基本理论部分(电法)

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1、基本理论部分1电法的基础知识1=1.1岩石介质的电阻率电阻率是表征物质导电性的基本参数，某种物质的电阻率实际上就是当电流垂直通过由该物质所组成的边长为lm的立方体时而呈现的电阻。显然，物质的电阻率值越低,其导电性就越好；反之，若物质的电阻率越高，其导电性就越差。在电法勘探中，电阻率的单位采用欧姆•米来表示（或记作Q-m）o显然，电阻率的倒数1/P即为导电率,以o来表示，它直接表征了岩石的导电性能。天然状态下的岩石具有非常复杂的结构与组分。为了方便，在电法勘探中，可以一级近似地把岩石模型看成是由两相介质构成的，即由矿物骨架（固相）和水（液相）所构成。因此，不仅组分不同的岩石会有不同的电阻率

2、，即使组分相同的岩石，也会由于结构及含水情况的不同而使其电阻率在很大的范围内变化。表1给出了一些常见岩石的电阻率及其变化范围。表1常见岩石电阻率由表1可见，一般情况下，火成岩电阻率最高，其变化范围大约在102Qm〜105Qm。变质岩的电阻率也较高，其变化范围大体与火成岩类似，只是其中的部分岩石如泥质板岩、石墨片等稍低些，大约在1〜103Q・im沉积岩的电阻率最低，然而，由于沉积岩的特殊生成条件，这一类岩石其电阻率变化范围也相当大，砂页岩电阻率较低，而灰岩电阻率却相当高，可达nxl07Qmo名称名称賛土层0〜200雨水>1000粘土1〜200河水10〜100含水砂卵石层海水0.1〜1隔水帖

3、土层6〜90■水<100表2浮土和地表水电阻率一般土层结构疏松，孔隙度大，且与地表水密切相关，因而它们的电阻率均较低,一般为nxlOlQmo表2为几种常见浮土和地表水的电阻率及其变化范围。1.2影响电阻率的因素自然状态下，岩石的电阻率除了和组分有关外，还和其它许多因素有关，如岩石的结构、构造，孔隙度及含水性等。由于主要的造岩矿物如长石、石英、云母等电阻率均相当高，因此，对于一般岩石来说，矿物骨架的电阻率是很高的。但由于天然状态下的岩石在长期的地质历史过程中，受内外动力地质作用而岀现裂隙以及裂隙中含水等原因，使得一般岩石的电阻率要低于其所含矿物的电阻率。一般比较致密的岩石，孔隙度较小，所含

4、水分也较少，因而电阻率较高；结构比较疏松的岩石，孔隙度较大，所含水分也较多，因而电阻率较低。一些孔隙度大而渗透性强的岩层如砂层、砾石层等，其电阻率明显地取决于含水条件，当其饱含矿化度高的地下水时，电阻率只有儿十至儿十个欧姆米；当其位于潜水面以上含水条件较差时，其电阻率可高达儿百至儿千欧姆米。石灰岩的电阻率一般较高，但当其中发育有溶洞、溶隙且充填有不同矿化度的地下水时，其电阻率会大幅度的下降。水溶液的电阻率与其矿化度有密切的关系。地下水的矿化度变化范围很大，淡水的矿化度约为10'g/L,咸水的矿化度则高达10g/Lo显然，岩石中所含水溶液的矿化度越高，其电阻率就越低。2.电阻率法2.1大地

5、电阻率测量电阻率法是一种重要的物探方法。它是以岩石介质的导电性差异为基础、通过观察和研究人工建立的的地中稳定电流场的分布规律从而来达到找矿或解决某些地质问题的目的。为了讨论方便，把地下半空间简化为均匀、各向同性介质。在电法勘探中，为了建立地下电场，常使用两个供电电极将电流供入地下，然后，在离供电电极一定距离的地方来观测场的分布。显然，由于电极相对于电极之间距离来说一般很小，因此，我们便可以把电极视为一个点，并称为点电源。若当观测范围仅限于一个电极附近，而将另一个电极置于“无穷远”时，就构成了一个点电源的电场；当观测范围必须同时考虑两个电极的影响时，便构成了两个点电源的电场。当地表有一个点

6、电源A供电时，考察点M处的电位为（2丄1）当地表有两个异性点电源供电时，根据电场的叠加原理，观察点M处的电位表达式:ABM纠JL]2tt[aMBM)(2.1.2)测量均匀大地的电阻率，原则上可以采用任意形式的电极排列来进行，即在地表任意两点（A、B）供电，然后在任意两点（M、N）来测量其间的电位差，根据上式便可求出M、N两点的电位纠JTpp27r{AN~~BNy那么，AB在MN间所产生的电位差仏P----丄+丄〕(2.1.3)2tt{AMANBMBN)由此可得均匀大地电阻率的计算公式为(2.1.4)式屮2兀~i11r1—(2.1.5)AMANBMBN（2.1.4）式即为在均匀人地的地表采

7、用任意电极装置（或电极排列）测量电阻率的基本公式。其屮K为电极装置系数（或电极排列系数），是一个只与电极的空间位置有关的物理量。2-2电阻率及其定性分析方法图2.2.1勘探体积在电法勘探中，把宽和高等于AB/2.长为的长方体（图2.2.1）定为勘探体积。在这个勘探体积范围内集中了电流的大部分，而在其外电流很少。显然，只有在该体积内，且与围岩有明显电性差异的地质体才会被观测到。上面讲述了测量均匀大地电阻率的方法，并且推导出了水平地表、