1、电法勘探,Electric prospecting,富兰克林(1747),费歇(1893),公元前七世纪 希腊,公元前585年 古希腊哲学家塞利斯,绪 论,电法勘探定义：它是以地下介质间电学性质的差异为物质基础，通过观测和研究人工的、或天然的电场、或电磁场的空间分布和随时间变化规律，利用电场、或电磁场异常与地电介质分布的对应关系，达到勘查目标体的一组物探方法。,1.学科背景 地球科学的发展，需对地球及其内部的深入了解。 人类社会发展面临的重大问题：对资源、能源需求，保持良好生存环境追求，对自然灾害的有效防御。,一、电法勘探的学科背景与地位,地球科学：以地球为研究对象的科学。包括：地质学，地球物
2、理学，地球化学，地理学，气象学，水文学，海洋学，土壤学和环境地学等学科。,地球物理学：用物理学的原理和方法，对地球的各种物理场分布及其变化进行观测，探索地球本体及近地空间的介质结构、物质组成、形成和演化，研究与其相关的各种自然现象及其变化规律。著名地球物理学家赵九章先生引用白居易长恨歌诗，这样形容地球物理学的“上穷碧落下黄泉、两处茫茫皆不见”。,2. 学科地位地球物理学主要包括：固体地球物理学 大气物理学（地质学） （气象学）海洋物理学 空间物理学（海洋学） （宇宙学） 其中 固体地球物理学有分为：理论地球物理学应用地球物理学,理论地球物理学 以物理学为理论基础，利用信息技术，研究对地球本体认
3、识的理论与方法，探索地球本身和外界空间介质的结构、物质组成、形成和演化规律。包括：地震学，地磁学，地电学，重力与大地测量学，地热学，地球动力学，大地构造物理学等。, 最初是由公元前6世纪一些古代学者要确定地球的形状和大小开始的。18541855年普拉特和艾里利用重力场的变化研究地质构造。 1640年瑞典人用罗盘找铁矿。 1835年英国学者福克斯利用自然电场法找到硫化矿床。 1913年Fessenden应用声波探测水深和冰山。 1932年加拿大W.沃格特第一次采用装有盖革计数器的野外辐射仪，进行地质勘探工作。,Radioactive,应用地球物理学学科分类 按原理分类重力勘探、磁法勘探、电法勘探
4、、地震勘探、放射性勘探、地热勘探。,Heat, 按勘查目的分类金属与非金属 石油与天然气煤田 工程 水文 地热资源环境 构造物探 按观测空间分类地面 航空 海洋 井中 坑道物探, 按场源性质分类,应用地球物理学研究内容 目标体产生的地球物理场的分布特征 正演理论 观测地球物理场的技术方法 仪器、技术措施 地球物理异常信息识别 数据处理 地球物理异常解释 反演理论,应用地球物理学特点 方法条件性 物质条件，观测设备，场地环境 “透视与放大” 性 研究目标体产生的物理场 多学科渗透性 与地质，物理，数学，计算机，电子学相关 多解性 数学的不适定性，观测空间的局限性 低成本、高效性,物探方法与地质方
5、法的不同点,物探学科地位是研究地球内部物质结构，运动规律的必要技术方法。是开展矿产资源、环境与灾害调查中的重要技术手段。是现代地质学理论不可缺少的技术支撑。是获取最佳地质勘查与经济效果的结合点。,物探应用领域 金属与非金属矿产勘查 石油与天然气勘查 煤田地质勘探 工程地质与水文地质勘察 地热资源调查 环境与地质灾害调查 地质工作各阶段 全球与区域构造研究研究 工程无损检测 考古调查,物探工作过程,应用地球物理学发展趋势 探测精度高，探测深度大的新技术研究； 抗干扰能力强，多参量观测，智能型仪器的研发； 综合物探方法研究 物探异常精细结构解释和三维可视化解释软件系统的研发。,二、电法勘探的基本概
6、念1、电法勘探的地球物理前提 电性差异 (1)电阻率： ，单位：m 定义式 ：式中: R为电阻，l，s分别为长度和截面积 其导电率： S/m；,(2) 介电常数： 单位：F/M 定义式 ： 式中 、 分别为电位移矢量和电场强度 其中:,(3) 磁导率： 单位： H/M 定义式 ：式中 、 分别为磁感应强度和磁场强度矢量其中 ；,(4) 面极化系数：k 单位：V/I (伏/安) 定义式 ：式中为极化界面过电位，jn 为极化界面法线电流密度；,(5)电极电位： 电化学性质其中 为溶液中某种金属离子浓度为1 摩尔/升的电位，如：锌元素为:-0.763(v) n：氧化还原过程的交换电子数。氧化态、还原
7、态：为氧化还原物质的浓度。摩尔：规定物质所含结构微粒的数目，与0.012Kg碳-12（C12）所含原子数目相同，即6.02251023。,2、研究对象：电场、或电磁场,（1）人工场：a、直流电场：接地供电方式的点电流源产生的稳定电流场，可组成 ：二极、三极、五极点电流源场和偶极电流源场。,b、交变电磁场接地方式：电偶极场和异性二电极场非接地方式：电偶极发射场平板点源耦合场线圈磁偶极发射场大回线圈感应电磁场；,c、阶跃场接地：电偶极源阶跃电场二极异性点电源阶跃电场非接地：磁偶极线圈阶跃磁场大回线圈阶跃磁场,（2）天然场 交变电磁场：周期交变电磁场随机交变电磁场 稳定电流场,3. 电场异常、或电磁
8、异常场由地下介质的电性不均匀而引起电场或电磁场的空间分布、或随时间变化状态的相应变化，它与地下介质电性分布有关，但并非具有唯一性。,4、地电分布由地下介质某种电性参数差异为依据所划分的介质单元的分布。或理解为以某类电性界面划分的介质空间分布。 强调：地电分布与地质分布大多数情况下是一致的，但也常存在不一致现象,三、电法勘探的分类：,1、按场源性质分类人工场（主动源）法天然场（被动源）法前者信噪比高，后者经济（信 噪比低，具有随机性）,2、按观测空间分类航空电法地面电法地下（包括坑、孔、隧）电法海洋电法,3、按电场随时间的变化分类稳定直流电法交变电磁法过渡场法电化学场法,4、按产生异常电磁场的机
9、制分类（1）传导类：电阻率法自然电场法充电法激发极化法,（2）感应类：电磁剖面（n10 n104 Hz）大地电磁法（ n10-2Hz n103 Hz ）电磁测深法（ n10Hzn104Hz ）瞬变电磁场法探地雷达法（ n10MHz nG Hz ）无线电透视法（ n102Hz nkHz ）甚低频法（nkHz n10MHz）,5、按观测异常成分分类：纯异常法和综合场法。6、按其原理分类：电阻率法自电法充电法激发极化法电磁感应法,四、电法勘探应用领域：,地球科学研究查明地壳结构与构造分布； 2. 矿产资源勘查查明金属、非金属、煤田、石油、天然气、稀有元素等矿产分布； 3. 水资源勘查查明地下储水构造
10、和含水层及地热分布； 4. 工程地质勘查与地基勘察查明地层、岩性、不良地质现象分布；,5. 工程质检建筑物、路面、桥涵、堤坝、灌浆及地基加固处理质量检测；6. 环境检测污染分布、地质灾害调查。,四、产生与发展,1、 电法产生历史 1835年 P. 佛克斯在康瓦铜矿矿上观测到了硫化矿产生的自然电场 ；1893年 费歇建立了电阻率法；1920年施仑贝格发现了激发极化效应的电化学过程，1949年赛格尔提出了激发极化法；1917年康克宁提出电磁法 ；二十世纪60年代前苏联先后研究出远区和近区瞬变电磁场法 ；1960年J.C.Cook利用雷达在矿井中做了实验 。,2、 电法发展 （）三维地电理论的研究 （）大信息量与网络采集系统 （）高精度、抗干扰仪器研制 （）电磁法为主导 （）实用专业软件的开发 （）研究新技术、新方法,结 束,
