图2-7 测量抽水下降漏斗影响半径的方法 s1水平面（地面）；s2-垂直面；R-影响半径；1-抽水前自 然电位曲线；2-抽水过程自然电位曲线；3-自然电位“8”字形 异常图；4-区域地下水流向；5-抽水下降漏斗
2.1.3.3确定漏水地点、水力联系 及地下水活动情况
图2-8 地下水补给地表水
图2-9 地表水补给地下水
• 一、过滤电场 • 地下水在岩石的孔隙或裂隙中 流动或渗透时，由于岩石颗粒 表面对地下水中的正负离子具 有选择性吸附作用，且大多数 具有吸附负离子的特性。因此， 在地下水的上游方向集中了较 多的负离子，形成低电位。而 在下游方向集中了较多的正离 子，形成高电位，由此形成的 电场称为过滤电场。山地电场 是过滤电场的一种表现形式。 • 过滤电场的场强与渗透压力 的大小以及岩石、溶液的性质 有关。利用下式可对过滤电场 电位差作出近似估算： • ΔU=0.77·ρ水·ΔP
• •
图2-1 氧化还原电场
• 2.1.1.2过滤电场 • 地下水在岩石的孔隙或裂隙中流动或渗透时，由于岩石 颗粒表面对地下水中的正负离子具有选择性吸附作用，且 大多数具有吸附负离子的特性。因此，在地下水的上游方 向集中了较多的负离子，形成低电位。而在下游方向集中 了较多的正离子，形成高电位，由此形成的电场称为过滤 电场。山地电场是过滤电场的一种表现形式。 • 利用下式可对过滤电场电位差作出近似估算： • ΔU=0.77·ρ水·ΔP
• 充电法图示
• 充电法的应用条件 是:
• (1)探测对象的电阻 率ρ1 应远小于围岩 的电阻率ρ2，围岩 的岩性要比较单一， 地表介质电性较均 匀、稳定，地形起 伏不大； • (2)埋于地下的充电 体必须有露头。
图2-15 理想导电球体充电场的电位、电位梯度平面剖面图 (a) 电位平面剖面图；(b)电位梯度平面剖面图
2.1.3.5 石墨化、黄铁矿化 地层填图 图2-13为我国某铅锌矿区 应用自然电场法进行石墨 化地层填图的例子。在该 区震旦系砂岩与石墨化板 岩互层的地层上，得到强 度高达-900mv的自然电位 异常。异常走向近南北方 向，与地层走向一致；异 常带内的高负值中心是由 该处石墨化程度较高所引 起；平面图上等值线密集。 利用这些特征，可将其与 矿异常区分开来。
2.2.3 充电法的应用
• • • • 1、测定地下水的流速、流向 2、追索地下暗河 3、了解良导金属矿矿体分布范围和产状 4、了解良导金属矿矿体在地下连接关系
2.2.3.1 测定地下水的流速、流向
2.2.3.2 追索地下暗河
图2-21 充电法探查岩溶暗河成果图 1-充电法电位梯度异常曲线；2-溶洞；3-推断地下暗河；4-铁水管
图2-10 （a）山东某地河床，地下水补给河水（b）安徽某地河床，河水补给地下水
图 2-11 河南荥阳地区潜水流向图 1-铁道；2-村庄；3-电位差极形图；4-等水位线
2.1.3.4寻找金属矿床
图 2-12 青海某地铜钴矿床自然电位综合剖面图 1-超基性岩；2-浮土；3-矿体；4-氧化体；5-平巷 该铜矿发现12个自然电位异常。通过钻探验证， 其中8个是矿异常。
2.1.3.1 测定浅层地下 水的流向 “8”字形长轴 所指示的方向 为地下水流的 轴向。
水流方向上为 高电位，背水 流方向为低电 位。
图2-6 自然电场“8”字形观测法 1-电位计；2-地下水流方向
2.1.3.2 测定抽水 试验中下 降漏斗的 影响半径
下降漏斗 范围内“8” 字形的长轴 方向均指向 钻孔；在影 响半径以外， “8”字形长 轴方向仍和 抽水前地下 水区域流向 一致。
图2-16 椭球体充电电场的等值线 1-充电椭球体截面；2-电位等值线；3-观测剖面
图2-17 在不同观 测剖面上椭球体 1-充电椭球体截 面；2-电位等值 线；3-观测剖面 的电位（U）和 电位梯度（Δ U /Δ x ）剖面曲线
图 2-18 不等位导体上的充电法模型实验结果 板状模型尺寸：30×10×2cm ,水平放置，与围岩（水）的电阻率比值约 为1：15，模型中心深h=3cm；A-充电点位置； 电位曲线单位：mV/mA；电位梯度曲线单位：mv/(mA.cm)
1-震旦系砂岩与石墨化板岩互层； 2-自然电场等电位线
2.2 充电法
• 充电法原理：在稳定电流场中良导体接近 于等位体，在导体周围附近区域，电流场 等位面的形状接近于导体的形状。因此利 用天然的或人工揭露的良导体露头、地下 水出露点，直接接上供电电极A（一般接正 极），而将另一供电电极C置于“无穷远” 处。这样，整个导体就近似于一个等位体。 用两个测量电极MN观测充电电场在地面的 分布规律，可以推测良导体的规模和延伸 情况等，这就是充电法。
2.2.2 充电法的野外工作方法
• • • • （1）电位法 （2）电位梯度法 （3）追索等位线法 充电点的布置： 将电 源正极与导体露头紧密 接触（采用刷状或丝状 铜电极）。 • 负极的布置：应垂直导 体走向布置，长度应为 测区对角线长度的2～ 10倍，原则是使负极在 测点产生的电位差相对 正极而言可忽略不计。 • 右图是电位梯度法的工 作布置图
2.自然电场法、充电法
• 2.1自然电场法 • 2.2 充电法
2.1 自然电场法
• 地下存在着天然电磁场，在地面上任意 两点都能观测到天然电场所形成的电位差。 天然电场既有交变电场，也有稳定电场。 • 天然交变电场与太阳风、电离层的扰动 以及雷雨放电有关，称为大地电磁场。 • 天然稳定电场与电子导电矿体的电化 学作用，地下水中电离子的扩散或过滤作 用有关，一般称为自然电场。
1、何谓自然电场？自然电场有哪几种成因？ 2、自然电场法有哪几种野外观测方法？ 3、自然电场法可以解决哪些地质问题？ 4、试绘出下列三种地电断面上的自然电场电位剖面曲线： （1）金属硫化物矿体； （2）水库漏水点； （3）河水补给地下水。 5、何谓充电法？应用充电法可以解决哪些地质问题？应用充电法 需要什么条件？ 6、何谓理想导体？理想导体的充电电场有什么特点？非理想导体 的充电电场与理想导体的充电电场有什么差异？ 7、充电法有哪几种野外观测方法？ 8、如何用充电法判断地下水的流速、流向？ 9、如何用充电法判断良导矿体的分布范围及其产状？ 10、如何用充电法判断两个邻近钻孔揭露的良导矿体是否相连？
2.1.2 自然电场法的野外工作方法
• 自然电场法所用仪器设备与电阻率法基本相同。不同之处是不需要 电源和供电电极，且测量电极不用铜棒，而需要用不极化电极。观 测方法分电位法和梯度法二种，但是电位观测法用得更普遍，仅在 工业游散电流干扰严重时，才采用梯度观测。
2.1.3 自然电场法的应用
• • • • • 1、测定浅层地下水的流向及水力联系 2、测定抽水试验中下降漏斗的影响半径 3、确定漏水地点及水力联系 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ、寻找金属矿床 5、石墨化、黄铁矿化地层地质填图
测量电极的布置
• (1)、电位法：将电极N固定于测区边缘，作为零电位。M 极沿测线上的测点逐点移动，观测M相对于N的电位差， 即为M点的电位。为消除电流变化的影响，观测结果以 ΔUmn/I(毫伏/毫安)表示。 • (2)、电位梯度法：M N距离保持不变（等于点距），沿测 线同时移动，观测M N之间的电位差，观测结果以ΔUmn /I.MN（毫伏/毫安.米）表示。 • (3)、追索等位线法：M N之间的导线长10～20米，固定N 极移动M极，使ΔUmn=0，然后将N极移到M极的位置，M 极再往前继续寻找，直至完成一条封闭的等位线。距离充 电点由近及远,逐条进行等位线的追索。此法工作效率低， 只在追索地下水流速流向时应用。
2.1.1 自然电场的成因
2.1.1.1氧化还原作用形成的自然电场
• 如图所示。金属（电子导体）导体上 部位于氧化带中，下部在还原环境中， 金属导体上部发生氧化作用，导体失 去电子而带正电，围岩则获得电子而 带负电。在金属导体下部，由于所处 的还原环境使得导体的电化学反应同 上部相反，即导体得到电子而带负电， 围岩失去电子而带正电。在导体与围 岩之间，其上部与下部就形成了符号 相反的电位跳跃。这样，在导体上下 部形成电位差，产生电流。 地表围岩中电流方向从四周流向导体， 在导体上方的地面进行电位测量，将 获得负电位异常。 与金属矿床有关的氧化还原电场， 通常在地面上能引起几十至几百毫伏 的电位异常。石墨化岩层、黄铁矿化 岩层也会产生相当强的自电异常，必 须结合地质及其它物探方法才能加以 区别。
图2-2 吸附作用形成过滤电场
图2-3 山地电场
1-固定电极；2-流动电极3-电位计；4-流动电极移动方向； 5-地下水流动方向；6-潜水面；7-自然电位曲线（负异常）
2.1.1.3 扩散电场
• 溶质由浓度大的溶液向浓度小的溶液扩散以达到 浓度平衡，正负离子将随着溶质移动，但其运动 速度不同，结果使两种不同浓度的溶液中，分别 含有过量的正离子或负离子，形成电动势，这种 电场称为扩散电场。 • 在自然条件下，岩层中扩散电场与过滤电场同 时发生，即在不同浓度溶液扩散作用发生的同时， 岩石颗粒对离子也产生吸附作用。 • 扩散电场强度较小，一般只有10~20mv左右。利 用扩散电场可以圈定浅部工业排放物的污染范围。
2.2.3.3 在良导金属矿勘探方面的应用
青海某铜钴矿床用充电法了解良导金属矿矿体分布范围和产状
图 2-22 Ⅰ号矿体A1点充电等电位线平面图 1-等电位线；2-矿体露头；3-Ⅲ号平巷；4-充电点A1；5-纵剖面AA’位置
图 2-23 Ⅰ号矿体A1点充电电位梯度剖面平面图 1-电位梯度曲线；2-推断的充电矿体范围；3-推断的非充电低阻带
图2.-24 AA’剖面电位和电位梯度曲线 1-电位曲线；2-电位梯度曲线；3-第四系坡积物；4-超基性岩； 5-矿体及编号；6-钻孔；7-推断断层
应用充电法判断相邻 两露头矿体是否相连
其中a是地质人员根据钻 孔资料编制的，该图与充 电法结果有很大矛盾。图 上1、2号电位梯度曲线分 别是在ZK11（1）和ZK58 孔充电得到的。两曲线形 态基本一致，故应推断两 处矿体是相连的，同属Ⅱ 号矿体。同时ZK11（2） 和V号矿体另一孔中充电 所得的曲线3、4的形态也 相近，但与曲线1、2大不 相同，可见是另一矿体的 反映。根据上述结果编绘 了地质剖面b，加密钻孔 ZK59表明根据充电法提供 矿体连接关系是正确的。