地球物理勘探部分知识点.docx

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地球物理勘探部分知识点

测量均匀大地的电阻率，原则上可以采用任意形式的电极排列来进行，即在地表任意两点（A、B）供电，然后在任意两点（M、N）测量其间的电位差，根据（5.2.10）式便可求出M、N两点的电位.

AB在MN间产生的电位差

由上式解出大地电阻率,大地电阻率的

计算公式为

上式即为在均匀大地的地表采用任意电极装置（或电极排列）测量电阻率的基本公式。

其中K为电极装置系数。

电法勘探的基本概念

电法勘探是以研究地壳中各种岩石、矿石电学性质之间的差异为基础，利用电场或电磁场（天然或人工）空间和时间分布规律来解决地质构造或寻找有用矿产的一类地球物理勘探方法，通称为电法。

场源稳定电流场：

点电源电场、两异极性点电源电场、偶极子源电场。

变化电流场：

电磁场

装置类型：

对称四极、三极、偶极

视电阻率

均匀介质电阻率计算公式

实际上大地介质常不满足均匀介质条件，地形往往起伏不平，地下介质也不均匀，各种岩石相互重叠，断层裂隙纵横交错，或者有矿体充填其中，这时由上式得到的电阻率值在一般情况下既不是围岩电阻率，也不是矿体电阻率，我们称之为视电阻率。

用ρs表示

介质视电阻率计算公式

视电阻率与真电阻率在概念上有本质的不同，决定视电阻率值大小的因素有：

1）不均匀体的电阻率及围岩电阻率；

2）不均匀地质体的分布状态（形状大小、深浅及产状等）；

3）供电电极和测量电极间的相互位置；

4）工作装置和地质体的相对位置

电测深

电测深法是根据岩石和矿石导电性的差异，在地面上不断改变供电电极和测置电极的位置，观测和研究所供直流电场在地下介质中的分布，了解测点电阻率沿深度的变化，达到测深、找矿和解决其他地质问题的目的。

实践证明，电测深法无论在普查金属、非金属矿产方面，还是在能源勘探、地质填图以及水文、工程地质调查等方面，都有良好的地质效果，发挥着重要作用

电测深法是在同一测点上逐次增大供电电极距，使勘探深度由小逐渐加深，于是可观测到测点处沿深度方向的视电阻率的变化规律。

通过对反映地电断面变化的电测深ρs曲线的分析，可以了解深度方向地质剖面的特征。

自然电场：

由地球表层内矿体、地下水和各种水系间的物理化学作用产生的电场。

自然电场的形成原因

氧化还原：

地下水溶液与矿石间的电化学作用。

 过滤作用（吸附）：

地下水的渗流和过滤作用。

 接触扩散：

矿化溶液的离子在岩石交界面上的扩散和岩石骨架对离子的吸附作用。

自然电场的野外工作方法

电位法梯度法

充电法：

是以岩石电阻率为基础的一种直流电法勘探，根据充电体与围岩电性差异，向充电矿体充电，使充电体变为一等位体或似等位体，研究充电体和其周围电场分布特征，从而解决充电体的形状、大小和产状等地质问题；

充电法野外工作方法：

电位法、梯度法、直接追索等位线法

激发极化法：

在充电和放电过程中产生随时间缓慢变化的附加电场现象，称为激发极化效应（简称激电效应），它是岩、矿石及其所含水溶液在电流作用下所发生的复杂电化学过程的结果。

激发极化法（简称激电法）是以不同岩、矿石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，来探查地下地质情况的一种分支电法。

激电法可以沿用电阻率法的各种电极装置，其中用得比较广泛的有中间梯度（中梯）、联合剖面（联剖）、对称四极测深（测深）和偶极一偶极（偶极）等装置

高密度电阻率法实际上是一种阵列式勘探方法。

野外测量时只需将全部电极（几十至上百根）置于测点上，然后利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现数据的快速和自动采集，当将测量结果送入微机后，可对数据进行处理并得出关于地电断面分布的各种图示结果。

高密度电阻率法是集测深和剖面法于一体的一种多装置、多极距的组合方法，它具有一次布极即可进行多装置数据采集以及通过求取比值参数而能突出异常信息的特点。

高密度电阻率相对于常规电阻家法而言、它具有以下特点：

①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。

②能有效的进行多种电极排列方式的扫描测量，因而可以获得较丰富的关于地电断面结构特征的地质信息。

③野外数据采集实现了自动化或半自动化，不仅采集速度快，而且避免了由于手工操作所出现的错误。

④可以对资料进行预处理并显示剖面曲线形态，脱机处理后还可自动绘制和打印各种成果图件。

⑤与传统的电阻率法相比，成本低、效率高，信息丰富，解释方便，勘探能力显著提高。

探地雷达利用一个天线发射高频宽频带电磁波，另一个天线接受来自地下介质界面的反射波。

电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性质及几何形态而变化。

因此，根据接收到波的旅行时间（亦称双程走时）、幅度与波形资料，可推断地下介质的分布情况。

地质雷达由发射部分和接收部分组成。

发射部分由产生高频脉冲波的发射机和向外辐射电磁波的天线（Tx）组成。

通过发射天线电磁波以60°～90°的波束角向地下发射电磁波，电磁波在传播途中遇到电性分界面产生反射。

反射波被设置在某一固定位置的接收天线（Rx）接收，与此同时接收天线还接收到沿岩层表层传播的直达波，反射波和直达波同时被接收机记录或在终端将两种显示出来。

测量方式1）、剖面法2）、多次覆盖3）、宽角法

剖面法是发射天线（T）和接收天线（R）以固定间距沿测线同步移动的一种测量方式，当发射天线与接收天线间距为零，亦即发射天线与接收天线合二为一时称为单天线形式，反之称为双天线形式。

剖面法的测量结果可以用探地雷达时间剖面图来表示。

该图像的横坐标记录了天线在地表的位置；纵坐标为反射波双程定时，表示雷达脉冲从发射天线出发经地下界面反射回到接收天线所需的时间。

这种记录能准确反映测线下方地下各反射界面的形态。

多次覆盖：

由于介质对电磁波的吸收，来自深部界面的反射波会由于信噪比过小而不易识别。

这时可应用不同天线距的发射—接收天线在同一测线上进行里复测量，然后把测量记录中相同位置的记录进行叠加，这种记录能增强对深部地下介质的分辨能力。

当一个天线固定在地面某一点上不动，而另一个天线沿测线移动，记录地下各个不同界面反射波的双程走时，这种测量方式称为宽角法。

探地雷达已在工程地质勘察、灾害地质调查、地基基础施工质量检测、考古调查、管线探测、公路工程质量检测等多个领域中得到了广泛应用。

巷道围岩松动圈探测，巷道冒落影响范围探测，衬砌质量检测，高速公路检测，铁路路基探测

波前（波阵面）

介质中的各点刚刚开始振动，形成的曲面叫在时刻t1的波前

波面（等相面）

如果在一个曲面上各个点是同时（在时刻t1）开始振动的，它们的振动是同相的，这样的曲面称为波面

地震处理三个基本阶段：

预处理：

将野外采集数据转换成适合计算机处理的格式，并对数据作相应编辑和校正。

常规处理：

对地震数据作基本处理运算，包括反褶积、叠加和偏移三大技术；

特殊处理（目标处理）：

针对不同目的采用的特殊处理手段。

属性分析：

从地震反射波中提取地震波的动力学参数，分析动力学参数与储层或目的层地质属性之间的关系。

反演:

利用观测地震数据推测地球内部介质性质。

地震反演方法很多，声阻抗反演应用最广。

另外还有旅行时反演、速度反演等。

声波探测用声波仪测试声源激发的弹性波在岩体（岩石）中的传播情况，借以研究岩体（岩石）的物理性质和构造特征的方法，称为声波探测。

与地震勘探的异同：

（1）相同点

它和地震勘探一样，也是利用岩石弹性的物探方法，而且都以弹性波理论作为本方法的理论基础。

（2）区别

a.二者之间的主要区别在于声波探测所利用的是频率大大高于地震波的声波或超声波，其频率一般为一千赫兹至几兆赫兹。

b.与地震勘探相比，由于声波的频率高、波长短、受岩石的吸收和散射比较严重，因此声波探测对岩体的了解较为细致而探测范围较小，但具有简便、快速、经济、便于重复测试、对测试的岩体（岩石）无破坏作用等优点。

声波探测可分为主动测试和被动测试两种工作方法。

主动测试所利用的声波由声波仪的发射系统或槌击方式产生；被动测试的声波则是岩体遭受自然界的或其它的作用力时，在变形或破坏过程中由它本身发出的（如滑坡）。

当介质中存在分界面时，在一定的条件下体波（P波或S波，或二者兼有）会形成相长干涉并叠加产生出一类频率较低、能量较强的次生波。

这类地震波与界面有关，且主要沿着介质的分界面传播，其能量随着与界面距离的增加迅速衰减，因而被称为面波。

面波主要有两种类型：

瑞雷面波和拉夫面波。

瑞雷面波沿界面传播时，在垂直于界面的入射面内各介质质点在其平衡位置附近的运动即有平行于波传播方向的分量，也有垂直于界面的分量，因而质点合成运动的轨迹呈逆椭圆

瑞雷波法勘探实质上是根据瑞雷面波传播的频散特性，利用人工震源激发产生多种频率成分的瑞雷面波，寻找出波速随频率的变化关系，从而最终确定出地表岩土的瑞雷波速度随场点坐标（x，z）的变化关系，以解决浅层工程地质和地基岩土的地震工程等问题

稳态法的主要优点是可以降至2～3Hz的较低频率，从而达到较大的勘探深度；并且可以从各频点资料的过程中，总结出一套地层地质解释的经验；缺点是仪器大，施工慢，效率低。

针对稳态法施工效率低的缺点，瞬态激振法用锤击方式取代了激振器，一次击发出各种频率成分，同时检波器也接收到富含各种频率成分的信号。

剩下的工作，即稳态法中靠仪器硬件逐个频点的变更及相应的运算工作，在瞬态法中，主要靠软件来完成。

瞬态法的优点是仪器轻便，施工快速，且能解决仪器的防爆问题，资料也利于进行一步的各种处理。

目前主要问题的如何激发出频率较低的信号，进一步增大它的勘探深度。

无论是稳态法还是瞬态法，方法中核心的部分，都是利用了瑞雷波在层状介质中传播时的频散特性，通过实测的频散曲线来进行地质解释。

所不同的，除了施工方式（激振方式、接收方式）外，主要是资料分析过程和运算方式的区别，前者是通过两道信号的互相关来求取时间差并计算平均速度的，后则通过傅里叶变换及一系列的谱分析，直接求取相位差得到平均速度值。

瞬变电磁法（TransientElectromagneticMethod，简称TEM）是利用不接地回线或接地电极向地下发送脉冲式一次电磁场，用线圈或接地电极观测由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，从而来解决有关地质问题的时间域电磁法。

按其工作空间可分为：

航空瞬变电磁法、海洋瞬变电磁法、地面瞬变电磁法、井地瞬变电磁法、矿井瞬变电磁法。

装置类型

（1）单线框装置：

单线框装置是瞬变电磁测量系统中最简单的一种，其主要特点是发射器和接收器为同一线框，既做为发射框，同时又作为接收框。

线框形状可以是正方形，亦可为矩形，线框边长一般在200m之内，视具体情况而定（图a）.

（2）共线框装置：

共线框装置是指发射框和接收框具有完全相同的几何形状和尺寸，但两线框相互独立布置在同一位置上（图b）．

（3）环式线框装置接：

收线框位于发射线框内中心位置的形式称环状线框装置，其尺寸比发射框小的多，通常接收线框由多芯导线组成多扎线框，由每个单扎线圈可看作是一个磁偶极子，因此这种接收器又称偶极接收器（图c）

（4）分离式线框装置：

发射线框与接收线框保持一定距离分别布置的测量系统称分离式线框装置。

该装置有两种形式，一种是发射和接收线框尺寸大小完全相同，另一种是接收线框为偶极接收器（图d）

（5）双线框装置：

双线框装置是由两个大小相同，平行而相邻的线框并联构成。

该装置如图e所示，双线框即做发射线框，又做接收线框，工作方式类似于单线框装置;发射和接收线框分别由两个大小相同而又独立的双线框组成，工作方式类似于共线框装置。

双线框装置抗干扰能力强，但施工不方便，使用时受到限制。

（6）固定发射移动接收装置：

该装置由一个固定的大线框和一个可移动的多绕层小线框组成，大线框为发射框、小线框为接收框。

发射线框通常为矩形，长边约600m以上，有时可达1～2km;接收框，通常为正方形，边长在lm以内;观测点可布置在发射框内或外。

该装置可通过调节接收线框方位进行三分量观测，是目前较普遍的观测方法之一（图f）.

无线电波透视法：

是利用探测目标与周围介质之间的电性差异来研究、确定目标体位置、形态、大小及物性参数的一种井中物探方法。

所用的频率属于高频频段，一般为一百千赫至几十兆赫。

无线电波透视法研究的是辐射场，它可以在真空及各种介质中传播。

无线电波透视法就是通过研究电磁波在钻孔或坑道间传播特性和被介质吸收的情况来寻找、圈定各种目标的。

根据工作环境，无线电波透视法分为钻孔电磁波法和坑道电磁波法。

前者按工作方式，又可分为单孔、双孔、三孔和地—井方式；后者又有同步法和定点法两种.

重力勘探是地球物理勘探的一个分支，以研究对象（矿产资源或地质构造）与围岩存在着密度上的差异为前提条件的，从观测重力值中去掉与研究对象无关的各种因素的影响，获得单纯由矿体或构造等密度不均匀体产生的重力异常，通过对异常的处理、反演、解释，主要用于探查含油气远景区的地质构造和研究深部构造和区域地质构造。

决定岩石和矿石密度的主要因素

1）岩石和矿石本身的矿物成分及含量多少

2）孔隙度以及孔隙中充填物成分及充填孔隙占全部孔隙的比例

3）岩石所受的压力大小

各类岩石密度之间的关系一般规律

火成岩（岩浆岩）密度>变质岩密度>沉积岩密度

影响岩石密度因素

沉积岩①孔隙度②生成年代③埋藏深度

火成岩①矿物成分②生成环境

变质岩与原岩有关

在重力勘探中，由地下岩矿石密度分布不均匀所引起的重力变化，或地质体与围岩密度的差异引起的重力变化，称为重力异常

将实测重力值减去该点正常重力值，其差值称为重力异常

g为测点上实测重力值，γ为该点上的正常重力值

在一条测线或一块面积上以某一点重力值作为正常值，而以其他测点重力值与之比较得到的差值称为相对重力异常