良导裂缝介质对点电源场响应的实验研究

论文摘要

电法勘探是最重要的地球物理探测方法技术之一,在工程地质、环境地质、水文地质以及部分矿产的调查或勘探中有广泛的应用。电法勘探的理论基础是不同岩石矿物的电阻率不同,不同地电结构的场响应不同,因此我们可以由观测的场响应反演出介质的地电结构,即地下岩石矿物的电阻率及分布。电法勘探的场响应具有体效应特点,因此电法研究长期以来使用的是“块”结构模型,较少考虑良导裂缝的影响。裂缝是岩石中普遍存在的构造,充水后会形成电流的良导通道。良导裂缝系统对电流场分布的影响以及地面响应如何,较少理论分析和实验研究。本文以金属铝片模拟裂缝,通过水槽和现场实验初步实测研究了裂缝对点电流源场的响应。实验条件和结果如下: （1）室内水槽实验。水槽尺度为98cm×56.3cm×56.5cm;供电采用JD-73、APS-1501直流稳压电源,观测采用FLUKE 45型高精度多用表,供电与接收电极均采用普通铜棒。源极和测量电极按二极法配置。供电与测量只在水槽表面进行,测量范围为以供电极为中心的50cm×50cm范围内,测点的点线距为1cm与2cm。实验首先测量均匀水槽的场分布,水的视电阻率为35.15Ωm。然后垂直电流线在水槽中直立放入30cm×20cm×0.02cm与10cm×10cm×0.02cm的铝片模拟裂缝,再进行观测。铝片的视电阻率约为2.67×10-5Ωm,铝片与水面持平或距离为1cm等,与供电正极的距离为1cm、8.5cm等。对比有无模拟裂缝时的场分布,发现置入模拟裂缝时场分布会发生显著变化,当源电压为15V时,最大变化幅度可达58mV。 （2） 野外现场实验。野外平地上,供电采用干电池、APS-1501直流稳压电源,观测采用FLUKE45型高精度多用表和WDDS-1数字电阻率仪,供电与接收电极均采用普通铜棒。源极与测量电极按二极法配置。供电与测量只在地面进行,测量范围为以供电极为中心的2m×2m范围内,测点的点线距为10cm。实验首先测量均匀粘土的场分布,粘土的视电阻率为16.78Ωm。然后垂直电流线在粘土中直立放入30cm×20cm×0.02cm的铝片模拟裂缝,再进行观测。铝片的视电阻率约为2.67×10-5Ωm,铝片与地面平,中点距供电正极约38cm。对比有无模拟裂缝时的场分布,发现置入模拟裂缝时场分布会发生显著变化,当源电压为24.5V时,最大变化幅度可达151.22mV。 实验结果表明,置入模拟裂缝后场分布会发生显著变化,即模拟裂缝在实验观测条件下具有可观测的响应。 在水槽实验和现场实验中都进行了重复观测,观测结果具有重现性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 引言
• 第一章 地质介质对点电源场的响应
• 1.1 岩石的电阻率
• 1.2 地质介质对点电源场的响应
• 第二章 水槽实验
• 2.1 实验仪器与条件
• 2.2 实验与结果
• 2.3 第二章小结
• 第三章 野外现场实验
• 3.1 实验仪器与条件
• 3.2 实验与结果
• 3.3 第三章小结
• 结论与建议
• 致谢
• 参考文献