电法物理模拟方法包括用于传导类电法模拟的水槽、土槽、导电纸、薄水层、电阻网络等方法和用于感应类电法模拟的电磁实验装置。它们均以物理现象的相似性为基础。相似性准则是指所用模型、装置的几何和电性参数与实际条件下相应参数之间保持某种关系,使模型或模拟实验结果与实际结果相吻合。电法物理模拟方法包括传导类电法模拟和感应类电法模拟。
电法物理模拟方法
通过物理实验模拟真实电法,探测物理过程的方法。
- 英文名称
- physical modeling method of electrical exploration
- 所属学科
- 地质学/地质资源与地质工程
一般而言,地下被探测的实际地质结构都属于三维几何结构,而常用传导类电法观测的电极装置也都属于三维装置,因而对于传导类电法的野外实际探测系统应是三维系统。所以,用于传导类电法的物理模拟,常用水槽和土槽模拟方法。它们都是用槽中盛满的水或湿润沙土模拟地下的围岩。当槽体尺度足够大,模拟围岩的水或湿润沙土的电性是均匀的,且水或沙土表面平坦,那么水槽或土槽则可用来模拟充满均匀介质的地下半空间。
而地下被探测的实际地质目标体往往具有一定电性特征,因此在传导类电法物理模拟实验中,通常用不同尺度、各种形状的铜和玻璃、胶木块,以及不同体积含量的石墨-水泥块等模型,分别模拟具有理想导电、理想绝缘和有限电阻率特征的被探测地质目标体。
物理模拟实验之前,即可在满足模拟准则的前提下,预先设计、制作实验内容所需的具有不同电性特征、不同几何形态的电性异常体模型,以及实验观测装置。在此基础上,按实验内容设计模拟实验系统,并把电性异常体模型悬挂在水槽(或埋置在土槽)中构筑地下结构三维模型和在水槽或土槽表面布置传导类电法实验观测装置,进行水槽或土槽模拟实验。
二维系统模拟方法,即是指导电纸、薄水层、电阻网络等模拟方法。这类方法都是利用导电纸、薄水层和电阻网络的导电平面,模拟充满电性均匀介质的地下半空间。模拟实验的实质是假定实际地形和地下地质体的走向彼此平行,用导电纸或薄水层、电阻网络的导电平面模拟垂直地形和地质体走向的某一断面;而在这类模拟系统中,一个点即代表垂直地下模拟断面上的一条无限长的线,一条线则代表垂直地下模拟断面上的一片无限长的面,一片面又代表垂直地下模拟断面上的无限长柱体。所以,二维系统模拟方法只适用于地形、地质体沿走向很长的情况,否则将引起较大模拟误差。
二维模拟观测通常用导电平面的一边表示地面,在这边上布置常规传导类电法实验观测装置进行观测。实际上,即使实际地形和地质体基本满足二维条件,对于传导类电法来说,二维模拟结果也只是近似结果,只可用于研究传导类电法观测结果变化的一些定性规律。因为二维模拟系统不能模拟点电源和点电极,用于这些模拟系统的实验装置是线电源和线电极装置,而这与真实的传导类电法的技术装置不符。
感应类电法的物理模拟通常用空气模拟实际围岩,而用铜、铝、铅、碳或石墨和不同体积含量的含石墨水泥做成球体、板状、块状、柱状体,或其他简单形体模拟地下被探测地质体。实验观测时,这些模型体依照所模拟的实际地下地质构造的电性结构特征,布挂在木制方形实验架下方的空气中,构成物理模拟系统。而构成实验观测装置的小型发射线框、微型发射线圈和接收线圈等则装配在带有定位刻度的“棋盘格”方形操作框上,它覆盖在木制方形实验架顶面。感应类电法模拟的难点是必须在室内实验空间的限制下,选择能满足模拟准则的模型材料。
扩展阅读
- 张胜业,潘玉玲.应用地球物理学原理.武汉:中国地质大学出版社,2000.