断层裂隙水的天然电场动态响应特征.pdf

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1、第4O卷第1期煤田地质与勘探Vb1．40NO．12012年2月cQALaB0jL()GY&咖oRFeb．2012文章编号：1001-1986(2012)01—0076-03断层裂隙水的天然电场动态响应特征王连元(黑龙江科技学院建筑工程学院，黑龙江哈尔滨150027)摘要：流动于断层裂隙中的地下水径流相对较集中，可视为一种运动的导体。在天然电场这一微弱的物理场中可形成明显的动态响应，即在时间和空间上的非稳定运动产生复杂、时变的感应电磁场。试验证明，这种动态响应不仅与地下水埋深、水力坡度有关，而且与观测频率也存在着较密切的关系

2、。关键词：断层裂隙水；天然电场；动态响应；电场效应中图分类号：P63l文献标识码：ADOI：10．39690．issn．1001．1986．2012．01．018Thenaturalelectricfielddynamiccharactersoffracturewaterinfault、7IrANGLianyuan(CollegeofArchitectureandCivilEngineering,HeilongjiangUniversityofScienceandTechnology，Harbin150027，China)

3、Abstract：Theradialflowoffracturewaterinfaultsiscomparativelyconcentratedandcanberegardedasakineticconductor．Theobviousdynamicresponsesareformedinfaintnaturalelectromagneticfieldbytheflowinggroundwater．Itsunstableflowingwillbringcomplicatedandtime·dependentelectrom

4、agneticinductionontimeandspace．Thesedynamicresponsesarenotonlyrelatedwithitsdepthandhydraulicgradient，butalsocloselyre-latedwithobservationfrequency．Keywords：fracturewateroffault；naturalelectricfield；dynamicresponse；electricfieldefects天然电磁场的场源在空间分布和发射时间上是式中P为电阻率；8

5、为介电常数；f为电磁波频率。不稳定的、随机的。某一时刻，对于空间某个点，传导电流．，c由电荷的直接移动形成，取决于介各种电磁波的总效应可以由质点振动的原则迭加而质的电阻率，与电磁波频率无关；位移电流．『w则是得。借助于对这种场的观测，可以确定地下不同岩由介质的介电极化现象所产生，它不需要载流子，层的电性和电化学性质【l】。流动的断层裂隙水因溶取决于介质的介电常数，与电磁波频率有关[5】。岩解了一定的矿物质而具有较好的导电能力，其地表石的电阻率、介电常数与其含水量关系十分密切：电磁响应除了具有相对可靠的低幅度异常(静态信绝大

6、多数造岩矿物的电阻率均大于水的电阻率；而息特征)外，还具有这种瞬变感应电磁场[3-4】。前者的介电常数(4，vl3)则远小于后者(80)。岩体因孔隙、裂隙含水，电阻率减小、介电常数明显增大；1天然电场动态响应的形成机理溶液矿化度越高，电阻率越小，介电常数越大，使天然交变电磁场是一种复杂的综合物理场，具得可极化的极性分子就越多，于是传导电流和位移有信号弱、频带宽，随时间和空间变化等特点。地电流均增大。由于地下裂隙或孔隙中溶液的运移方球表面的大地电磁场可视为垂直入射的平面电磁式，流动速率不均匀，导致溶液中导电粒子的含量、波，其

7、电场强度、磁场强度、磁感应强度、速率也不稳定。即自由电荷密度随时间变化，使得整个介质的传导电流、尤其是高频状态下的位移电电位移D、电流密度的关系服从麦克斯韦方程。均匀各向同性介质在交变电磁场作用下，存在不同流随时间呈不规则变化。流动的溶液作为电磁能量的载体，在电磁力的作用下产生相对运动，切割磁性质的传导电流和位移电流：·力线，从而形成复杂的、随时间变化的瞬变感应电_『c=~Eoe一，，Jw=Eod(卅’(5)磁场。收稿日期：2010．11-17作者简介：王连元(1962一)，男，黑龙江密山人，副教授，从事地球物理勘探教学与

8、研究工作第1期王连元：断层裂隙水的天然电场动态响应特征·77·2观测方法天然电场探测仪器主要观测天然电场电位差AUl~v在空间、时间上的变化规律。通常采用选频方式(一般为20～20Hz)观测各点的电位差值，以获得来自不同深度的电场信息，同时记录指针摆动的点数、次数、频率及幅度。摆动点数记录每条测线出现指