物探常规电法勘探--地大

11、地球物理勘探(查)•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。•相应的各种勘探方法，叫地球物理勘探方法，简称为物探方法。2组成地壳的各种岩石具有不同的物理性质，因而，不同岩石、地层对地面的各种仪器就有不同的作用(响应)，所以，根据仪器的测量结果就可反推地下的地质构造情况。物探方法能查明地质构造的原因3地球物理勘探方法的特点•1。组成地壳的各种岩石必须具有不同的物理性质(有差异)；•2。必须使用专门的仪器在地表或地下接收信号；42、物探方法简介•重力勘探•磁法勘探•电法勘探•地震勘探•地球物理测井•地热勘探第一章电法勘探电法勘探的分类（1）实质：以岩、矿石之间电磁学性质及电化学性质差异为基础，通过观测和研究电(磁)场在地下的分布规律，探查地质构造和矿产资源主要用途：探查深部和区域地质构造、寻找油气田和煤田、金属非金属矿产、地下水、工程地质和环境勘察等。第一节电法勘探基础知识一、岩层的电阻率1、电阻率的概念由均匀材料制成的具有一定横截面积的导体，其电阻R与长度L成正比，与横截面积S成反比，即式中，ρ为比例系数，称为物体的电阻率。电阻率仅与导体材料的性质有关，它是衡量物质导电能力的物理量。不同岩石的电阻率变化范围很大，常温下可从10-8Ω·m变化到1015Ω·m，与岩石的导电方式不同有关。SLR岩石的电阻率：火成岩和变质岩：电阻率很大，电阻率变化范围102~105·m。沉积岩：电阻率较小。例如：粘土的电阻率变化范围100~101·m，砂岩的电阻率变化范围102~103·m。（2）岩石电阻率与其含水性的关系•沉积岩主要依靠孔隙水溶液来传导电流，因此岩层中水的导电性质将直接影响沉积岩的电阻率。在其他条件相同的情况下，岩层电阻率与岩层中水的电阻率成正比。影响水的导电性的主要因素是水中离子的浓度和水的温度。常见的岩层水一般含低或中等浓度的离子，岩层中水的含盐浓度增大，离子数量随之增多，溶液导电性将变好。两个点电源的等位线和电流线(a)地面电极位置(b)平面图(c)剖面图地下人工电场的建立2、电流在地下的分布规律jAB10.80.60.40.20123j/jh0hLAOBh0hjhjhj电流密度随深度的变化hI/I三、电阻率法的基本原理1、岩、矿石电阻率的测定岩、矿石电阻率的测定：由电阻定义及欧姆定律，得：均匀大地电阻率的测定：当地表由两个异性点电源A（+I）、B（-I）供电时，地表测点M、N处的电位：LSIULRSMN)()11(2)11(2BNANIUBMAMIUNMM、N两点的电位差：令：则均匀大地电阻率为：式中，K为装置系数。)1111(2BNBMANAMIUUUNMMNBNBMANAMK11112IUKMN2、视电阻率若进行测量的地段地下岩石电性分布不均匀时，上式计算出的电阻率称为视电阻率，它不是岩石的真电阻率，是地下岩石电性不均匀体的综合反映，通常以s表示：IUKMNs视电阻率与地电断面性质的关系(a)均匀介质(b)围岩中赋存良导矿体(c)围岩中赋存高阻岩体第二节电测深法一、地电断面的概念由不同电性层所构成的断面。通过供电极的不同距离来探测不同深度地层的视电阻率。二、电测深法装置二极装置（AM）：特点：将B、N极置于“无穷远”处接地。取AM中点为记录点。IUKAMKMAMsAM2三极装置（AMN）：特点：只将B极置于“无穷远”处接地，取MN中点为记录点。IUKMNANAMKMNAMNsAMN2对称四极装置（AMNB）：特点：AM=BN，取MN中点为记录点。IUKMNANAMKMNABABsAB偶极装置（ABMN）：特点：AB、MN为分开的偶极，取OO’中点为记录点。IUKBNBMANAMMNBNBMANAMKMNoooosoo''')(2电阻率测深法：测量电极MN固定，不断增大供电电极AB电极距，逐次观测。特点：随供电电极距的加大，逐次观测的视电阻率反映了地下电性层随深度增大变化的分布特征。但在实际测量中，AB极距不断加大，测量电极MN固定不变，UMN将逐渐小到不可测，通常要求：ABMNAB30131电阻率测深大多采用对称四极装置IUKMNANAMKMNABABsAB特点：AM=BN，取MN中点为记录点2、电测深曲线水平二层电测深曲线类型G型：D型：212121水平三层电测深曲线类型图H型:Q型:A型:K型:3213213213213、电测深曲线的解释（1）电测深曲线类型分析（2）电测深曲线特征研究（3）断层在电测深曲线上的反映（4）电测深曲线的定量解释4、电测深定性图件的绘制及解释（1）曲线类型图（2）等视电阻率断面图（3）等视电阻率平面图5、电测深法的应用•电阻率测深的应用电阻率测深断面图•1-粘土；2-泥灰岩；3-岩溶泥灰岩•4-砂层；5-粘土；•6-电阻率等值线•7-断层；8-煤层第三节电剖面法一、电剖面法装置包括多种装置类型，如二极装置、三极装置、联合装置、对称四极装置、偶极装置等。特点：各电极之间保持一定距离，同时沿测线移动，逐点观测UMN、I、计算测线之下地电断面视电阻率s沿水平方向的变化。二极装置（AM）：特点：将B、N极置于“无穷远”处接地。取AM中点为记录点。IUKAMKMAMsAM2三极装置（AMN）：特点：只将B极置于“无穷远”处接地，将AMN沿测线排列逐点观测。取MN中点为记录点。IUKMNANAMKMNAMNsAMN2联合剖面装置（AMN&MNB）：特点：两个三极装置联合，C极为“无穷远”。MN中点为记录点。BMNBBBsAMNAAAsBAIUKIUKMNANAMKK,2对称四极装置（AMNB）：特点：AM=BN，取MN中点为记录点。IUKMNANAMKMNABABsAB偶极装置（ABMN）：特点：AB、MN为分开的偶极，取OO’中点为记录点。IUKBNBMANAMMNBNBMANAMKMNoooosoo''')(2中间梯度法：供电电极A、B相距很远且固定，测量电极MN在AB中段1/3范围内逐点特点：半无限介质条件下，AB中部电场近似均匀，AB固定不动，MN沿剖面移动，逐点观测UMN、I，计算视电阻率s，得地电断面沿水平方向的变化曲线。中间梯度装置主测线上装置系数K和视电阻率s：IUKBNBMANAMMNBNBMANAMKMNMNMNsMN)(2二、四极对称电剖面法对称四极装置（AMNB）：特点：AM=BN，取MN中点为记录点IUKMNANAMKMNABABsAB三、联合剖面法联合剖面装置（AMN&MNB）：特点：两个三极装置联合，C极为“无穷远”。MN中点为记录点。BMNBBBsAMNAAAsBAIUKIUKMNANAMKK,2良导球体上联合剖面视电阻率剖面图高密度电阻率法1、基本原理•高密度电法是一种适用于浅层电阻率测深剖面法的陈列电阻率勘探方法，以探测目标体的电性差异为前提进行的。数据采集是程序控制自动进行的，其工作效率很高，该方法采集数据信息量大，可进行层析成象计算，成图直观，可视性强，采集装置种类多，仪器轻便。该方法在不同领域受到广泛的应用。高密度电阻率法测量原理图集中式程控电极转换器工作原理高密度电阻率法仪器连接图2、工作方法技术•具体测量方法为：首先在地面测线布置一系列等间距电极，电极通过多芯电缆连接到转换开关，通过转换开关转换出相应装置的电极到仪器上，实现一个点的测量，一个测点观测完后，通过开关转换到下一相邻测点对应的电极，以相同方法进行该点观测，或改变电极间距，实现不同深度的测量，重复以下观测，直到所有不同电极间距的剖面测点测量完为止。•点距的选择主要依据探测精度要求，精度要求越高应越小。最大电极距大小，决定于预期探测深度，探测深度越深，要求越大，当然，由于一条剖面测点总数是固定的，因此当极距扩大时，反映不同勘探深度的测点数将依次减少。•高密度电法常用排列方式•1、温纳排列（α排列）•特点：MN的距离与AB距离保持1:3的关系即AM=MN=NB•优点：深部浅部时均有较大的一次场电压VP值，在地面干燥，接地电阻较大，供电电流较小时也能有较高的信噪比，地形起伏的造成的干扰也较小。•缺点：由于MN随AB的增大而相应增大，在深部探测时分辨率下降。•2、偶极装置（β排列）•特点：电极距离保持等比关系，即AB=BM=MN•优点：对电阻率差异较小的地质体也能有明显的异常反应，分辨率较高。•缺点：地形起伏干扰较大，需要较强的供电电流。•3、施伦贝尔排列排列•特点：供电极距AB增大时MN保持不变。•优点：深度方向上分辨率较高，电阻率的横向变化对其影响较小。•缺点：供电极距AB增大时，MN间一次场电压VP较低，信噪比下降，干扰较大时易出现电阻率负值。要求接地电阻较小，供电电流较大。•为了解决深度大时，VP较小情况下，在向深部测量时可以改变1次或多次MN电极的距离，从而增加一次场VP电压值，提高抗干扰能力。•4、三极AMN排列或MNB排列•特点：供电极距AO或BO增大时，MN距离保持不变，并有一个无穷远极。•优点：同施伦贝尔方式，在野外工作中若某一个供电电极遇到障碍物，不能按四极对称装置进行工作时，可用三极法。•缺点：同施伦贝尔方式。存在一个无穷远极，工作效率较低。•高密度电法深度、剖面数计算方法•1、温纳排列（α），偶极排列（β），微分排列（γ）•深度计算：AB/2=1.5×剖面数×电极间距•剖面的点数或需移动的电极数：n=使用电极数－3×剖面数•最大剖面数的计算：•满足4使用电极数－3×最大剖面数0•2、施伦贝尔排列（α2）、（四极测深滚动）•深度AB/2=（剖面数+MN间距数/2）×电极间距•剖面的点数或需移动的电极数n=使用电极数-2×剖面数－MN间距数•最大剖面数的计算：•满足2+MN间距数使用电极数-2×最大剖面数－MN间距数0•3、三级AMN或MNB排列•深度AO(BO)=(剖面数+MN间距数/2)×电极间距•剖面的点数(断面滚动总数或需移动的电极数)：•n=使用电极数－剖面数－MN间距数•最大剖面数的计算：•最大剖面数=使用电极数－MN间距数－1•高密度电法野外工作流程•1、布极，放电缆。•高密度电法首先要根据设计要求在测线上拉测绳或皮尺等间距打上电极，每一根电极对应一个电缆节点，注意电极间距是量出的地形起伏的斜距。如果间距正好等于电缆的最大道间距，也可先放电缆，在电缆节点处打上电极。电极与电缆要连接好，电缆插头连接上转换器或主机。•2、设置参数及检查接地电阻。•电缆电极连接好后，设置好测量参数，应用主机测量接地电阻功能，检查每根电极的接地电阻。一般要求接地电阻小于5KΩ为接地良好，尽量不要超过10KΩ，如太大，应采取浇水，打深电极等措施减小接地电阻。接地电阻检查还可判断电缆是否断线，电极是否漏插等情况。•3、所有电极均接好后，就可启动测量。•4、判断数据质量。•断面测量完成后，应检查剖面曲线或整个断面数据质量的好坏，有少数坏点时可启动单点测量功能重测。坏点数据较多时应查明原因，重测整个断面。只有在测量数据较好情况下，才可以测量下一个断面或收工。•野外工作的技术要求•1、仪器绝缘要求•仪器主机的直流高压、A、B、M、N对仪器外壳的绝缘要求达到大于1000MΩ/1000V，直流高压，A、B对M、N的阻抗大于1000MΩ/1000V。转换器的ABMN和插座中的各插针对外壳大于500MΩ/500V，ABMN对插座插针大于500MΩ/500V，各插针相互之间大于500MΩ/500V•2、电缆的绝缘要求•集中式