电阻率法原理及电阻率剖面法演示幻灯片.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,陈同俊,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,陈同俊,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,陈同俊,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,陈同俊,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,陈同俊,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,陈同俊,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,陈同俊,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,陈同俊,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,陈同俊,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,陈同俊,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,陈同俊,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,陈同俊,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,陈同俊,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,陈同俊,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,陈同俊,*,第一章 电阻率法,1,第一章 电阻率法,什么是电阻率法,电阻率法是以地壳中岩石和矿石的电阻率差异为物质基础，通过观测与研究人工电场的分布规律达到解决地质找矿的目的。,电阻率法是传导类电法勘探方法之一,电阻率法的电场是人工电场,陈同俊,2,第一节 电阻率法的理论基础,岩、矿石的电阻率,1.,电阻率,(,resistivity,),的基本公式,电阻,(,resistance,),是表征某一物体导电能力的物理量；,其与物体长度、横截面积有关；,r,为电阻率，是表征岩石导电性的物理量；,某物质的电阻率，在数值上等于该物质组成的栈截面积为一平方米、长度为一米的导体所具有的电阻数值。,电阻率的大小代表着岩石导电的难易程度；,用电阻描述某种材料的导电能力合适吗？,陈同俊,3,岩、矿石的电阻率,电阻率的单位,电导率,(,conductivity,),将电阻率的倒数称为电导率，用,s,表示,。,陈同俊,4,二、岩石和矿石的电学性质,1,岩石和矿石的电阻率,1),岩石电阻率的测定,铜板,铜丝,陈同俊,5,2),岩石的导电方式,岩石的导电方式大致可分为四种：,(1),电子导电：金属、石墨,电阻率低,；,(2),半导体导电：大多数金属硫,/,氧化物,电阻率低,；,(3),晶体离子导电：大多数造岩矿物，石英、云母、方解石等,电阻率高,；,(4),离子导电：含水矿物,电阻率低,；,不同种岩石的电阻率一般不同,电法勘探基础,；,但不同种矿物电阻率的范围有可能部分重合,电法勘探的局限性,；,二、岩石和矿石的电学性质,陈同俊,6,二、岩石和矿石的电学性质,3),影响岩石电阻率的因素,陈同俊,7,二、岩石和矿石的电学性质,陈同俊,8,(6),岩石电阻率与层理的关系,层理构造是大多数沉积岩和变质岩的典型特征，如砂岩、泥岩、片岩、板岩以及煤层等，它们均由很多薄层相互交替组成。,这种岩石的电阻率具有明显的方向性，即沿层理方向和垂直层理方向岩石的导电性不同，称为岩石电阻率的各向异性。岩石电阻率的各向异性用,各向异性系数,来表示,.,3),影响岩石电阻率的因素,陈同俊,9,3),影响岩石电阻率的因素,代表垂直层理方向上的平均电阻率,;,代表沿层理方向的平均电阻率。,图,1-1-1,层状结构岩石模型,以上两种电阻率是如何得来的？,陈同俊,10,r,n,的获得,设岩石由两种岩性地层组成，厚度和电阻率分别为,：,r,1,h,1,和,r,2,h,2,S,陈同俊,11,r,t,的获得,设岩石由两种岩性地层组成，厚度和电阻率分别为,：,r,1,h,1,和,r,2,h,2,l,b,陈同俊,12,r,n,和,r,t,的关系,垂直层理方向的电阻率总是大于沿着层理方向的电阻率！,陈同俊,13,沉积岩石电阻率的相互关系,泥岩或粘土,页岩,细砂岩或粉砂岩,中砂岩,粗砂岩,砾岩。,3),影响岩石电阻率的因素,陈同俊,14,第二节 地表点电源电场,15,第二节 地表点电源的正常场,电位、电场强度与电流密度间的关系,电流密度与电场强度成正比,j,为电流密度矢量,E,为电场强度矢量,r,为该点岩石的电阻率,s,为该点的电导率,;,U,为电位值,电场强度,:,单位正电荷在所研究点所受的电场力。,将电位、电场强度和电流密度之间的关系想象成流体势能,3,个参数间的关系。,U=,r,gh,陈同俊,16,第二节 地表点电源的正常场,点电源场的建立,为了建立地下电场，将,A,、,B,两个电极向地下供电，,A,、,B,被称为供电电极；,当供电电极大小比供电电极间距小得多时，可以将两个供电电极看成是两个“点”，所以将,A,、,B,称为,点电源,；,陈同俊,17,1.,点电源时的电场,一个点电源时的电场,电流密度,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,r,。,地下距,A,点距离为,R,的,M,点处的电流密度为,?,j,与电流强度,I,呈正比,，,与距离平方成反比,；,电场强度,电压为标量，在此为正值；,电场强度为矢量，有方向性；,电场强度的减小速度要比电压的减小速度快。,陈同俊,18,一个点电源时的电场,电位：电场中某点的电位在数值上等于将单位正电菏从无穷远处移到该点反抗电场力所作的功。,M,点的电位是将单位正电荷从无穷远处移到电场中该点所做的功，则：,即：电位值与电流强度,I,和岩石电阻率,r,成正比，与,A,到,M,点间距离成反比；点电源,A(+I),处电位值最大。,陈同俊,19,1.,点电源时的电场,地表正、负两个点电源的正常电流场,叠加原理,：当多个点电源同时存在时，任意一点,M,的电位是各电源单独在该点产生的电位之和；任意一点的电场强度,(,或电流密度,),是各电源单独在该点产生的电场强度,(,或电流密度,),的,向量和,。,如图所示，在均匀半空间表面布以电极,A,和,B,并分别以,+,和,-,向介质中供电，根据电场的叠加原理，可写出,A,、,B,两个点电流源在,M,点形成的电位。,陈同俊,20,2.,地表正、负两个点电源的正常电流场,主测线上的电位及电场强度,在地表通过,A,、,B,两个供电电极的连线称为主测线；,在,A,、,B,之间，,E,M,A,和,E,M,B,的方向相同，此时：,在,A,、,B,之外，,E,M,A,和,E,M,B,的方向相反，最终可得主测线上电位与电场强度图,AMBM,陈同俊,21,主测线上的电位及电场强度,由图可知：,在供电电极,A,、,B,附近，,U,、,j,、,E,分布极不均匀，变化很快。当距离为零时，从数学定义上讲，它们的数值值趋于正负无穷大，但实际上是趋于某一有限值，,V,趋于电源电压。,在,A,、,B,中间部分，,E,、,j,、,U,变化都比较平缓，尤其是中间,1/3,地段，,E,、,j,可近似看作均匀水平场，,U,的变化近于线性，,A,、,B,中点值为零。,在,A,、,B,外侧，电位变化比内侧缓慢，电场强度则比内侧衰减快。,陈同俊,22,2.,地表正、负两个点电源的正常电流场,主断面,内电位及电流分布,为了弄清电流场在地下的分布情况,，,AB,不变,，,主断面,(,A,、,B,连线的中垂面上,),电流密度的变化情况。,当,h=0,时,，,AB,中点,O,处的电流密度用,j,0,表示,陈同俊,23,主断面内电位及电流分布,当,h0,时，,l,大部分电流都集中在近地表地层内！,陈同俊,24,主断面内电位及电流分布,结论：,当,hAB/6,时，,j,h,/j,0,=85%,，因此，在此范围内，可以近似认为是均匀场；,当,h=AB,时，,j,h,/j,0,=8.9%,，此时，如果有异常体存在时，很难识别异常；,当,h35%,，如果有异常体存在时，可以识别；,因此，勘探深度,r,2,MN0,AMN,在界面左侧远离界面时,此时,:,三极装置逐渐接近直立接触面时,(K,12,x,),：,陈同俊,55,因为,K,12,0),：,当,AMN,刚过界面时，,由于介质,1,为高阻的排拆作用，,j,MN,j,0,，所以,r,s,r,2,。,当,d=0,时，取极大值,2,r,1,r,2,/(,r,1,+,r,2,),；,随着,d,的增大，视电阻率逐渐减小。,当,AMN,在界面右侧，远离界面时界面的排拆作用逐渐减小，,r,s,r,2,；曲线出现新的渐近线。,陈同俊,57,AMN,三级装置过垂直接触面时的,r,s,A,剖面线,r,1,r,2,MN=0,陈同俊,58,MNB,三极装置过直立接触面时，,r,1,r,2,MN0,当,MNB,远离界面时，,j,MN,j,0,，,r,s,r,1,；曲线出现的渐近线。,当,B,逐渐接近界面时，介质,2,对电流具有吸引作用，,MN,的电流密度减小，此时视电阻率的计算公式为：,即：随着,B,接近界面，视电阻率逐渐减小；当,B,在界面上时，视电阻率取最小值。,实电源与虚电源电流线方向相反！,陈同俊,59,当电极,B,位于介质,2,中，而,MN,还在介质,1,中时，有：,此时，视电阻率为一个常值，视电阻率曲线为平直线。,当,MNB,刚过直立界面时，由于介质,1,的排拆作用，,j,MN,突然减小，视电阻率突然减小,当,d=0,，即,MN,在界面上时，视电阻率最小。,陈同俊,60,MNB,三级装置过垂直接触面时的,r,s,B,剖面线,r,1,r,2,MN=0,陈同俊,61,r,s,A,和,r,s,B,剖面线叠合结果图,r,1,r,2,MN=0,陈同俊,62,陈同俊,63,电极距,AB,对曲线异常幅度无影,响，只影响曲线异常的宽度！,陈同俊,64,电极距,MN,只影响曲线异常幅度，,对曲线异常的宽度无影响！,陈同俊,65,表层浮士对曲线的影响，,r,1,r,2,MN=0,电极位于无穷远时，视电阻率,不再趋近于,r,1,或,r,2,；曲线异常,幅度降低。,浮士越厚,异常幅度越小,.,陈同俊,66,两种岩石直立接触面上的联合剖面法,r,s,曲线形态,r,s,曲线的特点,:,在距界面很远的地方，,r,s,A,和,r,s,B,分别趋近于,r,1,和,r,2,；,在界面上，,r,s,A,和,r,s,B,分别出现最大值或最小值，并发生急剧跳跃；,在界面两侧跳跃的幅度与,r,1,/,r,2,的比值成正比；,异常极值的大小不受,AO,大小的影响，,AO,大小只影响异常范围；,MN,增大时,，,r,s,曲线变得平滑，极值相对界面位移了,MN/2,；,地表有浮士时，,r,s,曲线变得平缓，极值变小，接触面位于陡曲线上部,1/3,位置处。,陈同俊,67,直立良导体矿脉对电流场的屏蔽作用,良导矿体吸引电流线，并把电流沿走向和向深部导走，正是这种,“,屏蔽作用,”,造成点电源电流场很大的畸变，因此，可引起了明显的视电阻率异常。,陈同俊,68,直立低阻薄矿脉上联合剖面,r,s,曲线,曲线关于矿脉中心对,对称，矿脉宽度等于,最大最小值间上部,1/3,处的连线。,陈同俊,69,(2),直立良导体上的,r,s,曲线,影响良导矿脉上联合剖面,r,s,曲线的因素,电阻率差异对,r,s,曲线的影响,：矿体电阻率与围岩电阻率差别倍数越大，异常越明显。,矿体顶部埋深,H,对,r,s,曲线的影响,：当,AO,较小时，,H,，,r,s,A,和,r,s,B,两条曲线分离带和异常幅度均减小。,矿脉走向长度,L,和延深长度,d,对,r,s,曲线的影响,；,极距,AO,对,r,s,曲线的影响,：当,AO,很小时，,AO,异常幅度；当,AO,增大到一定程度时，异常幅度不再增大，反而减小。,倾斜程度对,r,s,曲线的影响,：,MN,大小对,r,s,曲线的影响,：,MN,，,r,s,曲线幅度,陈同俊,70,可以通过不同极距,AB,的,联合剖面视电阻率曲线,追踪倾斜界面。,陈同俊,71,(3),高阻直立矿脉上的,r,s,曲线,(1),此时,r,s,A,和,r,s,B,曲线关于高阻矿脉,对称；,(2),曲线相交方式与低阻矿脉时刚好,相反,称为反交点；,A,B,陈同俊,72,陈同俊,73,(3),高阻直立矿脉上的,r,s,曲线特点,曲线关于高阻直矿脉左右对称。,在矿脉上方出现,高阻反交点,即,;,远离交点的供电电极供电时的视电阻率较小，靠近交点电极供电时的视电阻率较大。在本例中，,交点左侧,r,s,B,r,s,A,，右侧,r,s,B,围岩视电阻率,r,1,。,当高阻矿脉斜时，交点向下斜方向偏移；倾角越小，不对称性越强。,随着极距增大，曲线变得复杂,联合剖面法不适合寻找高阻直立矿脉,。,陈同俊,74,大极距时,高阻直立矿脉的,r,s,曲线,陈同俊,75,大极距时,高阻直立矿脉的,r,s,曲线特点,在反交点左侧，,r,s,A,和,r,s,B,同步上升，在反交点右侧,r,s,A,和,r,s,B,同步下降。,在矿脉左侧，,r,s,A,有一不明显极小值，,r,s,B,有一较明显的极小值和次级极大值；在矿脉右侧有类似情况，只不过,r,s,A,和,r,s,B,情况互换。,陈同俊,76,不同极距时球体异常上的视电阻率曲线,陈同俊,77,(4),联合剖面法资料解释及应用实例,确定直立岩石接触面（断层等）的位置,利用,r,s,A,陡度最大处或极小值到极大值幅度的,2/3,处来确定。,A,B,陈同俊,78,(4),联合剖面法资料解释及应用实例,追索破碎带走向,确定倾向,在剖面平面图上，低阻正交点的联线即为破碎带走向；,r,s,A,和,r,s,B,不对称，说明破碎带倾斜，倾向的确定可根据极小值点大小和不同极距,AO,时正交点的偏移方向来判断。,陈同俊,79,剖面平面图,所谓剖面平面图,：将测线按一定的水平比例尺绘在平面图上，然后选择合适的参数比例尺绘出每条测线的,r,s,剖面曲线。,包含异常的剖面分布特点,;,包含异常的平面分布特点,;,能直观地反映整个测区在一定深度范围内电性异常体的分布规律。,陈同俊,80,1,测线；,2,基线；,3,测点岩；,4,曲线；,5,正、反交点；,6,低阻正交点异常轴；,7,反交点异常轴；,8,岩性接触带,陈同俊,81,1.3.2,对称四极剖面法,对称四极装置如图所示,因此，可以将对称四极装置看作是两个三级装置的组合，因此，对称四极剖面法的测量结果和相同极距联合剖面法的测量结果存在以下关系，即：,对称四极剖面曲线等于相同极距联合剖面曲线的平均值。,陈同俊,82,陈同俊,83,对称四极剖面与联合剖面曲线的关系,低阻直立矿脉,(1),关于直立矿脉左右对称,;,(2),最小视电阻率,r,0,r,1,;,陈同俊,84,对称四极剖面法曲线,直立接触面,理论曲线,地表有浮士时实际曲线,陈同俊,85,对称四极剖面法,r,s,曲线定性分析图,高阻突起,陈同俊,86,复合对称四极剖面法,对称四极剖面法存在的问题,多解性,如左图的中间上升段，可解释为：高阻基岩的隆起，也可以解释为低阻基岩的凹陷,多解性。,对称四极剖面法的缺陷！,陈同俊,87,复合对称四极剖面法,解决方法,设计两个不同极距,AB,的对称四极装置，并保持测量电极,MN,极距不变，同时使用这两种对称四极装置进行测量的方法称为复合对称四极剖面法。,比较两个不同极距,AB,的测量结果即可解决对称四极剖面法的多解性问题。,设：大极距,AB,，视电阻率曲线,r,s,；,小极距,A,B,，视电阻率曲线,r,s,。,极距,视电阻率,上部地层,电阻率,下部地层，即为低阻,凹陷！,陈同俊,88,复合对称四极剖面法应用,解决地质构造形态（背斜、向斜、断层位置等）,地质填图,圈定倾斜煤层的露头位置等,高阻异常？低阻异常？,陈同俊,89,横穿古河道的对称四极剖面,r,s,曲线,1,砂砾岩；,2,坚硬砂岩,陈同俊,90,1.3.3,中间梯度法,装置特点,AB=(70,80)H H,浮土厚度,MN=(1/30,1/50)AB,工作过程,供电电极,AB,不动，测量电极,MN,间距离不变，在,AB,中部,1,/,3,范围内沿测线逐点移动，观测,MN,间的电位差，并计算各测点,(MN,中点,),的视电阻率,r,s,=K,U/I,。,每次测量时装置系数,K,相同吗？,陈同俊,91,1.3.3,中间梯度法,由于中间梯度法的装置系数,K,在每一个测点都不同，因此，在施工之前应将各测点的,K,值计算出来。,中间梯度法,r,s,曲线对高,/,低阻矿脉的响应特征,测线垂直直立高阻矿脉：高异常；,测线平行直立高阻矿脉：无异常；,测线过水平高阻矿脉：无异常；,测线垂直于低阻薄矿脉：无异常；,陈同俊,92,r,s,曲线对高,/,低阻矿脉的响应特征,测线平行于低阻直立矿脉：低异常；,测线过水平低阻矿脉：低异常；,陈同俊,93,中间梯度电阻率剖面法的特点,优点：,最大限度地克服了供电电极附近电性不均匀体的影响，,AB,大，中间电流场均匀，移动,AB,的次数少。,r,s,的变化反映了,MN,电极附近地下电性的变化。,工作效率高。,缺点：,AB,移动时，曲线不连续；,每点的勘探深度略有变化。,陈同俊,94,中间梯度法主要用来,寻找陡倾的高阻体,，如石英脉、伟晶岩脉等。上图是我国,东北某矿区,采用中间梯度法所得的,r,s,剖面平面图。图中两条连续的,r,s,高峰值带就是由,石英脉,引起的。,陈同俊,95,1.3.4,偶极剖面法,装置特点,单边轴向偶极剖面,oo,为电极距,陈同俊,96,偶极剖面与联合剖面的关系,注意与对称四极装置叠加的差异！,陈同俊,97,陈同俊,98,偶极剖面视电阻率曲线特点,定性分析公式,设,MN=0,陈同俊,99,偶极剖面法工作方法,根据不同的极距,n,，可同时得到等值断面图,陈同俊,100,低阻球体上的偶极装置,r,s,曲线及等值断面图,陈同俊,101,低阻铜板上的偶极装置,r,s,曲线及等值断面图,陈同俊,102,陈同俊,103,偶极装置的特点,优点,装置轻便，异常反应灵敏，分辨率高,;,缺点,受地表不均匀体影响和地形不平干扰大,解释困难（假异常）,耗电量大,陈同俊,104,1.3.5,各种电剖面法应用范围和比较,探测的地电断面,优点,缺点,联合剖面法,陡立良导体,高阻岩脉,（,详查,）接触面,异常幅度大，分辨力强,异常曲线清晰,（比偶极好）,效率低,地形影响大,对称四极剖面法,构造、基岩起伏、厚岩层、接触面,（普查）,异常幅度大，易读数,轻便、效率高,不均匀体、地形干扰小,不易发现陡立良导薄脉,异常幅度小,中间梯度法,陡立高阻矿脉,测接触面,（详查）,不均匀体、地形干扰小,效率高,勘探深度小,不易发现陡立良导薄脉,偶极剖面法,良导体、陡立高阻脉,接触面,(,详测,),异常幅度大，灵敏,轻便、效率高,假异常大，不易分辨,不均匀、地形影响大,费电,陈同俊,105,1.3.6,地形影响及校正,地形影响,地形起伏相当于在原来均匀半空间中的地表附近叠加一个不均匀地电体。,山谷（凹地）,叠加高阻体,山脊,叠加低阻体,陈同俊,106,陈同俊,107,地形校正,陈同俊,108,地形校正实例,a,地形校正后曲线,b,模拟地形影响曲线,c,野外实测曲线,1,白云岩；,2,含矿断层破碎带,陈同俊,109,