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什么是电法勘探?
    

什么是电法勘探?


   电法勘探(electrical prospecting)是根据岩石和矿石电学性质(如导电性、电化学活动性、电磁感应特性和介电性,即所谓“电性差异”)来找矿和研究地质构造的一种地球物理勘探方法。它是通过仪器观测人工的、天然的电场或交变电磁场,分析、解释这些场的特点和规律达到找矿勘探的目的。电法勘探分为两大类。研究直流电场的,统称为直流电法,包括有电阻率法、充电法、自然电场法和直流激发极化法等;研究交变电磁场的,统称为交流电法,包括有交流激发极化法、电磁法、大地电磁场法、无线电波透视法和微波法等。按工作场所的差别,电法勘探又分为地面电法、坑道和井中电法、航空电法、海洋电法等。

 

 

电法勘探的发展历史


    电法勘探方法可以追溯到19世纪初P.Fox在硫化金属矿上发现自然电场现象,至今已有100多年的历史。我国电法勘探始于20世纪30年代,由当时北平研究院物理研究所的顾功叙光生所开创。经过70余年的发展,我国的电法勘探无论在基础理论、方法技术和应用效果等方面都取得了巨大的进展,使电法成为应用地球物理学中方法种类最多、应用面最广、适应性最强的一门分支学科。同时,经过广大地球物理工作者不懈努力,在深部构造、矿产资源、水文及工程地质、考古、环保、地质灾害、反恐等领域,电法已经和正在发挥着重要作用。限于篇幅,本文仅对其中几种主要方法,如:高密度电法、激发极化法、CSAMT等作简要介绍,并就这些方法在水文和工程地质中的应用进行阐述,供广大水文和工程地质、工程物探人员参考

 

 

电法勘探原理


    电法勘探是根据岩石和矿石电学性质(如导电性、电化学活动性、导磁性和介电性,即所谓“电性差异”)来找矿和研究地质构造的一组地球物理勘探方法。它是通过仪器观测人工的、天然的电场或交变电磁场,分析、解释这些场的特点和规律,达到找矿勘探的目的。电法勘探分为两大类研究直流电场的,统称为直流电法,就是研究与地质体有关的直流电场分布特点和规律来找矿和解决某些地质问题,包括电阻率法、充电法、自然电场法和直流激发极化法等研究交变电磁场的,统称为交流电法,就是研究与地体有关的交变电磁场的建立、分布、传播特点和规律来找矿和解决某些地质问题。包括交流激发极化法、电磁法、大地电磁场法、无线电波透视法和微波法等。按工作场所的差别,电法勘探又分为地面电法、坑道和井中电法、航空电法、海洋电法等。

 

 

可控源音频大地电磁法(CSAMT法)


    可控源音频大地电磁法(CSAMT)是20世纪80年代兴起的一种电磁勘探技术.它通过测量电场(Ex)与磁场(By)的水平分量求取地下介质的电阻率.经过近20 a的技术学习、掌握、更新和改造,在这一技术领域的理论方法、野外数据的采集、室内资料的处理和解释等方面已取得了大量的研究成果;并在地下水资源勘查、地热勘查、工程物探、油气的直接检测、金属矿勘查、煤田地质灾害预测等领域的实际应用中取得了显著的效果.

 

 

高密度电法

    高密度电法本质属直流电阻率法范畴是以介质电性差异为基础,研究在人为施加电场的作用下,地下传导电流的变化分布规律。实际工作中供电电流为低频交流电,其供电频率固定不变,一般选在20~40H z之间。因高密度电法的供电频率较低,且固定不变,所以将其视为直流电阻率法,遵从直流电阻率法基本原理。但需要指出的是:高密度电法与普通电阻率法相比,高密度电法设置了较高的测点密度,点距可以小到lm,所以高密度电法的信息量远远超过普通电阻率法的信息量,并具有测深和测剖面功能,所提供的是二维信息,而且一定数量的二维剖面还可以组成一个拟三维图像,它是电剖面和电测深法的结合。
    高密度电法的数据采集系统由主机、电极转换器电缆等组成,主机通过电极转换器控制各电极的高压供电与测量状态。主机通过电极转换器发出工作指令、向电极供电、加压并接收、存贮测量数据。野外工作时,将多个电极按一定的间隔布置,观测过程中电极按一定规律组合,一次布置电极可实现不同的观测装置。
    高密度电法的解释成图由计算机完成,通过计算机将数据经相应畸变点剔除、地形校正、数据平滑等预处理后,最后经过二维反演、处理绘制成断面视电阻率等值图。为提高信噪比,高密度电法必须进行如下数据处理:垂直或水平异常突出处理,用于需要查明的目的体分布状态不同时选择进行,如目的体为垂直向分布的断裂构造,则进行垂直异常突出处理;如目的体为水平分布的地层,则进行水平异常突出处理。

 

 

激发极化法


    在充电和放电过程中,由于电化学作用引起的这种随时间缓慢变化的附加电场现象,称为激发极化效应(IP效应),激发极化法是以不同岩矿石的激电效应之差异为物质基础,通过观测和研究大地激电效应,以探查地下地质情况的一种勘探方法。关于岩石激发极化的成因,存在较多争论,大多数人认为,岩石的激发极化效应与岩石颗粒和周围溶液界面上的双电层有关。基于岩石颗粒-溶液界面上双电层的分散结构和分散区内存在可以沿界面移动的阳离子这一特点,提出关于其产生机理的有代表性的两种假说:一是双电层形变假说,即在外电流作用下,岩石颗粒表面双电层分散区中的阳离子发生移动,形成双电层形变,当外电流断去后,堆积的离子放电,以恢复到平衡状态,从而观测到激发极化电场。双电层形变激发极化形成的速度和放电的快慢,决定于离子沿颗粒表面移动的速度和路径长度,因而较大的岩石颗粒将有较大的时间常数(即充电或放电快慢)。二是薄膜极化假说:简单地说,就是电流流过宽窄不同的空隙时,形成离子浓度变化,当外电流断掉以后,由于离子的扩散作用,离子浓度将逐渐消失,恢复到原来的状态,与此同时形成扩散电位,这便是离子导体上观测到的激发极化。进一步的研究表明,矿物颗粒细小(如由黏土矿物组成)的岩石,充、放电速度很快,而颗粒较粗(如砂或砂砾组成)的岩石,充、放电速度则较慢。
    这对评价激电异常和利用激电法找水很有实际意义,也是用激电法寻找地下水的地球物理前提。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,也就是IP测深。激电测深的供电电极AB与测量电极MN布置在通过测点O的一条直线上,通常采用温纳装置并保持MN/AB=1/3的等比关系。
    IP测深最大的优点是对水的反映直观,受地形影响小。理论表明,假若地质体的激发极化特征是均匀的、各向同性的,那么不论其岩性如何,电阻率怎样,也不管地形怎样起伏,测深曲线将为一条直线。

 

 

地质雷达


公路地质雷达
    公路地质雷达是一种无损探测仪器,其基本原理为电磁波的发射与接收。它通过一对喇叭型的悬空集能天线,用一个发射天线向地下发射宽频窄脉冲雷达波(电磁波),雷达波在地下传播过程中遇到不同电性介质界面时产生反射,用另一个接收天线收集从地下不同界面上反射回来的窄脉冲信号,然后将此信号记录下来,通过计算机分析计算及成图处理,可将不同层位的反射物体显示出来,并可精确定位物体深度(检测精度为沥青层5 mm,水泥混凝土层1cm)。
    系统发射天线每发射一次脉冲,当此脉冲穿过不同介电常数(一种电介质材料的性质,其数值等于已知物质电容量与空气电容量之比。相对介电常数用E表示)的各种介质时,系统接收天线就接收到一串反射讯号,称为时间系列或扫描记录。随着天线对在路面上方平行移动,得到无数扫描记录(大约200次/s),系统通过这些记录合成一张完整的地下透视图象。
    研究表明,引起雷达脉冲反射的主要原因是公路各个层次介质的介电常数不同,这是由于各层的物质和结构不同而造成的。基于这一点,我们便能用地质雷达计算出结构层厚度和探测路面下各种隐患与病害。
    总之,虽然勘探方法多种多样,我们也不能乱用。我们应该在对地形有一个全面细致的了解后,找出一种合适的方法进行勘探。这就要求我们勘探工作者时刻具备对勘探方法的掌握,以及勘探方法的适用情况.


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    时间:2011年03月22日 07:33:37 来源:未知 作者: 上一篇:什么是重力勘探? 下一篇:什么是地震勘探?  (电脑版  手机版)
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