地球物理探矿(3电场和电磁场).ppt

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1、地球物理学概论地电场和电法勘探中国地质大学（武汉）地球物理与空间信息学院它是以岩、矿石的电学性质（如导电性）差异为基础，通过观测和研究与这些电性差异有关的（天然或人工）电场或电磁场分布规律来查明地下地质构造及有用矿产的一种物探方法，称为“电法”。什么是电法勘探：电法勘探的特点：可用“三多”、“两广”来慨括三多：导电性（ρ或σ）电化学活动性（η）介电性（ε）导磁性（μ）①可利用的物性参数多②利用场源多人工场源天然场源直流电（稳定场）交电流（交变场）传导类电法勘探（直流电法）研究稳定电流场感应类电法勘探（交流电法）研究交变电流场电阻率法*充电法自然电场法激发极化

2、法③方法种类多低频电磁法频率测深法甚低频法电磁波法大地电磁法两广应用空间广应用范围广航空地面海洋井中金属和非金属矿油气勘探地质填图水文与工程深部构造（地壳、地幔）电法勘探的应用各种电法勘探方法是适应不同地质任务的需要而发展起来的。它们广泛地应用于各种地质工作中，不仅可以寻找金属及非金属矿产，还可以进行地质填图，查明地下地质构造、寻找油气田、煤田和地下水等。此外，电法勘探还用于地壳及上地幔的研究之中。近年来，一些建立在电法勘探基本原理基础之上的新方法如管线探测、探地雷达等广泛用于城市工程勘查，它们在管线勘查、路基、高层建筑地基及大型水电站、水库坝基勘查方面发挥了

3、重要作用。第一节电阻率法什么是电阻率法：电阻率法是传导类电法勘探方法之一。建立在地壳中各种岩矿石具有各种导电性差异的基础上，通过观测和研究与这些差异有关的天然电场或人工电场的分布规律，从而达到查明地下构造或者寻找有用矿产的目的。一、电阻率法的理论基础（一）岩、矿石的电阻率1、电阻率基本公式Isl2、电阻率单位SI制中电阻R（Ω）长度（m）截面积（m2）电阻率ρ（Ω·m）3、导电机制（1）溶液：带电离子（2）金属导体：自由电子，如自然铜、金、银和石墨，电阻率低（3）半导体：“空穴”导电，大多数金属硫化物，金属氧化物体，电阻率较低（4）固体电解质：离子导电，绝大多

4、数造岩矿物，如石英、云母、方解石、长石等，电阻率高4、主要岩矿石电阻率及其变化范围●ρ<ρ<ρ沉变火●沉积岩：10~102Ω·m●火成岩：102~106Ω·m●变质岩：介于两者之间。5、影响电阻率的主要因素（1）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（2）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↓（3）水溶液矿化度矿化度↑，电阻率↓（4）温度温度T↑，溶解度↑，离子活性↑，电阻率↓结冰时，电阻率↑（5）压力压力↑，孔隙度↓，电阻率↑超过压力极限，岩石破碎，电阻率↓（6）构造层的影响ρρ12ρnρ

5、t这种层状构造岩石的电阻率，则具有非各向同性，即沿层理方向的电阻率小于垂直沿层理方向的电阻率（二）均匀各向同性半空间点电源的电场设大地是水平的，与不导电的空气接触，介质充满整个地下半空间，且电阻率在介质中处处相等，称这样的介质模型为均匀各向同性半空间。即：地面ρ空气ρ0在物理学中，恒定电场是用三个相互有联系的物理量V（电位）、E（电场强度）和j（电流密度）来描述的，其间的关系为：dv=-Edr，E=j·ρ地面ρ空气ρ0AB为了建立地下电场，总是用两个电极（例如A、B）向地下供电。这两个接地的电极（A、B）称为“供电电极”。当供电电极的大小比它们与关测点的距离小

6、得多时，可把两个供电电极看成两个“点”，故又将它们称为“点电源”P1、一个点电源的电场地面ρ空气ρAB→∞Mr设在地面A点向地下供电，电流强度为I，地下半空间的电阻率为ρ。地下距A为的点M处的电流密度为：电场强度为：电位为：2、两个异性点电源的电场在任意点M处的，可按场的叠加原理知：地下电流场在供电电极附近分布极不均匀，其值趋于无限大；而在两极中央地段，场的分布较均匀，变化较平缓。在AB的中点，V=0，中点左边V为正，右边为负；（三）地下电流沿深度的分布规律A(I)B(-I)MhOLLjh的方向平行于地表上式表明，AB中垂线上任意一点M处j的大小，除与I有关外

7、，还与M点的深度（h）及电极距大小有关当h→∞，jh→0当h→0，令即当（或者）时，h深度的电流密度最大，该供电电极距称为“最佳电极距”。例如：要使100m深处的电流密度最大，则AB应大于或等于140m。h不变L不变（四）电阻率公式及视电阻率1、（均匀大地）电阻率公式地面ρ空气ρABMNM、N处的电位为：式中AM、BM、AN、BN分别A、B与M、N间的距离。上两式相减可得M、N两点间的电位差：则令则均匀大地电阻率公式式中的k—称为装置系数（或布极常数），单位为“米”。由于地下为均匀各向同性介质，故ρ与k、I的值无关。上面所讨论的情况是在地形水平、地下仅有单一的

8、均匀各向同性介质。然而实际中，地下岩石