第二章充電法和自然電場(chǎng)法

§2-1充電法以人工供電（或稱充電）體相對(duì)周?chē)橘|(zhì)呈理想良導(dǎo)體為物質(zhì)基礎(chǔ)，通過(guò)觀測(cè)和研究向目標(biāo)體供電后的人工電流場(chǎng)在充電體周?chē)姆植家?guī)律，達(dá)到查明充電目標(biāo)體的空間分布和某些地質(zhì)現(xiàn)象為目的的一種電法勘探方法。圖2.2.1充電法原理示意圖充電法的基本原理1.理想導(dǎo)體：所謂是指導(dǎo)體本身的電阻率為零。若圍巖為均勻電性介質(zhì)，其空間等位面分布與充電導(dǎo)體形狀相似；其相似程度與相距充電體的距離成反比。為了觀測(cè)充電電場(chǎng)的空間分布，充電法野外工作一般采用兩種測(cè)量方法：電位法電位梯度法。電位法：是把一個(gè)測(cè)量電極（N）置于無(wú)窮遠(yuǎn)處，并把該點(diǎn)作為電位的相對(duì)零點(diǎn)。另一個(gè)測(cè)量電極（M）沿測(cè)線逐點(diǎn)移動(dòng)，觀測(cè)各點(diǎn)相對(duì)于“無(wú)窮遠(yuǎn)”電極間的電位差。電位梯度法：是使測(cè)量電極MN的大小保持一定（通常為1-2個(gè)測(cè)點(diǎn)距），沿測(cè)線移動(dòng)，逐點(diǎn)觀測(cè)電極間的電位差UMN

，同時(shí)記錄供電電流，其結(jié)果用

UMN/(MN·I)來(lái)表示電位曲線成軸對(duì)稱正異常分布，橢球體的中心投影點(diǎn)處為極大值，兩側(cè)對(duì)稱減小趨于零。水平橢球體的異常范圍比直立橢球體的異常范圍大。對(duì)傾斜分布的充電橢球體，其電位異常呈現(xiàn)非對(duì)稱分布，傾斜一側(cè)異常曲線變緩，電位梯度曲線在傾斜一側(cè)異常極值幅度變小。剖面異常的電位異常曲線的拐點(diǎn)和電位梯度曲線的極值點(diǎn)基本上反映了地下充電體的地面水平投影邊界。圖2.2.2充電橢球體上的電位及電位梯度曲線充電法的應(yīng)用應(yīng)用條件①研究物體有充電揭露或出露點(diǎn)，以便設(shè)置充電點(diǎn)；②充電體視為良導(dǎo)體；③淺埋、規(guī)模大，則效果好，一般勘探深度為充電體延伸長(zhǎng)度的一半；④地形起伏小，圍巖較均一，各向同性。觀測(cè)類(lèi)型及參數(shù)：，分別為電位測(cè)量法和梯度測(cè)量方法。（1）測(cè)定地下水的流速、流向2.1.2充電法的實(shí)際應(yīng)用圖2.2.3充電法測(cè)定地下水的流速、流向（2）追索巖溶區(qū)的地下暗河圖2.2.4充電法追索地下暗河Ⅰ—電位曲線；Ⅱ—電位梯度曲線；Ⅲ—地表；Ⅳ—潛水面；Ⅴ—暗河（2）追索巖溶區(qū)的地下暗河圖2.2.5某鐵路工區(qū)用充電法探測(cè)地下暗河1—電位梯度曲線；2—溶洞；3—推斷地下暗河；4—鐵管2.2自然電場(chǎng)法我們能夠觀測(cè)和利用的天然電場(chǎng)有兩類(lèi)：1.在地球表面呈區(qū)域性分布的大地電流場(chǎng)和大地電磁場(chǎng)，這是一種低頻電磁場(chǎng)，其分布特征和較深范圍內(nèi)的地層結(jié)構(gòu)及基底起伏有關(guān)。2.分布范圍僅限于局部地區(qū)的自然電場(chǎng)，這是一種直流電場(chǎng)，它往往和地下水的運(yùn)動(dòng)和巖、礦石的電化學(xué)活動(dòng)性有關(guān)。自然電場(chǎng)法：通過(guò)觀測(cè)和研究這種自然電場(chǎng)的分布，以進(jìn)行地質(zhì)填圖、找礦或解決水文、工程及環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題的電法勘探方法?；陔娮訉?dǎo)體被地下潛水面截過(guò)，潛水面上部為大氣降雨的滲透帶，因靠近地表而含氧量較高，其氧化性強(qiáng)，呈氧化性。潛水面之下含氧量低，相對(duì)應(yīng)那里的水溶液呈還原性。1.電子導(dǎo)體自然電場(chǎng)的成因——氧化還原效應(yīng)

圖2.2.6電子導(dǎo)體周?chē)淖匀浑妶?chǎng)2.離子導(dǎo)體自然電場(chǎng)的成因（1）過(guò)濾電場(chǎng)一般情況下，含水巖層中的固體顆粒大多數(shù)具有吸附負(fù)離子的作用，這就使得運(yùn)動(dòng)的地下水中集中了較多的正離子，于是，在水流上游呈現(xiàn)負(fù)電位，而下游正離子相對(duì)集中呈正電位上述極化過(guò)程，如同水流過(guò)巖石，巖石顆粒濾掉陽(yáng)離子，剩下陰離子——稱為過(guò)濾電場(chǎng)。

圖2.2.7裂隙滲漏電場(chǎng)及上升泉電場(chǎng)（a）裂隙滲漏電場(chǎng)；（b）上升泉電場(chǎng)（2）擴(kuò)散電場(chǎng)當(dāng)兩種巖層中溶液的濃度不同時(shí)，其中的溶質(zhì)便會(huì)由濃度大的溶液移向濃度小的溶液，以期達(dá)到濃度的平衡。。圖2.2.9用自然電場(chǎng)法確定地下水與地表水的補(bǔ)給關(guān)系（a）地下水補(bǔ)給地表水（b）地表水補(bǔ)給地下水2.2.2自然電場(chǎng)法的應(yīng)用1.查明地下水與地表水的補(bǔ)給關(guān)系。2.水庫(kù)滲漏檢測(cè)。圖2.2.10自然電位輻射測(cè)網(wǎng)及環(huán)形圖a）輻射測(cè)網(wǎng)；（b）環(huán)形圖3.確定地下水的流向圖2.2.11我國(guó)某區(qū)域潛水流向圖1—鐵路；2—自電環(huán)形圖；3—等水位線第三章激發(fā)極化法激發(fā)極化效應(yīng)（簡(jiǎn)稱激電效應(yīng)）：當(dāng)向大地供入電流或切斷電流的瞬間，在測(cè)量電極之間總能觀測(cè)到隨時(shí)間變化的電位差，這種在充、放電的過(guò)程中，產(chǎn)生隨時(shí)間緩慢變化的附加電場(chǎng)的現(xiàn)象激發(fā)極化法（或稱激電法）：就是以巖、礦石激發(fā)效應(yīng)的差異為基礎(chǔ)，通過(guò)觀測(cè)和研究大地激電效應(yīng)來(lái)探查地下地質(zhì)情況或解決某些水文地質(zhì)問(wèn)題的一類(lèi)電法勘探方法。采用直流電或交流電都可以研究地下介質(zhì)的激電效應(yīng)，前者稱為時(shí)間域激發(fā)極化法，后者稱為頻率域激發(fā)極化法。3.1激發(fā)極化效應(yīng)及其成因1．電子導(dǎo)體激電場(chǎng)的成因在電場(chǎng)作用下，當(dāng)電流通過(guò)電子導(dǎo)體與圍巖溶液的界面時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部的電荷將重新分布，自由電子逆電場(chǎng)方向移向電流流入端，使其等效于電解電池的“陰極”；在電流流出端則呈現(xiàn)出相對(duì)增多的正電荷，使其等效于電解電池的“陽(yáng)極”。圖2.3.1電子導(dǎo)體的激發(fā)極化效應(yīng)（a）供電前的均勻雙電層；（b）供電時(shí)的極化現(xiàn)象；（c）斷電后的放電現(xiàn)象圖2.3.3巖、礦石的充、放電曲線圖2.3.4黃鐵礦標(biāo)本的激電頻率特性曲線1．激發(fā)極化場(chǎng)的時(shí)間特性2．激發(fā)極化場(chǎng)的頻率特性3.2激發(fā)極化特征及測(cè)量參數(shù)3.激發(fā)極化法的測(cè)量參數(shù)（1）視極化率（2）視頻散率（3）衰減度（4）激發(fā)比激發(fā)極化法的儀器設(shè)備激發(fā)極化法的主要電性參數(shù)為：ηs和Ps，因此，時(shí)間域激發(fā)極化儀，要求儀器既要測(cè)△U（T）值，又要測(cè)斷電t后的△U2（T，t）值。并且T，t可調(diào)，特別是t可讀取一個(gè)系列或連續(xù)△U2（T）值。頻率域激發(fā)極化儀供電與接收可同步工作