03岩石的电磁学性质 4

4
§2.1 水的介电特性
介电常数随温度、矿化度变化的关系
1f=1.1GHz，B.Hasted&A.Storyn：
介电常数：
W W T , 0 AS
电导率：
25C S B S,T
W T,0 86.490.326T 4.340104T2 A S 1.000 3.501103S 1.297105 S2 2.408108 S3
(T 100o C)
s s 5321T 1 233.76 0.9297 1.417 103T 2 8.292107T 3 100C T 370C
式中，T(℉)， T=273+t(℃)
对于冰，在强极化时(大部分)有
s

20715 38
g2 m 91 2 2 3 2 10 3
g3


2 m
9 1

1




4

3

P为平行板颗粒百分含量
1 L ，为形状系数
L为去极化因子
（0<L<1,与颗粒形状无关，对球形L=1/3)
1 1 91 1 4 3
, S(Kppm)

" w
5.66 2.65S
4.5103 S 2
，
Schlumer公司(Wharton R.P.等人)
1f=1.026GHz

' w

' w0

0.261S

0.00375S 2
, S(Kppm)

" w

岩石的磁性
岩石的磁性
地壳岩石分为沉积岩、火成岩、 地壳岩石分为沉积岩、火成岩、变质岩三大类 1. 沉积岩的磁性 磁性较弱，其磁化率主要决定于副矿物的成分及含量， 磁性较弱，其磁化率主要决定于副矿物的成分及含量，天然剩余磁性小 2. 火成岩的磁性 磁化率随岩石基性增强而增大，具有明显的剩余磁性 磁化率随岩石基性增强而增大， 3. 变质岩的磁性 磁化率和天然剩余磁化强度变化范围大。按磁性变质岩分为铁磁 磁化率和天然剩余磁化强度变化范围大。按磁性变质岩分为铁磁 两类。 性顺磁性和铁磁性两类 性顺磁性和铁磁性两类。由沉积岩变质生成的岩石磁性特征具有 铁磁-顺磁性 由岩浆岩变质生成的岩石磁性特征具有铁磁-顺磁 顺磁性； 铁磁 顺磁性；由岩浆岩变质生成的岩石磁性特征具有铁磁 顺磁 生和铁磁性两组。层状变质岩中，磁性具各向异性， 生和铁磁性两组。层状变质岩中，磁性具各向异性，沿片理方向 的磁化率大于垂直片理方向的磁化率。 的磁化率大于垂直片理方向的磁化率。
岩石的磁性
影响岩石磁性的主要因素
岩石磁性由所含磁性矿物的类型、含量、颗粒大小、结构以及温度、 岩石磁性由所含磁性矿物的类型、含量、颗粒大小、结构以及温度、 压力等因素决定 1. 岩石磁性与铁磁矿物含量的关系 铁磁矿物含量越多， 铁磁矿物含量越多，磁性愈强 2. 岩石磁性与磁性矿物颗粒大小、结构的关系 岩石磁性与磁性矿物颗粒大小、 颗粒粗的较颗粒细的磁化率大，Hc随铁磁性矿物颗粒的增大而减 颗粒粗的较颗粒细的磁化率大， 随铁磁性矿物颗粒的增大而减 小，颗粒相互胶结的比颗粒呈分散状者磁性强 3. 岩石磁性与温度、压力的关系 岩石磁性与温度、 岩石的热磁曲线（ ）与铁磁性矿物的成分有关， 岩石的热磁曲线（κ-t）与铁磁性矿物的成分有关，岩石的居里温 度分布仅与铁磁矿物成分有关，与矿物的数量、大小及形状无关。 度分布仅与铁磁矿物成分有关，与矿物的数量、大小及形状无关。 温度增高，还可导致岩石剩余磁化强度退磁。岩石的磁化率和剩 温度增高，还可导致岩石剩余磁化强度退磁。 磁随着压力增大近于线性降低。 磁随着压力增大近于线性降低。

三、岩体变形曲线类型及其特性
1、法向变形曲线
直线型 上凹形 上凸性 复合型
直 通过原点的直线，其方程为p=f(W)=KW
线 加压过程中W随p成正比增加

型
岩体岩性均今、结构面不发育或结构面分布均匀
陡
岩体刚度大，不易变形，岩体较坚硬、完整
直
、致密均匀、少裂隙，以弹性变形为主，接
线
近于均质弹性体。
型
岩体刚度低、易变形，由多组结构面切割且
· 在一般情况下，岩体的结构变形起着控制作用。 一、岩体变形试验及其变形参数确定 二、岩体变形参数估算 三、岩体变形曲线类型及其特征上 四、影响岩体变形性质的因素3
静力法的基本原理:在选定的岩体表面、槽壁或钻 孔壁面上施加法向荷载,并测定其岩体的变形值;然 后绘制出压力-变形关系曲线，计算出岩体的变形 参数。
第i组结构面的断面平均流速矢量为
mj为水力梯度矢量J在第i组结构面上的单位矢量。 联立得
设裂隙面法线方向的单位矢量为ni，则
令ni的方向余弦a1i，a2i，a3i，并将4-61代入4-60得岩体得渗透张量
岩石渗透系数测试
压水实验
应力对岩体渗透性能的影响
片麻岩的渗透系数和与应力关系试验
孔隙水压力的变化，明显的改变了结构面 的张开度，以及流速和流体压力在结构面 中的分布
渗透水流所产生的力学性能
渗流对岩体的作用
水对岩体的物理化学作用
水对岩体的物理化学作用
（1）软化和泥化作用 （2）润滑作用 （3）溶蚀作用 （4）水化，水解作用
渗透水流所产生的力学效应
渗透应力 地下水的存在首先是减少了作用在岩体固相上的有效应力，从而降低了岩体的抗 剪强度 ，即
空隙水u增大，岩体的抗剪强度不断降低，如果u很大会出现

大多数金属矿物为半导体。
半导体电阻率高于金属导体，其性质与所含杂质种类和含量有关 半导体电阻率变化范围大，通常ρ=10-6~106 Ω·m ρ
绝大多数造岩矿物为固体电解质
如，辉石、长石、云母、方解石、角闪石、石榴石等 固体电解质的电阻率很高，一般ρ >106 Ω·m ρ
3、孔隙水的导电机制 、 孔隙水定义： 孔隙水定义：存在于岩石裂隙或孔隙中的水分的统称 分布特征： 分布特征：几乎所有天然岩石都或多或少地含有孔隙水 纯蒸馏水导电性极差，几乎可看成是绝缘体 岩石孔隙水不同程度上总含有某些盐分(电解质)， ( ) 当电解质溶于水形成电解液时会发生电离或离解 （正、负离子分开）形成离子导体。
自然电场
扩散电位大小决定溶液的浓度差
低 浓 度
高 浓 度
还与溶液温度及所含离子种类有关
半透膜 假定负离子迁移率或扩散 速度大于正离子，如NaCI
扩散-吸附电场强度一般较小， 如，在地面观测到的河水与 地下水接触处由于离子浓度 差别形成的扩散—吸附电场， 一般约10~20mV。
岩、矿石的人工极化（激发激化）特性 矿石的人工极化（激发激化） 1、电子导体的人工极化（电极极化+氧化还原）
断电后的放电现象
岩石和矿石的激发极化特性 ——稳定电流场激发 ——交变电流场激发 岩、矿石的激发极化可分为理想的两类： “面极化”——激发极化均发生在极化体与围岩 溶液的界面上；如、金属矿或石墨矿 “体极化”——极化单元呈体分布于整个极化体 内，如浸染状金属矿和矿化、石墨化岩石以及离子 导电岩石； 面极化和体极化的差别只具有相对意义。严格说 来，都是面极化（微观上极化均发生在岩石颗粒与 溶液街面上） 实用中主要研究极化的宏观效应，故表现为体极 化特征

第二章岩石电性质PE 370 课堂讲稿2011年春季编写:Thomas W. Engler, Ph.D., P.E.•岩石的电学性质取决于孔隙几何形状和流体分布。

•电流通过“离子传导”•认为以下岩石完全注满盐水。

加一个电压值，测电流值，利用欧姆定律，定义水相电阻率为：岩石电性定义：假设空间100%盐水饱和，渗透性砂岩：•水相电阻•充满流体，多孔岩石的电阻由于，所以有：电阻率指数定义：弯曲度定义：孔隙度定义：因此：不考虑多相性，非均质性，以简化的F和Ф之间的理论关系地层因数应用：1，确定Ro，并与地层真电阻率,RT比较,识别烃区。

2，确定F,随后用来估算孔隙度。

3，确定Rw，计算含水饱和度。

岩石电性举例：用绝缘材料制成一个长度为L的正方体来模拟岩石，内部有L/2的正方体空间，假设空间充满电阻率为Rw 的盐水，并且流体垂直于正面流动。

计算F和F与孔隙度的关系，Ф– F 的关系：基于理论和实验研究的一般关系为:a和m是孔隙几何形状的函数。

研究方法：a。

简化理论模型认为模型是均匀几何形状的孔隙，不含有多孔介质变化。

B。

实验室直接测量准确和必要岩石样本C。

基于实验数据的经验公式最方便和受欢迎的,但是可能不适合给定岩石类型B,实验室直接测量“The practic al application of F = f(Ф) for a particular rock type is best accomplished by evaluating the cementation factor usinglab-measured values of F andФ.” ....Helander (1983)C,.基于实验的经验公式：Archie (1942)基于实验数据给出了以下经验公式：F取决于胶结程度,因此m被定义为“胶结指数”经验关系：Winsauer, et al (1952) 分析了30个岩样的数据，得出了下面的关系式，即Humble 方程。

（1）金属导体（电子导体） 各种天然金属均属于金属导体。较重要
的自然金属有自然金和自然铜，其电阻率 值均很低，自然金的电阻率约为 2×10-8 欧姆·米，自然铜的电阻率约为1.2×108~3×10-7欧姆·米。
此外，石墨这种具有某些特殊的电子导体 性质的非金属也具有很低的电阻率，其值 小于10-6欧姆·米。
amS n 0
其中ρ为岩石的电阻率，ρ0为流体的电阻率，Ф 为孔隙度，S为饱和度，n为饱和度指数，m为孔隙 度指数。a为比例系数
因此，可以利用阿尔奇公式来获得岩石电阻率与 孔隙度或流体电阻率之间的关系。
20
(2)电阻率与岩石孔隙度的关系
主要的造岩矿物如长石、石英、云母等 电阻率均相当高。然而，由于天然状态下的 岩石在长期的地质历史过程中，受到地质作 用而出现裂隙，以及裂隙中含流体等原因， 一般岩石的电阻率要低于其所含矿物的电阻 率。
上述金属导体和半导体的导电作用都是 通过其中某些电子在外电场作用下的定向 运动来实现的，它们均为电子导体。
岩矿石的导电性
常见半导体矿物的电阻率范围
（3）固体电解质（离子导体） 绝大多数造岩矿物（如辉石、长石、石
英、云母和方解石等），均属于固体电解 质，其电阻率值都很高（大于106欧 姆·米），在干燥情况下可视为绝缘体。固 体电解质导电载流子为填隙离子或空格点， 它们属于离子导电。
18
天然状态下的岩矿石一般含有孔隙水， 在地电学中，一般可以近似地把含水的岩石 模型看成是由两相介质构成的，即由矿物骨 架（固相）和流体（液相）所构成。
在物理学中，一般利用 阿尔奇公式来描述两相介质 中的电阻率与空隙度及物质 组分之间的关系
ten Grotenhuis et al., 2005

yx
14
下面推导平面应力问题的平衡微分方程，对单元体列平
衡方程：
Fx 0 :
(
x
x x
dx ) dy
1
x
dy
1
(
yx
yx y
dy )
dx
1
o
x
yx
y
P A xy X x B C y
D
x
x
x
dx
Y
xy
xy x
dx
y
yx y
y
yx y
dy
dy
yx dx 1 X dx dy 1 0
无外力作用。
y
x
注意：平面应力问题z =0，但 z 0 ，这与平面应变
问题相反。
11
2、平面应变问题 很长的柱体，在柱面上承受平行于柱面并且不沿长度变
化的面力，同时体力也平行于柱面并且不沿长度变化。
εz = 0 τzx = 0 τzy = 0
如：水坝、受内压的圆柱管道和长水平巷道等。
y
x
P
x
图 2－2
是坐标的已知函数。
23
2、应力边界条件
当物体的边界上给定面力时，则物体边界上的应力应满 足与面力相平衡的力的平衡条件。
l(x)s m(yx)s X
m(y)s
l(xy)s
Y
其中 X 和 Y 为面力分量，( x )s、( y )s 、( xy ) s 、( yx )s 为边界上的应 力分量。
当边界面垂直于 x轴时，应力边界条件简化为：
变分量与应力分量之间的
关系如下：
x
1 E
x
y
z
y
1 E
y

Reservoir properties
Porosity 孔隙度 Density 密度 Saturation 饱和度
4D Feasibility & Seismic modeling 四type 流体类型
Pressure 压力 Temperature 温度 Fracture 裂隙
– Verify theoretical results and provide input data to theories and models 验证理论结果及对理论 与模型提供输入参数
– Gather real rocks from the field, whereas theories assume universal rocks 从油田采集真正的岩石， 而理论总是假设一个通用岩石
教 材： 陈颙，黄庭芳著，岩石物理学，北京大学出版社，2001年 参 考 书： 1）赵鸿儒、唐文榜、郭铁栓编著，超声地震模型试验技术 及应用，石油工业出版社，1986 2）R.E.Sheriff et.al., Reservoir Geophysics, SEG, 1992 3）Amos Nur著，许云译，双相介质中波的传播，石油工 业出版社，1986
– Rock physics quantifies/decomposes these factors 岩石物理对这 些因素分解、量化
Seismic data
Rock properties
Rock Physics in Angle
Dependent Reflectivity
• Angle-dependent reflectivity 依赖于角度的反射率
– Are the changes large enough to be resolved seismically? 这些变 化是否大于地震的分辨率

4.1.2.3 岩石力学性质 岩石的力学性质是指岩石抵抗外力作用的性能。岩石在外力作用下，首先发生 变形，当外力增加到某一数值时，岩石便开始破坏。所以在研究岩石的力学性 质时，既要考虑岩石的变形特性，也要考虑岩石的强度特性。 1.岩石的变形 岩石典型的应力～应变曲线岩石在外力作用下产生变形，且其变形性质分 为弹性和塑性两种。根据曲率的变化，可将岩石变形过程划分为四个阶段：
4.岩石抗冻性
岩石的孔隙、裂隙中有水存在时，水结冰，体积膨胀，则产生较 大的压力，使岩石的强度和稳定性遭到破坏。岩石抵抗这种冰冻作 用的能力，称为岩石的抗冻性。在高寒冰冻地区，抗冻性是评价岩 石工程地质性质的一个重要指标。 岩石的抗冻性一般用岩石在抗冻试验前后抗压强度的降低率表示。 抗压强度降低率小于20～25％的岩石，认为是抗冻的；大于25％的 岩石，认为是非抗冻的。
4.1.2.2 岩石水理性质 岩石水理性质指岩石与水相互作用时所表现的性质。通常包括岩石吸水性、 透水性、软化性和抗冻性。
1.岩石吸水性
岩石的吸水性，反映岩石在一定条件下的吸水能力。一般用吸水 率表示。 岩石的吸水率，是指岩石在通常大气压下的吸水能力。在数值上 等于岩石的吸水重量与同体积干燥岩石重量的比。用百分数表示。 岩石的吸水率，与岩石孔隙度的大小、孔隙张开程度等因素有关。 岩石的吸水率大，则水对岩石颗粒间结合物的浸湿、软化作用就 强。岩石强度和稳定性受水作用的影响也就越显著。 2.岩石透水性 岩石能被水透过的性能称岩石透水性，水只沿连通空隙渗透。岩石透水性 大小可用渗透系数衡量，它主要决定于岩石空隙的大小、数量、方向及其 相互连通情况。
4.2.3 常见岩石的工程性质评述
岩石的各项工程性质指标的优劣与岩石的成因、产状、结构、构造、矿 物成分、节理发育程度及风化程度有极密切的关系。 1.常见岩浆岩的工程地质性质评述 （1）侵入岩。侵入岩是岩浆在地下缓慢冷凝结晶生成的，矿物结晶良好， 颗粒之间连接牢固，多呈块状构造。常见花岗岩、闪长岩、辉长岩工程 性质一般较好（晶质结构、块状构造）。不同岩石具体分析，还有差别。 （2）喷出岩。喷出岩是岩浆喷出地表后迅速冷凝生成的，由于地表条件 复杂，使喷出岩具有很不相同的地质特征。常见粗面岩、安山岩、玄武 岩 岩石工程性质要具体分析。如隐晶质结构、致密块状构造的岩石性质 良好。而流纹、气孔构造、具原生节理，则性质变差。具体评述岩浆岩 工程性质时，还必须充分考虑岩石的节理发育程度及风化程度。

第一章绪论一、岩石物理学1、定义：是专门研究岩石的各种物理性质及其产生机制的一门学科。

2、研究方法：观察、实验、归纳、总结3、主要困难：岩石是混合物；多尺度系统；观测条件偏离实际条件二、研究尺度1、有关岩石研究的尺度问题：矿物的组成、性质、含量；矿物的分布、胶结情况；矿物间的孔隙度及孔隙流体等。

推论：岩石的物理性质与测量的尺度有关2、分类：矿物尺度：研究各个矿物的性质、矿物与矿物之间相互的接触几何等岩石尺度：研究由多个矿物组成的岩石，在此尺度下，矿物的性质被平均掉了，取而代之的是岩石的性质岩体尺度：研究不仅包括了完整的岩石，而其还包括了岩石的组合，包括岩石的节理等间断面地质尺度：为各级尺度性质的高度且复杂的综合。

而地质现象是由矿物、岩石、岩体和构造运动的总体所决定的。

第二章基础知识和基础概念第一节矿物学和岩石学基础1、矿物：在地质作用下形成的天然单质或化合物，具有相对固定的化学成分、物理性质和结晶构造，是岩石和矿石的基本组成部分。

2、矿物的特点：天然产出、无机作用形成、均匀的固体（具有确定的或在一定范围内变化的化学成分和分子结构，其均匀性表现在不能用物理的方法把其分成在化学上互不相同的物质，这是矿物与岩石的根本区别。

）3、粘土：是一种颗粒非常细的天然沉积物或软岩石，由直径小于0.05mm的颗粒组成。

4、骨架：泛指岩石中除泥质之外的固体部分第二节多空介质及其描述一、比面1、定义：单位体积的岩石内，骨架（或叫颗粒）的总表面积；或单位体积的岩石内，总孔隙的内表面积。

S=A/Vｂ2、实质：反映了单位外表体积岩石中所饱和的流体与岩石骨架接触面积的大小。

反映了岩石骨架的分散程度，比面越大，骨架分散程度越大，颗粒也越细，渗流阻力越大。

3、影响因素：颗粒大小、形状、排列方式、胶结物含量颗粒越小 S越大孔隙度越大 S越小胶结物含量越高 S越小二、曲折度三、压缩性系数第三节岩石的孔隙度一、孔隙度1、孔隙度是表征岩石储集特征或能力的参数2、孔隙分类：（1）按大小：超毛管、毛细管、微毛细管（2）按连通状况：连通孔隙、孤立孔隙-死孔隙（3）按储渗性能：有效孔隙、无效孔隙只有相互连通的超毛细管孔隙和毛细管孔隙是有效的油气储渗空间，微毛细管孔隙和死孔隙都是无意义的3、孔隙度：岩石孔隙体积与岩石的外表体积之比4、孔隙度分类：绝对孔隙度有效孔隙度流动孔隙度绝对 > 有效 > 流动二、双重孔隙度1、定义：含有裂缝-孔隙或溶洞-孔隙的储层岩石称为双重孔隙介质，简称双重介质。

岩石介电常数岩石是一种自然存在的固体物质，由不同的矿物质组成。

这些矿物质通过各种化学和物理过程形成岩石。

岩石在地质学和地球科学研究中扮演着重要的角色，因为它们记录了地球的演化和过去的环境条件。

在研究岩石的物理性质时，介电常数是一个重要的参数。

介电常数是介质对电场的响应程度的度量。

当一个电场作用于一个物质时，物质的电荷会分布，并且会在电场中发生取向。

这个过程被称为极化。

介电常数描述了物质在电场中被极化的能力。

它是介质的电容率与真空电容率之比，通常用ε表示。

对于固体物质，如岩石，介电常数可以通过两种方式描述：实部和虚部。

实部是介电常数的实际部分，它描述了介质的电荷分布并导致电场的随时间变化的幅值，通常用ε’表示。

虚部描述了介质对电场变化的时滞响应，通常用ε’’表示。

岩石的介电常数通常是复数，因为它们对电场的响应同时涉及到电荷分布和时滞效应。

具体来说，实部反映了介质的极化程度和电荷的移动情况，而虚部反映了介质对电场的时滞响应。

根据岩石中的矿物成分和物理结构，它们的介电常数可以有很大的差异。

岩石中主要的矿物质有石英、长石、角闪石、云母等。

这些矿物质的组合和排列方式直接影响岩石的介电常数。

一般来说，矿物质具有不同的介电常数，它们对电场的响应也不同。

石英是地壳中最常见的矿物质之一，其介电常数约为4，虚部较小。

而长石和角闪石等矿物质的介电常数一般较低，但虚部较大。

此外，岩石的水分含量也会对介电常数产生影响。

水分对电场的响应能力较弱，因此当岩石中含有较多的水分时，其介电常数会增加。

同样地，当岩石中含有一定量的气体时，气体的介电常数也会对岩石的整体介电常数产生影响。

研究岩石的介电常数对于地质勘探和资源开发具有重要作用。

岩石的介电常数可以用来识别不同的岩石类型和矿物组合，从而帮助确定地下地质结构和资源储量。

地球物理勘探技术中的电法、雷达和微波传播等方法都依赖于岩石的介电常数来推断地下岩石的性质和分布。

综上所述，岩石的介电常数是描述岩石对电场响应的重要参数。

在液相中电流的形成与离子的定向移动有关， 所以发生电解质物质的迁移。由于离子迁移速 度很慢，所以迁移过程将依赖于单向通电时间 的长短。在某种情况下，离子的重新分布导致 扩散和二次极化电动势的产生，它反作用于外 电场。这一现象形式上可认为介质电阻率增加， 可以用等效电阻率来表征。二次电动势的形成 过程紧密地与扩散联系着，具有惰性，所以介 质电阻率依赖于一次场的变化速度。也就是说， 这种电阻率在正弦规律变 化的电流场中具有复 数性质。同样，在高频电场中由于惰性的原因， 扩散和极化现象将不会出现。
§1.3 麦克斯威尔方程
上述方程中的各个量，E为电场强 度(V／m)，B为磁感应强度或磁通量 密度，H为磁场强度(A／m)，D为电位 移矢量(C／m2)，j为电流密度(A／ m2) ，ρ为自由电荷密度(C／m2)．麦 克斯威尔方程的物理意义是，它建立 场强矢量、电流密度及电荷密度之间 的关系。
电磁场的矢量位和时间域波动方程 谐变电磁场的波动方程 边界条件 物理模拟
第一章 电磁测深法的基础知识 §1．1 岩(矿)石的电磁学性质 一、岩石的电学模型 自然状态的岩石是电法勘探研究的对象。实际状态 下的岩石组成具有相当复杂的结 构。组成中有固体矿 物、空隙、由地下水充填的裂隙，石油，天然气或重 新沉积的物质。 这些成分的定量关系依赖于许多因素c岩石形成的 条件、埋藏条件、孔隙度和裂隙度、温度、压力等等。 在电法勘探中可一级近似地将岩石模型认为是两相介 质，即由矿物骨架 (固相)和水(液相)组成。其中固相可 以是电流的良导体，如金属硫化矿物，石墨、无烟煤： 也可以是不良导体，如石英、石灰岩、硬石膏，冰等。 而液相为含有电解质的溶液。
地壳和上地幔的地电模型
目前，对地球内部结构和地球物理状态的概 念主要靠地球物理资料建立，并且划分出三个 公认的基本层：地壳，其厚度为10~70km，称 为A层；地幔，深度可达2900km，由B、C、D 层组成；地核，由E、F层组成。根据地震资料， 在这些层的分界面上岩石密度急剧增加。在地 壳和地幔的分界面上纵波传播速度在7~8.2km ／s范围内阶跃变化，而横波速度为4.0~4.5km ／s，岩石密度变化到2.7～3.5g／cm3，这一 界面以南斯拉夫地球物理学者的姓氏命名，称 为莫霍罗维奇界面(M)，简称为莫氏面。

中国地质大学（北京）地信学院电法组制作
1.3 岩矿石电阻率的各向异性 纵向电阻率与横向电阻率 大部分沉积岩都具有层理结构，从其电 性上来看，它们可以大致看作是由各种不同 电阻率的地层组成的。 这样的地层其电阻率与通过其中电流的方 向有关，呈现出各向异性。
L1 L2
层状结构岩石模型
（a）实际岩石（b）等效模型
物，其电阻率设为ρ1 ，及矿物颗粒，其电阻率设 为ρ2，矿物颗粒的百分含量设为V。
在岩石物理中，为 简单起见，一般可以将 矿物颗粒的形状简化为 简单的几何形体，如球 体，针状体，片状体等
胶结物
矿物颗粒
15
对于球形颗粒而言，其总体电阻率可以表示
为
1
1 22 1 2 V 1 22 2 1 2 V
41
电介质的极化现象
电介质的分子分为无极分子 和有极分子。在无外加电场作 用时，分子无取向不规则排列， 宏观上不显示出电性。
在电场作用下，介质中无极 分子的束缚电荷发生位移，有 极分子的固有电偶极矩的取向 趋于电场方向，这种现象称为 电介质的极化。
无极分子
有极分子
无外加电场
E
2
1. 岩矿石的导电性 2. 岩矿石的介电性 3. 岩矿石的导磁性 4. 岩矿石的自然极化性质 5. 岩矿石的激发极化性质 6. 岩矿石的压电性与震电性
3
➢ 电阻率ρ(Resistivity)描述介质的导电性，是地电 学中最重要的物理参数
➢ 在电法勘探中，电阻率ρ的单位以欧姆·米表示， 记作Ω·m。
18
天然状态下的岩矿石一般含有孔隙水， 在地电学中，一般可以近似地把含水的岩石 模型看成是由两相介质构成的，即由矿物骨 架（固相）和流体（液相）所构成。
在物理学中，一般利用 阿尔奇公式来描述两相介质 中的电阻率与空隙度及物质 组分之间的关系

探方法。
物理参数主要有四种：电阻率、磁导率
、极化特性以及介电常数。
• 电阻率方法 • 高密度电法 • 电磁方法 • 激发极化法
• 地质雷达
电阻率方法是浅层调查中所用的大 多数地球物理方法之一，此方法基于当 转换一个双电极之间的直流电时测量另 一个双电极的电位。
个旧锡矿
云南个旧锡矿是 世界著名的大型 锡、铜、钨矿田,
观测中设置了高密度的观测点，是一种
阵列勘探方法。
江仓煤矿区是青海省最大的煤矿区之一,也是 工作难度最大的地区,高密度电法具有较高的 横向和纵向分辨率,同时具有剖面法和测深法 的功能。
。
高密度电法的主要优点是对地下构造的高分辨能
力和设备的轻便性,图是RESECS高密度电法仪对哈 尔滨市内某建筑工地地下防空洞的探测结果。图 中的深色低阻体是充水的防空洞位置,已被证实。
在各种领域都可以利用岩石的电学性质进
行,例如石油勘探,工程勘探和选址,矿产资源勘 探,活动断层勘探,地展安全评价,地质填图, 地下 埋藏物和管线探测以及地壳和上地慢构造研究 等等。
岩石的电学性质在地质勘探中的应用 是利用地壳中多种岩石、矿石电学性质 间的差异来实现地质勘探目的。 目前利用岩石和矿石的电学性质或
• 电阻率方法 • 高密度电法 • 电磁方法 • 激发极化法
• 地质雷达
总结
“电法”是电法勘探的简称。它利用岩石电学 性质以地壳中岩石、矿石、流体的电、磁学性质及 电化学性质的差异为物质基础，利用人工建立的或
者天然存在的电磁场的空间和时间分布规律，研究
地质构造以及寻找能源和矿产等的一组地球物理勘
一次场发生畸变。
瞬变电磁法是一种时间域电磁法,它以局 部场做场源,分辨率高于以平面波场做场源的 频率域电磁法。（PROTEM瞬变电磁仪系统）

构面称为软弱结构面。
5.结构体
←岩体内不同产状的各种结构面将岩石 切割成的单元块体称为结构体。
二、岩石的水理性质
（3）饱水系数←岩石吸水率与饱水率的比值。
w1 Kw w2
饱水系数反映了岩石大小开型孔隙的相对数量，饱水系数越 小，岩石的抗冻性就越高。一般认为饱水系数小于0.8的岩石抗 冻性较高，一般岩石的抗冻系数在0.5~0.8之间。
2、岩石的透水性：渗透系数
←岩石允许水通过的能力，用渗透系数来表示。渗透系数的 大小主要取决于岩石孔隙的大小，其次还有数量、方向、连通性等。 v K——渗透系数（m/d） K v——渗透流速（m/d） I I——水力坡度
4、岩石的抗冻性：强度损失率、质量损失率
抗冻试验：饱水岩石在一定的低温（-25˚C）条件下，反复冻融 10~25次。试验前后饱和单轴抗压强度的损失比率（ 强度损失率 ） 和干燥试件的质量损失率（质量损失率）是衡量岩石抗冻性的直接 指标。强度损失率小于25%，质量损失率小于2%的岩石是抗冻的。 此外，吸水率小于0.5%，饱水系数大于0.75的岩石一般认为是抗冻 的。
四岩石的工程分类1按岩石强度分类岩石饱和单轴极限抗压强度2按岩石施工难易程度分类岩石的工程分级2按岩石风化程度分类岩石等级硬质岩石60mpa中硬岩石3060mpa软质岩石530mpa微风化弱风化强风化全风化地质时代相同或不同的岩石和经成岩作用构造运动以及风化地下水等次生作用而产生于岩石中的结构面组合而成的整体
ห้องสมุดไป่ตู้
γ——岩石的重度（N/cm3） W——岩石的重力（N） m——岩石的总质量（Kg）
岩石的重度常介于23.0~31.0KN/m3之间。
一、岩石的物理性质
3、岩石的孔隙性：孔隙率（孔隙度）