第二章應用地球物理方法

物質基礎2.1巖礦石的密度2.2巖礦石的磁性2.3巖礦石的電學性質2.4巖石層的地震波速度2.5巖石的放射性2.6巖石的熱學性質2.1巖礦石的密度1)火成巖的密度主要由礦物成分及其含量多少來決定。從酸性巖向基性巖過渡時，密度值是隨巖石中鐵鎂暗色礦物的百分含量的逐漸增加而變大。相同的化學組成，侵入巖的密度大于噴出巖。2.1巖礦石的密度2）沉積巖的密度沉積巖的密度主要取決于其孔隙度，與物質成分的關系不明顯。2.1巖礦石的密度3)變質巖的密度其密度與礦物的成分、含量和孔隙度均有密切關系。2.2巖、礦石的磁性1、巖、礦石的磁化率Mi=kT，T為現(xiàn)代地磁場強度，k為巖礦石的磁化率根據(jù)磁化率的不同特點可將物質分為反磁性、順磁性和鐵磁性三大類。1)反磁性物質：又稱逆磁性或抗磁性物質。這類物質的磁化率為負的，量級很小（10-5）。代表性物質有：所有的惰性氣體、金、銀、煤油等。2）順磁性物質：磁化率為正的，但量級很小（10-5~10-7）。代表性物質為：稀土金屬、鐵族鹽類、輝石等。這兩種物質磁性很小，在實際中可認為無磁性的。3）鐵磁性物質：磁化率為正，比順磁性物質量級大萬倍以上,可達0.1~10。代表物質為：鐵、鈷、鎳、釓及其合金。鐵磁性物質按內部磁疇內原子磁矩排列方向和大小分為：

鐵磁性物質（原子磁矩平行排列）

亞鐵磁性物質（兩類或更多類大小不同的磁矩反平行排列）

反鐵磁性物質（指磁有序的原子磁矩互相抵消，則不顯強磁性。）。2.2巖、礦石的磁性2、磁化強度（M）M=Mi+MrMi為感應磁化強度，簡稱感磁；Mr為天然剩余磁化強度，簡稱剩磁。感磁：是被現(xiàn)代地磁場磁化而形成的。剩磁：是巖、礦石形成時，受當時地磁場磁化所獲得的磁化強度被保留下來的部分。2.2巖、礦石的磁性3、各類巖石的磁性巖漿巖有較高的磁性，并且從酸性巖過渡到基性巖磁性逐漸增強。沉積巖磁性一般都很弱。變質巖的磁性介于巖漿巖和沉積巖之間。自然界磁鐵礦磁性最強。2.2巖、礦石的磁性4、巖、礦石的剩余磁化強度剩余磁化包括:熱剩磁（TRM）沉積剩磁（DRM）化學剩磁（CRM）粘滯剩磁（VRM）等溫剩磁（IRM）2.2巖、礦石的磁性5、影響巖、礦石磁性的因素磁性礦物的類型、含量、顆粒大小與結構以及溫度、壓力等決定的。主要取決于鐵磁性礦物的含量。也受形成時的環(huán)境和各種地質作用有關。幾種巖石電阻率值的分布范圍曲線巖漿巖的放射性隨酸性的增加而增加；沉積巖的密度主要取決于其孔隙度，與物質成分的關系不明顯。孔隙度及孔隙充填物的影響天然放射性系列有三種，為：鈾系、釷系和錒鈾系。代表性物質為：稀土金屬、鐵族鹽類、輝石等。沉積巖中放射性常與粘土含量有關；代表性物質有：所有的惰性氣體、金、銀、煤油等。巖漿巖有較高的磁性，并且從酸性巖過渡到基性巖磁性逐漸增強。Ps=（⊿Uf1-⊿Uf2）/⊿Uf2×100%3）影響因素：巖石的成分、結構、溫度、濕度和壓力等。1）概念：以稱導溫系數(shù)，是反映巖石熱慣性特征的一個綜合性參數(shù)，表示巖石在加熱或冷卻時，各部分溫度趨于一致的能力。4巖石層的地震波速度2.3巖礦石的電學性質（P100~101）（一）巖、礦石的電阻率1、礦物的電阻率按導電機理，固體礦物可分為：金屬導電型礦物、半導體型導電礦物和固體離子型導電礦物。金屬導電型礦物包括天然金屬和石墨，其中以自然金和自然銅的電阻率最低。半導體型導電礦物包括絕大部分金屬硫化物和金屬氧化物。固體離子型導電礦物包括絕大多數(shù)造巖礦物，如長石、石英等，電阻率很高，一般大于108Ωm。2.3巖礦石的電學性質2、常見巖石的電阻率巖漿巖電阻率最高，為102~106Ωm。粘土類沉積巖，電阻率為1~100Ωm,砂巖為10~1000Ωm，石灰?guī)r多為102~104Ωm。變質巖電阻率多數(shù)102~106Ωm。幾種巖石電阻率值的分布范圍曲線2.3巖礦石的電學性質（P159~163）（二）巖、礦石激發(fā)極化1、直流激發(fā)極化（1）直流供電的充、放電特征總場、一次場、二次場（2）極化率?=（⊿U2/⊿U）×100%2.3巖礦石的電學性質2、交流激發(fā)極化（1）交流供電的充、放電特征只觀測總場電位差Uf，采用兩種頻率供電，為⊿Uf1和⊿Uf2（2）頻散率P=（⊿Uf1-⊿Uf2）/⊿Uf2×100%2.3巖礦石的電學性質3、視極化率和視頻散率當?shù)叵掠袃煞N或兩種以上激電特征不同的巖石存在時，在地面上所測得的極化率和頻散率就不是地下某一種巖石的單獨反映，而是地下各種地質體的激發(fā)極化效應的綜合反映，稱為視極化率和視頻散率。?s=（⊿U-⊿U1）/⊿U×100%=（⊿U2/⊿U）×100%Ps=（⊿Uf1-⊿Uf2）/⊿Uf2×100%2.4巖石層的地震速度一、地震波在巖層中的傳播速度1.地震波在不同地層中的傳播的速度值取決于介質的彈性參數(shù)和波的類型.縱波速度、橫波速度和各種彈性模量的關系(P15,P5)2.各類巖石的速度值火成巖速度大于變質巖和沉積巖速度，且速度變化范圍較小；沉積巖速度較小，但其結構復雜，影響因素眾多，速度的變化范圍最大。

（1）交流供電的充、放電特征沉積巖的密度主要取決于其孔隙度，與物質成分的關系不明顯。按導電機理，固體礦物可分為：金屬導電型礦物、半導體型導電礦物和固體離子型導電礦物。地震波在不同地層中的傳播的速度值取決于介質的彈性參數(shù)和波的類型.1）概念：以稱導溫系數(shù)，是反映巖石熱慣性特征的一個綜合性參數(shù)，表示巖石在加熱或冷卻時，各部分溫度趨于一致的能力。1)反磁性物質：又稱逆磁性或抗磁性物質。?=（⊿U2/⊿U）×100%自然界磁鐵礦磁性最強。Ps=（⊿Uf1-⊿Uf2）/⊿Uf2×100%3）影響因素：巖石的成分、結構、溫度、濕度和壓力等。1）概念：以稱導溫系數(shù)，是反映巖石熱慣性特征的一個綜合性參數(shù)，表示巖石在加熱或冷卻時，各部分溫度趨于一致的能力。巖漿巖有較高的磁性，并且從酸性巖過渡到基性巖磁性逐漸增強。按導電機理，固體礦物可分為：金屬導電型礦物、半導體型導電礦物和固體離子型導電礦物。半導體型導電礦物包括絕大部分金屬硫化物和金屬氧化物。5巖石的放射性(P180~183)幾種巖石電阻率值的分布范圍曲線2.4巖石層的地震速度二.影響速度的主要因素1.孔隙度及孔隙充填物的影響大多數(shù)沉積巖中，巖層的實際速度是由巖石基質的速度、孔隙度及孔隙充填物等因素決定的。（雙相介質）孔隙中的水被液態(tài)的碳氫化合物所代替且達到飽和時，速度可以降低15%~20%，若孔隙中被氣態(tài)碳氫化合物充填時，則速度值會大大降低。Rn和Th的濃度隨高度的增加而減少。剩磁：是巖、礦石形成時，受當時地磁場磁化所獲得的磁化強度被保留下來的部分。變質巖電阻率多數(shù)102~106Ωm。按導電機理，固體礦物可分為：金屬導電型礦物、半導體型導電礦物和固體離子型導電礦物。沉積巖中速度的一般分布規(guī)律3）影響因素：巖石的成分、結構、溫度、濕度和壓力等。鐵磁性物質按內部磁疇內原子磁矩排列方向和大小分為：5巖石的放射性(P180~183)3）鐵磁性物質：磁化率為正，比順磁性物質量級大萬倍以上,可達0.固體離子型導電礦物包括絕大多數(shù)造巖礦物，如長石、石英等，電阻率很高，一般大于108Ωm。熱流密度為單位時間內流過單位面積的熱量，是一個以溫度降低方向為正向的矢量。2.4巖石層的地震速度2.密度的影響3.速度與埋藏深度的關系在巖石性質和地質年代相同的情況下,地震波速隨巖石埋藏深度的增加而增加.4.速度與構造歷史和地質年代的關系5.速度與溫度的關系6.沉積巖中速度的一般分布規(guī)律2.5巖石的放射性(P180~183)1、放射線種類α射線：為氦核流；β射線：為帶負電的電子流，穿透能力大約高出α粒子近100倍；γ射線：是波長極短的電磁輻射，即光子流，穿透力最強。γ測量法為放射性勘探的基本方法。2.5巖石的放射性2、天然放射系列及其特點天然放射性系列有三種，為：鈾系、釷系和錒鈾系。共同特點是：起始母體的半衰期都在108年以上，因此至今還能存在于自然界中；每個系各有一代原子序數(shù)為86的氣態(tài)子體，稱為射氣。為：鈾系的氡（22286Rn）、釷系的釷射氣（Th）、錒鈾系的錒射氣（An）。都為氡的同位素。各系最后的穩(wěn)定核素都是鉛的同位素。2.5巖石的放射性3、天然放射性元素的分布1）巖石中天然放射性元素的分布巖石的放射性強度主要取決于鈾系、釷系和不成系列的天然放射性元素鉀的含量。巖漿巖的放射性隨酸性的增加而增加；沉積巖中放射性常與粘土含量有關；近礦蝕變圍巖中的鈾含量普遍增高；一般時代越新鈾含量越高。2）土壤及大氣中天然放射性元素的分布土壤中Rn濃度最高，其次為陸地上空大氣中，最低的為海洋上空的大氣中。Rn和Th的濃度隨高度的增加而減少。2.6巖石的熱學性質(194~197)1、熱導率k1）概念：熱導率是表征巖石導熱能力的物理量，即沿熱傳導方向，單位長度上溫度降低1K時通過的熱流密度。熱流密度為單位時間內流過單位面積的熱量，是一個以溫度降低方向為正向的矢量。2）各種礦物具有確定的熱導率值，但巖石的熱導率無定值，有一個較大的變化范圍。3）影響因素：巖石的成分、結構、溫度、濕度和壓力等。2.6巖石的熱學性質2、比熱容c1）概念：是表征巖石儲熱能力的物理量。表示加熱單位質量的物質，使其溫度上升1K時所需的熱量。2）多數(shù)巖石和有用礦物的比熱容變化范圍不大。隨巖石濕度的增加，比熱容也有所增加。沉積巖比熱容稍大于結晶巖。2.6巖石的熱學性質3、熱擴散率aa=k/(c.ρ)其中k為熱導率,c為比熱容,ρ為密度1）概念：以稱導溫系數(shù)，是反映巖石熱慣