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勘查地球物理概论 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第二节充电法和自然电场法一、充电法一、充电法什么是充电法：对地面上、坑道内或者钻孔中已经揭露的良导体直接充电，以解决某些地质问题的一种电法勘探方法。充电法的提出：详查及勘探阶段，良导性地质体有露头但不知道其分布情况，如矿体是否相连；矿体走向、产状；盲矿；地下水流速、流向；滑坡（一）充电法的基本原理 对钻井、坑道等人工揭露或对钻井、坑道等人工揭露或天然露头的良导体上接一供天然露头的良导体上接一供电电极电电极(A)(A)，另一供电电极，另一供电电极(B)(B)至于离充电体很远的地至于离充电体很远的地方方(称为无穷远极称为无穷远极)，对充电，对充电体进行充电。进而查明充电体进行充电。进而查明充电体的体的空间分布形态、产状及空间分布形态、产状及延伸。延伸。1 1、理想条件下、理想条件下(即即 或或 )将不产生电位降，电位在导将不产生电位降，电位在导体内及表面处处相等，故导体为一个体内及表面处处相等，故导体为一个“等位体等位体”，其表，其表面为面为“等电位体等电位体”在充电体表面附近，电位面的形状与充电体的形状一致。远离充点体，等位面趋于圆形。等位V为对称曲线；电位梯度 V/X 为反对称曲线，即在充点体顶部中心,电位梯度为零,其正、负极值对应于充电边缘部分2 2、脉状体倾斜时，、脉状体倾斜时，电位曲线电位曲线及及电位梯度电位梯度曲线均不对称曲线均不对称电位曲线的电位曲线的极大点极大点与电位梯度的与电位梯度的零值点零值点均向倾斜方向移动。电位均向倾斜方向移动。电位曲线在倾斜一边曲线平缓，在倾曲线在倾斜一边曲线平缓，在倾斜相反方向曲线较陡；电位梯度斜相反方向曲线较陡；电位梯度曲线在倾斜一边曲线平缓，梯度曲线在倾斜一边曲线平缓，梯度绝对值小；在倾斜相反方向曲线绝对值小；在倾斜相反方向曲线陡，梯度绝对值大。陡，梯度绝对值大。3 3、自然界中，导体都不是等位体、自然界中，导体都不是等位体(即即 0 0 0),0),对其充对其充电后，充电体上各点的电位并非都相等电后，充电体上各点的电位并非都相等。（1 1）当充电点位于不等位体边缘时，电位及电位梯度曲线）当充电点位于不等位体边缘时，电位及电位梯度曲线都不对称；都不对称；（2 2）当充电点位于不等位体中心时，电位及电位梯度曲线）当充电点位于不等位体中心时，电位及电位梯度曲线均成对称分布均成对称分布(很难与等位体区分开来很难与等位体区分开来)因此，在解释中，必须充分考虑到：充电导体自身的电阻率(是否满足理想导体的条件)充电体与围岩电阻率差异(是否满足 0围)；充电点的位置。(二)充电法的装备及工作方法1 1 1 1、装备、装备、装备、装备与电阻率法相同与电阻率法相同2 2 2 2、工作方法、工作方法、工作方法、工作方法（1 1）电位观测法电位观测法：N N 极置于极置于距充电体足够远的某一固距充电体足够远的某一固定基点上。定基点上。M M 极沿侧线逐极沿侧线逐点移动，观测各测点相对点移动，观测各测点相对于固定基点的电位差，即于固定基点的电位差，即为该点的电位值为该点的电位值V V。（2）电位梯度观测法：MN置于同一测线上，保持相对位置和间距不变，沿测线逐点移动，计算电位梯度v/x=vMN/MN将充电法的测量结果绘制成如下图件：1、电位剖面图2、电位剖面平面图3、电位平面等值线图4、电位梯度剖面图5、电位梯度剖面平面图6、电位梯度平面等值线图(三)充电法资料的解释根据等位线的根据等位线的形状及密集带形状及密集带，可判定充电体在地面，可判定充电体在地面上投影的上投影的形状和走向，并初步圈定其边界形状和走向，并初步圈定其边界；根据剖面电位曲线：根据剖面电位曲线：利用其极值点推断充电体的利用其极值点推断充电体的顶部位置顶部位置；利用其拐点推；利用其拐点推断充电体的断充电体的边界位置边界位置；利用其对称性推断充电体的；利用其对称性推断充电体的倾向倾向。根据电位梯度曲线根据电位梯度曲线利用曲线零值点推断充电体的利用曲线零值点推断充电体的顶部位置顶部位置；根据；根据正、负正、负极值点的位置确定极值点的位置确定充电体的充电体的边界位置边界位置；若梯度曲线；若梯度曲线不对称，则充电体向极值的绝对值小、且曲线缓的不对称，则充电体向极值的绝对值小、且曲线缓的一侧倾斜。一侧倾斜。(四)充电法的应用1 1、应用的条件、应用的条件uu探测对象应为探测对象应为良导体良导体uu探测对象至少有一点出露探测对象至少有一点出露uu探测对象不能埋藏太深，且有一定的规模。探测对象不能埋藏太深，且有一定的规模。2 2、应用、应用uu圈定矿体的范围及倾向；圈定矿体的范围及倾向；uu解决相邻两露头的矿体在深部是否相连的问题；解决相邻两露头的矿体在深部是否相连的问题；uu在已知矿体附近找盲矿体；在已知矿体附近找盲矿体；uu在追踪地下金属管线；在追踪地下金属管线；充电法应用实例：判断矿体是否相连相邻不相连导电矿脉上的电位梯度异常曲线两个相邻且相连导电矿脉上的电位梯度异常曲线充电法电位平面等值线图判断矿体倾向充电法判断相邻两露头矿体是否项链第二节 充电法和自然电场法一、自然电场法 自然条件下，无需向地下供电自然条件下，无需向地下供电，通过一定，通过一定的装置形式，地面两点间通常也能观测到的装置形式，地面两点间通常也能观测到一定大小的电位差，这表明地下存在一定大小的电位差，这表明地下存在“天天然电场流然电场流”简称简称“自然电场自然电场”。自然电场法自然电场法通过研究通过研究自然电场自然电场在地面在地面的分布规律来解决地质问题的一种电法勘的分布规律来解决地质问题的一种电法勘探方法。探方法。常见的自然电场有两类：呈局部性分布的稳定的电场呈局部性分布的稳定的电场(与地下某些与地下某些金属矿、非金属矿或地下水运动有关金属矿、非金属矿或地下水运动有关)。呈区域性分布的不稳定的电场呈区域性分布的不稳定的电场大地电磁大地电磁场场(与地壳表层构造有关与地壳表层构造有关)；(一)自然电场的成因1、电子导体与围岩溶液间的电化学作用 当电子导体与溶液接触时，金属上负电荷吸引溶液中的正离子，使之分布于界面附近，形成双电层。若导体和溶液都是均匀的，则双电层不产生外电场。当导体或溶液不均匀时，双电层不均匀分布，产生计划，并在导体内、外产生电场，引起自然电流(一)自然电场的成因1、电子导体与围岩溶液间的电化学作用 潜水面附近的良导体：潜水面上方的氧化环境潜水面附近的良导体：潜水面上方的氧化环境和潜水面下方的还原环境，使良导体处于极化和潜水面下方的还原环境，使良导体处于极化状态，表面双电层不均匀分布，形成自然电场状态，表面双电层不均匀分布，形成自然电场(一一)自然电场的成因自然电场的成因2 2、岩石中地下水运移的电动效应、岩石中地下水运移的电动效应(过滤电场过滤电场)由于岩石颗粒对水溶液中负离子有吸附作用，岩石由于岩石颗粒对水溶液中负离子有吸附作用，岩石颗粒与溶液间形成双电层。当地下水静止时，整个系颗粒与溶液间形成双电层。当地下水静止时，整个系统呈电性平衡，不产生外电场。地下水流动时，带走统呈电性平衡，不产生外电场。地下水流动时，带走溶液中的部分正离子，水流上游有多余溶液中的部分正离子，水流上游有多余“负离子负离子”，而在水流的下游有多余的而在水流的下游有多余的“正离子正离子”，形成极化，从，形成极化，从而形成自然电场而形成自然电场(一一)自然电场的成因自然电场的成因3 3、岩石中不同浓度溶液离子的扩散作用、岩石中不同浓度溶液离子的扩散作用 当两种当两种浓度不同浓度不同的溶液相互接触时，会产生扩散现象。的溶液相互接触时，会产生扩散现象。带电离子由浓度高的溶液向浓度低的溶液里扩散。但带电离子由浓度高的溶液向浓度低的溶液里扩散。但正、负离子的正、负离子的扩散速度不同扩散速度不同，使两种不同离子浓度的，使两种不同离子浓度的溶液分解面上分别含有过量的正离子或负离子，形成溶液分解面上分别含有过量的正离子或负离子，形成电位差。这种由扩散作用引起的自然电场称为扩散电电位差。这种由扩散作用引起的自然电场称为扩散电场。场。(二)自然电场法的装备及工作方法装备特点：装备特点：不需要电源和供电电极不需要电源和供电电极测量电极不用铜棒，而是测量电极不用铜棒，而是“不极化电极不极化电极”。避免电极。避免电极的极化作用以及两点电极的极化作用以及两点电极间自身产生的电位差间自身产生的电位差工作方法：工作方法：与充电法相同与充电法相同，“电位观电位观测法测法”和和“电位观测梯度电位观测梯度法法”电位法观测自然电场的工作布置图将观测结果绘制成电位剖面图、电位剖面平面图、电位剖面等值线图(三)自然电场法资料解释 其定性解释方法与中间梯度曲线的解释类型。其定性解释方法与中间梯度曲线的解释类型。自然电位曲线在矿体的顶部为自然电位曲线在矿体的顶部为负极小值负极小值。对于倾斜的。对于倾斜的板状体或脉状体或极化等轴状体，其自然电位曲线呈板状体或脉状体或极化等轴状体，其自然电位曲线呈不对称，在导体倾斜方向或极化轴倾斜方向上曲线陡，不对称，在导体倾斜方向或极化轴倾斜方向上曲线陡，且出现很小的正值。且出现很小的正值。(四)自然电场法的应用1 1、寻找金属硫化物矿床、寻找金属硫化物矿床(铜矿、黄铜矿、黄铁矿铁矿)、石墨和无烟煤；、石墨和无烟煤；2 2、在水文地质和工程地质方面的、在水文地质和工程地质方面的应用应用确定地下水与河水间的补给关系确定地下水与河水间的补给关系确定地下水的流向确定地下水的流向(过滤电场的过滤电场的方向与地下水流向有关方向与地下水流向有关)确定水库、堤坝的漏水点确定水库、堤坝的漏水点(位置位置)寻找含水破碎带或确定断层位置寻找含水破碎带或确定断层位置我国黄河某段附近自然电场法实测结果