[科普中国]-电阻率法

利用地壳中不同岩石间导电性(以电阻率表示)的差异，通过观测与研究在地下人工建立的稳定电流场的分布规律，来寻找煤和其它有益矿产和地下水，以及解决有关地质问题的一种电法勘探方法。电阻率法是电法勘探中研究应用最早、使用最广泛的方法。早在20世纪20年代，法国C.施伦贝格和M.施伦贝格(C.& M.Schlum-berger)兄弟首先研究和试验了这一方法。后来，随着仪器的不断更新，方法理论和技术的不断完善，逐渐衍生出多种分支方法在世界很多国家的众多领域内得到广泛应用。1

岩石电阻率电流垂直通过单位截面积、单位长度岩石时所受阻力的大小，表示岩石导电能力的参数，以ρ表示，单位为Ωm。影响岩石电阻率的因素很多，其内部因素包括岩石的矿物组分、颗粒形状、结构、胶结物以及岩石的孔隙度、裂隙度及含水情况等;外部因素包括岩石的温度和所承受压力以及观测时的供电频率等，当外部条件差异不大时，内部因素起主要作用。

岩石可分为电子导体和离子导体两类。①电子导体类的岩石。其电阻率主要决定于岩石的矿物组分、颗粒形状、排列形式及裂隙发育程度。岩石中良导电矿物含量越多，岩石电阻率越接近良导电矿物的电阻率。特别是良导电矿物在岩石中互相连通时，即使含量不多，岩石电阻率也接近良导电矿物的电阻率。相反，良导电矿物含量虽然较多，但被不良导电矿物包围隔绝，则岩石的电阻率将主要决定于不良导电矿物的电阻率。某些地区的烟煤中含有大量黄铁矿结核，虽然黄铁矿电阻率很低，但是由于它们呈孤立的包裹体形式赋存，并未使烟煤的电阻率显著降低。火成岩及其变质岩都是电子导体类岩石。电子导体类岩石中的裂隙常常被地下水、泥质充填物等良导电物质充填，使岩石电阻率降低。②离子导体类岩石。主要由岩石中所含水溶液内的带电荷离子传导电流，大部分沉积岩都属于此类，其电阻率主要决定于岩石的孔隙度、裂隙度及孔隙、裂隙中含水的多少和水的含盐度(即矿化度)，而与组成岩石的矿物种类关系不大。孔隙、裂隙度越大，喀斯特越发育，含水量越多，水的矿化度越高，则岩石的电阻率越低;反之则电阻率越高。这是用电阻率法区分不同沉积岩，寻找沉积矿产和地下水，研究喀斯特发育情况和寻找固结岩层中裂隙带或断裂带的物质基础。

岩石的电阻率还随地温的增高和所承受压力的增大而降低。目前，这两种因素在实际工作中较少考虑。由于岩石成分和结构的不均一性，特别是砂岩、泥岩、板岩、片岩以及煤等成层状的岩石和沉积矿产，在沿岩层走向、倾向和垂向测得的电阻率值一般都不相同，这种性质称为岩石电阻率的各向异性 (或称非各向同性)。这种特性在实际工作中对电法资料的地质解释影响较大。

岩石电阻率一般以火成岩最高，沉积岩相对较低(石灰岩、白云岩较高)，变质岩的电阻率介于两者之间，并与变质前原来岩石的电阻率大小有密切关系。煤及煤系常见岩石的电阻率值大体如下页表所示。

电阻率法观测到的实际不是单个岩层的真电阻率，而是在地下一定空间范围内多种具不同导电性的岩层电阻率的综合值称为视电阻率ρs，其单位为Ωm。

工作原理电阻率法工作原理如图1所示，在地面打入两个或两组铁质的供电电极A、B，用干电池或蓄电池作供电电源向地下供电，在地下建立稳定电流场，用仪器观测出供电电流强度I，再将两个或两组铜质测量电极M、N打入地面，并观测M、N两电极之间的电位差ΔV，并按公式计算出M、N极间中点处的视电阻率值ρs(单位：Ωm)。然后，所有仪器设备沿测线同时向前移动，逐点测量、计算ρs值，便可获得沿测线或测区的ρs值变化规律。式中，K是按供电电极A、B与测量电极M、N的间距计算出的一定排列情况下的装置系数，不同的排列方式有不同的K值。采用带微处理机的数字电法仪，可将计算公式预置在仪器内，仪器直接显示最终的ρs值。把每次观测得到的ρs值绘成曲线图，便是野外观测的原始曲线。对原始曲线进行室内整理，并用微型计算机进行正、反演处理解释，绘制成各种解释图件，再结合工作区及邻区已有的各种地质、物探资料，进行综合分析研究，即得出最终的地质解释成果。

方法分类电阻率法按电极排列方式和工作方法可分为电阻率测深法(简称电测深法)和电阻率剖面法(简称电剖面法)。常用电极排列方式如图2所示。

(1)电测深法是固定测量电极距，由小到大改变供电电极距，用以研究测点下和测区下不同导电性地质体从浅到深的垂向分布情况。电测深法按电极排列方式不同，又分为对称四极测深、偶极测深、三极测深、环形测深、五极纵轴测深等方法。电测深法一般用于岩层倾角比较平缓的地区，了解从浅到深的岩层和构造情况，并对有电阻率差异的层位进行深度和厚度解释。其最大勘探深度可达数公里。

(2) 电剖面法是使供电电极和测量电极的电极距都固定不变，整个装置沿测线朝一个方向移动，在不同测点上进行观测。它是在大体同一勘探深度情况下，了解沿测线的岩层、构造情况，解决有关地质问题。按照电极排列方式不同，电剖面法又可分为： 对称四极剖面、复合剖面、联合剖面、偶极剖面、中间梯度剖面等方法。电剖面法主要用于岩层倾角较大的地区，岩层倾角越大，使用越有利。岩层倾角很小时，不宜使用电剖面法。2

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李兵 - 副教授 - 西南大学