电法勘探
来源:本站 时间:2023-12-18 阅读:215 次
导读: 电法勘探是地球物理学中的一个重要分支,是电工学、电磁学、电子学及电化学在解决地质找矿及工程地质、环境地质中一门应用科学。
电/电磁勘查技术按场的性质划分,可分为天然场法(AMT)与人工场法,若 按类别划分,又可分为时间域法与频率域法,电磁勘查技术包括的方法有:自然电场法(SP)、电阻率法(ρS;CR)、激发极化法(FDIP;SIP)充电法、大地电磁测深法(MT)、可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)、瞬变电磁测深法(ATEM;TEM)等等。
以场源的性质可划分为:直流电法,交流电法,过渡场法和电化学法。
本公司根据电法勘探基本原理并综合国内外研制和生产先进的电法仪器的基础上,以创新为理念,用当今最新电子技术研制的新一代的物探仪器。大功率激电仪测量系统,多功能直流电法仪,电法智能找水仪,集中式/分布式2D/3D高密度电法测量系统,频谱激电测量系统,瞬变电磁测量系统,质子磁力仪,磁化率仪及各种电源等。
主要技术指标及功能领先于当前国内外同类仪器水平,因此在各种野外复杂环境下能获得更高质量的原始数据。
物探仪器的牢固性,可靠性,稳定性,数据采集的重复性好,抗干扰能力强是非常关键的。
广泛应用于金属与非金属矿产资源勘探、城市物探、铁道桥梁勘探、环境监测等方面,亦可用于寻找地下水、确定水库坝基和防洪大堤隐患位置等水文、工程地质勘探中,还能用于地热勘探。

.电阻率法:
1)、岩、矿石的电阻率:

电阻率ρ是描述物质导电性能优、劣的一个电性参数,物质的导电性愈好,

其电阻率值愈小。天然岩(矿)石都是由矿物组成的,为了解岩(矿)石电阻率的特点和变化规律,需研究各类矿物的电阻率。按导电性能的优劣,固体矿物可分为金属类导电矿物、半导体类导电矿物、固体离子类导电矿物。矿物电阻率值是在一定范围内变化的,同种矿物可有不同的电阻率值,不同矿物也可有相同的电阻率值,因此由矿物组成的岩石和矿石的电阻率也必然有较大的变化范围。

各类岩、矿石的电阻率变化范围如下所示:(ρs)单位欧姆米(Ωm) 

火成岩

102106Ω·m

变质岩

102105Ω·m

硬页岩

10500Ω·m

软页岩

0.5102Ω·m

多孔灰岩

1008000Ω·m

砂岩

503000Ω·m

黄土层

1200Ω·

粘土

 1200Ω·m

含水砂卵石层

50500 

软角岩 

1200

隔水粘土层

 530 

雨水

1000

-501000 

咸水

1215

河水

10100 

多孔灰岩

1008000

海水

0.1

石墨片

101103

金属类导电电阻率都很低

致密灰岩

n×107

   在四川某地区测量岩矿石激化率值    

   

岩矿名称

激化率MS%

磁铁矿

36.9

铜辉长岩

11.4

含铜白云石英片岩

8.04

绢云碳质板岩

22.0

含铜石榴子石黑云片岩

6.9

含铜黑云片岩

8.29

含铜云二母石英片岩

11.8

含铁变质沙岩

9.01

角乐岩

4.03

纳长岩

5.93

乐岩,泥页岩

2.72

黑云石英片岩

5.15

白云石英片岩

6.04

变质砂岩

5.18


2)、影响岩、矿石电阻率的因素:

影响岩、矿石电阻率的因素很多,除与导电矿物的含量有关外,还包括岩、矿石的结构、构造、孔隙度、含水量及含水矿化度、温度、压力等。在金属矿产普查和勘探中,岩、矿石中良导电矿物的含量及结果
是主要影响因素,在水文、工程地质调查和沉积区构造普查、勘探中,岩石的孔隙度、含水饱和度及矿化度是决定性因素,在地热研究及深部地质构造研究中,温度变化成了主要因素。

3)、视电阻率的概念:

电阻率表达式:ρ=KΔU/I,其应用条件是:地面为无限大的水平面,地下充满均匀各向同性的导电介质。然而实际上,地形起伏不平,地下介质也不均匀,各种岩石相互重叠,断层裂隙纵横交错,或者有矿体填充,由上式算得的电阻率值,在一般情况下既不是围岩的电阻率,也不是矿体的电阻率,我们称其为视电阻率,用ρS表示,即
ρs=K△UMN/IAB   单位(Ω·m)欧姆·米
式中:△UMN是接收电极MN接收到一次场电位。


IAB供电电流,A、B为供电电极,供电电流计算单位为A(安培),

 

MN为接收电极。
两个点电源的电场:

M点电位  UMAB =I*ρs /2π(1/AM –1/BM)

N点电位  UABN = I*ρs /2π(1/AN –1/BN)

image.png            K为装置系数

其中,AMANBMBN分别表示ABMN间的水平距离。

 

             image.png


       图1-1  电阻率法原理图

4)、电阻率法分类:

剖面法:供电电极(AB)向地下供电,同是在测量电极(MN间观测电位差(ΔUMN),并算出视电阻率,各电极可沿选定的测线同时(或仅测量电极)逐点向前移动和观测,以探测地下一定深

度内地电断面沿水平方向的变化。
   测深法:主要用来探测近于水平层状岩石在地下分布情况,在同一测点上逐次扩大电极距,探测深度由浅入深,探测垂直方向视电阻率的变化,通过分析电测深曲线来了解测点沿垂向变化的地质情况。

5)、电阻率法的应用:

进行地质填图,确定基岩起伏

确定构造破碎带的倾向;

找金属与非金属矿;

寻找地下水。
1.视电阻率用ρS表示:

ρs=KUMN/IAB   单位(Ω·m)欧姆·米

式中:△UMN是接收电极MN接收到一次场电位。

IAB供电电流,AB为供电电极,供电电流计算单位为A(安培)MN为接收电极。

K 为装置系数。

. 激发极化法(IP)
1)、激发极化法理论:

电法勘探的实际工作中我们发现,当采用某一电极排列向大地供入或切断电流的瞬间,在测量电极之间总能观测到电位差随时间的变化,在这种类似充、放电的过程,由于电化学作用所引起的随时间缓慢变化的附加电场的现象称为激发极化效应(简称激电效应)。激发极化法(或激电法)就是以岩、矿石激电效应的差异为基础从而达到找矿或解决某些水文地质问题的一类电探方法。激电效应随岩、矿石中电子导电矿物含量的增高而增强的特性,是激电法成功应用于金属矿普查找矿的物理化学基础。

时间域充、放电波形(适用于所有时间域仪器)

 

image.png
    图1

2.发激发极化法分类:

按照岩、矿()的激发极化特性,常将岩,矿()的激发极化分为“面极化”和“体极化”两类。面极化的特点是激发极化都发生在极化体与围岩溶液的界面上,如致密的金属矿和石墨矿。体极化的特点是极化单元(微小的金属矿物或岩石颗粒)成体分布于整个极化体中,如浸染状金属矿和矿化岩石及离子导电岩石。“面极化”和“体极化”只具有相对意义,地下实际存在的极化体不会是理想化的面极化体或体极化体,只是更接近某一种典型极化模式。

激发极化法按供电和测量内容的不同,可分为直流(时间域)激发极化法和交流(频率域)激发极化法。

直流激发极化法向地中供入直流电流。供电后从零开始逐渐变大充电过程及断电后二次电位差ΔU2 逐渐衰减到零放电过程中,在流过稳定电流条件下,供电时间为 T时观测到的电位差实为ΔU1和ΔU2之和,如图1——2所示,称为总场电位差在供电过程中观测MN极间总场电位差(ΔU),断电后观测激电场的电位差Δ U2.,一般在每个测点可同时获得ηSρS两个参数,即在一条测线上可同时获得两种剖面曲线。当地下无矿体存在时,ηSρS沿测线均无显著变化,皆为围岩的正常背景值;当地下有矿体存在时,ρS有变化外,由于矿体上方激发极化电流密度的增大,使ηS剖面曲线在矿体上方出现极大值(1——3b)。对于电子导电矿物呈星散分布的浸染型矿体,其电阻率值通常与围岩无明显差异,电阻率法无法识别,但是矿体中每个金属小颗粒均能被稳定电流场所极化(称为体极化),而产生激电效应,视极化率ηS有明显异常。所以,激发极化法对于寻找致密型金属矿和浸染型金属矿均有效果。        

 image.png

1-激发极化法原理图

  

3、激发极化法应用:

◆分到百含量不高的浸染状矿,金属和非金属固体矿产勘查:普查硫化多金属矿,其优点是能找如铜、铅、锌、钼等有色金属矿;寻找无磁或弱磁性黑色金属矿、贵金属矿、稀有金属矿和放射性矿床等。况。

寻找地下水:含水砂层在充电以后,断电的瞬间可以观测到由于充电所激发的二次电位,该二次电位衰减的速度随含水量的增加而变缓。在实践中利用这种方法圈定地下水富集带和确定井位已有不少成功的实例。激电测深最大的优点是对水的反映直观,受地形影响小。在激发极化找水中用得最多,最有效的是对称四极垂向测深装置,通常采用温纳装置并保持MN/AB=1/3的等比关系。

4.视极化率为:

断电后观测激电场的电位差Δ U2,并定义视极化率

image.png    

式中:Δ U2 断电后观测到二次电场;ΔU为一次场;

通常ΔU2比ΔU小很多,ηS常用百分数表示。一般在每个测点可同时获得ηSρS两个参数,即在一条测线上可同时获得两种剖面曲线。

.自然电场法(SP)

1)、自然电场法理论与应用领域:

利用大地中自然电场作为场源,进行找矿和解决其它地质问题的方法法

是人们应用最早的一种电法勘探方法。它毋须用人工方法向地下供电。至于自然电场产生的原因,目前尚有不同见解。地下潜水面切割电子导电矿体,潜水面上部发生氧化作用,下部发生还原作用,使矿体上、下两端表面产生不均匀的双电层,进而在矿体内外形成自然电流。通常在矿体上方的地表可观测到负的自然电位异常,依此可实现找矿目的。另一观点认为,矿体本身并不参加化学反应,只起传递电子作用。此外,还有人提出电极电位学说和波差电池学说等。对于离子导体情况,地下水在岩石孔隙中流动时,由于水溶液中常含有大量的正、负离子,且岩石颗粒有吸引负离子的作用,致使下水带走大量的正离子,形成自然电场。野外工作时,将电极N置于很远处(∞处),测量电极MMN极皆为不极化电极)沿测线逐点测量自然电位U。测量结果可绘成U的剖面曲线图和平面等值线图。自然电场法不用人工供电,故仪器设备较轻便,生产效率高。

2)自然电场法的应用范围

用于寻找电子导电的金属矿床与非金属矿床;

进行地质填图;

确定地下水流速、流向寻找地下水等水文地质问题。

3)、自然电场法的工作方法

(1)电位法:观测所有各测点相对于某一固定点(基点)的电位,即将固定电极设在基点上,然后沿测线逐点移动活动电极,观测相对固定电极的电位差。

 

(2)梯度法:观测相邻两测点间的电位差。测量电极放置在同一条N测线的相邻2个测点上,观测它们之间的电位差,然后沿测线方同步移动或交叉地移动,即每次观测后,都把后面的一个电极移到前面一个电极的前面,如此交叉地移动下去,这种跑极方式可以避免两电极间的极差积累。

(3)观测结果的整理接下列公式计算出各点的自然电位值

电位值=读数+基点差-(极差+极差分配)式中:电位值为测点相对总基点的电位值

   读数为测点相对分基点的电位值

   基点差为分基点对于总基点的电位差

   极差为活动电极相对固定电极在开工时的电位差

 

极差分配为从开工到收工时极差的变化值,按时间顺序对各点

线性分配的数值。

 

.充电法
1).充电法的基本理论:

当理想良导体的电阻率远小于围岩电阻率(<200倍)时,可近似看成理想的导体,它位于一般导电介质中时,向其上任意一点供电 (或充电)后,电流便遍及整个理想导体,然后垂直导体的表面流向周围介质。电流在理想导体内流过时,不产生电压降,所以称理想导体为等电位体。理想导体的充电电场与充电点的位置无关,只决定于充电电流的大小,充电导体的形状、产状、大小、位置及周围介质的电性分布情况。这样观测充电电场的分布,便可推断整个地下良导体及围岩电性的分布情况。充电法的原理如图1-4所示。

              image.png

                     1-充电法原理图

2).充电法的应用范围及条件:

充电法解决的地质问题:

确定已揭露(或出露)矿体隐伏部分的形状、产状、规模、平面分布位置及深度;

确定已知相邻矿体之间的连接关系;

已知矿附近找盲矿体;

利用单井测定地下水的流向和流速;

研究滑坡及追踪地下金属管线等。

充电法的应用条件:

被研究的对象(充电体)至少已有一处被揭露或出露,以便设置充电点;

充电体相对围岩应是良导电体;

充电体规模越大,埋藏越浅,应用充电法的效果越理想。充电法的最大研究深度一般为充电体延伸长度之半。

3)供电电极与充电体的连接方法:

  供电电极的正极必须与充电体相接,由于供电体出露的条件不同,所以连接的方式也不同。用于评价金属矿详查阶段时,若金属矿体是在地表或在井、坑等工程中出露,通常在矿体上打进一组(310)铁电 极,将它们并联起来,与电源的正极相连。不易打进铁电极时,可以采用重物将细铁丝或铜丝紧紧地压在矿体表面上。当矿体在钻孔中出露时,需要用特制的刷子电极作供电电极,用刷子电极放入井中的矿体上。下管线时,若地面上能找到管线出露点,则可直接将极接到该管线的出露点处。的负极应设在距测区10001500m处低洼潮湿地方,减电阻,增加供电电流。

4).充电法中主要观测方式和方法:

1)电位法:将一个测量电极N固定在远离测区的边缘,作为电位

零值点,另一测量电极M则沿测线逐点移动,观测其相对于N极的

电位差,作为M极所在测点的电位值U,同时观测供电电流I,计

算归一化电位值U/I

2)电位梯度法:使测量电极MN保持一定距离,沿测线一起移动,

逐点进行电位差△U和供电电流I的观测,计算归一化电位梯度值

U/MN·I)。记录点为MN的中点,注意观测电位差△U的符号变化。

image.png
        1-5所示