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电法勘探的原理方法与仪器(说明)
电法勘探的原理方法与仪器讲 义2009．05 月1目录第一部分 电法勘探的原理与方法 引言 第一章 直流电法 第一节 电法勘探方法 第二节 常规电法 第三节 高密度电法 第四节 岩样测式法 第五节 电法仪器野外应用 第二章 瞬变电磁法 第一节 瞬变电磁法的基础理论 第二部分 电法仪器 第三章 大功率激电测量系统第一节 DJS―8A 接收机 第二节 发射机部分(DJF 系列)简介 第三节 大功率整流电源部分(DZ--系列)简介 第四节 微功率检测发射仪 第四章 多功能直流电法仪 第一节 DDC―8 电子自动补偿仪 第二节 DZD―6A 多功能直流电法(激电)仪 第五章 高密度电法测量系统 第一节 DUK―2A 高密度电法测量系统 第二节 DUK―2B 高密度电法测量系统2第三节 DUK―3 高密度电法测量系统 第六章 瞬变电磁测量系统 第一节 瞬变电磁法的优点 第二节 ATEM-III 型瞬变电磁测量系统发射机 第三节 ATEM-III 型瞬变电磁测量系统接收机 第四节 GATEM―I 工程瞬变电磁测量系统3第一部分电法勘探的原理与方法引 言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。 在电法勘探的实践中已被利用的电学性质有：描述岩、矿石导电性有的 电阻率(ρ s)；反映岩、矿石磁性强弱的导磁率(μ )；表示岩、矿石电 化学活动性的极化率(ε )和岩、矿石的介电常数(ε )等。 电法勘探的找矿原理是基于不同岩石和矿石间的电学性质的改变， 而引起电磁场(人工的和天然的)空间分布状态发生相应的变化。由此， 人们便可利用不同性能的仪器， 通过对场的空间和时间分布状态的观测 与研究，来勘查矿产资源或查明地质目标在地壳中的存在状态，从而实 现电法勘探的地质目标。 电法勘探较其它地球物理勘探方法具有方法多 样性及应用广泛性等突出的特点。人们为了实际应用、科学研究和学习 方便常采用不同的分类方式，将具有共同性的方法归纳在一起，简要分 述如下： 1、从场的来源划分为：天然场法和人工场法。前者研究、观测的是天 然存在地下的电场，电磁场；后者则是对人工建立于地下的电场或电磁 场进行观测和研究。 2、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。 1）直流电法以观测和研究稳定电流场空间分布规律的变化为主，也常 称为时间域电法。 2）交流电法以研究似稳状态的电磁场或电磁波的空间分布或随频率变 化的特点为主，常称为频率域电法。 3）过度场法以观测和研究人工电磁场的建立或衰减过程的变化规律为 主，常称为建场法或瞬变场法。 4）电化学法是观测和研究天然或人工的电化学作用而形成的场的分布 变化规律。 3、以地质目的不同可分为：金属及非金属电法勘探、石油及煤田电法 勘探、水文及工程地质电法勘探、地壳及上地幔电法勘探等。 4、以勘探工作的施工场地划分为：地面电法、航空电法、井中电法和 海洋电法等。4第一章第一节一、电阻率法直流电法电法勘探方法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： 2 6 2 5 火成岩 10 ～10 Ω ?m 变质岩 10 ～10 Ω ?m 硬页岩 10～500Ω ?m 软页岩 0.5～10Ω ?m 多孔灰岩 100～8000Ω ?m 砂岩 50～3000Ω ?m 黄土层 1～200Ω ?m 粘土 1～200Ω ?m 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构 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 =KΔ U/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ρ S 表示，即 ρ s=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)，M， N 为接收电极。 两个点电源的电场： M 点电位 N 点电位UMAB=I*ρ s /2π (1/AM C1/BM) I*ρ s /2π (1/AN C1/BN)UABN =5K ?2 π 1 AM ? 1 AN ? 1 BM ? 1 BN………………………其中，AM、AN、BM、BN 分别表示 A、B 和 M、N 间的水平距离。图 1――1 电阻率法原理图 4、电阻率法分类： 剖面法：供电电极（A、B）向地下供电，同是在测量电极（M、N） 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、电阻率法对应仪器： 1）DDC-6：可以测 AB 间供电电流、MN 间一次场、视电阻率； 2）DZD-6A：可以测 AB 间供电电流、MN 间一次场、视电阻率、视极化 率、偏离度、半衰时、综合参数、衰减度等参数。 6、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。二、 激发极化法(IP 法)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，6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）图 1――2 2、激发极化法分类： 按照岩、矿(石)的激发极化特性，常将岩，矿(石)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Δ U2 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Δ U1 和Δ U2 之和， 如图 1――2 所示，称为总场电位差。在供电过程中观测 M、N 极间总场 电位差(Δ U),断电后观测激电场的电位差Δ U2，并定义视极化率为：7通常Δ U2 比Δ U 小很多,故η S 常用百分数表示。一般在每个测点可同时 获得η S 和ρ S 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,η S 和ρ S 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,除ρ S 有变化外,由于矿体上方激发极化电流 密度的增大， 使η S 剖面曲线在矿体上方出现极大值(图 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η S 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。 交流激发极化法又分为变频法和复电阻率法两种方法。 变频法通常 用超低频段（0.01～10 赫）中两种相差较大的固定频率（低频 f1，高 频 f2）分别供电,观测两种频率 f1、f2 供电时测量电极 M、N 间电位差的 幅值,分别获得视电阻率ρ S1（用频率 f1 观测所得）和ρ S2（用频率 f2 观 测所得）,并由此算出视频散率ρ S 或视频率效应。计算公式为用ρ S 的找矿原理与η 相同。复电阻率法利用的频段比变频法宽，用各 种频率分别供电，测量 M、N 极间电场的振幅和相位，或测量虚分量和 实分量等多种参数，算出复电阻率值。图1――3激发极化法原理图3、激发极化法对应仪器： 1）DZD-6A：可以测 AB 间供电电流，MN 间一次场，视电阻率、视极化 率、偏离度、半衰时、综合参数、衰减度等参数； 2）大功率激电测量系统：测 MN 间的一次场与视极化率以及 AB 间供电 电流，然后通过处理软件计算视电阻率。84、激发极化法应用： ? 金属和非金属固体矿产勘查：普查硫化多金属矿，其优点是能找到 百分含量不高的浸染状矿，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。 ? 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。 ? 油气田和地热田勘查：探测油气田或地热田上部的次生黄铁矿的激 电效应为基础，探测与油气有关的激电效应。三、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。图 1）充电法解决的地质问题：1――4充电法原理图2、充电法的应用范围及条件： ? 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；9? 确定已知相邻矿体之间的连接关系； ? 在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。 2）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(3～10 根)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，用电 缆将刷子电极放入井中的矿体上。 ? 用于寻找电下管线时，若地面上能找到管线出露点，则可直接将供 电正极接到该管线的出露点处。 ? 供电电极的负极应设在距测区 m 处低洼潮湿地方，减小 接地电阻，增加供电电流。 4、充电法的仪器： 仪器设备与电阻率法相同，需要有供电系统和测量系统。采用我厂 的多功能直流电法仪 DZD-6A，可以实现该方法的测量。一般供电时间 可选 5 秒，测量装置选用中间梯度，供电波形选两个。 5、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。 如图 1――5 所示：10图 1――5四、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。该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，致使地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 M （M、 N 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及条件： 1）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、流向等水文地质问题。 2）应用条件： 观测大地的自然电场：只须两个接收电极，仪器阻抗要高，采用不 极化电极。 3、自然电场法对应仪器： 1）DDC-6：只测自然电位；112）DZD-6A：只测自然电位； 4、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，然后沿测线方向同步移动 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。 5、自然电场法的应用： 1）确定水流流向（八点图） ：如上图所示：将仪器置于 M 处，M 点距离工区 500 米，MN 间距一般取 20 米，步骤如下： ? 首先测 M 点的电位（仪器只接 M） ； ? 然后分别测 MN 间的电位（仪器接 MN） ； ? 对 MN 间的电位进行归一化处理，方法：分别将 MN 间的电位与 M 点 的电位相减；12?归一化后，分别将一条直线上两端的数据进行相减（大值减小值） ， 四个方向上差最大的为长轴方向。箭头指向电位高方向。 在一个工区内，将 M、N 移到另外的地方（点距视实际情况而定） ， 再步八点图， 确定长轴方向， 最终可以确定水流方向。 如下图所示： 注意：当一点的长轴方向不好确定时，可参照相邻点的长轴方向判 断。2）找富水：如上图所示，N 点在工区内，测点距一般选 10～15 米，测线距 30 米， M 一般选在距工区 500 米以外（与仪器在同一地点） ，无游离电场，地 下无矿体，地理位置较高处。这种方法适宜于喀斯特灰岩地区，操作步 骤如下： ? 首先测 M 点的电位（仪器只接 M） ，其值作为工区背景值； ? 然后分别测 MN 间的电位（仪器接 MN） ； ? 绘电位剖面图：用背景值作为纵轴的零点，用原始数据绘； ? 对 MN 间的电位进行归一化处理，方法：分别将 MN 间的电位与 M 点13?的电位相减； 用归一化后的数据做自然电位等值线图，圈定富水区域，然后在附 近布测深点。第二节一、主要参数说明常规电法1、设置参数说明： 1）供电( 充电)时间的选择 激电找矿：T=4―8 秒； 找水：基岩找水供电时间为 T=5―10 秒； 江河地带找水供电时间为 T=10―20 秒； 常规电阻率法：2 秒； 高密度电阻率法：0.5 秒 2）供电波形选择： 只做电阻率，可设置为 2，如要做激电，建议设置为 3 个 2、测量参数说明： 1)视电阻率ρS ? K ΔV ΔI2)自然电位SP ? VMN3)视极化率MS ? Δ V2 ?1 0 % 0 Δ VMN其中Δ V2 为二次场，Δ VMN 为一次场。 4)半衰时 TH 单位为秒。Δ V22.0 1.5 1.0 0.5 THΔ V2(t)Δ V2/2Δ V2=Δ V2(t)e-t/?0246t (秒)图 1――6 激电二次电位衰减曲线及半衰时 TH14所谓半衰时，就是断电后二次场?V2 第一个取样值衰减到一半时， 所对应的时间，如图 1――6 所示。这个参数是通过实践总结出来的， 行之有效的参数，目前已广泛的应用。半衰时大，表示极化介质二次场 放电慢，而半衰时小，则表示放电速度快。在含水岩体上，其半衰时 TH 通常都多以高值异常形式出现。 5） 衰减度 D 的含义是： 断电后衰减的二次场在某一段时间 （t2-t1） 内的积分的平均值除二次场第一个采样值，其数学表达式：t2D ?? ?Vt12(t ) d t?V2 (t )该参数在水岩体上也呈现高值反映， 在 D?0.4 左右， 一般以为有水。 6）偏离度： 偏离度概念由中国地质大学李金铭教授等在国家自然科学基金资 助项目（） 《激发极化法找水基础理论研究》中首次提出。在 “含水岩石激发极化性质的实验研究” 中根据在 400 多个样品上测得近 1000 条激电二次场放电曲线，给出了含水岩石的极化率和半衰时，与 湿颗粘变、孔隙液变（成分）以及粘土含量等影响因素的关系，深入研 究了粘土物质在砂―水体系中的作用和机制， 总结出了一个能很好的描 述放电二次场的数学模型（时间轴为对数的直线方程） ： （1） Δ V2 (t ) ? B ? K log(t ) ………………………………… 式中，K 为衰减曲线斜率：为断电后单位时间（t=1）的衰减电压值。 方程（1）中的△ V2 =（t）若用极化率ε （t）表示时，并不失其一般 性，即方程仍有直线性。 在此基础上提出了一个能有效用于激发极化找水的新参数：偏离度：1 r? ni? (ni? Klog(t i ) ? B) 2式中 n 为取样点数，n i ??? n ?inn为测得时间内各取样点极化率的平均值。 R 用来衡量实测衰减曲线与“理想直线”的偏差。R 越大，说明“直 线性”越差；R 越小，说明“直线性”越强。故称 R 为偏离度，即偏离 于“理想直线”的程度。研究表明，R 随岩石含水量的增加而减小，即 含水量加大时，衰减曲线的“直线性”变强。 7)综合参数： Zp=0.75?MS1?TH 综上所述，在解释中要结合水文地质条件，多参数配合使用，在偏离度 异常与另外参数(MS、TH、D)异常吻合，基本可以认为含水。二、近场源装置：近场源装置是一种供小电流可获得二次场大信号，装置十分轻便的 激电法，快速，效率高成本低，主要用于测露头和标本测试。15特点：它的供电电极距离测量电极比较近。 1、近场源二极装置： 供电电极 B 和接收电极 N 均置于无穷远，一般垂直于测线。 无穷远的含意：对 B 极而言，若相对 A 极在 M 点产生电位可以忽略 不记， 便可视 B 极为无穷远。 同理 A 极在 N 极产生的电位可以忽略不记， 认为 N 极为无穷远。 实际中选定 B、 N 两点到 AM 中点垂直距离大于 10AM 间距。 二极装置是最基本的装置 AM 大小的选择原则对三极， 四极也适用。 因此适当选择 AM 大小，对压制浅部干扰，突出深部异常是有利的。对 于在地表出露的半球形干扰体来说，当取 AM=5R0 时，R0 为半径，干扰异 常可以得到压制。 二极法(AM)的装置系数记算公式为： K = 2π AM ρs=K*V/I特点 ：一次场电位差 VM 相对比其它方法大。 在菜单中输入 AM 值。 两极装置图 1――7 美国 GDP―32 仪器和加拿大 V8 电测站仪器中的两极法(GDP―32 中 单极--单极)法。装置系数记算公式为：K=2π na ( na=AM ). 2、近场源三极装置： B 无穷远，A、M、N 排在一条直线上进行观测? s ? K AMN ??VMN Ia)通用三极装置系数 K 记算公式：K AMN ? 2? AM ? AN MNMN 中点为作为观测结果的记录点。 三极装置16图 1――8b)重仪厂生产的仪器三极装置系数 K 记算公式为：2 2 K ?π(a ? b )b其中公式中 a=OA 和 b=MN/2 ，OA 为 A 极到 M，N 极中点距离， a 和 b 为仪器自动求 K 时在菜单中输入的参数值。 c) 美国 GDP―32 仪器和加拿大 V8 电测站仪器中的三极装置 (GDP―32 中偶极--单极)法。装置系数 K 记算公式为： K=2π an(n+1) 近场源三极装置的 AM 极距的选择， 研究表明， 当取 AN=(3--5)AM 时，即可获得明显异常。无穷远极 B 应在垂直测线方向上，距离应不 小于 10 倍 AM。 3、近场源四极装置： 关于近场源四极装置的极距的选择，如下图 3，仿照偶极装置的 符号可以写出 AM=BN ；MB=an a)通用四极装置系数 K 记算公式：(微分) K=π an(n+2)/ n(n+1)-1 b)根据重仪厂生产的仪器中自由送 K 方式： 先根据用上面给的 K 记算公式求出 K 值后，再根据菜单中选择 K= 自由送 K 方式，将 K 值输入到仪器中。图 1――9 研究表明，OO 大小的选择，可由关系式确定； OO，=2H0 关系式中 OO，分别为 AM 和 BN 中点间距离，H0 为 探测目标体的中心深度。由于 OO，= a(n+1)可知，当 a 一定时，增大 n 值(n=1，2，3??..) 可加大 OO，，提高勘探深度。因此利用几个 n 值的观测数据也可以作成拟断面图，进一步对异常作解释。，17电极距 a 的选择，可由以下关系确定； a=1/5*( OO，) 在 n 或 OO，一定时，增加 a 值可提高异常幅度， 加大勘探深度。三、常用装置类型及特点：1、对称四极(AMNB) 装置：施伦贝尔装置（n & 1）或温纳装置（n = 1） 施伦贝尔装置（n =常数） AM=NB，记录点取 MN 的中点 a) 通用四极装置系数 K 记算公式： K=π *AM*AN/MN 若 AM=MN=NB=a 时，KW=2π a 温纳装置（n = 1）图 1――10 b）重仪厂生产的仪器四极装置系数 K 记算公式为： 令 AB/2=a 和 MN/2=b2 2 K ?π(a ? b )2b在仪器参数输入菜单中分别输入 AB/2 极距和 MN/2 极距的值即可。 1）四极剖面： 在测量过程中 A、M、N、B 相对位置不变，只是四个电极平移， 称为四极剖面法（n = 常数） 。 应用：主要应用于地质填图，研究覆盖层下基岩的起伏，为水文、 工程地质提供有关疏松层中电性不均匀体的分布和疏松层下的地质构 造资料。如寻找地下古河道，确定基岩起伏。 2）对称四极测深装置： A、M、N、B 四个电极相对 M、N 中点的位置是对称改变的，称 为对称四极测深法（n & 1） 。地下电场分布范围随 AB 的增大而增大。当 AB 很小时,ρ S 主要反映地表层的电阻率；当 AB 逐次增大时,ρ S 逐渐反 映深部地层的电性特征。 （1）对称四极测深装置：它的主要特点是测量电极 M，N 不动的情 况下，供电电极 A，B 对称地逐渐向两边拉开，来获得从浅到深地下地 质体电性变化的信息。当 AB 极距很大时，MN 间电位差将会太小，以至 于无法观测，因此，随着 AB 极距的加大，也需要适当加大 MN 距离，通18常在一条测深曲线上会出现接头。通常 MN 应满足 1/3AB≥MN＞1/30AB。 （2）等比四极测深装置：它的主要特点是供电电极 A，B 和测量电 极 M，N，在保持 MN/AB 一定值的前提下，同时对称逐渐向两边拉开， 通过不断加大 A，B 和 M，N 的距离，来达到了解从浅到深地下电性变化 的测深目的。等比测深 MN/AB=1/3、1/5，由于它们的 M，N 是随 A，B 一起移动的，所以测深曲线上无接头点，并且因为 M，N 较大，所以激 电二次场的信号较强，观测精度较高，目前在我国的激电法找水工作中 最为常用。 干扰较大时， 选择 MN/AB=1/10； 干扰较小时， 选择 MN/AB=1/3。 电极距的选择： 1）供电电极距（A、B）的选择：最小 AB 距离应能使电测深曲线的首支 为近似于水平的线段，以便由它的渐近线直接求出第一电性层的电阻 率， AB/2=1.5 米或 3 米为最小； 最大 AB 距离应能满足勘探深度的要求， 并保证测深曲线的尾支完整，可解释出最后一个电性层，AB/2 最大与 探测目标体的埋藏深度，产状，导电性和激电性等地电条件有关；为使 曲线光滑，以保证解释精度，各供电电极距在对数坐标的 AB/2 轴上应 均匀分布，一般使相邻两极距在模数为 6.25cm 对数纸上相距约 0.5～ 1.5cm。如果只是为了确定极化体的顶部埋藏深度 H 则只需要测到接近 饱和值或极大值再稍加延长即可。 2）测量电极距（M、N）的选择：1/3AB≥MN＞1/30AB。 主要用于探查地下的地质构造，寻找石油、天然气、煤田以及解决 水文、工程地质问题。 3）温纳（n = 1）装置： 它的主要特点是供电电极 A，B 和测量电极 M，N，在保持 MN/AB 一 定值的前提下，同时对称逐渐向两边拉开，通过不断加大 A，B 和 M，N 的距离，来达到了解从浅到深地下电性变化的测深目的。温纳（n = 1） 即 MN/AB=1。 2、联合剖面装置： 1）装置特点： 由 2 个三极装置联合组成， 其中电源的负极置于无穷远(或称 C 极)， 电源正极可接 A 极，也可接 B 极。最大特点是在一条剖面上能得两条视 电阻率ρ sA 和ρ Sb 同时也得两条是视极化率ε A 和ε B 曲线。将这些曲线 配合起来作解释，能准确地确定极化体位置和判断极化体的产状。但这 种方法对邻近极化体分辨率差，有时还要做几种极距才易对异常作解 释， 生产效率低， 只能做详查， 如确定极化体位置和判断极化体的产状。a) 通用三极装置系数 K 记算公式：?A ? KA?V A ?V B ； ?B ? KB IA IB19AM ? AN MN b)重仪厂生产的仪器三极装置系数 K 记算公式为： K A ? K B ? 2?2 2 K ?π(a ? b )b其中公式中 a=OA 和 b=MN/2 ，OA 为 A 极到 M，N 极中点距离， a 和 b 为仪器自动求 K 时在菜单中输入的参数值。如图所示为低阻正交点，当 Ra 与 Rb 反向时为高阻反交点。 如目的层为低阻，当 Ra＜Rb 时，测线跑极方向应向相反的方向，如变为脉状体向∞小的方向倾。 2）电极距： 一般对于脉状极化体而言，联合剖面的电极距由下列关系确定。 AO=BO=1/2(L+I) AO=BO≥3h 式中的 L 为极化体走向长度；I 为极化体下延长度；h 为极化体顶 端埋深。 MN=((1/3---1/5)OA 无穷远极---应垂直测线方向布置， 它与测线最近距离应大于 OA 的 5 倍，当斜交测线时它与测线最近距离应大于 OA 的 10 倍。20图 1――110C&5AB 联合剖面装置应用：寻找和追索良导电陡立薄矿脉；划分岩石界面；确定构造破碎带 的倾向。 3、中间梯度装置： 1）装置特点： 铺设一次供电导线电极(A，B)能在相当大的面积上进行测量，特别 是能用几台接收机同时在几条测线上进行测量如图 1――12，因而具有 较高的生产效率。 A、B 极取一定范围不动，MN 在沿测线（1/3―2/3）AB 范围移动， 旁测线可在主测线的两侧各(1/5)AB 范围内沿测线方向移动。由于 A，B 电极之间（1/3―2/3）地带接近水平均匀极化条件，故对于各种电极和 不同电阻率的极化体，均能产生较明显的异常，易于解释。梯度装置中 有纵向中梯和横向中梯之分，纵向中梯即 A，B 的连线(测线方向)垂直 于目标极化体的走向。而横向中梯 A，B 的连线与目标极化体的走向平 行。由于横向中梯只适于勘测良导电或低阻脉状极化体，而对于电阻率 与围岩相近或高于围岩的极化体效果不佳， 因此金属矿藏普查阶段应用 较少。另外，由于中间梯度装置供电电流大，电压高易产生较强电磁耦 合干忧，所以在交流电法不能用。 中间梯度法在寻找陡立高阻矿体和平缓低阻矿体以及地质填图时 效果较好。 2）电极距： 供电电极(A，B)：在(A，B)相对极化体的埋深不太大时，随着 AB 的加大异常值增加比较明显，当 AB 进一步增加时，对低阻极化脉状体 而言，异常将趋于某一饱和值；对高阻极化脉状体而言异常在某一 AB 极距将有极大值，而后减小。所以 AB 大小根据已知矿上试验确定。 AB=(4--10)H 式中 H 极化体顶端埋深。21测量电极(M，N)：除了考虑地表干扰大小以外，MN 应大于干扰体 的直径，以得到最大异常为前提。 最佳 MN 与埋深有以下关系： 球体：MN=1.4H(H 为球心深度)； 水平圆柱体：MN=2H(H 为柱心深度)； 直立板状体：MN=2H(1+1/H)1/2 H 顶端埋深。 在作普查时，为了保持一定的分辨率，应等于 1 或 2 倍的点距，但 不得大于点距 2 倍。 通常为：MN=(1.4―2.8)H 或 MN=(1/20―1/50)AB。 H 为极化体顶部埋深。 MN 也常取 20～40m。M1 M2N1 N2 1/5ABA(I)M3N3B(-I)M4N4M5N5图 1――12中间梯度装置示意图重仪厂生产的仪器中间梯度装置系数 K 记算公式为：2 π | 1 1 1 1 ? ? ? | AM AN BM BNK?原点 O 选择 OX 为原点(即 A 点)到 MN 中点的水平距离，在此装 置中永为正数值。OY 为 MN 中点到主测线 AB 的距离。当 OY=0 时， 为主测线，由于计算公式中取用的是 OY 平方，所以仪器输入的 OY 的 数值可为正数值，同时旁测线可在主测线的两旁布线。22Y M NO AX X B图 1――13RECTGL注：OX(即 AX)?中 ? K 中?VMN IAN ? ( X ? MN / 2) 2 ? Y 2AM ? ( X ? MN / 2) 2 ? Y 2 BM ? ( AB ? X ? MN / 2) 2 ? Y 2 BN ? ( AB ? ox ? mn / 2) 2 ? 0 y 2式中：OX=X 为 X 轴上任一点到原点(即 A 点)距离； OY=Y 为 Y 轴上任一点到原点(即 A 点)距离； 在仪器参数输入菜单中分别输入 AB、MN/2、OX、OY 的值即可记算 出 K 值。图 1――14 3）应用：V8 电法测站中间梯度装置中间梯度法在寻找陡立高阻矿体和平缓低阻矿体以及地质填图时 效果较好。图 1――15 中间梯度法在高阻和低阻矿体上的视电阻率异常234、偶极装置： 供电电极 AB 和测量电极 MN 皆为偶极装置，有一定的距离，四个电 极都在一条线上，故称轴向偶极。? 00? ? K 00??VMN I重仪厂生产的仪器偶极装置系数 K 记算公式为：?? AM ? 2 ? ? K 00 ? ? ? AM ?? ? ? 1? AM=|OAB-OMN| ?? MN ? ? ? ?O 点为测线上任意设定原点 在仪器参数输入菜单中分别输入 OAB 和 OMN 电极距长度值； 其中 OAB 为 AB 中点到测线上任意设定原点 O 的距离； OMN 为 MN 中点到测线上任意设定原点 O 的距离。 MN=D=AB= aD O1 A OAB B (n-1)D M D O2 NOOMNO 点为测线上任意设定原点 图 1――16 令 AB=MN=a 00 ′=(n+1)a 通用偶极装置系数 K 记算公式：K00 ′=π an(n+1)(n+2) 1）装置特点： 因为供电电极(A，B)和测量电极(M，N)用的都是短线，所以装置比 较轻便,和其它装置比，受电磁干忧最小，因此在交流电法中常用。适 于在复杂地形和交通不便地区普查工作。还有异常幅度大，对极化体的 形状和产状的分辨能力较强，对覆盖层的穿透能力较强。 为了更直观地了解不同深度的地质情况， 常用多个电极距测量绘制 拟断面图，同时方便于对异常进行解释。以供电偶极 AB 之中点 O 和测 量偶极 MN 之中点 O'的连线长度为底边，作等腰三角形，取直角顶点为 记录点，当改变电极距（n）时，按同样方法可画出同一测点不同 n 值 的直角顶点， 。随着极距的加大，探测深度也加大，如下图所示，上部 反映浅部情况，下部反映深部情况。24图 1――17 2）电极距： 偶极装置异常幅度大小及异常形态与偶极间的 00 ′或电极间隔系 数有关。对脉状体而言： OO，=1/2*(L+I) 式中 L 为极化体走向长度；I 为极化体下沿长度。 OO，=(3--5)H ；H 为极化体顶端埋深。 AB=MN=a ； a= (1/4―1/6) OO， ； OO，= a (n+1)。 a 不能取太大，否则将会使异常减弱，也不能取得过小，否则对围 岩电性不均匀体将反映过于灵敏，使曲线呈锯齿状跳跃。 应用：矿产资源调查，如寻找硫化矿；进行地质填图。 5、五极纵轴测深：na=L图 1――17 五极纵轴测深装置A―为原点 O，中心供电电极电流强度为+I，两侧供电电极 B1、B2 处电流强度为-I/2，测量电极 MN 沿纵轴 Y 移动。五极纵轴测深装置的 电流密度主要分布在 h & 0.93L 的范围内，其电流密度大于对称四极装 置的电流密度。 因此能比用对称四极测深进行观测获得较大的电位畸变25值，从而可以得到关于勘探对象状况的较明显信息。五极纵轴测深在对 高阻和低阻地质体上进行勘探时，当基岩电阻率小于上覆岩层电阻率 时， 都可以获得随深度 h 的增大而出现向右移的高阻异常值和低阻异常 值，而四极电测深获得 D 型曲线，在实际工作中很难利用该曲线判断地 质体的存在及埋深。 目前常用的对称四极测深主要是用来解决水平层状结构的有关地 质问题。而在水文及工程调查中，经常会遇到一些非层状地质体，如溶 洞等测深，五极纵轴测深法在一定的地电条件下，对非层状地质体有较 好的勘探效果，与其它电阻率法相比，五极纵轴测深具有分辨能力强， 曲线直观，解释简单等优点。 注意： 在同一点做四极测深和五极测深时，所得的视电阻率值是不一样 的。因为视电阻率同装置系数 K 有关，同时也和水平均匀介质及水平 非均匀介质有关。 L?2h（h 为估算的异常深度） ，电极距 L 应不小于 测深点对象埋深的 2 倍。 L=AB1=AB2=AB 五极纵轴测深曲线，一般应绘在算术直角坐标系中，纵轴表示电阻 率 ρ 或视极化率 M 等。 横轴为 (Y1 ? Y2 ) ? 深度h 。 2K?Y2 ? Y1 1 ? ? 2 2 2 2 Y1 .Y2 L ? Y1 L ? Y22 π 1式中：Y1=AM Y2=AN 五极测深： Y1=AM 为测深点 (A)到 M 极的距离； Y2=AN 为测深点 A 到 N 极的距离。 MN 中点到测深点的距离为对应的测量深度 h。 6、井中激电： 其工作方式有地―井方式， 井--井方式， 井中方式， 地面工作方式。 主要用于划分地层，划分蚀变破碎带，评价成矿有利地段，寻找金属矿 床与非金属矿床、勘查地下水、能源资源，以及研究地质构造等。 1)软电极有三极法，四极法(中间梯度) ，软电极的间距可以根据实际 情况选定，但使用的电极必须用固体不极化电极，例如： 钛合金电极适用于采集高频电场数据(&0.1HZ)。 PB-PBCI2 (铅―碌化铅)不极化电极，这种不极化电极化学性质稳 定，在长时间内只有小的直流偏移值，因此适合于采集低频数据 (1HZ 以下的低频数据必须用)。 铅―三铬 13 或四铬 13，其中铅放置中间。261) 地―井方式工作时，供电电极 AB 在井上可以有三个方位： a)主方位：供电电极 A 位于勘探线上，钻孔向 A 极倾斜，如图 A1。如 果主方位上视极化率值高，说明矿体向主方位倾斜。 b)反方位：供电电极 A 位于勘测线上，但钻孔倾向不向 A 极方向，如 图 A2。如果反方位上视极化率值高，说明矿体向反方位倾斜。 c)负方位：供电极不在勘探线上，而是位于勘探线垂直的两侧方位。如 图中 A3，A4 极。负方位确定矿体的宽度。地--井 电法装置 OA1=OA2=OA3=OA4=R d：钻孔与铅垂线的夹角（α ） e.钻孔与水平线的夹角（β ） 主方位：β =90°-α 反方位：β =90°+α 副方位：β =90°图 1――182)地--井电法 K 值计算公式（IP―BUR） THFTA 为仪器显示的角度，代表?角值 AM . AN K ?2 π MN 其中 ：AM ? ( H ? MN ) 2 ? R 2 ? 2( H ? MN ) R c oβ s 2 2 AN ? ( H ? MN ) 2 ? R 2 ? 2( H ? MN ) R cos β 2 227K?Y2 ? Y1 1 ? ? 2 2 Y1 .Y2 L2 ? Y1 L2 ? Y22 π 13)供电电极 A 到井孔口的距离 R 的选择： 根据实际情况而定： 一般测量深度 H = 500 米； R = 100―300 米；(一般 100 米=1/5*H) H = 1000 米； R = 100―500 米；(一般 200 米=1/5*H) 根据接收信号大小和效果而定，如果接收信号大，效果好，R 值可 以大，如果接收信号小，效果不好，可以减小 R 值。四、测量常用的软电极系系列：(1)井中激电三极法： N 极在上面N极 地表 B极 泥浆 A极 M极图 1――19 N 极在地面上，AB 供电电极在井中。这种方式要求供电电压无需太 高，电流不太大（软电极系的电流最好小于 1A） ，便可测比较深，野外 常用。 还有一种 B 极在井上，接无穷远极，这种方式，如果探测深，要求 供电电压很高，野外一般少用。 AM = (1/3―1/8)AB AB = (1C 20)米根据设计要求而定 K=4π *AM*BM/AB（适用于井中激电三极法） 因为在井中可看作全 域空间，所以采用 4π 。 （2）井中激电梯度为四极法：A，M，N，B 四电极在井中。 软电极图示：28图 1――2029图 1――21五、补充说明：1、高阻屏蔽与低阻屏蔽： 在电阻率法工作中，当表层为高电阻率的地层时，由于接地电阻极 大，电流无法供进地下，这种地层成为电阻率法勘探的高阻屏蔽层。在 沙漠戈壁的干旱区，冻土地带、地表满布沙砾石的干旱河谷以及高电阻 率基岩出露的山区应用电阻率法时，虽然供电电压高达 800―900V，但 输进地下的电流仍然只有零点几毫安， 观测到的测量电极间的电位差很 小。在这种地区应用电阻率法十分困难。改善的办法是尽可能加大电压 (在保证安全的情况下)， 或进一步增大仪器的输入阻抗(达 10 兆欧以上)， 或减小接地电阻。最好把直流供电改成低频交流供电。―旦电流能供进 地下，这种屏蔽作用反而可以提高电阻率法深部勘探的分辨能力。 在电阻率法工作中，当表层为高导电层时，绝大部分供电电流将从 表层“短路” ，不能流向深部，这个高导电的表层成为一个低电阻率的 屏蔽层，这种现象称为低阻屏蔽。在滨海地区、表土盐渍化严重的河网 地区，有些矿化度较高的沙漠干旱区以及我国南方红层地区(含铁质成 分较高)等都能形成一个高导电层。这些地区应用电阻率法极为不利，30经常遇到供电电流高达数安培，电位差却十分小；而且由于电流只在表 层流过，不能反映深部情况。在有这样屏蔽作用的地区可以把直流供电 改成低频交流供电或采用其勘探方法进行工作。 2、探测深度的影响因素 它取决于如下条件： ①被探测地质体本身的因素， 如： 大小、 形状、 埋深及与围岩的电阻率差别；②供电电极距(AB)的大小; ③观测精度; ④地形和不均匀体的干扰； ⑤外来电场的干扰。 如不考虑后面两个因素， 其探测深度主要取决于前三个因素。计算表明，在 AB/2 深度以下存在 无限延展、电阻率又为无穷大的岩层时，它对地面电场的畸变不超过观 测误差。所以，AB/2 可称为影响深度。实际上，如水平岩层不太厚， 且与上下岩层的电阻率差异不大时，需要比 AB/2 浅很多才能被发现。 在基岩地区，探测深度小于 50 米时，修正系数为 0.95～1；探测深度 为 50～150 米时， 修正系数为 0.75～0.85； 探测深度为 150～500 米时， 修正系数为 0.55～0.65。但是，当矿体较小、埋藏较深时，即使无限 增加极距也无法探测到。如对良导球体，当球心埋藏深度超过其半径的 3 一 4 倍时，无论怎样选择极距也难以探到。对良导水平柱体，当柱心 埋藏深度超过其半径的 5～6 倍时，也难以探到。所以，电阻率法的探 测深度，主要取决于被探测地质体本身的各种因素。 3、布极方向： 一般都是垂直极化体的走向，但是如果是做测深剖面，则为了防止 由于供电电极 A 或 B 通过极化体上方时产生次级异常， 则布极方向最好 沿极化体走向。另外，当工作地区的地形起伏较大时，为了减少地形影 响，则布极方向最好尽量与地形等高线方向一致。如果岩层倾角较大， 应沿岩层走向布线，如果有断层，则沿断层走向布线。 4、对供电电流强度的要求： 供电电流强度与信噪比有着密切关系，当噪声大时，要求供电电流 强度也大。 直流激电法的供电电流强度： I =K*Δ U/ρ I=Δ U2*K/ρ *ε 式中 Δ U2 伏；ρ (欧姆.米)；η 无量纲；装置系数 K。 当工作地区的干扰比较小时， 在直流激电法中要求二次场电位差不小于 0.5mV，这对供电电流强度的要求应满足下式： IR0.0005K/ρ *ε 可见，供电极距或 K 值大时，ρ 和ε 越小，要求供电电流强度大。 MN 电极接收到总场电压Δ U≥10mV 为好。 1）中梯装置： 对 AB 中点的测点，K=Л *AM*AN/MN=Л *AB2/MN IR0.000125Л *AB2/ρ *ε *MN 当 AB=1200 米；MN=20 米；K=56520 米。η =4G；31ρ =50Ω.m ；I=14A ；如果接地电阻 100Ω.m，所需电压 1400 伏。 2） 偶极装置： K00 ′=π ．a．n(n+1)(n+2) IR0.0005* a．π * (n+1)(n+2) /ρ *ε a．=40 米，n=4；K=11572 米。ε =4G；ρ =50Ω.m 供电电流强度=3.67A，如果接地电阻 100Ω.m；所需电压=370V。 3）近场源四极装置： 关于近场源四极装置的极距的选择， 通用四极装置系数 K 记算公式：(微分) K=π an(n+2)/ n(n+1)-1IR0.0005π a(n+2)/ ρ *ε { n(n+1)-1} a=40 ; n=4 ;k=158.65 ; ε =4G；ρ =50Ω .m供电电流强度=0.04A ; 如果接地电阻 100Ω .m; 所需电压=4V。 5、电极的接地电阻： 1）供电电极接地电阻： 从全欧姆定律出发出发供电回路电流强度 I=ε /R0+RX+RA+RB 式中ε 电源电动势；R0 电源内阻；RX 导线电阻；RA ，RB 供电电 极接地电阻。从上式中可知为了提高供电电流强度必须提高供电电压或减小接 地电阻或减小导线电阻；减小 A、B 供电电极接地电阻，加大供电电极半 径，加大供电电极入土深度，使用多根供电电极组成并联电极组。 2）测量电极接地电阻： 测量电极 MN 的接地电阻大， 将会产生仪器无法读数的现象， 或出现假 异常，设仪器输入阻抗 3MΩ，MN 的接地电阻为 90KΩ，可产生 3G 测量误差。根据国内外直流电法仪器在野外实际应用情况来看，越小越 好，如果大到 20---30KΩ 时，应该注意了最大不能超过 50KΩ 。不极化 电极罐要经常洗罐，换硫酸铜溶液，保持正常的渗透率。第三节一、原理与特点：高密度电法高密度电阻率法仍然是以岩、土导电性的差异为基础，研究人工施 加稳定电流场的作用下地中传导电流的分布规律的一种电探方法。 它的 理论基础与常规电法相同，所不同的是方法技术。高密度电阻率法实际 上是种阵列勘探方法。野外测量时只需将所有电极布置在一条测线上， 利用程控电极转换装置和微机电测仪便可以实现数据的快速和自动采 集。将测量的结果传送给电脑，应用给定的解释软件进行数据处理并给 出关于地电断面分布的各种图示结果。相对于常规电阻率法而言，它具32有以下特点： ? 电极布设是一次完成的，不仅减少了因电极设置而引起的故障 和干扰，而且为野外数据的快速和自动测量奠定了基础； ? 能有效地进行多种电极排列方式的扫描测量，可以获得较丰富 的关于地电断面结构特征的地质信息； ? 野外数据采集实现了自动化，不仅采集速度快，而且避免了由 于手工操作所出现的错误； ? 与传统的电阻率法相比，成本低，效率高，信息丰富，解释方 便。 二、对应仪器： 1） DUK-2A 高密度电法测量系统： 依客户需要， 可以增加视极化率测量， 主机还可作发射机，与 DJS-8A 匹配测量。 2）DUK-2B 高密度电法测量系统： 3）DUK-3 高密度电法测量系统（研发中） ： 三、常用装置类型特点及应用： 1.装置特点： 1)三电位电极系：温纳四极(WN)、偶极(DP)、微分(DF)，视电阻率计算 公式： ρ WN = 2л a*VMN /I 温纳四极(WN) ρ DP =6л a*VMN /I 偶极(DP) ρ DF =3л a*VMN /I；微分(DF) a――a=nx(X 为电极距) 当点距为 X 时，a=nx(n=1,2,??15)为层数 测量层数最多为 16 层，每测量完一层，有效电极数减少三个。 以上三种方法总测点数为 552 点 每层测点数 Dn=60-3n，所形成断面图为倒梯形。 在做剖面连结时： 可移动的电极数 Dn=60-3n 重复使用的电极数 DC=60-(60-3n) 温纳(WN)：应用的最多，对高阻体或低阻体成图，可见上下底部，勘查 空洞效果最佳。 偶极(DP)：勘查空洞效果最佳。 微分(DF)：该方法勘查断裂带效果最佳。 2)施伦贝尔(SB1)模式： 该装置适用于变断面连续滚动测量，得到矩形断面，对于高阻体或 低阻体成图，由于屏蔽作用，下底部无法探测，但效率高。 在整个测量过程中，MN 先固定在一个点距后不动。例如：设置测 量 n 层，开始 M 极在 n+1 点位上，N 极在 n+2，A 极在 1 点位上向 MN 移33动，B 极在 2n+2 点位上。AB 极分别向 MN 跑，直到一个测深点做完，MN 再移动一个极距， 重复上述过程， 一直跑到 B 极距到最后一个电极为止， 测量的过程是由下向上。 在做剖面连接时：(以 60 道为例) 可移动电极 Dn=60-（n?2+1） 重复电极数 DC=60-[60-(n?2+1)] ?V ρ sB1=π *n(n+1)*X* ；X 为一点距 I 3)联合剖面：(相当两个单边三极)(CB) ?V ? ? 4?nX I 4)单边三极(SP1)： ?V ? s ? 2? (n ? 1) X ? I 2、.工作装置模式一 工作装置模式一无需布无穷远极，根据 A、B、M、N 排列及跑极方式的 不同有七种：温纳、施贝 1、施贝 2、偶极、微分、温施 1、温施 2。 1）温纳装置（WN） ： 它的电极排列规律是（对于 60 道） ：A，M，N，B（其中 A，B 是供电 电极，M，N 是测量电极） ，AM=MN=NB 为一个电极间距，随着间隔 系数 n 由 n（MAX）逐渐减小到 n（MIN） ，四个电极之间的间距也均 匀收拢。 该装置适用于固定断面扫描测量， 其特点是测量断面为倒梯形， 电极排列如下(n = 1 为温纳装置)：图 1――2234设电极总数 60，n（MIN）=1，n（MAX）=16，每步电极转换的 规律如下所述： 第一步： A=1#，M=17#，N=33#，B=49#； 第二步： A=1#，M=16#，N=32#，B=48#； ? 第十六步： A=1#，M=2#，N=3#，B=4#； 如果收敛标志为 0， 则 A=60-3*16=12， M=A+16， N=M+16， B=N+16 就完成跑极，测得一个平形四边形。当选 n=10 时（即 B＝49 时） ， 方便长剖面的连接， 每次移动三十根电极即可； 如果收敛标志为 1 ， 则 A 最大等于 60-3，M＝58，N＝59，B＝60 时跑极才完成（如上 图） 。 跑极方式为逆向斜测深，经随机的数据转换软件转换成剖面数据。 测量展开后，显示屏内容如下： WN n=16 A 1 M 17 N 33 B 49 Mode第二行显示间隔系数 n，第三行显示对称四极的电极排列规律，第 四行显示每一步转换所接通的电极序号。 测量结束时，转换器显示屏上给出整个剖面的数据总数，从测量总 数的正确与否，可判断出测量是否正常结束。 当实接电极数给定时， 每层剖面上的测点数和断面上的总测点数由 下式确定： Dn＝Psum－（Pa－1） ?n 其中 n―剖面层数； Psum―实接电极数（测线上电极总数） ； Pa―装置电极数（装置α 、β 、γ 排列 Pa=4） ； Dn―剖面 n 上的测点数。 例如，对 α 排列（即温纳） ，电极数 Pa=4 ，设测线上电极总数 Psum=60， 剖面层数为 16， 每层剖面上测点数： Dn=60－ （4－1） ? n 第一层：D1=60－3?1=57； 第十六层：D16=60－3?16=12 断面上总的测点数=16*（D1+ D16）／2＝ 552 此公式也适用于β 排列（偶极―偶极装置） ，γ 排列（微分装置） 。 2）施伦贝尔 1（SB1）装置模式： 该装置适用于变断面连续滚动扫描测量，测量时，M、N 不动，A 逐点向右移动，同时 B 逐点向左移动，得到一条滚动线；接着 A、 M、N、B 同时向右移动一个电极，M、N 不动，A 逐点向右移动， 同时 B 逐点向左移动，得到另一条滚动线；这样不断滚动测量下35去，得到矩形断面。其电极排列如下：n ≥ 1图 1――23 测量过程中，显示屏给出提示：SB1 A 1 M 17 MODE n= 16 N B 18 34例如测定 16 层时，M=17#，N=18#，A=1# → 16#移动，B=34# → 19#移动（第一测深点） 。当第二测深点时， M=18#，N=19#，A=2# →17#，B=35# → 20#开始，之后，以此类推。 这种方法分辨率高，效率高，劳动强度低。 3）施伦贝尔 2（SB2）装置模式：n ≥ 136图 1――24 测量过程类似于温纳装置， 但在整个测量过程中 MN 固定为一个电 极距，AM 和 NB 的距离随间隔系数的递减逐渐由大到小变化。 同样和温纳一样，跑极方式为逆向斜测深，经随机的数据转换软件 转换成剖面数据，以下相同，不再赘述。数据按间隔系数由大到小 的顺序存储，结果为倒梯形区域。ASB2 MODE n= * * M NB4）偶极装置测量模式（DP） ：n ≥ 1 它的电极排列规律是（对于 60 道） ：A、B、M、N（其中 A，B 是供电 电极，M， N 是测量电极） ，AB=BM=MN，随着间隔系数 n 由 n（MAX） 逐渐减小到 n（MIN） ，四个电极之间的间距也均匀收拢，得到第一条 测深线；接着 A、B、M、N 整体向右移一个电极间距，重复以上跑极 方式。该装置适用于固定断面扫描测量，其特点是测量断面为倒梯形， 电极排列如下：图 1――2537测量过程中，显示屏给出提示： DP A 1 Mode n=16 B M 17 33N 49至于每步转换的过程等与温纳法类同，不再赘述。 5）微分装置模式（DF） ： 它的电极排列规律是（对于 60 道） ：A、M、B、N（其中 A，B 是供电 电极，M， N 是测量电极） ，AM=MB=BN，随着间隔系数 n 由 n（MAX） 逐渐减小到 n（MIN） ，四个电极之间的间距也均匀收拢，得到第一条 测深线；接着 A、M、B、N 整体向右移一个电极间距，重复以上跑极 方式。该装置适用于固定断面扫描测量，其特点是测量断面为倒梯形， 电极排列如下：图 1――26 显示屏的提示信息是： DF A 1 M 17 Mode n=1 B 33N 4638至于每步转换的过程等与温纳法类同，不再赘述。6）温施 1 装置模式（WS1 测深） ：n ≥ 1 此模式介于温纳与施伦贝尔之间，适用于固定断面扫描测量，测量 得到是矩形的测深剖面，其电极排列如下：图 1――27如上图所示，设温施间隔层数为 3，在 1～3 层和施贝 1 法跑极类 似，4～6 层 MN 间隔变为 3（MN@） ，7～9 层 MN 间隔变为 5 （MN） ，依此类推。用此方法所接收到的信号幅度大，提高了测 量灵敏度。 测量过程中，如测量 16 层屏幕显示： WS1 A 1 Mode n=16 M N 12 23 B 34温施 1 设置温施间隔系数 CS=3，设置测量层数为 16 层，每隔三层 时 MN 的间距改变一次。 1-3 层 A M N B 间隔 MN=1， MN 间隔 等于一个极距 16 17 18 19 15 17 18 20 14 17 18 21 4-6 层 A M N B 间隔 MN=3， MN 间隔39等于三个极距 13 12 11 7-9 层 A 等于五个极距 10 9 8 10-12 层 A 隔等于七个极距 7 6 5 13-15 层 A 隔等于九个极距 4 3 2 16 16 16 M 15 15 15 M 14 14 14 M 13 13 13 19 19 19 N 20 20 20 N 23 21 21 N 22 22 22 N 23 B 34 22 23 24 B 25 26 27 B 28 29 30 B 31 32 33 间隔 MN=11，MN 间 间隔 MN=9， MN 间 间隔 MN=7， MN 间 间隔 MN=5， MN 间隔16 层 A M 隔等于十一个极距 1 127）温施 2 装置模式（WS2 剖面） ：WS2 A 1Mode n=16 M N 12 23 B 34假设温施间隔层数（CS）为 3，在 1~3 层和施贝 2 法跑极类似，4~6 层 MN 间隔变为 3，7~9 层变为 5，依此类推，得到一个倒梯形剖面图。 1层 A M N B 间隔 MN=1，MN 间隔等于 一个极距 1 2 3 4402 3 4 5 3 4 5 6 每隔 3 层 MN 间隔改变一次，其改变规律为 1、3、5、7、9、11 AM、BN 的间隔随层数递增每增加一层，增加一个间隔，同温纳。 2层 A 1 2 3 M 3 4 6 N 4 6 8 B 6 8 10 N=2 AM=BM=2 MN=1以此类推 3、工作装置模式二： 工作装置模式二：需要布无穷远极，根据电极排列与跑极的方式不同， 可分为：联剖、单边三极、滚动三极、双边三极、普通二极、平行四边 形二极、环形二极、自由二极。 1）联剖装置测量模式（CB） ：n ≥ 1 它的特点是由ρ sa，ρ sb 两组剖面数据所组成，首先是ρ sa 装置， 电极排列规律是（对于 60 道）A，M，N，而将供电电极 B 固定在 无穷远点，所以在测量展开之前，就必须将多路转换器与 DZD-6A 之间连接的 B 电缆断开，而将 DZD-6A 面板上的 B 电缆连接到无 穷远点 B 供电极上。测量时，显示屏给出如下提示信息： CB A 1 Mode n=16 M N 17 33 B该装置适用于固定断面扫描测量，测量时，AM=MN 为最大电极间 距，随着间隔系数 n 由 n（MAX）逐渐减小到 n（MIN） ，三个电 极之间的间距也均匀收拢，得到第一条测深线；接着 A、M、N 整 体向右移一个电极间距，重复以上跑极方式，得到另一条测深线； 这样不断扫描测量下去，得到倒梯形断面。其电极排列如下：41图 1――28 ρ sa 测量完毕，系统自动暂停，下面要进行的ρ sb 测量模式，其 电极排列特点是：M，N，B，而供电电极 A 要固定到无穷远处， 所以在这暂停的间歇时间里， 要恢复多路转换器与 DZD-6A 之间的 B 电缆连接， 断开它们之间的 A 电缆连接， 并把 DZD-6A 面板的 A 电缆连接到无穷远处的供电电极 A 上。一切就绪后，在 DZD-6A 键入[回车]键， ρ sa 的测量立即进行， 随着间隔系数 n 由 n （MAX） 逐渐减小到 n（MIN） ，三个电极之间的间距也均匀收拢，得到第 一条测深线；接着 M、N、B 整体向右移一个电极间距，重复以上 跑极方式，得到另一条测深线；显示屏上的提示信息如下：CB n=1 A M 17Mode N 33 B 49ρ sa 装置也测量完毕之后， 联剖装置测量结束。 显示出的测量总数 应该是上述ρ sa 和ρ sb 两组数据之和，即：如果电极总数为 60，n （MIN）=1，n（MAX）=16 的情况下，联剖的测量数据应该有 552 ?2=1104 个。 该装置适用于固定断面扫描测量，测量时，MN=NB 为最大电极间 距，M、N、B 逐点同时向左移动，得到第一条剖面线；接着 NM、 NB 整体移一个电极间距，M、N、B 逐点同时向左移动，得到另 一条剖面线；这样不断扫描测量下去，得到倒梯形断面。其电极排 列如下：图 1――29422）单边三极连续滚动式测深装置（S3P） ：n ≥ 1 该装置适用于变断面连续滚动扫描测量，测量时，N、M 不动，A 逐点向右移动，得到一条滚动线；接着 N、M、A 同时向右移动一 个电极，M、N 不动，A 逐点向右移动，得到另一条滚动线；这样 不断滚动测量下去，得到矩形断面。其电极排列如下： 供电电极 B 置于无穷远图 1――30 三极装置 供电电极 B 置于无穷远处，参与测线上电极转换的是 N，M，A。 a、电极转换规律描述（对于 60 道） ： 假如测量定位从#1 电极开始，最小间隔系数 n(MIN)=1, 最大间隔系数 n(MAX)=20。 首先，N= #1，M= #2，A= #3 → #22 测得第一组ρ sa 的数据 20 个。然后，测量电极依次往前移一个点距。 接着，N= #2，M= #3，A= #4 → #23,测得第二组ρ sa 的数据 20 个； ?? 每测得一组ρ sa 之后，测量电极依次往前移一个点距，当移出 30 个电极之后第一根电缆就已空出，可把它移接到#61→#90 电极上； 就这样不断往前移动测量，电缆依次腾出，可不断往前接续电极， 实现了长测线的滚动测量。 设测线上的电极总数为 60，n(MIN)=1,n(MAX)=20,则测量数据总数 等于： （60―20―1）?20=780，可见这种摸式的数据采集量也是较 大的，它的特点是能得到一个矩形的测深剖面，而且深部的分辨率43也较高。 多路电极转换器的操作： 由“Input”进入，按提示逐项输入有关参数，尤其要注意“起始 电极号 CHO”, 以及 n(MIN),n(MAX)三个参数的输入。 进入“Work2”,选第二项”S3P”。等待主机启动测量。测量展开后， 显示信息如下S3P N 1Sounding n=1 M A 2 3该装置可做长剖面，如前所述，通过灵活设置起始电极号(CHO)， 可使测量灵活多变；需特别提出的是，由于该单边三极装置的电极总 数不受电极转换器的通道数所限，测量深度可做得较大，对于 60 通 道的多路转换器来说，单边三极测深 n(MAX)可选 58，这是任一种四 极装置无法做到的。但随着深度增大，V1（M，N）信号也就越微弱， 要求提高供电电压， 才能保证测量精度。 一般情况下， 做单边三极时， 可取 n(MAX)=20。 单边三极解释：利用滚动三极部分解释软件，将测量出的数据的 格式按三极滚动法数据格式编排，组成新数据格式 ( 即三极滚动格 式)。 如测量 10 层： 1-10 个数据作为第一层的ρ a。 11-20 个数据作为第一层的ρ b(ρ b=0)。 21-30 个数据作为第二层的ρ a。 31-40 个数据作为第二层的ρ b(ρ b=0)。 依此类推可以用三极滚动法解释处理。 3）三极连续滚动式测深法（3P1） ： 供电电极 B 置于无穷远处，参与测线上电极转换的是 N，M，A。 电极转换规律描述（对于 60 道） ： 假若测量定位从#1 电极开始，最小间隔系数 n（MIN）=1， 最大间隔系数 n（MAX）=20。 首先，N=#1，M=#2，A=#3 ? #22，测得第一组ρ sa 的数据 20 个； 接着，N=#21，M=#22，A=#20 ? #1，测得第一组ρ sb 的数据 20 个； 然后，测量电极依次往前移一个点距， N=#2，M=#3，A=#4 ? # 23，测得第二组ρ sa 的数据 20 个； N=#22，M=#23， A=#21 ? #2，测得第二组ρ sa 的数据 20 个； ……44每测得一组ρ sa 和ρ sb 之后，测量电极依次往前移一个点距，当 移出 30 个电极之后，第一根电缆就已空出,可把它移接到#61?#90 电极上；就这样不断往前移动测量，电缆依次腾出，可不断往前接 续电极，实现了长测线的滚动测量。 设测线上的电极总数为 60，n(MIN)=1，n(MAX)=20，则测量数据 总数等于： （60-20-1）?（20?2）=1560，可见这种模式的数据采集 量也是较大的，它的特点是能得到一个矩形的测深剖面，而且深部的 分辨率也较高。 多路转换器的操作： 由“Input”进入，按提示逐项输入有关参数，尤其要注意“起始电 极号 CHO” ，以及 n（MIN） ，n（MAX）三个参数的输入。 进入“Work2” ，选第三项“3P1” 。等待主机启动测量。测量展开 后，显示信息如下：3P 1 N 1 Sounding n=1 M A 2 3该装置可做长剖面，如前所述，通过灵活设置起始电极号（CHO） ， 可使测量灵活多变；需特别提出的是，由于该三极装置的电极总数 不受多路转换器的通道数所限，测量深度可做得较大，对于 60 通 道的多路转换器来说，三极测深 n（MAX）可选 58，这是任一种 四极装置无法做到的。但随着深度增大，V1（M，N）信号也就越 微弱，要求提高供电电压，才能保证测量精度。一般情况下，做三 极时，可取 n（MAX）=20。 4 ）双边三极斜测深(3P2)： 供电电极 B 置于无穷远处，参与测线上的电极转换的是 A,M,N。 电极转换规律描述（对于 60 道） ： 假如测量定位从一号电极开始，最小间隔系数 n(MIN)=1, 最大间隔系数 n(MAX)=20 首先 A=#1,M=#2,N=#3 A 固定不动，然后移动 MN，M=#2 ? #21，,N=#3 ? #22 移动测得 第一组ρ sa 的数据。 接着定位电极 A 往前移一个，A=#2，M=#3，N=#4，M=#3 ? #22， N=#4 ? #23 测得第二组ρ sa 的数据。 ?????? 当ρ sa 测完后，才测ρ sb。 测ρ sb 时定位电极 M=#20，N=#21， A=#22， M=#20―#1，N=#21 ―#2，测得第一组ρ sb 数据45?????? 每测得一组ρ sb，定位电极就往前移一个点距，当移出 30 个电极 后，第一根电缆就已空出，可把它移到#61―#90 电极上；就这样 不断往前测量，电缆依次腾出，可不断往前接续电极，实现了长测 线的滚动测量。这种模式的数据采集量大，它的特点是能得到一个 平行四边形的测深剖面，而且密度大，深部的分辨率较高。3p2 A 1Sounding n=1 M N 2 35） 普通二极法(2p1)：2P1 A 1Sounding n=1 M N B 2布线特点是：供电电极 A 和测量电极 M 在测线上移动，而供电电极 B 和测量电极 N 布置在无穷远处并与测线垂直或延着测线布线。测 量结果得到一个倒梯形图形。 测量时电极转换规律为（对于 60 道,假设为 16 层） ： 首先：A=#1，M=#2，→A=#1，M=#3??17 然后：A=#2，M=#3，→A=#2，M=#4??18 用我厂配的传输入与转换软件既可转换成以下普通二极法的排列 形式: 首先：A=#1，M=#2，→A=#2，M=#3??60 然后：A=#1，M=#3，→A=#2，M=#4??606）平行四边形二极法（2P2）布线特点是：供电电极 A 和测量电极 M 在测线上移动，而供电电极 B 和测量电极 N 布置在无穷远处并与测线垂直。 测量时电极转换规律为（对于 60 道） ： 首先：A=#1,M=#2, →M=#3 ???? 直到最大层数 然后：A=#2,M=#3, →M=#4, ???? 直到最大层数46???? 电极间隔按间隔系数由小到大的顺序等间隔增加， 当主机(DZD-6A) 的收敛系数和多路电极转换器(Ⅱ)的收敛系数为 0 时， 所测出的剖 面图为平行四边形，测量方式为斜测深测量方式，数据存储格式按 斜测深点存储。 工作方式如下图以 5 层为例图 1――31 我们可以一直滚动下去，当需要收敛时，最终可获得一个收敛的倒梯形 剖面图形。在上述参数基本不动的情况下，只要将主机的收敛系数设为 1， 开关收敛系数也设为 1 后， 重新分别选择主机和开关的工作模式 2P-2 两极法即可重新测量。在整个测量过程中，主机随时显示所测量的电压 值(VP=??)，电流(I=??)，电阻率(RS=??)，并同时显示出被测图 形，可供参考。 野外布极。一个剖面测量完后，可将从 1 号电极起，将(测线上排列电 极总数减去测量层数)个电极拨出，按间隔系数(即电极距离)以测线上 最后一个电极为准，开始插入第一个电极，以此类推，电极布好后可以 接上大线就可进行测量，此种方法适合工程测量。 7）环形二极法（2P3） ： 布极特点是：电极排列成圆形或方形的封闭曲线状，参与电极转换的只 有一个供电电极 A 和一个测量电极 M，而另一个供电电极 B 和测量电 极 N 都固定在无穷远处。所以要断开多路转换器与 DZD-6A 之间的 B 电缆连接 （注： 多路转换器与 DZD-6A 之间的 N 电缆连线不可断开！ ！ ！ ） ， 而将 DZD-6A 面板上 B 电缆和 N 电缆分别连接到布于无穷远处的 B 电 极和 N 电极。47测量时的电极转换规律是（对于 60 道） ： 首先，A=1#电极，M=2#，?3#，?……?60#； 然后，A=2#电极，M=3#，?4#，?……60#，?1#； …… 最后, A=60#电极，M=1#，?2#，?……59#; 可见，测量数据总数为 60?59=3540，数据量是比较可观的，测量 时间也是比较长的。B 和 N 接无穷远，A 极固定不动，M 电极循 环跑，一直跑到 A 极前面的电极为止，然后 A 极前移一个电极， 再重复前面的过程。数据按顺序存储。在测量过程中因故中断的现 象难以避免， 中断后再启动测量， 就可通过设置起始电极号 （CHO） 的办法，使之从中断处继续测量。 环形二极法（二极法 3） ：图 1――32 需要说明的一点是：该装置模式下， n（MIN） ，n（MAX）没有 意义，无须设置。 测量时，显示屏的提示信息如下：A 12P3 Mode 1 ― 60 M N B 2第二行显示的是测量从电极 1#直至电极 60#。 8）自由两极法（2P4） ： B 和 N 极接无穷远，电极间距按隔离系数由小到大的序顺等间 隔增加， 测量方式为斜侧深测量方式， 数据存储格式按斜测点存储， 测出剖面为倒直角三角形，此方法适合做定向电测深。其跑极方式 和所设置层数无关 ( 层数可任意测，只和测线上电极排列总数有48关)。 测线上 6 个电极为例：图 1――33第四节岩样测式法岩矿石的电性差异是电法勘探应用的前提， 也是成果解释的物质基 础。正确、合理地取得岩矿石的电性参数，对激电法来说很重要。电性 参数的利用应该贯穿于激电工作的始终， 编写设计、布置工作、估算 异常大小，定性、定量解释都离不开电性参数。实践证明，注意电参数 的测定和利用，往往可以提高激电法工作的质量或地质效果。 由于影响电参数测定的因素较多，所以测定的精度不一定很高。各 种方法的测定结果有时也相差很大。但对同一种测量方法而言，各个岩 石之间仍具有对比性。直流电法测量的参数有：电阻率、极化率和二次 场的衰减特性。大量的标本证实，电阻率一般比野外观测值大 1 至 2 个 级次。围岩的极化率与野外观测相差无几。 本产品适合于长、宽、高在几个厘米的，较规范的各种岩样标本的 电性检测之用。该测试架，体积小、重量轻，使用方便，随时可以带到 野外现场进行实时检测岩样的电性参数。 1.电池盒 :装四节 1 号干电池，选取 5 个抽头，即 1.5V；3V；4.5V； 6V。如利用 DZD-6A 多功能直流电法仪时，可取用 6V 供电；利用 DJS-8 激电仪时，可取用 3V 或 4.5V 供电。如果有稳压电源也可以。 2.操作说明： 标本测定法： 标本的采集应均匀的分布于测区内， 与异常有关的岩样(即49岩、矿石标本)采集数量要超过 30 块，以便进行的数理统计。 1)标本体积应尽可能大一些，一般应在：6cm?6cm?10cm 左右，不能 用薄片状或其它很不规则形状标本进行测试。 2)刚装好硫酸铜溶液以后，要稳定一段时间，待不极化电极极差稳定后 才能用。 3)在使用时，应将两个不极化电极与岩样之间放置硫酸铜脱脂棉或沙 布。 4)标本的浸水时间一般大于 48 小时以上。 5)极化率 Ms 与供电电流密度：一般测定标本时，选取电流密度 j≤5～ 10mA/cm2 为宜。 6)供电电压大小取决于形成一次场△VMN 的大小， 一般要求△VMN＜仪器的 最大输入电压值，如利用 DZD-6A 多功能直流电法仪时，所测得一次场 电压△VMN＜±6V，利用 DJS-8A 激电仪时△VMN＜±2V。根据以上的规定， 发射机的输出电压范围就被定下来了。 7)标本架是由一个固定架和瓷质方形不极化电极组成。 固定架是用来夹住待测标本，不极化电极，渗透性能要适当。 为了使不极化电极与标本接触良好，中间应用浸有硫酸铜溶液(即饱和 溶液)的脱脂棉或沙布垫平。 8)对 A、M 极(或 B、N 极)的连接方式如图：A MN极 B极图 1――34 把 A、M 和 B、N 用硫酸铜脱脂棉连通如图 1――34，所测得的为体极 化与面极化的总和。对于致密状的矿体非常适用，其它形状矿体也适 用。 9)视电阻率的计算： R = S*V/L*I 式中 S--岩样的横截面积〖平方米为单位〗 L--岩样的长度〖米为单位〗 V―信号电压〖伏为单位〗 I―供电电流〖安培为单位〗 3.补充说明：50为了计算视电阻率R = S*V/L*I 的值，我们不仅需要知道仪器所测量的样品的电压 V 和电流 I 的数值，还要知道样品的实际导电面积 S 和长度 L 的值。但对于较不规则样品很难确定导电面积 S，为此可以通 过标本架的不极化电极与标本之间所垫的浸有硫酸铜溶液的脱脂棉的 面积 S 为参考，可以计算出近视的视电阻率 R，对于脱脂棉的面积 S 尺 寸要求小于较不规则样品实际面积 S，脱脂棉的形状可以为正方形，其 厚度 5m/m 左右。浸有硫酸铜溶液的脱脂棉应湿度适当，不能有太多的 水。操作过程：可以将浸有硫酸铜溶液且湿度适当的脱脂棉先贴在不规 则样品的两端，然后在放入标本架中适当夹紧，但不要太紧，此方法仅 供参考。第五节一、 引言找水找矿实例垂向电测深勘测是探寻隐伏构造和地下水的重要手段。 经过几代学 者的长期努力研究和探索，由于单一依赖视电阻率（RS）这项地球物理 参数勘测， 在野外复杂地质环境中， 特别是某些岩层中电子矿物的干扰， 在同一个测深断面(或剖面)上，在非含水构造上，也出现与含水构造相 似的异常，浪费了许多钻探工作量。逐步发展到应用激发极化法，同时 测量和计算多项地球物理参数，并利用各参数的特点，相互配合，综合 分析,在一定程度上提高了异常的解释精度。因此，准确的判断引起异 常的地质体性质、空间分布形态和产状，实现异常解释数字化，提高成 井率，是我们目前面临的主要问题。 ，深入研究了视电阻率（RS） 、视极 化率（Ms） 、半衰时（TH） 、偏离度（r）和衰减曲线等地球物理参数， 在不同地貌单元和岩层的含水构造和金属矿化构造上反映的共同特点 及各参数间相互关系和作用，建立了在测深断面(或剖面)上较准确的反 映和描述深部相对低阻高极化地质体（含水构造、金属矿化建造和破碎 带等均属这一性质）性质、规模、空间分布形态和产状是非常必要。二、 水文地质特征：找水经验：根据水文地质看地貌，1）山体一般水在山下，有覆盖 层和泥岩隔水层；2）有河流；3）破碎带；4）暗河；5） 溶岩裂隙。 也可以根据水文地质资料初步确定勘测地理 位置。三、野外工作方法及技术要求：1. 根据地区水文地质特征： 在没有确定异常位置之前可以先进行普查， 利用四极剖面或联合剖面法确定构造带， 而后选择构造带上异常明显位 置，做激电测深。 联合剖面法适用条件：地形平坦，地域开阔，测区内不存在较大沟谷，51陡坡，测定结果该方法适合高阻地区，如是石灰岩，大理石，花岗岩等 进行找水定井工作。第四系覆盖层不易过大，其厚度不超过 30―50 米 时， 可以应用； 如果覆盖层厚度太大， 由于覆盖层电阻率小， 导电性强， 从而造成断层破碎带异常减小或淹没。 获得异常以后则在该异常位置上 作四极垂向电测深或五极纵轴电测深法。 确定含水层的上顶板和下顶板 的深度和含水层的厚度及富水性。 2、测量电极的选择：要求测量不极化电极的极化电位差小，而稳定， 其极差≤2mV；测量电极极距 MN 的选择，MN 的电极极距一般选取比较 大，原因激电法二次电场的位场向外发散程度较大，既使 MN 值较大， 也同样能较准确地反映出二次场，MN/AB 之比值可在 1/3―2/3 区间 选； 3、 提高信号干扰比的措施：降低电极的极化电位差、加大供电电流、 加粗导线、加强接地、减小装置系数（MN/AB 选较大值） 。 4、电测深法是一种体积勘探，要求被测的目的层要有一定的规模，目 的层埋的越深，要求目的层厚度越大，含水层小或薄则很难反映。四、我厂生产 DZD―6A 多功能直流电法仪找水实例：地点：吉林白城 工作方法：激电 日期：2001 年 布线方向：N―S地形：平坦 TH D 0.6 0.6 0.7 0.7 0.8 0.8 0.8 0.7 1.0 1.0 1.0 0.5 0.7 0.8 0.24 0.27 0.27 0.27 0.29 0.32 0.32 0.28 0.36 0.35 0.37 0.18 0.38 0.47 ZP 0.21 0.3 0.37 0.46 0.67 0.84 1.13 2.72 2.07 2.13 2.31 1.14 1.13 1.11ρ 序 AB/2 MN/2 V I M1 R 号 1 3 1 .6 59.1 0.45 13.24 2 4.5 1.5 .5 79.9 0.59 10.79 3 6 2 .2 106.49 0.70 10.25 4 9 3 .1 153.1 0.87 9.93 5 15 5 .2 199.2 1.13 8.81 6 21 7 .4 227.2 1.30 6.44 7 30 10 866.8 558.9 195.2 1.75 8.16 8 45 15 35.4 677.4 98/.1 3.19 11.52 9 60 20 105.2 503.8 52.2 2.68 4.07 10 75 25 26.55 393.7 37.4 2.84 4.87 11 90 30 24.1 343.2 26.5 2.86 5.31 12 120 40 5.83 139.2 21.1 2.82 14.29 13 150 50 14.49 451.8 20.1 1.93 9.55 14 180 60 10.65 419.6 19.1 1.86 10.085253图 1――35定性解释： 本区位于大兴安怜隆起带与松辽坳陷带的交界处，横跨两个二级 大地构造单元， 大兴安岭断块的山前地带在白垩系中晚期曾发生过一次 规模较大的断陷，而后一直以抬升运动为主。 工作方法：先用联合剖面法确定该断裂带的位置出现在民生村南 2.2Km 处，结合水文地质条件，认为该点 J21 号为构造有利部位。在此 布一测深点，极距设定为 MN=1/3AB ，该点的测深结果见上图，在 AB/2=21m 处，反映出偏离度（r）曲线有明显低于背景值（9~13%）的 6.44%的低值异常，说明在该处有薄层水存在，在 AB/2=60~90m 处，r 出现近 4%~5%的极小值异常，且半衰时 TH、衰减度 D、极化率 Ms 和 综合参数 Zp 均有异常存在， 对应较好， 且处于电阻率曲线ρ 的低阻段。 从电阻率曲线上看， 在 1/2AB=45~60m 之间电阻率从 195Ω m 急剧下降 到 52.2，而在 1/2AB=60~75m 是电阻率曲线缓降，说明该处有水。钻探 结果证实：钻孔在 21 米左右有 0.7 米的圆砾孔隙水薄层出现，在埋深 70~75m 以下，存在另一组碎屑岩含水层，该含水层东北部厚约为 15~20m，向东南方向逐渐薄，一般为 10m 左右，呈泥岩和砂砾岩互相 出现，该断裂带地下水是兆北水量最丰富的地段，出水量 Q=48.6m/h。54五、我厂生产 DZD―6A 多功能直流电法仪在找水应用 有关参数的设置和含水层的分析与辩认：根据该仪器在全国各地及部分国外在找水应用中的情况来看取得 非常良好的经济效益和社会效果， 由于同时测量和计算多项地球物理参 数，并利用各参数的特点，相互配合，综合分析,在一定程度上提高了 异常的解释精度。因此能够准确的判断引起异常的地质体性质、空间分 布形态和产状，实现异常解释数字化，提高成井率，深受广大用户的欢 迎。 在这里我仅将广大用户在野外找水实际应用中， 对有关参数值设置 的经验数据，做个简单解释仅供参考。 1、含水层的分析与辩认：激电找水经验数据 激电参数、半衰时（TH） 、偏离度（r）和衰减度（D）在含水中的反映： (1).偏离度（r）=（2G--5G）左右，或出现较低异常，可视为含水层， 因为.偏离度 （r） 与含水量有负相关关系。 即含水量增加时偏离度减小， 因此含水层上（r）表现为低值但要注意特别是在金属矿床上 r 值更低。 有时视电阻率（RS） 、视极化率（Ms）曲线无明显异常。 (2)半衰时（TH）≥0.9 以上可视为含水层；实例表明，半衰时测深曲 线在地下水附近一般均出现突变， 所以常常可以根据地下水位确定异常 背景值。分析异常性质，背景值以上部分称为相对高值，一般反映含水 层存在；背景值以下部分称为相对低值 ,不含水或含水微少。背景值是 指去掉异常段后正常场部分的平均值。 (3)衰减度（D）≥0.36 以上可视为含水层； (4)视极化率（Ms）一般出现较高异常。 (5)视电阻率（RS）一般有三种解释情况； 高阻岩层：相对富水构造、破碎、岩溶裂隙发育带，测深成低阻，归 纳为缓（缓升） 、平（水平） ，降（下降）三种变异特征。急剧上升是指 ≥40°角上升的曲线，一般为急剧上升。 A.缓升变异为三种状态： 第一种：急剧上升后的缓升，视为含水层，石灰岩、大理岩埋藏较深， 且较薄，如前面成 40°角上升，应为破碎、岩溶发育。 第二种：夹在两个急剧上升段之间的缓升段， 45°后是完整石灰岩， 中间段只有 32°为缓升。 第三种：急剧上升前段的缓升是含水层。 B.水平变异：水平段在测深曲线上出现的部位不同，也有三种情况： 第一种：尾支变平的水平段是含水层的反映。 第二种：两个上升段之间的水平段，可视为含水层， 第三种： 整个曲线近似水平， 是岩溶裂隙富水的反映。 如水平段是岩溶、 裂隙或破碎带的反映。55C.下降变异： 第一种：尾支下降段，可视为含水层，它一般是深部岩溶裂隙发育且规 模较大的反映。 第二种：两个急剧上升段之间的下降，可视为含水层； 第三种：只有尾支急剧上升，前段下降的曲线，下降段是中、上部岩溶 裂隙发育相对富水反映。 综上所述不能根据异常值大小来说明含水层是贫水还是富水， 而要结合 水文地质和电性条件进行综合解释。 在有岩溶发育或破碎呈蜂窝状如果 含水很多，但激电异常也可能是全工区异常的最低值。其原因激电异常 值大小和含水的湿度有关，但湿度大到一定程度反而会下降。 2、供电时间 T 的选择： 在基岩找水取 T=10S； 在江河旁找水取 T=20S(如长江)； 在一般情况下取 T=5S。 3、 供电波形个数： N = 3 ，因为根据梯形科学计算法采用 3 个波形供电 ，可以消除慢性 自电漂移，提高了采集数据的可靠性。 4、取用 MN/AB = 1/3 的等比四极测深装置或五极纵轴测深装置做详查。 5、放线： 为避免导线漏电，不能将铺设的导线浸入水中。遇有障碍物时，电极应 垂直于电极排列方向挪移，但挪动距离不应大于极距 AB/2 的 5%，当 只能沿电极排列排列方向挪动时，挪动距离不应大于极距 AB/2 的 1%。 当土壤很干时，可在电极附近浇水，以减小接地电阻。电极一般不宜布 在疏松的填土上，电极与导线的露部分应避免与植物的叶子接触，以 免造成漏电。 5、 其他参数： (1) 含水因素(MS)：根据半衰时（TH）测深曲线与电极距（AB/2）轴所 夹的面积而定义的。 MS = Σ ba TH*dX 式中 X 表示（AB/2）轴，dX 表示电极距单元，积 分 a，b 表示由小电极距到大极距。单位为 T*m。 TH 与含水量有正相关关系，反映静水量。MS 与出水量 Q 正相关，反映 动水量。 Q = C(MS C M0) 式中 M0 为无水地段含水因素的背景值；C―为回归系 数，该系数与地下水富存条件有关，可通过已知钻孔用数理统计得到。 Th (2) 衍生指数（ξ ） ：衍生指数ζ =S.log[β Th /R 0 η (t)dt-1/2η (t).th] … 式中各符号意义剩余衰减强度 Cs=β∫ 0 ε (t)dt-1/2ε (t1)th∫???式中：cs-剩余衰减强度； β ―放大倍数； th―半衰时（秒） ；56Δ Cs――测深剖面上相邻测点的剩余衰减强度差； R-1――权重系数； R――偏离度； S――定性系数（符号函数） 当Δ Sx≥0 时，令 Δ Sx=1 Δ Sx&0 Δ Sx=-1 Δ Cs≥0 Δ Cs=1 基于上述,构成了衍生指数找水的理论基础。 一般情况下δ 在 0――0.8 之间， 弱含水;δ 大于 0.8 含水量相对较多。在金属矿化建造上的δ 普遍 大于 1。在一般情况下，衍生指数δ 值在 0――0.8 之间，弱含水，δ 大 于 0.8 含水量相对较多；金属矿化通造上的δ 值普遍大于 1.0。在野外 勘测供电极距 AB/2 应尽量相等。沿测深剖面各测点的间隔距要尽量小 些，取得的勘测效果会更佳。并要注意含水构造与金属矿化建造和碳质 含量较高的泥页岩、板岩的区别。 本厂仪器没有设置该参数。六、我厂生产的 DUK-2 型高密度电法仪在石灰岩中找水实例温纳装置，极距用 5 米，测 16 层。 例一，某隧道施工用水井。 自地表往下为强风化、弱风化砂岩，其下为石灰岩，泥炭质。之前在这 附近打过 7 个钻孔，每孔 70 多米深，穿过砂岩进入灰岩 20-40 米不等， 但均未见水， 石灰层岩芯完整。 上物探用电法， 用 5 米极距， 温纳装置。 测得剖面如下图，该剖面在 80-90 米间有一条低阻异常带，视电阻率在 400～500Ω .m。在 85 米处布一孔，经钻探，0-38.8 米为全强风化泥质 砂岩，以下为灰岩，48.30～56.20m 岩石裂隙极发育，钻井较快，岩芯 呈半边溶蚀现象； 56.20m 以下岩性较完整。经抽水试验，日出水量大 于 200T 。该剖面异常反映为一个低阻异常带，深度大至在 1/3-1/2 （AB/2） ，异常范围较大，但一孔见水，或有运气在其中。图 1――36 例二，某制梁场生产用水井 自地表往下岩性为全、强风化砂岩、石灰岩，砂岩厚度 20 米左右。用 5 米极距，测得剖面如下图，从剖面看，等值线多呈陡立状，没有水平57平稳的等值线，显示深部灰岩不完整，对此，布孔选在电阻率最低的位 置，在 175 米位置布孔，钻探结果显示，该孔进处灰岩十多米后，自 38-52 米有多处溶洞和发育裂隙。经抽水试验，水量一天大于 200T。图 1――37 例三，某制梁场生活用水井 地质情况如例二，上层 20 多米为强风化砂岩，下层为灰岩，从剖 面看，下部等值线平稳，呈平行状，反映深部岩性完整，破碎可能 性不大；上部等值线多处形成闭合圈，为低阻异常。在 200 米处布 设钻孔，钻至 70 米一直岩性完整，无水。移动至 207 米再钻，进 入灰岩后，深度在 22 米和 26 米见两层溶洞。从剖面看，185-220 都是低阻范围，在这一范围内，都可能打到溶洞或破碎带，但实际 上，一个连续打到溶洞，一个却一直是完整岩芯。图 1――3858七、 高密度电法工程方面的应用湖南某高速公路路基工程地质勘察，温纳装置，电极距为 5 米，16 层， 虽地表无软土出露，但通过实测剖面，清楚地反映了软土层与砂卵石层 的分界面。通过在软土层布两个钻孔，验证了物探成果的正确性。 八、大功率测量系统找矿实例 新疆某地，其中，AB=600 米、MN=40 米，测线间距离为 50 米，测点距 为 20 米。从图中可以看出测区内第一、第六、第七剖面线上存在视极 化率异常。通过在异常点的上方做电测深，可获得矿体的深度。 通常为了减小 AB 间接地电阻，可以采取以下措施：AB 电极可以穿透 锡箔纸；增加 AB 电极个数；加大 AB 电极入土的深度；浇盐水等。 极化率平面剖面图：59视极化率等值线图60第二章第一节瞬变电磁法瞬变电磁法的基础理论瞬变电磁法是利用不接地回线或接地电极向地下发送脉冲式的一 次电磁场， 用线圈或接地电极观测该脉冲电磁场感应的地下涡流产生的 二次电磁场的空间和时间分布，从而解决有关地质问题的时间域电磁 法。 瞬变电磁法的观测是在脉冲间隙中进行的， 不存在一次场源的干扰， 这称之为时间上的可分性。脉冲是多频率的合成，不同延时观测的主要 频率成分不同，相应时间的场在地层中的传播速度不同，调查深度也不 同，称之为空间的可分性。瞬变电磁法主要就基于这两个可分性。 瞬变场与谐变场 （频率域） 一样， 场源也分为接地式和感应式两种， 统称为发射装置。当发射机装置中的电流突然阶跃下降为零时，其周围 产生急剧变化的电磁场，它是形成地中涡流的激发源。该场以两种途径 传播到地下介质中。第一种途径是以光速 C 的电磁波，从空气中直接传 播到地表各点，并将部分能量传入地下，在离场源足够远的地表面上形 成垂直向下传播的不均匀面波； 第二个途径是电磁能量直接从场源所在 地传播到地下，它在地中激发涡流，似烟圈那样随时间的推移逐步扩散 到大地深处。 瞬变电磁法(TEM)是在一次场背景条件下观测研究纯二次场异常， 大大地简化了对地质体所产生异常的研究， 提供了该方法对目标层的探 测能力。此外，TEM 法一次供电可测量各电磁量随时间的变化，相当于 频率域测深各频点测量的结果，使工作效率大大提高。 在瞬变电磁法中，激发场源常用的波形为矩形波，在实际应用中， 为了有效地抑制观测系统中的直流偏移和超低频噪声的干扰， 往往采用 周期性重复的双极性脉冲序列。瞬变电磁法衰减曲线示意简图见说明 书，双极性矩形波图见说明书。 1)双极法矩形波脉冲： Sin (n?? / 2) Coswot H1(t)=4Ho ? ? n? N=1.3 式中：Ho 为脉冲磁场的幅值； ? =2d/T，T 为脉冲系列 重复周期，d 为单个脉冲的持续时间，Wo=2Π /T。令脉冲系列的 T→ ? ，并忽略单个脉冲前后沿的互相影响，便简化为单个阶跃波。 阶跃波 H1(W)=Ho/jw61图 2――1 2)均匀半空间的瞬变电磁场响应 在电导率为 ? 和磁导率为μo 的 均匀大地上，铺设输入阶跃电 流的发送回线,该回线中电流所产生的磁力线,如图 2――2 所示。当发 送回线中电流突然断开时， 在本空间中就要被激励起感应涡流场以维持 在断开电源前存在的场，此瞬间的电流集中于发射回线附近的地表，并 按负指数规律衰减。随后，面电流开始扩散到下半空间，在切断电流后 的任一晚期时间里，感应涡流呈多个层壳的“环带”形，并随着时间的 延长，涡流将向下及向外扩展。根据计算结果，涡流场极大值将沿从发 送回线中心起始与地面成 30°倾角的锥形斜面向下及向外传播，极大 值点在地面投影点的半径为： Rmax≈ 2.56t / ???图 2――2半空间中的等效电流环用一个简单的电流环等如图 2――2，表示了发送电流切断后二个 时刻的地下等效电流环分布略图，它的等效电流分布略图,它的等效电 流： I=1/4Π C2( t / ??? )262它的半径α 及所在深度 d 的表达式为： α = 8C2 ? t / ??? d=4 ? ? t / ???式中 C2=8/Π -2=0.546479 由于 tanQ=d/a=1.07，Q=47°。因此，等效电流环将 4 沿 47°的倾 斜锥面扩展，其向下传播的速度为： ?d ? 2 / ? ??? t Vz= ?t 计算均匀半空间的瞬变电磁响应时，可由它的某一时刻的半径、深 度及电流计算出来， 所以很容易的计算出在某一时刻沿地面测线的响应 值，以及在某一测点响应值随时间变化的规律。 瞬变电磁法中视电阻率的计算公式为： ?? 2 ??? q 2 / 3 ( ) ρ T= 4? t 5tVz 式中：μ o=4Π ?10-7n/m，为空气的磁导率； M 为发送线圈的磁矩，M=I.ST； ST――为发送回线的面积； q――为接收线圈的有效面积}