第二章 充电法和自然电场法
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5 其它电法勘探方法充电法:充电法原理及应用条件,野外工作方法,充电体参数的确定,地下水流速、流向测定。
自然电场法:自然电场的成因及分布规律,野外工作方法,自然电场法的实际应用。
激发极化法:岩、矿石的激发极化效应及其成因,激发极化特性及测量参数,在找水中的应用。
§5.1 充电法充电法是在被勘探的矿体上或其它良导电性地质体的天然或人工露头接上供电电极(A)进行充电(用直流电源,也可用交流电源),另一供电电极(B)置于远离充电体的地方。
供电时充电体为一等位体或似等位体,电流由充电体流入围岩,形成稳定电流场,该电场的分布特征与充电体的形态、大小和产状等因素有关。
在地面、钻井或坑道中对其电场的空间分布进行观测和研究,以了解矿体或其它良导体的赋存情况,获得所需要的地质资料。
充电法最初主要用于良导金属矿的勘探,查明矿体的产状、分布及其与相邻矿体的连接情况等。
此后,充电法在水文、工程地质调查中被用来测定地下水流速、流向,追索岩溶发育区的地下暗河等。
自学要求:1、充电法的原理和工作条件。
2、充电法有几种野外观测方法,各种方法的优缺点。
3、导体的充电法异常有何特点?4、几种简单形状良导体的充电法定量解释(方法、公式)。
5、如何用充电法测定地下水的流向、流速?5.1.1 充电法的基本理论电阻率为零的导电体称为超导体(理想导体)。
当理想导体位于一般导电介质中时,向其上任意一点供电(或称“充”)后,电流便遍及整个理想导体,然后垂直于导体表面流向周围介质。
电流在理想导体内流过时,不产生电位降,导体内电位处处相等,故又称理想导体为等位体。
理想导体的充电电场与充电点的位置无关,只决定于充电电流大小、充电体的形状、产状、大小、位置及周围介质的电性分布情况。
许多金属矿体及某些高矿化度的地下,相对其围岩而言,电阻率较低,可近似地图1 充电法工作原理图看成是理想导体。
这样,当它们局部在地表出露或被某种勘探或开挖工程揭露时(图1),如果向这种天然或人露头充电,并观测其充电电场的分布,便可据此推断整个地下良导电地质体(矿体或高矿化度地下水)及其周围岩石的电性分布情况,解决某些特定的地质问题。
电法勘探原理与方法教案刘国兴2003.5总学时64,讲授54学时,实验10绪论:(1学时)绪论中讲5个方面的问题1.对电法勘探所属学科及具体定义。
2.电法勘探所利用的电学性质及参数。
3.电法勘探找矿的基本原理。
在此主要解释如何利用地球物理(电场)的变化,来表达找矿及解决其它地质问题的原理。
4.电法勘探的应用。
1)应用条件2)应用领域3)解决地质问题的特点4)电法勘探在勘探地球物理中所处的位置第一章电阻率法本章为电法勘探的常用成熟的方法,在地质勘察工作中发挥着重要作用,是学习电法勘探的重点之一。
本章计划用27学时,其中理论教学21学时,实验教学6学时。
§1.1 电阻率法基础本节计划用7学时,其中讲授5学时,实验2学时。
本节主要讲述如下五个问题一、矿石的导电性(1学时)讲以下3个问题:1)岩,矿石导电性参数电阻率的定义及特性。
2)天然岩,矿石的电阻率矿物的电阻率及变化范围,岩石电阻率的变化范围。
3)影响岩,矿石电阻率的因素。
I.与组成的矿物成分及结构有关。
II.与所含水分有关。
III.与温度有关。
二稳定电流场的基本性质。
主要回顾场论中有关稳定电流场的一些知识,给出稳定电流场的微分欧姆定律公式电流的连续性(克希霍夫定律);稳定电流场是势场三个基本性质。
三均匀介质中的点源电场及视电阻率的测定主要讲述三个内容:1)导出位场微分方程(拉氏方程)及的位函数的解析解法。
2)点电流源电场空间分布规律。
3)均匀大地电阻率的测定方法。
电法勘探中测量介质电阻率的方法由此问题引出,开始建立电法勘探中“装量”这一词的概念,本节重点:稳定电流场的求法及空间分布;均匀大地电阻率的公式的导出及测定方法。
以上内容两学时四非均匀介质中的电场及视电阻率(1学时)阐述4个问题1)什么是非均匀介质中的电场?特点,交代出低阻体吸引电流,高阻体排斥电流的概念2)非均匀电场的实质:积累电荷的过程。
3)什么是视电阻率?如何定义?4)视电阻率微分公式。
第一章电阻率法1、哪些因素对岩石电阻率有影响,其中哪些因素影响比较重要?⑴矿物成分、含量及结构金属矿物含量↑,电阻率↓结构:侵染状>细脉状⑵岩矿石的孔隙度、湿度孔隙度↑,含水量↑ ,电阻率↓风化带、破碎带,含水量↑,电阻率↓⑶水溶液矿化度矿化度↑ ,电阻率↓⑷温度温度T↑,溶解度↑,离子活性↑,电阻率↓结冰时,电阻率↑⑸压力压力↑ ,孔隙度↓ ,电阻率↑超过压力极限,岩石破碎,电阻率↓⑹构造层的问题这种层状构造岩石的电阻率,则具有非各向同性,即岩层理方向的电阻率小于垂直岩层理方向的电阻率主要影响因素为岩石的孔隙度,含水性及水的矿化度。
当岩石含金属矿物、碳质和粘土等良导性矿物时,矿物成分对电阻率的影响明显。
2、岩石结构和构造如何影响岩石的电阻率?岩、矿石中某种组成部分对整体岩、矿石电阻率影响的大小,主要决定于它们的连通情况:连通者起的作用大,孤立者起的作用小。
例如,浸染状金属矿石,胶结物多为彼此连通的造岩矿物,故整个矿石表现为高阻电性;又如含水砂岩,其胶结物为彼此相连、导电性好的孔隙水,故含水砂岩的电阻率通常低于一般岩石的电阻率。
3、岩石电阻率的分布规律?1、质地致密、孔隙度低的火成岩、变质岩和沉积岩中的灰岩、白云岩、砾岩电阻率最高,其变化范围大约在;大多数沉积岩因为具有中等孔隙度,因而也具有中等电阻率,大约在数百左右;孔隙度比较高、又富含粘土矿物的第四系粘土、页岩、泥岩的电阻率比较低,一般在;致密硫化矿体、海水、石墨的电阻率最低,仅有。
2、同类岩石的电阻率并不完全相同,而是有一两个数量级的相当大的变化范围。
3、不同类型岩石的电阻率变化范围往往相互重叠。
103~10510~10210-2~10、列举求解稳定电流场电位时的边界条件。
、何谓电阻率,何谓视电阻率,说明它们的异同。
当地表不水平或者地下电阻率分布不均匀时(存在两种或者两种以上介质),仍然采用均匀介质中的供10.根据地下电流场变化规律,定性分析三级装置B‐MN在过直立接触面时的视电阻率曲线。
1、地球物理勘探?它是以岩矿石(或地层)与其围岩的物理性质差异为物质基础,用专门的仪器设备观测和研究天然存在或人工形成的物理场的变化规律,进而达到查明地质构造寻找矿产资源和解决工程地质、水文地质以及环境监测等问题为目的勘探,叫地球物理勘探,简称物探。
2、地球物理勘探方法特点?1.当利用地球物理勘探方法进行勘探时,被勘探的目标体与其围岩间必须有物性差异;2.必须使用专门的仪器接收地球物理场的变化;3.它是个反演问题,所以存在着多解性。
3、电法勘探?电法勘探是以岩(矿)石之间的电性差异为基础,通过观测和研究与这种电性差异有关的电场或电磁场的分布特点和变化规律,来查明地下地质构造或寻找矿产资源的一类地球物理勘探方法。
第一节绪言习题参考答案1、什么是电法勘探?到目前为止,电法勘探利用了哪些物理性质?(10分)答:电法勘探是地球物理勘探方法中的一种勘探方法,它以岩、矿石的导电性、电化学活动性(激发极化特性)、介电性和导磁性的差异为物质基础,使用专用的仪器设备,观测和研究地壳周围物理场的变化和分布规律,进而达到解决地质问题为目的的一组地球物理勘查方法。
电法勘探利用的物理性质有:导电性、电化学活动性(激发极化特性)、介电性和导磁性2、简述电法勘探的特点答:简单说是三多一广,即利用的场源形式多、方法变种多、能解决的地质问题多,工作领域(地面、航空、海洋、地下)宽广。
3、简述影响岩、矿石导电性的因素答:(1)组成岩矿石的成分和结构,包括胶结物和颗粒的电阻率、形状及相对含量;(2)岩石的湿度和孔隙度;(3)温度;(4)压力。
4、什么是自然极化?答:是由不同地质体接触处的电荷自然产生的(表面极化)或由岩石的固相骨架与充满空隙空间的液相接触处的电荷自然产生的(两相介质的体极化)。
5、什么是面极化?什么是体极化?答:面极化是指激发极化发生在极化体与围岩溶液的界面上,如致密的金属矿或石墨矿属于此类。
体极化是指极化单元(指微小的金属矿物、石墨或岩石颗粒)呈体分布于整个极化体内,如浸染状金属矿石和矿化、石墨化岩石以及离子导电岩石均属这一类。
<<电法勘探教程>> 程志平绪言1电阻率法1.1电阻率法基础1.1.1岩石的电阻率及其影响因素1.1.2稳定电流场的基本规律1.1.3均匀大地电阻率的测定及视电阻率的基本概念1.1.4常用电阻率法测量装置1.1.5电阻率法野外工作的几个问题1.2电阻率剖面法1.2.1概述1.2.2联合剖面法和对称四极剖面法1.2.3中间梯度法1.2.4电剖面法的地形影响和校正.1.3电阻率测深法1.3.1概述1.3.2电阻率测深法原理1.3.3水平层状大地对称四极电阻率测深曲线1.3.4水平层状大地对称四极电阻率测深曲线的解释1.3.5非水平层地电断面电阻率测深思考题2自然电场法.充电法2.1自然电场法2.1.1自然电场的成因2.1.2自然电场法的野外工作方法2.1.3自然电场法的应用2.2充电法2.2.1充电法的基本理论2.2.2充电法的野外工作方法2.2.3充电法的应用思考题3激发极化法3.1激发极化法基本理论3.1.1激发极化效应及其机理3.1.2激发极化场的正演计算方法3.1.3常用装置的激电异常3.2激发极化法的野外工作方法及其应用3.2.1激发极化法的野外工作方法3.2.2激发极化法的资料整理与解释3.2.3激发极化法的应用思考题4电磁法4.1电磁法理论基础4.1.1电磁场定解问题4.1.2岩土在交变电磁场中的电磁学性质4.1.3模拟准则,4.1.4均匀介质中平面电磁波的传播4.1.5交变电磁场中局部导体的异常场4.1.6两种常用场源的电磁场4.2地面电磁法4.2.1大地电磁测深法4.2.2频率测深法4.2.3瞬变电磁法4.2.4电磁偶极剖面法思考题附录附录1水平层状大地表面垂直磁偶极子的电磁场附录2水平层状大地表面水平谐变电偶极子的电磁场练习与思考电法勘探1.什么是电法勘探方法?电法勘探方法有哪些分类?2. 电法勘探方法与重力、磁法勘探方法有何异同点?3. 什么是岩矿石的电阻率?简述岩矿石电阻率的特点及影响因素。