质构造问题，20世纪50年代用于找矿，20世纪60年代以后从方法原理到一、二维反演得到广泛应用和发展。 在我国，该方法的研究始于20世纪70年代，20世纪90年代以后发展到工程检测、环境、灾害等应用领域。 从20世纪80年代开始，原长春地质学院、当地矿部物化探研究所、中南大学等研究机构分别在方法理论、仪器及野外试验、一维及二维正反演方法等方面做了大量工作，并自行开发了一些功率小、检测深度浅的瞬变电磁法仪器，应用于生产实际但大功率深瞬变电磁法仪器在国内尚处于开发阶段，目前主要依赖进口。 1、经地下金属矿床钻探验证

图中红色区域

高品位铅锌矿。 100

200300400500600700800900100200300400500600700800900

360 480 600 720 840 960 1080 1200 1320 1440 1560 1680 1800 1920 2040 2160 2280 2400 2520 2640 2760 28801 01 21 41 61 82 02 22 42 6

2、煤田含水体检测

101316192225283137404646525861647073767982889197100103106109 wn40s

300-290-280-270-260-250-240-230-220-210-200-190-180-160-150-140-130-120-300-290

空区边界误差1m左右，勘探效果理想。 3、瞬变电磁探测找矿4、隧道不良地质体预测900950

10001050110011501200

2140 2160 2180 2200 2220 2240 2260 2280 2300 2320 2340 2360 2380 2400 2420 2440 2460 2480 2500 2520 2540 2560 2580 2600 2620 2640 2660 2680 2700 2720 2 740 2760 2780 2800 2820 28402140 2160 2180 2200 2220 2240 2260 2280 2300 2320 2340 2360 2380 2400 2420 2440 2460 2480 2500 2520 2540 2560 2580 2600 26 2 0 2640 2660 2680 2700 2720 2740 2760 2780 2800 2820 2840900950

100010501100115012001 01 31 82 43 24 25 67 51001151301501802102402803003203704204905606507508801000115013001550180021002400280032003700420056007500

隧道设计高程CC

2

B

3 t

图中由蓝色虚线包围的部位是推定异常部位，红外线部位验证孔

位置为78.0m，0.8m，79.5m至113.8m为角砾状灰岩和泥灰岩，风化或风化强烈，具有强溶蚀作用的溶蚀蜂穴发育充分，终孔深度140.0m。 瞬变电磁法广泛应用于金属矿产、石油、煤田、地热、冻土带和海洋地质等地质勘查工作，并在水文和工程地质勘查中取得了很好的应用效果

查明断层和顶板砂岩的导水性和富水性，进行地下水资源调查和地下水位定义、断层空间位置和含水性评价及地下含水结构探索； 勘探煤柱和窑采空区，勘察煤田矿井涌水通道； 评估坍塌原因和危害性，评估防渗帷幕稳定性，勘探高层建筑基础，评估大桥场地稳定性，探测堤防工程危险性，通过勘察水库坝址的公路隧道施工中探测不良地质结构的防洪抢险寻找漏水和溶洞； 瞬变电磁法结合四极测深检测地下管网分布。 国内电法勘探的发展新中国的电法勘探工作始于50年代初，主要引进前苏联的方法技术，以直流法为主，然后引进和发展了激发极化法等电化学方法

到60年代，我国科研人员开始研究以绝对测量为特征的电磁感应系统方法；到70年代，以相对测量为主；到80年代有了很大的进展。

电法是地球物理学中方法种类最多、应用面最广、适应性最强的分支学科地球电磁法研究的新进展

———“第十九届国际地球电磁感应学术研讨会”过去十多年来，大地电磁等地球电磁方法在数据采集、数据处理和正反演等方面取得了非常显著的进步，应用领域越来越广泛，包括地幔结构与动力学研究、石油与矿产资源与地热及地下水勘探、工程与 2008年10月北京电磁研讨会共有10个

(1)地球电磁法与综合地球物理研究；(1)包括近地表应用、环境与工程研究；(2)地壳地幔结构与地震、火山研究；(2)岩石电学性质实验研究；(3)中国电磁探测，包括地震、能源与资源等；(4)石油、地热及矿床

)6)海洋电磁研究

)7)电磁勘探的理论研究，包括数据处理、响应函数分析、应变分析等。

(8)基于卫星和地面数据的全球电磁研究。)9)综合主题：仪器开发、天然场源研究、新计划等.发展前景

随着我国经济的发展环境问题越来越引起人们的重视电法、电磁法在水、工、环勘探方面起着重要作用。 如滑坡、采空区等各类灾害地质调查，各类工程质量缺陷检测，各类有害物质(如道路融雪剂、管道漏油)污染土壤、水源监测等。 国内电磁法方法和仪器近年来有了很大的发展。 目前直流电法器已国产化，地质雷达、瞬变电磁仪也已在国内投产。

随着人们对物探方法认识、认知度的提高，物探方法因其高效、无损等特点将在各行各业得到更广泛的应用。 发展方向transmittercoilattachedtolatticefreceiver

原始数据的有效性、作业环境的适应性、解决地质问题的可靠性收集的智能化、高效化、适应各种条件、数据量越来越大的二维软件越来越多。 三维软件正在发展大量的数据三维处理理解解释软件==感谢提高精度、准确性。