电法勘探原理.ppt
《电法勘探原理.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电法勘探原理.ppt(75页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、电法勘探原理 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望教材与参考书教材与参考书1、李李金金铭铭编编著著,地地电电场场与与电电法法勘勘探探,地地质出版社,质出版社,20052、张张胜胜业业等等主主编编,应应用用地地球球物物理理学学原原理理,中国地质出版社,中国地质出版社,20043、傅傅良良魁魁主主编编,应应用用地地球球物物理理教教程程电电法法,放放射射性性,地地热热,地地质质出出版版社社,1991.41991.44、傅傅良良魁魁主主编编,电电法法勘勘探探教教
2、程程 地地质质出出版社,版社,1983.51983.5课 程 主 要 内 容第一章第一章 绪言绪言 第二章第二章 岩石的电学性质岩石的电学性质 第三章第三章 地下稳定电流场和交变电磁场的地下稳定电流场和交变电磁场的 基本特征基本特征第四章第四章 电阻率法的基本原理与应用电阻率法的基本原理与应用 第五章第五章 充电法和自然电场法的基本理论充电法和自然电场法的基本理论 与应用与应用 第六章第六章 激发极化法激发极化法的基本理论与应用的基本理论与应用 第七章第七章 电磁法的基本原理与应用电磁法的基本原理与应用本课程的目的就是系统地向学生传授电本课程的目的就是系统地向学生传授电法勘探的基础知识、基本原
3、理和基本方法勘探的基础知识、基本原理和基本方法,使学生能系统地掌握电法勘探的专法,使学生能系统地掌握电法勘探的专业基础知识,具有扎实的专业基础,知业基础知识,具有扎实的专业基础,知识面较宽,适应性较强,为后续的专业识面较宽,适应性较强,为后续的专业课程的学习及以后的工作打好良好的专课程的学习及以后的工作打好良好的专业基础。业基础。本课程的先导课程为数学、物理、场论、本课程的先导课程为数学、物理、场论、计算方法和地质基础课等,后续课为计算方法和地质基础课等,后续课为电法勘探资料处理与解释电法勘探资料处理与解释。第一章第一章 绪言绪言1.1 电法勘探定义电法勘探定义1.2 电法勘探研究对象和基础电
4、法勘探研究对象和基础1.3 电法勘探分类电法勘探分类1.4 电法勘探历史简介电法勘探历史简介1.5 这门课的学习与讲授重点这门课的学习与讲授重点1.11.1电法勘探定义电法勘探定义电法勘探是地球物理勘探方法中的一种电法勘探是地球物理勘探方法中的一种勘探方法,它以岩、矿石的导电性、电勘探方法,它以岩、矿石的导电性、电化学活动性化学活动性(激发极化特性激发极化特性)、介电性和、介电性和导磁性的差异为物质基础,使用专用的导磁性的差异为物质基础,使用专用的仪器设备,观测和研究地仪器设备,观测和研究地 壳周围电(磁)壳周围电(磁)场的变化和分布规律,来研究地质构造、场的变化和分布规律,来研究地质构造、寻
5、找有用矿产资源、解决工程、环境、寻找有用矿产资源、解决工程、环境、灾害等地质问题的一组地球物理勘探方灾害等地质问题的一组地球物理勘探方法。法。1.2 1.2 电法勘探研究对象和基础电法勘探研究对象和基础研究对象研究对象 地球地球理论基础理论基础 数学、电磁学、电磁场理论数学、电磁学、电磁场理论物质基础物质基础 物理性质(导电性、导磁性、介电物理性质(导电性、导磁性、介电性、激发极化性、自然极化性、压电性和震电性、激发极化性、自然极化性、压电性和震电性等)差异性等)差异 1.31.3电法勘探分类电法勘探分类电法方法种类很多,分类方法不尽电法方法种类很多,分类方法不尽相同相同传导类和感应类传导类和
6、感应类电阻率法、激发极化法、自然电场电阻率法、激发极化法、自然电场法、充电法、电磁感应法等法、充电法、电磁感应法等主动源电法和被动源电法主动源电法和被动源电法1.4 1.4 电法勘探历史简介电法勘探历史简介电法勘探的历史并不长,真正利用地电场进行电电法勘探的历史并不长,真正利用地电场进行电法勘探的时间大致始于法勘探的时间大致始于1919世纪末期和世纪末期和2020世纪初世纪初天然场源:天然场源:18331833年英国学者年英国学者R.W.Fox R.W.Fox 首先利用自然电场法发首先利用自然电场法发现了一个硫化矿床;现了一个硫化矿床;2020世纪初大地电流法用于矿产资源勘探;世纪初大地电流法
7、用于矿产资源勘探;2020世纪世纪5050年代前苏联学者吉洪诺夫和法国学者卡年代前苏联学者吉洪诺夫和法国学者卡尼亚(尼亚(L.CaniandL.Caniand)建立了探测地球内部结构的)建立了探测地球内部结构的大地电磁测深法(大地电磁测深法(MTMT)人工场源法:人工场源法:1919世纪末提出电阻率法到世纪末提出电阻率法到2020世纪初已趋成熟;世纪初已趋成熟;19201920年法国学者年法国学者C.Schlumberger C.Schlumberger 发现激电效应,发现激电效应,后经过各国学者的深入研究于后经过各国学者的深入研究于2020世纪世纪5050年代形成年代形成了激发极化法了激发极
8、化法(IP)(IP),其中加拿大学者塞吉尔,其中加拿大学者塞吉尔(H.O.SegelH.O.Segel)、皮尔顿()、皮尔顿(W.H.PeltonW.H.Pelton)、前苏)、前苏联学者科马洛夫和美国学者宗吉(联学者科马洛夫和美国学者宗吉(K.L.ZongeK.L.Zonge)等。做出了重要贡献;等。做出了重要贡献;电磁剖面法始于电磁剖面法始于19171917年,年,19231923年首次获得找矿效年首次获得找矿效果;果;2020世纪世纪8080年代以来,随着经济建设的迅猛发展年代以来,随着经济建设的迅猛发展和科学技术的不断进步,人工场源频率电磁测和科学技术的不断进步,人工场源频率电磁测深深
9、(CSEM)(CSEM)和瞬变电磁测深法和瞬变电磁测深法(TEM)(TEM)在前苏联学在前苏联学者考夫曼(者考夫曼(A.A.KofmanA.A.Kofman)和美国学者凯乐)和美国学者凯乐(G.V.KellerG.V.Keller)共同创立的理论基础上发展较)共同创立的理论基础上发展较快,与此同时由加拿大学者快,与此同时由加拿大学者D.W.StrengwayD.W.Strengway和和M.A.Goldstein M.A.Goldstein 提出的可控源音频大地电磁测提出的可控源音频大地电磁测深深(CSAMT)(CSAMT)以及德国最早提出的探地雷达以及德国最早提出的探地雷达(GPR)(GPR
10、)和由日本率先提出的高密度电法等方法在资源、和由日本率先提出的高密度电法等方法在资源、工程、环境等方面都得到迅速发展和应用。工程、环境等方面都得到迅速发展和应用。此外,由前苏联学者与此外,由前苏联学者与2020世纪世纪70-8070-80年代研究年代研究提出的压电法和震电法,近年来已获得一定进提出的压电法和震电法,近年来已获得一定进展,有望能用于矿产资源勘察和地质灾害预报展,有望能用于矿产资源勘察和地质灾害预报中。中。1830年年,在在Cornwall康沃尔康沃尔(英格兰郡名英格兰郡名,加拿大城市名加拿大城市名)地区,地区,Rober(罗伯特)(罗伯特)W Fox发现自然电位与含铜矿脉有关,发
11、现自然电位与含铜矿脉有关,从而开创了电法勘探找矿的先河。从而开创了电法勘探找矿的先河。到到1835年年,RoberW Fox发发现现在在铜铜矿矿上上有有由由于于化化学学反反应应产产生生的的电电流流。这这实实际际是是自自然然电电位位。根根据据Kelly的的描描述述,“是是他他第第一一个用电法勘探方法发现硫化矿体的个用电法勘探方法发现硫化矿体的”。其其 后后 1882年年,Carl(卡卡 尔尔)Barus在在Nevada(内内华华达达州州)的的Comstock Lode开开展展了了一一系系列列的的实实验验,发发现现自自然然电电位位法法可可以用于隐伏硫化矿体的勘探工作。以用于隐伏硫化矿体的勘探工作。
12、Barus的的最最大大贡贡献献是是他他在在电电法法勘勘探探工工作作中中首先使用不极化电极进行电位测量。首先使用不极化电极进行电位测量。FredII Brown(佛瑞德布朗)在(佛瑞德布朗)在1883到到1891年年间、间、Alfred Williams和和Leo Daft在在1897年,都年,都设法测量了不同矿体的电阻率差异,他们的测设法测量了不同矿体的电阻率差异,他们的测量方法还申请了专利。量方法还申请了专利。1900年,年,N S Osborne(奥斯本奥斯本)在同一个地区进在同一个地区进行了等位线测量工作。行了等位线测量工作。但第一个采用但第一个采用主动源主动源工作(通过可控源激发大工作
13、(通过可控源激发大地,然后测量人工电场)的电法勘探方法是由地,然后测量人工电场)的电法勘探方法是由Schlumberger于于1912年完成。但他那时实际开年完成。但他那时实际开展的是直流等位线技术。展的是直流等位线技术。1912年年,Schlumberger首首先先将将电电法法勘勘探探用用于于商商业业性性勘勘探探中中。1913年年他他又又绘绘制制了了第第一一张张金金属属矿矿勘勘探探的的自自然然电电位位平平面面等等值值线线图图,并并于于1918年年发发表表。该图描绘出法国该图描绘出法国Sain-Bel矿区的硫黄铁矿的形态。矿区的硫黄铁矿的形态。1914年年,美美国国地地质质调调查查局局的的Ro
14、ger C Wells(罗罗杰杰)首首先先解解释释了了自自然然电电位位现现象象产产生生的的化化学学机机理理。但但至至到到1924年年,kelly才才将将自自然然电电位位方方法法引引入入加加拿拿大大和美国。和美国。视视电电阻阻率率的的概概念念是是由由美美国国标标准准化化局局的的Wenner和和Schlumberger于于1915年左右同时提出的。年左右同时提出的。1917年年,Harry W Conklin在世界上拥有在世界上拥有电磁法勘探的第一个专利,从而揭开了电电磁法勘探的第一个专利,从而揭开了电磁法勘探的漫漫发展历程。磁法勘探的漫漫发展历程。这些开端,揭开了电阻率法、激发极化法、这些开端,
15、揭开了电阻率法、激发极化法、大地电磁测深法和瞬变电磁法的发展之路。大地电磁测深法和瞬变电磁法的发展之路。Wenner采采用用的的是是等等间间距距的的电电极极排排列列(现现在在被被称称为为Wenner装装置置),而而Schlumberger采采用用的的装装置置中中电电位位电电极极间间距距非非常常小小从从而而可可以以测测量量出出供供电电电电极极中中点点的的电电位位梯梯度度即即电电场场强强度度(现现在在该该装装置置被被称称为为Schlumberger装装置置)。据据Sumner(1976)考考证证,Conrad Schlumberger是是第第一一个个描描述述激激发发极极化化的的人人,时时间间大大概
16、概在在1920年年,尽尽管管宁宁愿愿将将其其称为自然电位法。称为自然电位法。Harry W ConklinHarry W Conklin是一位美国矿业工程师,他是一位美国矿业工程师,他19171917年申请了第一个电磁法勘探方法的专利。年申请了第一个电磁法勘探方法的专利。19251925年,年,SundgergSundgerg电磁法勘探方法成功应用于实电磁法勘探方法成功应用于实际勘探,从而成为利用水平线圈进行电磁法勘探际勘探,从而成为利用水平线圈进行电磁法勘探的先驱。这样在由瑞典人的先驱。这样在由瑞典人LundbergLundberg和和SundbergSundberg培培育起来的电磁法走在了
17、前面。接着,育起来的电磁法走在了前面。接着,19311931年,年,Bieler-WatsonBieler-Watson提出了测量靠近水平大发射回线附提出了测量靠近水平大发射回线附近磁场椭圆极化的方法。近磁场椭圆极化的方法。在在1920-19301920-1930年年间间,电电法法勘勘探探发发展展迅迅速速。但但其其后后,却却进进步步缓缓慢慢。在在二二次次世世界界大大战战后后,电电法法勘勘探探取取得得较较大大的的发发展展。然然而而,整整个个电电法法勘勘探探的的数数据据解解释释方方法法一一直直却却比比较较落落后后,直直到到上上个个世世纪纪8080年年代代,计计算算机机用用于于二二维维和和三三维维电
18、电磁磁边边值值问问题题的的正正演演和和反反演演,这种状况才有所改观这种状况才有所改观上上面面的的工工作作地地球球物物理理中中电电法法勘勘探探理理论论与与应应用用的的基基础础。在在其其后后的的数数十十年年中中,大大量量的的专专著著和和文文献献进进一一步步加加强强了了这这一一基基础础。其其中中最最重重要要的的有有AmbronnAmbronn、EveEve和和KeysKeys、Broughton Broughton EdgeEdge和和LabyLaby等等的的著著作作。美美国国矿矿产产资资源源研研究究所所(AIME)(AIME)于于19291929、19321932、19341934年年先先后后出出
19、版版的的三三册册地地球球物物理理勘勘探探会会议议文文集集为为进进一一步步了了解解当当时时快快速速发发展展的的电电法法勘勘探探提提供供历历史史资资料料。其其后后,AIMEAIME又又在在GeophysicsGeophysics的的138138卷卷与与164164卷卷上上出版有关研究的专集。出版有关研究的专集。SEGSEG在在Eraly Eraly Geophyics Geophyics PapersPapers中中发发表表了了6 6篇篇电电法法勘勘探探的的论论文文,它它们们大大多多数数与与油油气气勘勘探探有有关关。GeophsyicsGeophsyics杂杂志志上上第一篇有关电法勘探的论文是第一
20、篇有关电法勘探的论文是19361936年年StarhamStarham的文章。的文章。踏着在这些先驱者的足迹,电法勘探缓慢发展起来,并踏着在这些先驱者的足迹,电法勘探缓慢发展起来,并在二次大战后取得长足进步。在二次大战后取得长足进步。我国的电法工作,始于我国的电法工作,始于2020世纪世纪3030年代末年代末期和期和4040年代初,当时由于条件限制,顾年代初,当时由于条件限制,顾功叙先生和丁毅、王子昌等人仅在几个功叙先生和丁毅、王子昌等人仅在几个金属矿区做过一些少量的试验研究工作;金属矿区做过一些少量的试验研究工作;19491949年以后,电法勘探和其它地球物理年以后,电法勘探和其它地球物理方
21、法才得到了迅速发展。方法才得到了迅速发展。1.5 这门课的学习与讲授重点这门课的学习与讲授重点 这门课讲授与学习重点放在这门课讲授与学习重点放在常用电法方常用电法方法的原理上。法的原理上。讲授的重点是:讲授的重点是:电阻率法、激发极化法和电磁法的方法电阻率法、激发极化法和电磁法的方法原理以及它们各方面的应用。原理以及它们各方面的应用。第二章第二章 岩石的电学性质岩石的电学性质这一章学习的重点是:这一章学习的重点是:1 1、岩石的电学性质有哪些?、岩石的电学性质有哪些?2 2、岩石的电学性质基本特点、岩石的电学性质基本特点;3 3、影响岩石电性的因素有哪些?、影响岩石电性的因素有哪些?研究岩石的
22、电学性质是地电学的基础。研究岩石的电学性质是地电学的基础。测定地壳岩石中的电性参数是地电学的测定地壳岩石中的电性参数是地电学的基础工作。基础工作。思考题:为什么说岩石的电学性质是地思考题:为什么说岩石的电学性质是地电学或电法勘探的基础?电学或电法勘探的基础?到目前为止,地电学或电法勘查利用的到目前为止,地电学或电法勘查利用的岩石电学性质有:岩石电学性质有:导电性、电化学活动性、导电性、电化学活动性、介电性介电性 导磁性。导磁性。一般一般 情况下,研究目标情况下,研究目标(或介质或介质)与其周与其周围介质的电性差异愈大,在其周围空间围介质的电性差异愈大,在其周围空间产生的电产生的电(磁磁)场愈明
23、显。场愈明显。当人们利用专门的电测仪器观测地壳周当人们利用专门的电测仪器观测地壳周围电围电(磁磁)场的变化并研究电场的变化并研究电(磁磁)场分布场分布规律时规律时 ,便可以推断引起电,便可以推断引起电(磁磁)场变化场变化的地下目标体的地下目标体(地质构造或有用矿产或其地质构造或有用矿产或其它目的物它目的物)的电性特征和赋存状态。的电性特征和赋存状态。一、岩石的导电性一、岩石的导电性表征某种物质导电性的参数是电阻率表征某种物质导电性的参数是电阻率。在国际单位制中,某种物质的电阻率被在国际单位制中,某种物质的电阻率被定义为电流垂直通过每边长度为一米的定义为电流垂直通过每边长度为一米的立方体均匀物质
24、时,所遇到的电阻值。立方体均匀物质时,所遇到的电阻值。电阻率的单位为欧电阻率的单位为欧 姆米,记作姆米,记作m。显然,物质的导电性愈好,其电阻率值显然,物质的导电性愈好,其电阻率值愈小,反之,如果某种物质的电阻率很愈小,反之,如果某种物质的电阻率很大,则该物质的导电性很差。大,则该物质的导电性很差。我们知道,自然状态下的岩石是由各种我们知道,自然状态下的岩石是由各种固体矿物组成的,并且或多或少都含有固体矿物组成的,并且或多或少都含有一定数量的孔隙水。一定数量的孔隙水。因此,研究岩石的导电性,必须分别考因此,研究岩石的导电性,必须分别考察它的组成成分察它的组成成分固体矿物和固体矿物和 孔隙水孔隙
25、水的导电性。的导电性。(一一)岩石的导电机制岩石的导电机制1 1、固体矿物的导电机制、固体矿物的导电机制 按照导电机制可将固体矿物为分三种类按照导电机制可将固体矿物为分三种类型:型:金属导体金属导体、半导体半导体和和固体电解质固体电解质。在金属导体和半导体中,导电作用都是在金属导体和半导体中,导电作用都是通过其中的某些通过其中的某些电子电子在外电场作用下定在外电场作用下定向运动来实现的,它们都是向运动来实现的,它们都是电子导体电子导体。(1)(1)各种天然金属属于金属导体各种天然金属属于金属导体这类矿物在地壳中并不经常出现,但当这类矿物在地壳中并不经常出现,但当其出现时便具有一其出现时便具有一
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电法勘探 原理
限制150内