1樓：中地數媒
根據電場性質、觀測裝置形式及觀測方式，電阻率法分為多種方法。常用方法的特點及其在煤礦地質勘查中的應用範圍見表5－1。
1.垂向電測深法原理
電測深法是在同一測點上逐次增大供電電極距ab，使勘探深度由小逐漸加深，於是可觀測到測點處沿深度方向上由淺至深的視電阻率變化規律。通過對反映地電斷面變化的電測深ρs曲線的分析，可以瞭解深度方向上地電斷面的特徵。
在電測深法中，最常採用的對稱四極裝置如圖5－1（a）所示，圖中，ab為供電電極、mn為測量電極，它們對稱於觀測點o佈置。工作時，供電電極距ab從最小電極距a1b1變化至最大電極距anbn，每改變一次電極距ab，相應觀測一次δumn和iab。根據每個極距的觀測結果，可繪製出以ab/2為橫座標，ρs為縱座標（採用雙對數座標系）的電測深ρs曲線（圖5－1（b））。
圖5－1 直流測深法工作原理圖
下面以兩個水平電性層的地電斷面為例（圖5－2），來說明電測深法的物理實質。首先設厚度為h1、電阻率為ρ1的第一電性層之下為電阻率為ρ2的基底岩層，且ρ2>ρ1，ρ2層相對於ρ1層的厚度視為無限大。
當用較小的供電電極距（a1b1/2h1）測量時，根據勘探體積概念，認為該裝置是處於均勻介質ρ1中，下部高阻基底岩層埋藏較深，此時電流不受高阻ρ2層的影響，jmn＝j0；ρmn＝ρ1。根據視電阻率微分形式表示式可得：
當增大供電電極距ab/2時，電流向下穿透深度開始增加，即勘探深度加深，ρ2高阻層開始影響電場的分佈。由於ρ2高阻對電流的排斥作用，使jmn增大，jmn>j0，則ρs>ρ1。隨著ab/2的繼續增大，ρ2介質的影響愈加明顯，ρs也愈來愈大（ρs曲線2段）。
當ab/2h1，相應的勘探體積內主要為第二層介質充滿，而第一層介質ρ1在整個勘探體積中僅佔很小比例，所以ρ2介質在影響場的分佈問題上起主導作用。可以證明，此時得到的視電阻率值趨於第二層真電阻率，即ρs→ρ2（ρs曲線3段）。
ρs值隨ab/2變化的關係曲線稱電測深曲線。ρs曲線的變化規律反映了垂直深度方向上斷面的電性變化，利用ρs曲線可確定各電性層的厚度和電阻率值。當地電斷面型別不同時，ρs曲線形狀也不相同。
2.電剖面法
電剖面法是用以研究地電斷面橫向電性變化的一類方法。一般採用固定的電極距並使整個電極裝置沿著測線平移，這樣便可觀測到在一定深度範圍內視電阻率沿著剖面的橫向變化。相對於電測深而言，電剖面法更適用於探測產狀陡立的高、低阻體，如劃分不同巖性的接觸帶、追索斷層及構造破碎帶等。
電剖面法的主要裝置形式有：對稱聯合剖面法、四極剖面法、偶極剖面法和中間梯度法等，水文物探中常用的方法及引數見表5－2 。
圖5－2 地下低阻和高阻異常體對電流的吸引和排斥作用
表5－2 常用電剖面法裝置形式及引數
由於對稱四極剖面裝置不需要無窮遠極、野外工作輕便、效率高，在水文及工程地質調查中多用於普查、探測基岩的起伏、構造破碎帶及高阻岩脈等，在合適的條件下還可以圈定岩溶的分佈範圍及追索古河道等。
3.高密度電阻率法
高密度電阻率法的基本思想是由日本和英國的地球物理工作者最早提出的，它最初主要用於解決各種工程地質和水文地質問題。經過十多年的發展，高密度電阻率法的資料採集系統和資料處理解釋系統日臻成熟，在實際應用中取得了令人滿意的地質效果。
高密度電阻率法是集測深和剖面法於一體的一種多裝置、多極距的組合方法，它具有一次布極即可進行多裝置資料採集以及通過求取比值引數而能突出異常資訊的特點，也可以認為是斷面測量。
（1）高密度電阻率法觀測系統
高密度電阻率法是為滿足淺部精細勘查的實際需要而研製的一種電法勘探系統。現場測量時只需將電極設定在一定間隔的測點上，測點密度遠較常規電阻率法大，一般1～10m。然後用多心電纜將其連線到程控式多路電極轉換開關上。
電極轉換開關是一種由微控制器控制的電極自動換接裝置，它可以根據需要自動進行電極裝置形式、極距及測點的轉換。測量訊號用電極轉換開關送入微機工程電測儀，並將測量結果依次存入隨機儲存器。將資料回放並送入微機便可用專門程式軟體對原始資料進行處理。
施工過程為：首先以固定點距x沿測線佈置一系列電極（電極數量與測量儀器系統有關），相鄰電極間距為x，取裝置電極距a＝n·x（n＝1，2，3…），將相距為a的一組電極（四根電極）經轉換開關接到儀器上，通過轉換開關改變裝置型別，一次完成該測點上各種裝置形式的ρs觀測（電極排列中點為記錄點），一個測點觀測完後，通過開關自動轉接下一組電極（即向前移動一個點距x），以同樣方法進行該點觀測，直到電極距為a的整條剖面觀測完為止。之後，再選取電極a＝2x，a＝3x，…，a＝（n＋1）x不同極距的裝置，重複以上觀測。
n稱為隔離係數，見圖5－3。
圖5－3 高密度電阻率法勘探系統的結構示意圖
顯然，由於一條剖面地表測點總數是固定的，因此，極距擴大時，反映不同勘探深度的測點數將依次減少。把測量結果置於測點下方深度為a的點位上，於是，整條剖面的測量結果便可以表示成一種倒三角形（或倒梯形）二維斷面的電性分佈。
（2）高密度電阻率法特點
相對於常規電測深和電剖面法，高密度電阻率法有以下特點：①由於電極佈設是一次完成的，這不僅減少了因電極設定而引起的故障和干擾，而且為野外資料的快速和自動測量奠定了基礎。②能有效的進行多種電極排列方式的掃描測量，因而可以獲得較豐富的關於地電斷面結構特徵的地質資訊。
③野外資料採集實現了自動化或半自動化，不僅資料採集速度快，而且避免了由於手工操作所出現的錯誤。④可以對資料進行預處理並顯示剖面曲線形態，處理後還可自動繪製和列印各種成果圖件。⑤與傳統的電阻率法相比，高密度電阻率法成本低、效率高，資訊豐富，解釋方便，勘探能力顯著提高。
⑥由於高密度電阻率法採用自動讀數，在工業流散電流乾擾較大的礦區工作時不易保證觀測質量，特別是大極距時更是如此。⑦高密度電阻率法主要用於勘探淺部的電性異常體，在水文物探中常用於淺部裂隙帶、採空區等的精細勘探。
4.充電法
充電法是在水文地質調查中常用的一種人工直流電法。該方法主要研究物件是相對圍巖為良導體或導電性較好的地質體，目標是查明充電體的空間分佈形態、產狀、延伸等地質問題。
（1）充電法的基本原理
充電法是在被勘探的礦體（或其他良導電體）的天然（或人工）露頭接上供電電極（a），另一供電電極（b）置於遠離充電體的地方，並進行充電（用直流電源，也可用交流電源）。供電時充電體為一等位體或似等位體，電流由充電體流入圍巖，形成穩定電流場，該電場的分佈特徵與充電體的形態、大小和產狀等因素有關。在地面、鑽井或坑道中對其電場的空間分佈進行觀測和研究，以瞭解礦體或其他良導體的賦存情況，獲得所需要的地質資料。
充電法適用於普查良導電地質體，主要用於金屬礦床的勘探階段和水文地質調查工作中。由於充水岩溶與其周圍灰巖相比可近似為導體，所以充電法也常用於對有已知露口岩溶、廢棄充水巷道等的分佈走向進行探測。
當對具有天然或人工露頭的良導地質體進行充電時，實際上整個地質體就相當於一個大電極，若良導體地質體的電阻率遠小於圍巖電阻率時，我們便可以近似地把它看成是理想導體。理想導體充電後，在導體內部並不產生電壓降，導體的表面實際上就是一個等位面，電流垂直於導體表面流出後便形成了圍巖中的充電電場。顯然，當不考慮地面對電場分佈的影響時，則離導體越近，等位面的形狀與導體表面的形狀越相似；在距導體較遠的地方，等位面的形狀便逐漸趨於球形。
可見，理想充電電場的空間分佈將主要取決於導體的形狀、大小、產狀及埋深，與充電點的位置是無關的（圖5－4）。
圖5－4 充電法原理圖
當地質體不能被視為理想導體（即不等位體）時，充電電場的空間分佈將隨充電點位置的不同而有較大的變化。所以，充電法也是利用地質物件與圍巖間導電性的差異為基礎（並且要求這種差異必須足夠大），通過研究充電電場的空間分佈來解決有關地質問題的一類電探方法。
（2）充電法的應用條件
充電法在滿足以下物性條件下，可獲得最佳探測效果，即目標體具有良好的導電性，最好其電阻率比圍巖小100倍以上；目標體埋藏較淺，沿走向有適當的長度（為礦體頂部埋深的三倍以上）；目標體和圍巖電阻率較穩定，無複雜變化；地形起伏和表土不均勻影響較小，工業用電干擾小；接地條件較好，極化穩定。
（3）充電法在水文地質中的應用
利用充電法測定地下水流速和流向，只需一個鑽孔或水井，可減少一般水文地質方法所需要的觀測孔或水井。
此外，利用充電法還可探測岩溶的分佈範圍、老窯採空區的位置和範圍，以及確定低阻煤層的延伸情況等。
5.激發極化法
激發極化法（簡稱激電法）是通過研究地下電化學作用引起的隨時間緩慢變化的附加電場（被稱為激發極化電場），以不同巖、礦石激發極化效應之間的差異為物質基礎，通過觀測和研究大地激電效應，以探明地下地質情況的一種電法勘探方法。
岩石的激發極化效應與岩石電子導電礦物含量、粘土含量、含水性、孔隙水的礦化度等因素有關。大量實驗和應用例項表明，對飽含水的岩石，激發極化放電二次場的衰減速度與岩石顆粒度、溼度及溶液礦化度等因素有關。在沒有電子導體干擾的情況下，一般在含水層上的二次場相對非含水層要強，衰減速度也慢，且顆粒度越大、富水性越強，二次場衰減速度則越慢。
激電法的優點是儀器簡單，通常觀測斷電幾百毫秒後的二次場，電磁耦合小，工作方法、理論解釋簡單。特別是激電測深法對水的反映直觀，受地形影響小。理論表明，假若地質體的激發極化特徵是均勻的、各向同性的，那麼ηs測深曲線將為一條直線，與巖性、電阻率、地形無關。
因此，在河南、山西等省的丘陵地區找水工作中得到廣泛應用。
時間域激電法的缺點是對大地噪聲、工業遊散電流、極化不穩等抗干擾能力差。由於二次場值較小，要提高訊雜比，要求大電流供電，由此引起裝備笨重、效率低、成本高。為了克服此缺點，發展了頻率域激電法。
特別是中南工業大學的發展了雙頻道激電法，提出了偽隨機訊號覆電阻率法，隨後又發展了偽隨機三頻電磁法。對這些方法既進行了理論研究，研製了相應儀器，在金屬勘查方面進行了成功的應用和推廣，在找水工作中也有應用。
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