Các Phương Pháp Điện và Điện Từ

Các khảo sát điện và điện từ thăm dò độ dẫn điện của lòng đất, nhạy cảm với chất lỏng trong lỗ rỗng, sét và quặng, để lập bản đồ nước ngầm, ô nhiễm, khoáng hóa và cấu trúc vỏ Trái Đất sâu.

Definition

Các phương pháp điện và điện từ là các kỹ thuật địa vật lý đo hoặc tạo ra dòng điện và trường điện trong lòng đất để xác định độ dẫn điện của nó, phụ thuộc vào chất lỏng trong lỗ rỗng, hàm lượng sét và khoáng hóa, nhằm tạo ảnh dưới bề mặt.

Scope

Chủ đề này bao gồm các phương pháp địa vật lý dựa trên tính chất điện của đất: thăm dò và tạo ảnh điện trở suất dòng điện một chiều, phân cực cảm ứng, phương pháp tự điện thế, và nhóm các phương pháp điện từ bao gồm các kỹ thuật nguồn điều khiển và miền thời gian, cũng như điện từ tellua nguồn tự nhiên. Nó đề cập đến cách độ dẫn điện liên quan đến độ rỗng, hàm lượng chất lỏng và khoáng vật học, cũng như việc thu thập và nghịch đảo dữ liệu này trên các độ sâu từ gần bề mặt đến lớp phủ trên. Trọng tâm là tạo ảnh độ dẫn điện dưới bề mặt cho các mục tiêu tài nguyên và môi trường.

Core questions

• Yếu tố nào kiểm soát độ dẫn điện của đá và trầm tích?
• Các khảo sát điện trở suất và phân cực cảm ứng tạo ảnh dưới bề mặt như thế nào?
• Các phương pháp điện từ nguồn điều khiển và nguồn tự nhiên khác nhau như thế nào?
• Mỗi phương pháp điện phù hợp với độ sâu và mục tiêu nào?

Key concepts

• Điện trở suất và độ dẫn điện của đá
• Thăm dò và tạo ảnh điện trở suất dòng điện một chiều
• Phân cực cảm ứng và tự điện thế
• Điện từ nguồn điều khiển và miền thời gian
• Điện từ tellua và thăm dò nguồn tự nhiên

Key theories

Độ dẫn điện và chất lỏng trong lỗ rỗng

Trong hầu hết các loại đá, dòng điện chủ yếu chảy qua chất lỏng trong lỗ rỗng và dọc theo bề mặt sét, do đó độ dẫn điện, được hình thức hóa bằng các mối quan hệ như định luật Archie, là một chỉ số nhạy cảm về độ rỗng, độ bão hòa nước, độ mặn và hàm lượng sét.

Thăm dò cảm ứng điện từ

Một trường từ biến đổi theo thời gian, từ một máy phát được điều khiển hoặc các nguồn tự nhiên, tạo ra dòng điện trong lòng đất dẫn điện mà các trường thứ cấp của chúng được đo; vì độ sâu xuyên thấu phụ thuộc vào tần số, các phương pháp này thăm dò độ dẫn điện từ gần bề mặt đến vỏ Trái Đất sâu và lớp phủ.

Mechanisms

Các vật liệu dưới bề mặt dẫn điện ở các mức độ khác nhau, chủ yếu là do dẫn ion qua nước lỗ rỗng và dẫn bề mặt trên sét, với quặng kim loại bổ sung khả năng nạp điện được phát hiện bằng phân cực cảm ứng; các phương pháp điện trở suất tiêm dòng điện và lập bản đồ các điện thế thu được, trong khi các phương pháp điện từ sử dụng trường từ biến đổi để tạo ra dòng điện mà phản ứng của chúng, được điều chỉnh bởi độ sâu xuyên thấu phụ thuộc tần số, được nghịch đảo để khôi phục cấu trúc độ dẫn điện theo độ sâu.

Clinical relevance

Các phương pháp này là trọng tâm trong thăm dò nước ngầm và lập bản đồ ô nhiễm và độ mặn, trong thăm dò khoáng sản thông qua các dị thường điện trở suất và khả năng nạp điện, trong các nghiên cứu địa nhiệt và vỏ Trái Đất thông qua điện từ tellua, và trong điều tra địa kỹ thuật và khảo cổ học.

History

Anh em nhà Schlumberger đã giới thiệu phương pháp thăm dò điện trở suất và ghi nhật ký giếng khoan vào những năm 1910 và 1920, Cagniard và Tikhonov độc lập xây dựng công thức điện từ tellua vào khoảng năm 1950, và các phương pháp điện từ miền thời gian và nguồn điều khiển, với nghịch đảo hiện đại, đã mở rộng phạm vi tạo ảnh độ dẫn điện vào cuối thế kỷ XX.

Key figures

• Conrad Schlumberger
• Louis Cagniard
• Misac Nabighian

Seminal works

• telford1990
• nabighian1988
• kearey2002

Frequently asked questions

Điều gì khiến một số loại đá dẫn điện tốt hơn những loại khác?

Hầu hết sự dẫn điện của đá xảy ra thông qua nước trong các không gian lỗ rỗng và dọc theo bề mặt sét, vì vậy các loại đá xốp, bão hòa nước, mặn hoặc giàu sét dẫn điện tốt, trong khi đá khô, đặc hoặc chứa nước ngọt có điện trở suất cao hơn; quặng kim loại bổ sung một phản ứng riêng biệt có thể phát hiện được bằng phân cực cảm ứng.

Điện từ tellua được sử dụng để làm gì?

Điện từ tellua sử dụng các biến đổi tự nhiên trong trường điện từ của Trái Đất để tạo ảnh sự thay đổi độ dẫn điện theo độ sâu, từ vỏ nông xuống lớp phủ trên, điều này làm cho nó có giá trị cho các nghiên cứu địa nhiệt, khoáng sản và vỏ Trái Đất sâu.