成都理工大学地电学精品课程

后勤部长 · 发表于 2012-2-25 11:06

前言
地电学和电法勘探分属于地球物理学和应用地球物理学。前者应用地电观测的数据
资料，研究地球内部电性及电场分布等具有全球性质的大尺度物理现象和一般原理；后
者则主要是应用这些原理寻找有用矿产或解决诸如构造、工程、水文或环境等小尺度的
地质问题。但它们都有着共同的原理、方法和技术。本教材兼顾了地球物理学、勘查技
术与工程、及其它相关相近专业学生学习“地电学”和“电法勘探”课程的需要而编写
的，除作为本科生专业教材，亦可作为研究生教材及专业工程技术人员的参考书。
近年来，随着物理学、数学、电子学、计算机科学的进步，新方法、新技术、新仪
器正在蓬勃兴起和迅速推广，人们对地球内部结构及深部隐伏矿床的认识和探测，也越
来越深入，并取得了良好的效果，而所使用的一些方法已超出了传统电法勘探的应用范
畴。因此编写一本具有一定深度、适合各相关专业学生和工程技术人员学习地电学知识
的教材，无论对于拓宽他们的视野、提高专业水平还是增强他们的专业技术素质，都是
非常必要的。
本教材是在近五年来使用校内教材的基础上编写的，介绍了地电学中广泛使用地球
物理方法，包括岩石电学性质、大地电场、自然电场及大地电磁场等内容主要描述固体
地球内部天然电场的性质、成因和分布规律，以及岩石电磁学性质等基础知识。同时还
介绍了一些常用的地电观测方法，尤其是电阻率剖面法、电阻率测深法、高密度电阻率
法、大地电磁测深等电法勘探的理论基础、方法技术及其在地质调查、地球内部构造研
究及地震监测等方面的应用实例。由于篇幅及学时数限制，还有些内容无法列出，如有
需要可参考有关文献。
全书分四篇共18章，其中第一篇、第二篇、第三篇及第四篇的前五章等由肖宏跃编
写，其余部分由雷宛教授编写，硕士研究生王宇玺、蒲举参加了对本书的校正工作。成
都理工大学地球探测与信息技术系主任李才明教授主审。教材中引用了同行、前辈及其
它同仁公开发表的文献和资料，在此谨向他们致以诚挚的感谢。
由于编者水平有限，书中疏漏、不当甚至错误之处难免，恳请广大读者批评指正。
编者
2008 年 7 月

绪言
地电学是以地球为研究对象的一门应用电学。它通过研究大气、海洋和固体地球表
面和内部的电场分布来揭示地球内部岩石的电学性质、温度变化、以及地壳和上地幔的
物质结构。
早在十九世纪人们就观测到固体地球表面有电流流动，后来又发现大气和海洋中也
有电流流动。但是这些观测是零星的，附属于地磁学、电法勘探、大气物理学、空间物
理学和海洋物理学。随着科学的发展，有必要象地磁学、重力学和地震学那样，把上述
分散的内容集中成为地电学，并加以系统的研究。1940 年查普曼（S.Chapman）和巴特
尔斯（J.Bartels）在他们的著作《地磁学》中，把地电学部分集中成为一章，并命名为
“地电流”，其中主要包括大地电场、自然电场、电法勘探和海洋中的电流等内容。1951
年克拉耶夫（A.P.Краев）把上述内容编成《地电原理》一书，其中主要包括大气电性、
大气电场、海水电性、岩石电性、大地电场、自然电场、有源直流电场和直流电法勘探
等内容。克拉耶夫去世后，他的学生和同事于 1965 年又再版了《地电原理》。在新版《地
电原理》中，除增加了交变电磁场的内容外，还对原版的部分内容作了若干修改和补充。
十九世纪中期，地电工作的主要目的是解释地球变化磁场的成因。二十世纪初，随
着工业的发展，许多国家对矿产资源的需求日趋迫切，所以电法勘探获得了迅速的发展。
这时，地电学的重点转向电法勘探。
电法勘探是以岩、矿石电学性质的差异为基础，通过观测和研究与这些差异有关的
电场或电磁场在空间和时间上的分布特点和变化规律，来查明地下地质构造和寻找有用
矿产的一类勘查地球物理方法。随着国家经济建设的发展，对矿产资源的需求量越来越
大，而地表矿产基本枯竭，勘探越来越向深部进行，对于寻找深部的隐伏矿产来说，物
探尤其是电法勘探具有不可替代的作用，已取得并还将取得良好的地质效果。
在各类勘查地球物理方法中，电法勘探的变种或分支方法是最多的。这是因为，就
其物理基础而言，可以利用岩石在导电性、导磁性、电化学活动性，介电性及激发极化
特性等方面的差异。就场的性质而言，可以利用人工场，也可以利用天然场，可以利用
直流电，也可利用不同频率的交流电。此外，供电装置和接收装置也可以采用各种不同
的方式。因而形成了多种分支方法。通常可以将电法勘探的众多分支方法归为两大类，
即传导类电法和感应类电法。传导类电法以各种直流电法为主，在我国获得较广泛应用
的有电阻率法、充电法、自然电场法和激发极化法等。在电阻率法中又分为电阻率剖面
法和电阻率测深法，而在这两种方法中又包括许多变种方法。在感应类电法中，则可分
为电磁剖面法和电磁测深法，并且在每种方法中也包括许多变种方法。对于不同的地质
条件，不同的勘探目的，可以合理地选择不同的方法，以求达到预期的目的。同时，电
法勘探还可在空间、陆地、海洋、地下等各种区间进行，因此按工作场地的不同又可分
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为航空电法、地面电法、海洋电法和地下电法等，它们在方法技术上各有不同的特点。
地电学和电法勘探分属于普通地球物理学和应用地球物理学。它们的主要区别在
于：前者应用地电观测的数据资料，研究地球内部电性及电场分布等具有全球性质的大
尺度物理现象和一般原理；而后者则主要是应用这些原理寻找有用矿产或解决诸如构
造、工程、水文或环境等小尺度的地质问题。
但是，由于地电学和电法勘探有着共同的理论基础—电学，和共同的研究对象——
地球，因而它们又是紧密联系，相辅相成的。电法勘探的建立和发展源于对地电原理和
地电现象的研究，而电法勘探的成果又反过来充实新的地电原理或为揭示地电现象的本
质提供重要依据。因此，上述地电学和电法勘探的分工亦不是绝对的，在学科发展进程
中，二者研究范围的交叉和模糊是正常的，也是必然的。事实上，电法勘探已是地电学
中必不可少的研究内容。
本世纪五十年代，吉洪诺夫和卡尼尔（A.H.Tи хонов， L.Caniard）奠定了大地电磁测
深的理论基础，该方法很快在石油勘探中得到广泛应用。近年来，不仅大地电磁测深法，
而且以电磁感应为基础的其它电磁测深法，如频率测深法，瞬变测深法等，都取得了显
著的进展。不同频率的电磁波穿透深度不同，而且不受高阻层屏蔽的影响，能获得不同
深度的地电信息，尤其是能研究地壳及上地幔的地电结构、以及它们与地壳构造活动性、
地壳及上地幔动力过程和地球内部热状态的关系，还可以利用电磁测深法监视地壳内电
阻率随时间的变化来预报地震。过去的历史已经证明，并且今后还将继续证明，电磁测
深资料和岩石、矿物的实验室研究相结合，将有助于揭示地球内部的奥秘。
半个世纪以来来，在普查和勘探各种金属和非金属矿产，勘查石油、天然气、煤田，
以及在解决各种水文地质、工程地质问题方面，都取得了举世瞩目的成就。并且已成为
研究地球深部构造的一种必不可少的基本手段。同时在灾害预测，环境监控，城市建设
及考古等方面也发挥着积极的作用。相信，在新的世纪里，随着工程数学，物理学、电
子学及计算机科学的迅猛发展，我国的地电学研究和电法勘探工作，将会更加蓬勃地发
展，水平将进一步提高，为使我国成为世界强国做出更大的贡献。

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