电法勘探教程

绪言

1　电阻率法

1.1　电阻率法基础

1.1.1　岩石的电阻率及其影响因素

1.1.2　稳定电流场的基本规律

1.1.3　均匀大地电阻率的测定及视电阻率的基本概念

1.1.4　常用电阻率法测量装置

1.1.5　电阻率法野外工作的几个问题

1.2　电阻率剖面法

1.2.1　概述

1.2.2　联合剖面法和对称四极剖面法

1.2.3　中间梯度法

1.2.4　电剖面法的地形影响和校正.

1.3　电阻率测深法

1.3.1　概述

1.3.2　电阻率测深法原理

1.3.3　水平层状大地对称四极电阻率测深曲线

1.3.4　水平层状大地对称四极电阻率测深曲线的解释

1.3.5　非水平层地电断面电阻率测深

思考题

2　自然电场法、充电法

2.1　自然电场法

2.1.1　自然电场的成因

2.1.2　自然电场法的野外工作方法

2.1.3　自然电场法的应用

2.2　充电法

2.2.1　充电法的基本理论

2.2.2　充电法的野外工作方法

2.2.3　充电法的应用

思考题

3　激发极化法

3.1　激发极化法基本理论

3.1.1　激发极化效应及其机理

3.1.2　激发极化场的正演计算方法

3.1.3　常用装置的激电异常

3.2　激发极化法的野外工作方法及其应用

3.2.1　激发极化法的野外工作方法

3.2.2　激发极化法的资料整理与解释

3.2.3　激发极化法的应用

思考题

4　电磁法

4.1　电磁法理论基础

4.1.1　电磁场定解问题

4.1.2　岩土在交变电磁场中的电磁学性质

4.1.3　模拟准则，

4.1.4　均匀介质中平面电磁波的传播

4.1.5　交变电磁场中局部导体的异常场

4.1.6　两种常用场源的电磁场

4.2　地面电磁法

4.2.1　大地电磁测深法

4.2.2　频率测深法

4.2.3　瞬变电磁法

4.2.4　电磁偶极剖面法

思考题

附录

附录1　水平层状大地表面垂直磁偶极子的电磁场

附录2　水平层状大地表面水平谐变电偶极子的电磁场

参考文献2100433B

全书共分为4章。本书可作为高等学校本科地球物理专业、勘查技术与工程专业物探方向的“电法勘探”课程教材，适合学时约70学时，也可作为从事地质工作的技术人员的参考书。 {zzjj}

地壳是由不同的岩石、矿体和各种地质构造所组成，它们具有不同的导电性、导磁性、介电性和电化学性质。根据这些性质及其空间分布规律和时间特性，人们可以推断矿体或地质构造的赋存状态（形状、大小、位置、产状和埋藏深度）和物性参数等，从而达到勘探的目的。电法勘探具有利用物性参数多，场源、装置形式多，观测内容或测量要素多及应用范围广等特点。电法勘探利用岩石、矿石的物理参数，主要有电阻率（ρ）、导磁率（μ）、极化特性（人工体极化率η和面极化系数λ、自然极化的电位跃变Δε）和介电常数（ε）。

电法勘探仪器一般由场源和接收测量两大部分构成。场源多数是人工建立的，由仪器的供电部分或发送部分产生，少数是用天然场。由于电法勘探的探测方法及分支方法多达数十种，因此，电法仪器的名称及种类也很多。分类上一直没有统一的准则，根据仪器所采用的测量技术及工作程式，可将电法仪器归为直流电法仪、频率域电法仪及时间域电法仪3大类。

电法勘探仪器直流电法仪

主要包括用于直流电阻率法，直流充电法和自然电场法的仪器。为了在地下建立起足够强的电流场，直流电法仪的供电部分常采用干电池组或带整流、滤波部件的交流发电机电源装置，通过电缆送至相应的接地供电电极，将电流供入大地。利用天然场源的自然电场法仅需测两测量电极间的电位差(ΔUMN)，其他方法都要求所使用的仪器既能测ΔUMN，又能测供电电流I的大小。为减少测量误差,一般是用测ΔUMN的同一电位差仪测量串接在供电回路中的取样电阻上的电压降的方法求出电流I 的数值。因此，直流电法仪的测量部分,本质上就是一种直流电位差测量仪。不过,在仪器部件的构成方面，比一般的电位差仪多了一个极化补偿器。这部分的作用是产生连续可变的某一直流电压，并将它串接在测量回路中，以补偿未向大地供电前测量电极间存在的电位差（极差）。直流电法仪现时采用的多为灵敏度较高（μV级），输入电阻较高 (101～103MΩ),能自动跟踪极差变化的高性能直流数字式电压表。作为直流电法仪的测量传感器主要有金属（铜、不锈钢）电极和不极化电极两种。

电法勘探仪器频率域电法仪

包括用于频率域电磁法（包括地质雷达）和频率域（频谱）激电法的各种仪器。这类仪器之所以冠以“频率域”之称，主要是由于这类仪器的发送器能提供不同频率的谐变电磁场源，同时，测量部分所测量的是大地在这类谐变电磁场作用下所产生的各种电磁响应或电化学响应的频谱物性。频率域电法仪使用的工作频率范围很宽，为10-3～108赫兹。由于探测任务及选用的方法不同，具体使用的工作频率范围也有不同。常用的有4个范围：超低频段──数赫兹以下,最低可达10-4赫兹,主要用于大地电磁法MT；低频(或音频)段──10～104赫兹,用于多种常规电磁法;甚低频(VLF)段──104～3×104赫兹；射频段──106～108赫兹,主要用于电波法和地质雷达。

这类仪器的发送器主要由多频正弦波发生器，功率放大器及输出装置组成。当需要建立传导电流场时，发送器的输出装置同接地供电电极连接。若要以感应方式建立交变电磁场，发送器的输出就应同发送线圈（或回线）连接。为了尽可能多地得到大地电磁（电化学）响应的各种信息，频率域电磁法和激电法要求相应的仪器能观测多种电磁或电化学响应的要素，例如：空间不同方向的电磁分量的振幅谱(EX，EY，HX，HY，HZ与频率f的关系)和相位谱(嗘EX,嗘EY,嗘HX,嗘HY,嗘EZ与f 的关系)；或它们的实分量谱和虚分量谱；电磁场椭圆极化的各要素；电磁场各空间分量和时间分量间的相互关系等。尽管要测的参数既有标量，又有矢量和张量，有的要进行多道测量，但仪器的接收测量部分都具有大致相同的基本工作模式或结构组成，即测量传感器（测量电极，感应线圈或其他交变磁场传感器）把待测的物理量转变成电压, 然后将它送至测量放大部分进行频谱分析，以获得所需的各种参数的频谱。最后，将这些数据以不同的方式显示或记录下来,或者存入存储器,待计算机对这些数据进行各种解释和处理。为了对被测信号进行频谱分析，在采用人工场源进行工作时，都以发送电流为参考基准。发送和接收间的同步方式有有线同步、无线同步和石英钟同步 3种。而当采用天然场源进行工作时，常用一个或数个远参考站同步方式（例如大地电磁法MT所用）或以电磁场某一分量作为参考基准(甚低频 VLF法所用)。频率域电法仪的数据显示，记录或存储方式分别有模拟量显示、数字量显示、监示器监测、磁带记录、磁盘存储、半导体固态存储、打印机输出等。

电法勘探仪器时间域电法仪

包括用于时间域激电法和时间域电磁法（或称瞬变电磁法）的各种仪器。这类仪器的工作程序大抵如下:发送器将其产生的各种时变函数信号,即各种时变波形的电流，通过供电电极或者线圈去激发大地或准备研究的目的物。仪器的接收测量部分在一次场不存在时，即发送电流停止工作的时段内，将测量电极或感应线圈，及其他类似的磁场传感器所接收到的大地或目的物的瞬变响应（常以衰变电压的形式出现）传送至宽频带测量放大器进行放大和处理，最后显示、记录或者存入存储器。时间域电法仪是采用分时、顺序方式进行工作的，即激发时，不进行测量，停止激发时，测量工作开始，直至下一次激发到来之前为止，并如此循环工作。瞬变电磁仪所使用的时变电流的重复频率通常为数赫兹至数十赫兹。测量所占用的时间间隔为数毫秒至数百毫秒。时间域激电仪所使用的时变电流的重复周期常为数秒至数十秒。时间域电法仪对瞬变（衰变）响应的测试和记录并不是连续的，而是按照一定的时间间隔进行离散采样。一般，激电仪的采样间隔较宽，采样的数目较少，并且起始采样的时间亦较晚。而瞬变电磁仪则不同,它的起始采样时间很早（约n×101微秒）,采集的样品数目较多（可达数十个），采样的时间间隔也较窄。仪器工作时所用的同步方式多为石英钟同步。当对测量精度要求不很高时，也可用发送电流停止工作时的脉冲信号进行同步。

与频率域电法仪相比，时间域电法仪对测量技术的要求更高，更复杂。这主要反映在：要求整个测试系统具备有高精度、高稳定度的时间基准；要求在数毫秒的时间范围内,不失真地放大幅度变化范围为105～106倍的电信号；在宽带放大的前提下提取强噪声背景下的微弱信号；发送器瞬时最大发送电流需达数十安培至 100～200安培。 　电法仪器今后可能会沿着两个截然相反的方向发展。一是全能的、集数据采集、处理和自动解释为一身的大系统；一是小、巧、优的智能化专用仪器。2100433B

电法勘探的方法，按场源性质可分为人工场法（主动源法）、天然场法（被动源法）；按观测空间可分为航空电法、地面电法、地下电法；按电磁场的时间特性可分为直流电法（时间域电法）、交流电法（频率域电法）、过渡过程法（脉冲瞬变场法） ； 按产生异常电磁场的原因可分为传导类电法、感应类电法 ； 按观测内容可分为纯异常场法、总合场法等。中国常用的电法勘探方法有电阻率法、充电法、激发极化法、自然电场法、大地电磁测深法和电磁感应法等。