电法勘探实验报告(中南大学)

电法勘探实验报告1电法勘探实验报告班级：地科1301班学号：0403130105姓名：庄铭煌指导老师：严家斌、龚安栋地球科学与信息物理学院2015年12月电法勘探实验报告2目录第一章实验简述…………………………………………………2第二章实验仪器…………………………………………………2一、DDC-5电子自动补偿仪……………………………………………………2二、双频激电仪…………………………………………………………………2第三章实验原理及操作…………………………………………3一、中梯装置……………………………………………………………………3二、三极装置……………………………………………………………………3三、二级装置……………………………………………………………………4四、偶极装置……………………………………………………………………4五、对称四级装置………………………………………………………………5六、温纳装置……………………………………………………………………5七、矿石电阻率测量装置………………………………………………………5第四章实验数据及分析…………………………………………6一、中梯装置……………………………………………………………………6二、三极装置……………………………………………………………………8三、二级装置……………………………………………………………………10四、偶极装置……………………………………………………………………11五、对称四级装置………………………………………………………………14六、温纳装置……………………………………………………………………16七、矿石电阻率测量装置………………………………………………………17第五章实验小结…………………………………………………19电法勘探实验报告3第一章实验简述电法勘探，即根据地壳中不同岩层之间、岩石和矿石之间存在的电磁性质差异，通过观测天然存在的或由人工建立的电场、电磁场分布，研究地质构造、寻找有用矿产资源，解决工程、环境、灾害等地质问题的一类地球物理勘探方法，是一种常用的勘探方法。此次实验以水槽模拟实验为主，包括电阻率法和激发极化法两种方法；此外，还有测量矿体电阻率实验。多个电法实验的完成，加深我们对理论知识的理解，熟悉并学会DDC-5和双频激电仪的操作流程，让我们对电法勘探过程有更加直观的理解。第二章实验仪器一、DDC-5电子自动补偿仪DDC—5是一种直流电法仪器，它将传统电法仪器的发射机和接收机组装在一个箱体里，可直接用于电阻率法的测量。可直接显示所测得的参数值，如视电阻率值Rs值，及电流I和电压V的平均值。该仪器广泛用于寻找地下水源，解决人畜用水及工农业用水问题。用于水文工程，环境的地质勘探及高分辨电阻率法工程地质勘探，用于金属与非金属矿产资源勘探，能源勘探，城市物探，铁道及桥梁工程勘探，并用于找地热，确定水库坝基和防洪大堤隐患位置等。二、双频激电仪SQ-3C双频道轻便型激电仪是基于中华人民共和国地质矿产行业标准《双频道激发极化法技术规定》开发完成，该系统由数据采集模块和数据处理模块组成。数据采集模块属嵌入式软件，嵌入运行在双频激电仪的接收机电法勘探实验报告4和发送机内，主要有模块参数设置功能、信号发送功能、电流自动纪录功能、模块校准功能、数据采集功能、数据查询功能、数据成图功能。数据处理模块运行在Windows操作平台上，主要有通讯自动连接、手动扫描串口、电流数据传输、剖面数据传输、测深数据传输、数据保存、电流数据更新、数据打印。该系统用于双频激电方法适用于在矿产探测中信号的采集、传输和数据处理。金属非金属固体矿产勘察、水文工程、物探以及探测其他具有电性差异的目标体。第三章实验原理及操作一、中梯装置如图所示，中梯装置的特点是：供电电极AB距离去的很大，且固定不动；测量电极MN在其中间三分之一地段逐点测量。记录点去在MN中点。此外，中梯装置还可在离开AB连线一定距离且平行于AB的旁侧线上进行观测。实验装置如右图所示。实验中，将供电电极A、B接在坐标尺的两端，即AB=1m，以测量电极M、N的中点为记录点，测量剖面的视电阻率，观察异常变化。二、三极装置ABMN图3-2三极装置示意图AB中梯装置MN图3-1中梯装置示意图电法勘探实验报告5如图所示，联合剖面由两个三极装置联合组成，其中供电电极B置于无穷远，记录点为MN中点O。两个三极装置联合组成联合剖面装置。实验中，将一个供电电极置于水池壁边缘，充作无穷远极。当进行剖面实验时，取AO=BO=15cm，MN=2cm，移动MN；进行测深实验时，将MN的中心点置于坐标尺中点，单向移动供电电极A进行测量。三、二极装置如图所示，二极装置的特点是：供电电极B和测量电极N均置于无穷远。实验中，由于条件限制，将供电电极B和测量电极N分别置于水池壁的两个角落，原理供电电极A和测量电极M，充作无穷远。由于时间关系，二极装置的实验只做了测深实验。与之前三级测深实验不同的是，此次实验将N设置在坐标尺的60cm处，故水槽壁的影响颇大。四、偶极装置如图所示，偶极装置的特点：供电电极AB和测量电极MN均采用偶极并分开有一定距离，四个电极都在一条直线上。需要说明的是，对于值n，DDC-5电子自动补偿仪和双频激电仪的设置略有不同。DDC-5电子自动补偿仪的na，是指AB的中点到MN中点的距AMBN图3-3二极装置示意图AMBN偶极装置aaa图3-4偶极装置示意图电法勘探实验报告6离，而双频激电仪则是指BM之间的距离。五、对称四极装置如图所示，对称四极装置的特点是AM=NB，记录点取在MN中点。实验中，测量了多组极距，如AB/2=9cm、AB/2=15cm；也测量了多个异常体，包括低阻板、板砖等。六、温纳装置温纳装置是一种特殊的对称四极装置，其特点为AM=MN=NB=a。由于温纳剖面效果不佳，不常使用，故此次实验只研究温纳测深曲线。测点设置为坐标尺中点。七、矿石电阻率测量装置ABMN图3-5对称四极装置示意图ABMNaaa图3-6温纳装置示意图图3-7矿石电阻率测量装置示意图电法勘探实验报告7实验模型如右图所示，在混合好的硫酸铜面团卡在所测矿体两侧，并用支架架好，确保矿体悬空绝缘。将供电电极A、B接在矿体和硫酸铜面团之间，并在矿体上取合适的一段，绑缚上铜丝，并接上测量电极M、N。确保准备工作无误，给矿体供电。由于未设置装置系数，故测量并记录电位差U、电流I、横截面积S以及长度L，由公式算得电阻率。第四章实验数据及分析一、中梯装置1、视电阻率异常选取低阻金属板，分别水平及竖直放置，用DDC-5测量其视电阻率。结果如下：图4-1-1中梯装置电阻率曲线（金属板）由图可知，中梯装置测量水平低阻板的曲线比较明显，趋近于水平板中心位置时，有明显的异常变化。然竖直低阻板的曲线也十分明显，与书上所述有所不同，在竖直板正上方出现了高阻异常。这是由于薄低阻板的激发极化效应导致的假异常。因此，中梯装置适合寻找水平低阻体，而并不适合寻找竖直低阻体。电法勘探实验报告8此外，还进行了不同剖面上的测量。如下图所示，为水平低阻板多剖面测量曲线图。由图可见，四条侧向剖面视电阻率曲线皆中部下凹平缓，呈现盆状，这是由于侧向距选取不当，略微偏大，以及实验条件限制等多种因素，导致测出的效果并不理想。若无四周水池壁的影响，则这些曲线可能趋向于一条平缓的直线，说明侧向距过大时，实验所用的低阻板对其影响不大。图4-1-1中梯装置水平低阻板旁侧线测量2、激电异常图4-1-3中梯装置低阻板激电异常仍然选取低阻金属板（29.0cm*17.4cm*0.4cm），深约6.2cm，水平放置。用双频激电仪对其进行测量，结果如上图所示。可见，远离异常体时，无极化现象；当靠近异常体，产生激电异常，水平板中部上方二次场方向和一次电法勘探实验报告9场方向相同，视极化率为正值，且出现极大值；当靠近水平板两侧时，二次场方向与以磁场方向相反，视极化率为负值。二、三极装置1、剖面a)视电阻率异常联合剖面装置测量水平低阻板（32.0cm*17.5cm*0.5cm），深约4.7cm，结果如下图所示。由图可知，两条曲线大致对称，产生正交点，说明水槽中存在水平金属板，与实际相符合。图4-2-1联合剖面装置测量水平低阻版b)激电异常取上述水平板，进行测量。由于联合剖面装置测得的曲线是由两个三极剖面装置测得的曲线组成，且两条曲线相互对称，故仅测量三极剖面。测得激电异常如下：电法勘探实验报告10图4-2-1三极装置水平低阻板激电异常上图与中梯装置激电异常图趋势相似，其因也类似，在此不赘述。2、测深a)视电阻率异常依旧取上述水平板，测量结果如下：图4-2-2三极测深视电阻率曲线初看，曲线先上升，后下降，再上线，呈现KH型；然曲线初始部分，电极距离过近，难免产生一些影响，带来误差，若除去误差，曲线整体呈现H型，说明水槽中存在三层，中间的一层为低阻层，与实际中存在低阻异常体的情况相吻合。电法勘探实验报告11b)激电异常下图为三级测深实验的激电异常曲线图。图4-2-3三极测深装置激电异常由曲线可知，视极化率先呈上升趋势，后来达到极大，趋于饱和。这是由于极距尚小时，测深小，水平板附近电流密度小，所以视极化率小；随着极剧增大，测深增大，水平板二次场增强，故视极化率增大。极距持续增加，低阻水平板吸引电流，此时水平板完全处于均匀外电场中，二次场变化不大，故视极化率趋于饱和。三、二极装置下图为二极装置测深曲线。图4-3-1二极装置测深视电阻率曲线电法勘探实验报告12由图可见，曲线并不理想，这是因为实验室条件所限，两个无穷远极的条件难以实现，导致二极装置实验做出的效果不佳。未知野外效果如何？下图为测深激电异常曲线，同样不甚理想。图4-3-2二极测深激电异常曲线四、偶极装置1、剖面a)视电阻率异常用偶极装置分别测量低阻球体和高阻板，曲线如下。电法勘探实验报告13图4-4-1偶极装置测量低阻球体曲线图图4-4-2偶极装置测量高阻板曲线图由图可见，低阻球体曲线变化并不明显，而高阻板视电阻率异常明显，在高阻水平板中部出现极大值，而在高阻板两侧出现极小值。与其他同学交流后，对比其他同学的测量结果，得知在当前实验室的条件下，测量低阻球体效果并不理想，而高阻板、低阻板尚佳。应当如何改进实验，是今后需要思考的问题之一。b)激电异常偶极装置测量水平高阻板的视极化率曲线如下：电法勘探实验报告14图4-4-3偶极装置水平高阻板激电异常由图可见，异常相对板中心是对称的。当n偏小（n=3）时，水平板中心有较小的正异常，随着n的增加（n=7），异常逐渐增大，当达到某个值时，有极大值。进一步增加电极距（n=9）时，则异常减小，出现双峰。然而由于实验数据过少，无法判断偶极装置测量的最佳电极距。这是今后需要探索研究的问题之一。2、测深a)视电阻率异常测点取坐标尺中点。偶极装置实验似乎是个不太好做的实验，前述测量低阻球异常就已十分不理想，测深实验情况同样不尽人意。电法勘探实验报告15图4-4-4偶极装置测深曲线如上图所示，为偶极装置测深曲线。虽然乍看上去是比较标准的K型曲线，但实际测量的异常体是实打实的低阻板，理论上而言，得出的应该是完全相反的H型曲线。与其他同学讨论后，发现双方存在同样的问题，这样即排除了个别水槽和操作人员带来的偶然误差。那么，为何会有如此结果？大概时间会告诉我们答案。革命尚未成功，壮士仍需努力。b)激电异常如下图所示，为偶极装置测深激电异常曲线图。图4-4-5偶极装置测深激电异常由图可见，曲线前半段是一个明显的高峰，先升后降，其原因前有所述，即Oo尚小时，测深小，水平板附近电流密度小，所以视极化率小；随着Oo增大，电法勘探实验报告16测深增大，水平板二次场增强，故视极化率增大。与前述不同的是，后半段是一个较为平缓的低谷。Oo持续增加，视极化率极剧减小。这是由于Oo的长度已超过板长，此时低阻板上方已无电极，低阻板周围的电流密度极剧减小，故视极化率也随之减小。有意思的是，当极距增到一定程度后，视极化率又呈现出上升的趋势。究竟是水池壁的影响，还是其他的因素所致