电法大作业

电法数据处理与解释大作业201226030127,张义蜜2016-1-6目录一、阐述激发极化法中等效电阻率的基本原理，分别设计两个二维激化体模型（低阻高极化、高阻低极化），采用等效电阻率方法计算视极化率，并绘制极化率断面图和视电阻率断面图。............................................................................3二、井中激发极化法包括哪几种方法，其各种的特点是什么，建立一个二维盲矿体模型，分别用井-地，地-井，井-井以及地面激发极化法进行正演模拟，分别比较计算结果......5三、试述激发极化法在金属矿勘探中的应用现状及存在问题.........................9四、频域电磁法和时间域电磁法的多种特点是什么，有何异同.......................9五、详述CSAMT的基本原理，分析近场效应产生的原因............................11六、在实际勘探中，如何确定CSAMT的最小收发距................................12七、分别建立H型和K型地电模型，改变相关参数（电阻率及厚度、埋深等），绘制测深曲线，分别MT对低阻层和高阻层的分辨能力，并试着总结相关的规律.................13八、频域电磁法的静态位移产生机理是什么？如何识别和校正静态效应？并用二维模拟软件，分别建立高阻和低阻静态体模型，改变模型相关参数，绘制电阻率测深曲线及绘制断面等值线图，分别总结静态位移特征..................................................15九、什么是张量阻抗？为什么要引进张量阻抗，试推导二维介质任意坐标系下各张量阻抗的表达式，什么是倾区，它有何意义..............................................20十、地表有低阻层或高阻层覆盖，对勘探目标有何意义？分别用大地电磁一维和二维模型举例说明（需要进行数值模拟）..................................................23十一、谈谈电磁法的发展现状，通过该课程的学习，你对电磁法的认识及对该课程的学习心得和建议....................................................................25一、阐述激发极化法中等效电阻率的基本原理，分别设计两个二维激化体模型（低阻高极化、高阻低极化），采用等效电阻率方法计算视极化率，并绘制极化率断面图和视电阻率断面图。激发极化法中等效电阻率的基本原理:激发极化法是利用岩石、矿石的导电性、激发极化特性差异，观测研究人工形成的激发极化场的变化规律，进行找矿和解决其他地质问题的一组人工场源形式的勘察方法。激电法可以沿用电阻率法的各种电极装置，其中用得比较广泛的有中间梯度(中梯)、联合剖面(联剖)、近场源二极(二极)、对称四极测深(测深)和偶极—偶极(偶极)等装置。在本次程序设计中以对称四极测深装置为基础进行正演程序设计工作。在计算激发极化场时我们使用的是等效电阻率法。在电法勘探中，我们将发生体极化效应时，极化体对极化总场的电阻率称为“等效电阻率”。一般说来，等效电阻率随频率或充电时间而变。在T→０或ｆ→∞的极限情况下，总场电位U(T)|U(f)|ｆ→∞趋于无激电效应的一次场电位U１，等效电阻率ρ(T)｜Ｔ→０或ρ(iw)｜ω→∞就等于介质真电阻率。对于电阻率为ρ的均匀介质，当不存在激电效应时，在地面上采用任何装置进行观测，按照下列公式计算电阻率：ρ=K×ΔU1/I（1-1)若介质存在激电效应，此时按上式计算的电阻率为：ρ1=K×ΔU/I（1-2）公式中ΔU为总场电位差。由于ΔU1ΔU，故pp1。可见介质的激发极化效应等效于介质电阻率的增大，故称ρ1为等效电阻率。在长时间供电情况下，极化二次场达到饱和时，有：η=ΔU2/ΔU=（ΔU-ΔU1）/ΔU所以有等效电阻率和真电阻率关系：ρ1=ρ/（1-η）建立模型所得视电阻率及视极化率图像如下：所给模型参数为;100mx100m,低阻体电阻率为10，极化率为0.5，围岩电阻率为100，极化率为0.1，激化体大小为长4，宽1，在所建模型的中部，从50开始，深度从7m开始。所给模型参数说明：100mx100m,高阻体电阻率为100，极化率为0.1，围岩电阻率为10，极化率为0.5，激化体大小为长4，宽1，在所建模型的中部，从50开始，深度从7m开始。低阻高极化模型视电阻率断面图低阻高极化模型视极化率断面图高阻低极化模型视电阻率断面图二、井中激发极化法包括哪几种方法，其各种的特点是什么，建立一个二维盲矿体模型，分别用井-地，地-井，井-井以及地面激发极化法进行正演模拟，分别比较计算结果。井中激发极化法包括三种方法以及其特点如下：（1）地-井方式：即地-井工作方式是将供电电极A、B布置在地面，其中A极置于距井口一定距离r处或置于井口，B极则置于“无穷远”。测量电极M、N置于井中，M在上，N在下。地-井方式的施工顺序是：先进行r=0米的地-井方式测量，如发现有井旁盲矿异常需要进一步做工作时，再用最佳r进行地-井方式方位测量。地-井方式的基本特点在于，它利用钻孔是测量电极MN接近矿体，因而能是观测到的矿体激电异常大大增加。同时，它又能通过把A极布置在不同位置上而改变矿体的极化方向和强度。由于A的位置不同，井旁盲矿的极化方向和强度也就各不相同，因而各方位上测得的激电异常曲线形态和强弱也就不一样，利用这种差异就可以推断井旁盲矿体相对于钻孔所在的方位。（2）井-地方式：即即把供电电极A放入钻孔中，供电电极B仍为“无穷远”极，测量装置则置于地面。固定井中供电点源A的深度，在地面按一定测网(通常是方格网，也可用以井口为中心的辐射网)沿剖面测量的排列，称为井-地方式剖面测量，它主要用来圈定和追索矿体或矿化带范围。相反，若在井中改变供电点源A的深度，在地面移动测量装置MN，或距井口某一距离固定测量装置进行激发极化测量的排列，称作井-地方式激电测深，它主要用来预报井底盲矿。井-地方式是将A极置于井内某一选定的深度上，B极在地面“无穷远”处，测量电极MN布置在地面并沿测线进行测量。在井-地方式中常用刷子电极作为A极，将它放到钻孔的某一位置上进行充电。“无穷远”B极至测区的距离必须足够大，并使“无穷远”极至井的连线垂直与测线。当井旁存在矿体时，“无穷远”B极应布置在远离矿体的方向上，否则B极的电场将对测量结果产生影响，从而成解释上的误差，并降低勘探深度和勘探范围。（3）井-井方式：即单井井-井方式是将供电装置和测量装置同时放入一个钻空中，因此它只需一个钻孔就能进行工作。单井井-井方式包括激发极化测井、大电极距三极梯度排列、偶极体度排列、中间梯度排列等测量方法；双井井-井方式需要同时具有两个钻孔才能进行工作，其排列方式较多，归纳起来大致可分为：固定单极供电移动双极测量，固定双极供电移动双极测量，中间梯度排列，双极供电和双极测量等深同步移动四种。井-井方式的突出优点就在于大大增加勘探深度。高阻低极化模型视极化率断井-地、地-井、井-井以及地面激发极化法进行正演模拟结果如下：地—井选一段作图视电阻率图202428323640448090100110低阻薄板地井高极化视电阻率曲线视极化率图202428323640440.180.20.220.240.26低阻薄板地井高极化视极化率曲线井—地选一段作图视电阻率图04812162024848688909294井—地低阻高极化视电阻率图zps视极化率图048121620240.9120.9130.9140.9150.916井—地低阻高极化视极化率图xηs井—井选一段作图视电阻率图20242832364044859095100105110115低阻薄板井井高极化视电阻率曲线视极化率图202428323640440.180.20.220.240.26低阻薄板井井高极化视极化率曲线根据以上测量模型曲线图可以看出地—井模型看上去能较好的反映地下盲矿体的位置。对于井—井模型，当激发电极在矿体的上方时，极大值为与矿体的上方；对于井—地模型，极大值始终位于矿体的左侧，而在矿体上方对应的是极小值。三、试述激发极化法在金属矿勘探中的应用现状及存在问题应用现状：激发极化法是根据岩石、矿石的激发极化效应来寻找金属和解决水文地质、工程地质等问题的一组电法勘探方法。它又分为直流激发极化法（时间域法）和交流激发极化法(频率域法(SIP))。常用的电极排列有中间梯度排列、联合剖面排列、固定点电源排列、对称四极测深排列等。也可以用使矿体直接或间接允电的办法来圈定矿体的延展范围和增大勘探深度。激电法是勘察各类金属矿产的主要方法，特别是对电阻率与围岩相差不大的浸染型金属矿床而言，与电阻率法和电磁法相比更为有效。激发极化法在金属矿勘探中的应用范围已日益广泛，除寻找铜矿床外，在找铁(山西式铁矿、沉积型锰铁矿，镜铁矽)、找铅锌矿，在超基性岩区找镍铬矿和找金矿等都取得了—定的地质效果。在国外，在五十年代初期，激发极化法在矿产普查勘探中发挥了重要作用，找到了一些大型低品位的硫化矿体(其他物探方法是难以奏效的)。从趋势来看，除研制新仪器外，加大电源功率是另—个途径。如果有足够功率，可以探测埋深达1.6～3.2公里的大型低品位的工业矿体(只需要加大电极距和提高电源功率)。当前，已广泛采用频率域激发极化法(变频法)。其优点是输出功率(只要几百瓦)相对时间域激发极化法(几千瓦)要低得多，同时操作技术亦为简便。应用实例有：柳建新等在甘肃南石居里铜矿区选定20km2双频激电示范区进行方法试验并取得了较好的地质效果；离家盛在缅甸金厂铅锌矿应用激电法寻找隐伏矿体取得了理想的找矿效果；陈绍裘等在河北易县孔各庄金矿应用中间梯度激发极化法追索石英脉达到较好的找矿效果；舒明使用激发极化法中间梯度为主，结合激电测深，在云南阿空锰矿去找矿取得了较好的效果等等；存在问题：在野外勘探中仍存在许多需要特别注意的问题：供电回路和测量回路间存在电容耦合和电感耦合；充放电频率大小的选择；在不同地质情况下装置类型的选择；供电电流的控制；观测数据的质量问题。仪器测量精度需要进一步提高，来提高分辨率，且电源功率需要进一步提高，以便提高勘探深度，找到更深部的矿体。四、频域电磁法和时间域电磁法的多种特点是什么，有何异同在电法勘探野外工作中通常所能达到的电流密度条件下，上述实验中的U与I成线性关系。在此情况下，可将测得的U对I和装置进行归一化，计算交流电阻率，UKI，这里K为装置系数。由于激发极化作用，通常为f的复变函数，即为复数，一般U相对I有相位移（），随f而变，是前述交流电位差随频率变化的结果。这便是激电效应的“频率特性”。图3.1.7示出了在一块黄铁矿人工标本上，实测到的激电效应频率特性曲线。为了对比，可回忆一下前面讨论的稳定电流场中激电效应的时间特性：激电作用随充电时间延长而从零逐渐增大，并当充电时间相当长时趋于饱和值。交流电阻率幅值f随频率的变化曲线（幅频特性）与上述时间特性有很好的对应关系：随着f从高降低，相应的单向供电持续时间T（即半周期T=1／2f）从零增大，激电效应逐渐增强，结果总场（电阻率幅值）随之变大；而当频率趋于零时，单向供电持续时间(1/2)Tf，激电效应最大，因而总场趋于饱和值。由于激电效应充、放电过程的时间常数一般在几毫秒到几分钟之间，故在不太低（210n赫）和不太高（210n赫）的频率上，激电效应的性态已十分接近两个极限频率（0f和f）的情况。在0f时，单向供电持续时间(1/2)Tf，故交流电位差的幅值0|ffU趋于稳定电流激发下总场的饱和值|fTU，即0||()ffTUUTU（）同理，在f时，单向供电持续时间(1/2)0Tf，