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电法原理复习重点-终结版


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年电( 2011 年电(磁)法原理复习重点
一、名词解释: 名词解释:
1、视电阻率:在地下岩石电性分布不均匀或地表起伏不平的情况下,若仍按测定均匀水平 视电阻率: 大地电阻率的方法计算的结果称之为视电阻率,以符号

ρS 表 示 ,

ρS =

k

?U MN 。 I

2、 、 各向异性系数: 各向异性系数: 由不同电阻率薄层岩石交替形成的层状岩石, 其电阻率具有非各向同性, 并且总是沿层理方向的电阻率ρt 小于垂直于层理方向的电阻率ρn,则定义ρn/ρt 的平 方根为其各向异性系数。 3、偶极剖面的正交特性:对板状体情况而言,电阻率不同和产状呈正交,而异常形态、特 偶极剖面的正交特性: 点和分布规律 相同的现象被称为偶极剖面法异常的“正交特性” 。 4、电阻率的饱和效应:即使导电性差异再增大,电阻率异常也不会再有明显的增加,人们 电阻率的饱和效应: 将这种现象称为视电阻率异常的饱和效应。 等值性: 5、S 等值性:三层电测深 H、A 型曲线中,当 ρ 1 、 h1 和 ρ 3 相同时,在一定范围内按比例 改变 h 2 和 ρ 2 ,保持 S 2 值不变,导致不同的地电断面对应形状几乎相同的 ρ S 电测深曲线。 等值性: 6、T 等值性:三层电测深的 K、Q 型曲线中,当 ρ 1 、 h1 和 ρ 3 相同时,只要保持 T 2 值不变, 虽然层参数 h 2 和 ρ 2 不同,但对应的三层曲线几乎一样。 7、波阻抗:介质对电磁波传播的一种物理特性,据此特性可确定介质的电阻率和磁导率。 波阻抗: 波阻抗 8、平面电磁波:在每个固定的时刻波的相位波前是个水平面的电磁波,就是电场 E 和磁场 平面电磁波: H 在波的传播中位于同-个平面上,并且 E 和 H 都与传播方向相垂直。 9、穿透深度:在均匀介质中,平面波沿 Z 轴方向前进振幅衰减为地表(z=0)值的 1/e 穿透深度: 倍时的距离,称为趋肤深度,又称为穿透深度。 10、波数: 10、波数:亥姆霍兹齐次方程中的系数,即 k 位移电流。 11、远区、近区: 11、远区、近区: 频率测深法中当观测点到发射源的距离 r 远远大于电磁波在岩石中波长 λ1 的 1/2π倍时,|k1r|>>1,那里的地层波几乎全部衰减殆尽,只有水
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= ε?ω 2 + i ωσ?

,在导电介质中忽略

平极化平面波垂直入射,这个区域称为波区,又称远区;当|k1r|<<1 时, 地层波占主导,电磁波近似为球面波传播,该区域称为 S 区,又称近区。
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12、同线装置: 12、同线装置:电磁偶极剖面法工作装置中发、收线框在同一条测线上者称为同线装置。 13、旁线装置: 13、旁线装置:发、收线框分别在两条测线同号点上者称为旁线装置。 14、互换原理: 14、互换原理:收发线圈互换位置,相对状态不变,观测的异常数值相同。 绘图题和计算题 二、简述、绘图题和计算题 简述 绘图题 1、到目前为止,电法勘查利用了岩、矿石的哪些电学性质?其表征参数是什么?简要分析影 到目前为止,电法勘查利用了岩、矿石的哪些电学性质?其表征参数是什么? 响这些参数的主要因素有哪些? 响这些参数的主要因素有哪些? 答:导电性、电化学活动性、介电性、导磁性。 导电性参数为电阻率(ρ):岩、矿石的组成矿物及所含水的导电性、含量、结构、 构造及其相互作用、温度和压力。 电化学活动性参数为极化率(η):观测时的充放电时间、电子导电矿物的含量和岩、 η 矿石的结构、构造。 介电性参数为介电常数(ε):岩、矿石的组成矿物及其含水性。 ε 导磁性参数为介质的磁导率(μ) μ :岩石磁性矿物含量、颗粒大小、结构、温度、压力。 2、简述影响岩矿石电阻率的主要因素及岩矿石电阻值变化的一般规律。 简述影响岩矿石电阻率的主要因素及岩矿石电阻值变化的一般规律。 答: ①:岩、矿石电阻率与其成分和结构的关系 岩、矿石的电阻率决定于胶结物和矿物颗粒的电阻率、形状及其百分含量。 沿层理方向的电阻率ρ 小于垂直于层理方向的 电阻率ρ 。 t n ②:岩、矿石电阻率与所含水分的关系 岩石电阻率ρ随ρ水成正比关系变化,同时与湿度ω成反变关系 ③:岩、矿石电阻率与温度的关系 电子导电矿物或矿石的电阻率随温度增高而上升; 离子导电岩石的电阻率随温度增高而降低 。 ④:岩、矿石电阻率与压力的关系 在压力极限内,压力大使孔隙中的水挤出来,则ρ 变大; 压力超出岩石破坏极限,则岩石破裂使ρ降低。 3、何谓电阻率和视电阻率?试说明它们的异同点。 何谓电阻率和视电阻率?试说明它们的异同点。 答:电阻率:在地面水平、地下充满均匀各向同性的导电岩石时,按公式 计算的结果为均匀大地电阻率。 视电阻率:在地下岩石电性分布不均匀或地表起伏不平的情况下,仍按公式
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ρ=K

?U MN I

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ρ=K

?U MN 计算的结果称之为视电阻率。 I

相同点:具有相同的量纲,相同的公式。 不同点:影响因素不同。 (1)电阻率与岩、矿石的组成矿物及所含水的导电性、含量、结构、构造及 其相互作用、温度和压力有关。 (2)视电阻率与与地下不同导电性岩石(或矿体)的分布状况有关,还与所采用 的装置类型、装置大小、装置相对于电性不均匀体的位置以及地形有关。 4、写出常用的视电阻率的测试公式及其微分形式,说明式中各参数的含意。 写出常用的视电阻率的测试公式及其微分形式,说明式中各参数的含意。 试公式及其微分形式 答:测试公式: ρ S = k 微分形式:ρ S =

?U MN , k 为装置系数, ?U MN 为电位差, I 为供电电流强度。 I
, jMN 和 ρ MN 分别表示 MN 处的电流密度和电阻率,

jMN 1 ρ MN J0 cos a

a 为 MN 处地形坡角, 0 为地表水平、 J 地下为半无限均匀岩石条件下的电流密度。
5、掌握典型地电断面上中梯、联剖装置上 ρs和 ηs异常特点。 掌握典型地电断面上中梯、 典型地电断面上中梯 s s异常特点。 答: 6、何谓电测深曲线?掌握二、三层及多层断面电测深曲线类型及其性质。 何谓电测深曲线?掌握二、三层及多层断面电测深曲线类型及其性质。 答:电测深曲线是指每个测点的电测深观测结果,绘制成一条视电阻率 ρ s 随极距 AB/2 变化的曲线。 电测深曲线反映了测点下方垂直方向上电性层的变化情况。 ⑴二层断面电测深曲线类型、性质: 性质: 首段: ρ s = ρ 1 的水平直线为渐进性。 以 中段: 型曲线中段 ρ s 值单调下降, D G 型曲线中段 ρ s 值单调上升。 尾段: ρ s = ρ 2 的水平直线为渐进性。 2 → ∞ 以 ρ 的 G 型曲线尾段渐进线与横轴呈 45°夹角。

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⑵三层断面电测深曲线类型、性质: 性质:①三层电测深曲线的形状决定于相对电阻率及相对厚度; ②首段:以 ρ s = ρ 1 的水平直线为渐进性,尾段:以 ρ s = ρ 3 的水平直线为渐 进性, ρ 3 → ∞ 时,尾段渐进线与横轴呈 45°夹角。 ③三层电测深曲线的前半段与层参数为 ρ 1 、 h1 和 ρ 2 的二层曲线相近;后 半段与第一、二层的代替层和基岩所组成的二层曲线相近。 ④H、A 型三层曲线具有 S 等值性;K、Q 型三层曲线具有 T 等值性。 ⑶通常统称三层以上的水平地层断面为 n 层断面, 层曲线可以分段看成三层曲线 n 组成,由此描述 n 层曲线的性质。 7、简述电测深曲线的等值性? 简述电测深曲线的等值性? 答: 在实践中人们发现, 某些参数不同的地电断面对应的三层电测深曲线, 彼此相差甚小(在 实际观测误差 5%以内),以至区别不开,实际上可以认为是相同的。上述三层曲线的性 质称为中间层的等值性,即三层曲线的等值性。 8、根据电流密度在地下的分布规律,用视电阻率微分表达式,画图并定性分析直立低 根据电流密度在地下的分布规律,用视电阻率微分表达式, 曲线的变化规律。 阻体的联合剖面法 ρ s 和 ρ s 曲线的变化规律。
A B

答:视电阻率微分表达式: ρ S =

jMN ρ MN j0

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ρ ρ

A B A 和ρ 两条曲线相交, 交点位于 直立良导脉顶上方; 且在交点左侧ρ > s s s s B A B ,交点右侧 ρ < ρ 。交点称为联合剖面曲线的“正交点”。 s s

9、简述充电法的原理、应用条件、应用范围和观测方式。 简述充电法的原理、应用条件、应用范围和观测方式。 答: 充电法是以地下岩、矿石导电性差异为物质基础的另一种传导类人工电场法 应用条件: 1 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; 2 充电体相对围岩应是良导体; 3 充电体规模越大,埋藏越浅,应用充电法的效果越理想。 应用范围: 1 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;

2 确定已知相邻矿体之间的连接关系; 3 在已知矿附近找盲矿体; 4 利用单井测定地下水的流向和流速; 5 研究滑坡及追踪地下金属管、线等。 观测方式:电位法、电位梯度法和直接追索等位线法 10、何谓自然电场?与充电法比较自然电场法有何特点。 10、何谓自然电场?与充电法比较自然电场法有何特点。 答:在一定的地质—地球物理条件下,地中存在的天然稳定电流场称为自然电场。 自然电场法的观测方式和充电法的观测方式相似, 最常用的是电位观测法。 与充电法 不同,自然电场法不能用极化补偿器来消除极差的影响,因此,测量电 极需采用“不 极化电极”。该方法不需供电设备,装置轻便。 11、对比面极化和体极化总场的边界条件? 11、对比面极化和体极化总场的边界条件?举例说明用等效电阻率法计算 ηs的过程 。 s 答: 场类型 边 界 条 件 面极化总场 体极化总场

U (1) ? U (2) =

k ?U (1) ρ ?n

U (1) ? U (2) = 0

1 ?U (1) 1 ?U (2) = ρ 1 ?n ρ 2 ?n

1 ?U (1) 1 ?U (2) = ρ 1 * ?n ρ 2 * ?n

用等效电阻率法计算均匀半空间条件下,点源场及极化率:

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12、何谓纵向中梯和横向中梯?根据高阻和低阻脉状极化体上的横向中梯及纵向中梯的 s 12、何谓纵向中梯和横向中梯?根据高阻和低阻脉状极化体上的横向中梯及纵向中梯的ηs 异常特征,分别绘出在高阻和低阻脉状体上作环形测量的 s极形图,并与ρs极形图对比。 异常特征,分别绘出在高阻和低阻脉状体上作环形测量的ηs极形图,并与 s极形图对比。 ηs、 s极形图的作用是什么? s、ρs极形图的作用是什么? s、 答: 纵向中梯装置:供电电极(A、B)和测量电 极(M、 N)的布极方向皆垂直于极化体的走向。 横向中梯装置:AB 与 MN 平行于极化体走向布极,测线仍垂直于极化体走向。 ηs、ρs ηs ρs 极形图的作用是低阻体脉状 极形图的长轴可反应矿体走向,短轴可确定

极形图;高阻体脉状ηs和ρs极形图的长短轴方向一致,可由他们的短轴方向确定总矿脉 的走向。 13,在电阻率为100Ω.m的均匀介质中传播100Hz的平面电磁波,试计算电磁系数m 13,在电阻率为100Ω.m的均匀介质中传播100Hz的平面电磁波,试计算电磁系数m及趋肤深 100 的均匀介质中传播100Hz的平面电磁波 度δ。 答:由趋肤公式 δ =

1 ρ ≈ 503 (m) 得 b f

14、什么是电磁感应法?它利用的物性的主要参数是什么? 、什么是电磁感应法?它利用的物性的主要参数是什么? 答:电磁感应法是指利用岩(矿)石的导电性、导磁性和介电性的差异,应用电磁感应原理, 观测和研究人工或天然形成的电磁场的分布规律, 进而解决有关的各类地质问题的一种电 法勘查方法。 利用的物性的主要参数:电阻率(ρ)、介电常数(ε)、磁导率(μ) ε μ 。 15, 的分布特征。 15,简述正方形不接地回线中心剖面上的一次磁场 H1 的分布特征。 答:

方型回线一次场的分布 特点:地面各点的磁场方向均垂直地面。回线中部磁场比较均匀。在该电场作用
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下地中产生水平方向的涡旋电流。 16、什么是二次场的频率特性?什么是二次磁场的时间特性? 、什么是二次场的频率特性?什么是二次磁场的时间特性? 答:频率特性:电磁法中其它条件不变时,导体的二次场随—次场频率变化而变 化的关系。α = K ω?σ l 2 时间特性:

计算二次场时间特性有二种方法: a、直接法:直接在时间域求解麦克斯韦方程组或波动方程; b、频谱法:时间域 、频率域 、时间域 。 A、R 越小(导电性好) 越大,A 值越小,二次场衰减越慢; ,L B、 R 越大(导电性差) 越小,A 值越大,二次场衰减越快; ,L 17、怎样利用频率特性或时间特性来区分异常源导电性? 怎样利用频率特性或时间特性来区分异常源导电性? 答:以导电导磁球体的异常分析为例: (1) 频率特性: (2) 空间分布规律: H 2 z

2h02 ? x 2 = H1 Dr 2r 5
3 0

H 2 x = H1 Dr03

3h0 x 2r 5

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18、何谓电磁波的趋肤深度?它的基本公式是什么? 何谓电磁波的趋肤深度?它的基本公式是什么? 答: 在电阻率为ρ的均匀介质中,平面波沿 Z 轴方向前进 (z=0)值的 1/e 倍。习惯上将 距离δ= 基本公式: δ =

1 距离时,振幅衰减为地表 b

1 称为电磁波的趋肤深度。 b

1 ρ ≈ 503 (m) 。 b f

19,简述频率域电磁法和时间域电磁法的异同点。 简述频率域电磁法和时间域电磁法的异同点。 答: 电磁法的分类很多,但一般可分为两大类:a、频率域电磁法;b、时间域电磁法。 相同点:原理和本质是一样的,其结果可以互相转换。 不同点:主要体现在技术和地质效果上 (1)频率域电磁法是相对测量,时间域电磁法是绝对测量; (2)测量参数不同:频率域电磁法采用正余弦波,时间域电磁法采用脉冲波; (3)频率域电磁法测量的是总场,时间域电磁法地质效果好。 20、简述大地电磁测深法的工作原理及主要特点。 20、简述大地电磁测深法的工作原理及主要特点。 答:大地电磁测深法是通过改变电磁场频率进行测深的一类电法勘探,利用的是天然电 磁场。 从电磁理论可知, 当平面波垂直入射均匀各向同性大地时, 测量相互正交的地表电场 和磁场水平分量,可计算出大地的电阻率值,其计算公式为:

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1 EX ρ= ω? H y

1 EX , ρ= 5 f Hy



除视电阻率外,还计算电场与磁场的相位差。 特点: 1、仪器比较轻便(省去供电设备) ; 2、有丰富的频谱; 3、勘探深度大; 4、能穿透高阻层; 5、等值作用范围小;

6、场源为平面波,理论相对简单。 21、何谓交变电磁场的椭园极化?它产生的条件是什么? 21、何谓交变电磁场的椭园极化?它产生的条件是什么? 答: 由于一次场和二次场在观测点上的空间方向不同,幅值不同,相位不同,而它们 的频率相同,所以这两种场合成结果必然形成椭圆,即总磁场(或总电场)矢量端点 随时间变化的轨迹为椭圆,我们将这个总场称为椭圆极化场。 产生的条件:三个不同,一个相同。 即:空间方向不同,幅值不同,相位不同;频率相同。 22、试讨论对称四极装置直流电测深和大地电磁测深曲线的共同点和不同点。 22、试讨论对称四极装置直流电测深和大地电磁测深曲线的共同点和不同点。 答: 23、简述 CSAMT 方法的工作原理及主要应用领域。 、 方法的工作原理及主要应用领域 答:CSAMT 法是可控源音频大地电磁法的简称,当观测点离场源的距离大于 3-5 倍的趋肤深度时,观测点处的电磁场可近似看成是垂直入射的平面波。可以用 MT 的视电阻率公式来计算当介质的电阻率(ρ)固定时,电磁波的有效穿透深度H与频 率f成反比;高频时,探测深度浅;低频时,探测深度深。可以通过改变发射频率 来改变探测深度,达到频率测深的目的。 CSAMT 法可有效地用于数十米至 3000 米的矿产勘探和工程物探等探测。 CSAMT 法的工作效率高和电性特征明显,是当前重要的电法勘探手段之一。 24、简述瞬变电磁法的工作原理及主要应用领域。 、简述瞬变电磁法的工作原理及主要应用领域 答:瞬变电磁法是利用电磁感应原理寻找地下良导体的一种地球物理方法。 工作原理:瞬变电磁法的工作过程可以划分为发射、电磁感应和接收三部分。 (1)当发射回路中的稳定电流突然切断后, 根据电磁感应理论,发射回路中的电流突然 变化,必将在其周围产生磁场,该磁场称为一次磁场。

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(2)一次磁场在向周围传播过程中,如遇到地下的良导电的地质体,将向其内部激发产 生感应电流,又称涡流或二次电流。由于二次电流随时间变化,因而又在其周围产生新的磁 场,称为二次磁场。 (3)二次磁场通过接收回线的观测,并对所观测的数据进行分析与处理。以此来解释地下 的良导体的地质属性和及相关的物理参数。 主要应用领域:矿产勘探;构造探测;水文与工程地质调查;环境调查与监测;考古等。

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