1、电电 法法 勘勘 探探(激发极化法激发极化法)濮樊忠濮樊忠.第一节第一节 激发极化法的基本原理激发极化法的基本原理一、一、稳定电流场中的激发极化法效应稳定电流场中的激发极化法效应 在进行电阻率法测量时，当人们在向地下供入稳定电流的情况下，仍可观测到测量电极间的电位差是随时间而变大，并经相当时间（一般约几分钟）后趋于某一稳定的饱和值；在断开供电电流后，测量电极间的电位差在最初一瞬间很快下降，而后便随时间而相对的缓慢的下降，并在相当长时间后（通常约几分钟）衰减接近于零，见图 1.1.1。这种在充电和放电过程中产生随时间缓慢变化的附加电场现象称为激发极化法效应（简称激电效应）。这种变化的附加场，称为
2、“激发极化场”-二次场。图1.1.1.通俗一点说：在供电过程中，或切断电源电流的一个较短的时间内，由人工电场激励而迫使岩矿石产生电化学作用所引起的一个随时间有规律变化的附加电场产生的现象，称为激发极化现象。激发极化现象与岩矿石的电化学性质有关，尤其在硫化物金属矿床、石墨、无烟煤等矿体上反映很为明显。激发极化法的优点：1、激发极化法可以用来区分由电子导体（如金属硫化物矿床）和离子导体（如含水破碎带）引起的异常；2、激发极化法不会产生纯地形引起的异常；3、可以发现电阻率与围岩无明显差异的侵染状金属矿床的存在。.二、岩矿石的激发极化法成因二、岩矿石的激发极化法成因 关于岩矿石激发极化成因或机理问题是
3、一个研究中的问题，已有不同的假设提出来。现介绍一些公认的假设和一些研究成果。（一）电子导体的激发极化机理（一）电子导体的激发极化机理 自由电子导电的导体称电子导体。目前，国内外对电子导体（包括大多数金属矿和石墨及其矿化岩石）的激发极化机理，一般认为是由于电子导体与其周围溶液的界面上发生过电位（overvoltage）的结果。1）电子导体在没有外加电场的情况下，在电子导体与溶液界面上自然形成的双电层电位（电极电位），它的内外电子处于平衡状态，称为平衡电极电位，记为平见图1.2.1a；2）当有外加电流流过上述电子导体溶液系统时，电子导体两端电极电位产生偏差而出现“过电位”（也叫“超电压”），电极开
4、始极化，电子导体内部的电荷将重新分布形成“阴极”及“阳极”。由于电化学反应速度滞后于电荷传递速度，形成电荷堆积（充电过程），在周围溶液中也分别于电子导体的“阴极”和“阳极”处，形成阳离子和阴离子的堆积，使正常双电层发生变化，见图1.2b。.图1.2.1 电子导体的激发极化过程 3）当外电流断开后，堆积在界面两侧的异性电荷，将通过界面本身、电子导体内部和周围溶液放电（见图1.2.1c），使界面上的电荷分布逐渐恢复到正常的双电层；与此同时，过电位亦随时间逐步减小，直到最后消失。这就是过电位的放电过程。也因此人们通过仪器在地表可以观测到这充电和放电的过程。电子导体的激发极化是在外电场的作用下的电荷传
5、递与堆积过程。.（二）（二）离子导体的激发极化机理离子导体的激发极化机理 一般造岩矿物为固体电解质，属离子导体。关于离子导体的激发极化机理，大多认为岩石的激电效应与岩石颗粒和周围溶液界面上的双电层有关。岩石颗粒其表面吸附一层负离子，在静电场的作用下，与周围溶液中的正离子在界面上形成双电层。在外电流作用下，岩石颗粒表面双电层（图1.2.2a）中的阳离子发生位移，形成双电层形变；（图1.2.2b）当外电流断开后堆积的离子放电以恢复到平衡状态（图1.2.2c）,从而可观测到激发极化电场。较大的岩石颗粒将有较大的时间常数（即充电和放电较慢）。这是用激电法寻找地下含水层的物性基础。离子导体激发极化是在外
6、电场作用下,介质的表面或内部电荷出现分离的现象。.图1.2.2 岩石颗粒表面电层形变形成激发极化（a）正常双电层 （b）充电过程 （c）放电过程（a）（b）（c）阳离子位移堆积电荷放电.薄膜极化离子导体激发极化效应的一种假说 一些学者做了一系列的实验：纯石英砂（颗粒表面的黏土用酸和水洗净）或压实的黏土，或者在石英砂中全部空隙填以黏土时，在这三种情况下都几乎观察不到激发极化效应。当在沙粒中含有10%的黏土时，可观察到明显的激电效应；再增加黏土含量，激电效应随之减弱。基于这些实验结果，提出了与黏土含量有关的“薄膜极化”假说。1、在常态下，岩矿石砂粒表面带有的黏土等泥质杂质，这些杂质表面具有吸附负离
7、子的特性，因此在黏土表面溶液之间形成双电层（偶电层）；而岩石颗粒之间的孔隙很小，截面积与岩石颗粒-溶液界面上偶电层的扩散层厚度差不多，则整个孔隙皆处在扩散层内，其中包含过剩的正离子，它吸引负离子而排斥正离子。2、岩石颗粒间的孔隙不是均应相等的，存在宽孔区和窄孔区。在外电场的作用下，正离子在其中移动较快（迁移率较大），故称这样的孔隙为正离子选择带；由于孔隙中过剩正离子的阻塞，因此对负离子而言，实际上导电孔隙是被阻断的（负离子在其中被过剩的正离子吸引，移动速度很小（即迁移率很小）故称上述孔隙为薄膜；3、当外电流流过宽窄不同的孔隙时，由于窄孔隙中正离子的迁移率大于负离子的迁移率，而宽孔隙中两者迁移率
8、几乎相等，所以在窄孔隙中电流载流子主要由正离子负担，电流将大量的正离子带走，结果在窄孔隙的电流流出端，形成正离子堆积；而其电流流入端则正离子不足。于此同时由于负离子在宽孔隙中的迁移率大于窄孔隙（薄膜）中的迁移率，因而在正离子造成堆积或不足的地方，同样造成负离子的堆积和不足。这样造成了离子浓度沿孔隙的变化，所形成的离子浓度梯度将阻碍离子的运动（即阻碍外电流），直到达到平衡为止。4、当外电流截断后，由于离子的扩散作用，离子梯度将逐渐消失，恢复原来状态，与此同时形成扩散电位，这就是在离子导体上观测到的激发极化。.三、稳定电流场中岩矿石的激发极化特性 面极化与体极化 所谓的“面极化”和“体极化”，差别
9、只具相对意义。严格地讲，所有的激发极化都是面极化。只是微观分析与宏观分析的需要，出发点不同。从激发极化勘探的角度来说，将岩矿石的激发极化情况分为“面极化”和“体极化”两大类，是有可能而且必要的。1、第一类是指电子导体的激发极化。细小颗粒的电子导体与围岩溶液界面产生激发极化过程，可以推广到一定规模的电子导体的极化过程，特点是极化发生在极化体（如致密的金属矿体、石墨）与围岩溶液的接触面上，故称之为“面极化”。2、第二类是当许多电子导电矿物颗粒分散分布在矿化岩石中时，激发极化效应发生在极化体（如侵染状金属矿、石墨化岩石等）整体中。虽然就单个电子导电颗粒而言是表面极化，但宏观的去看整个矿体，是在整个体
10、积内部发生了极化。也就是说整个矿体所表现出来的极化现象是无数极化单元的总和，故称之为“体极化”。离子导电岩石的激发极化也属于体极化。.图1.3.3石墨（a）和黄铜矿（b）标本在不同电流密度j时的阳极超电压+（实线）和阴级超电压-（虚线）的充、放电实验曲线.（一）、面极化的特性 1、时间特性：从上图矿体充、放电曲线的形态可以看到：在刚开始充电时，过电位随时间很快增大，随着时间延长，过电位增长速度变慢，最后趋近于某一“饱和值”。放电曲线与充电曲线成倒像相似，在断电之后，最初过电位随时间很快减小；随着时间的延长，过电位衰减速度也逐渐变慢，直到最后慢慢衰减到零。外电场电流密度j0越大，过电位上升达到“
11、饱和值”的时间就越短。对于通常野外生产中，处于地下的矿体表面，电流密度十分小（j0 1A/cm）,充电两分钟，甚至五分钟都远未衰减到零。这说明面极化的充放电都是比较慢的，而其中石墨又比黄铜矿更慢。2、非线性特性：当供电电流密度不大（j0 1A/cm）时，过电位与j0成正比，且阳极和阴极超电压相等；当供电电流密度很大时（对石墨j040A/cm，对黄铜矿j0 5A/cm），过电位与j0不再成正比变化，而成非线性关系，且阴极过电位不相等；对其他致密金属矿石所作的观测表明，磁铁矿的非线性特性（包括阴极、阳极过电位间的关系）与石墨很相似；而方铅矿、黄铁矿等硫化矿物则与黄铜矿相似。.（二）、体极化的特征
12、体极化是分布于整个极化体的许多微小极化单元的总和，它们定向排列，首尾相接。当均匀极化时，在极化体内部，它们的正、负电荷相抵消，只在极化体表面上呈面电荷分布，且在顺极化场方向的表面上面电荷为零。也就是说从宏观看，极化体与围岩的接触面上不存在偶电层，而是呈现面电荷分布的二次场电流源。因此不能像研究面极化那样来测量极化单元界面上的超电压。体极化岩矿石的充、放电曲线的形态，大体上与面极化超电压的充放电曲线相似，但其充、放电速度比面极化时快得多，充电2-3便接近于“饱和值”，而放电2-3就衰减近于零了。其中纯离子导电岩石比侵染状矿石充放电速度更快。.激发极化效应的时间参数 (1)在激发电流不变的条件下，
13、开始时二次电位差V2随充电时间增加而迅速增加，但随时间增加，V2增加变慢，又经过一段时间(约25分钟)V2达到饱和渐近值。断开电源后，V2开始放电，开始时衰减快，然后变慢，最后衰减到零。如所示。(2)不同的岩矿石的充、放电时间特征也不一样 a)一般来说在相同激励条件下，面极化介质(致密块状矿体)达到饱和渐近值所需的时间，比体极化介质(浸染状矿体)达到饱和渐近值所需的时间长。b)颗粒大、孔隙大、富水性强的体极化介质，其充、放电速度更慢，即高含水性的岩石比含水性差的岩石充、放电时间长。图1.3.1.线性特征 (1)面极化体当激发电流密度1uA/cm2时，V2与电流密度成正比，既然V2与电流密度成正
14、比，那么V与I也成正比，所以与电流强度无关,如图所示。图 激发极化场与供电电流强度的关系.非线性特征 面极化体具有过电位与电流密度之间呈明显的非线性关系。(1)当激发电流密度很大时(石墨40A/cm2，黄铜矿5A/cm2)阳极过电位曲线与阴极过电位曲线分开，即在同一电流密度和同一充、放电时间，阳极过电位与阴极过电压不等,即:00jj (2)在线性极化条件下，阳极过电位+与阴极过电位-绝对值相等，即“均势”；(3)体极化体在较大的电流密度变化范围内，二次电位差与供电电流强度成正比。即浸染状矿体没有明显的非线性和正反向极化的特征。.(2)在非线性段，黄铜矿始终是阴极过电压大于阳极过电压，称“阴极优
15、势”；石墨的非线性表现在随电流密度增加，开始为阳极优势，而后逐渐为“均势”，最后变为“阴极优势”；如图所示.该现象为区分这两类异常的可能性提供了物理依据。图 标本超电压与电流密度的关系曲线（供电2分钟）a黄铜矿；b石墨.(3)磁性矿物的非线性特征与石墨相似；而方铅矿、黄铜矿的非线性特征与黄铜矿相似。值得注意的是：在野外实际勘查中，在同装置、同极距、同测点等相同条件下，在测量误差允许范围内，不会因改变电流而引起 s的变化。这是因为一次场的电流密度在线性段电流密度小于5A/cm2的条件，例如在均匀半无限介质表面上有一点电源A，供电电流强度I=1A，在距A点10米处的M点的电流密度：j0=I/S=1
16、A/2r220.159A/cm2 .（三）、极化率 在均匀体极化介质中，当激发电流密度很小时，极化二次场E2与极化总场E 成正比。E2E 在野外条件下，断电后的二次电位U2 与供电时观测到的总场V成正比，V2V，得：=V2/V.100%实验中表明:在相当大的范围内改变供电电流（测量电极处的电流密度甚至达到几百A/cm），二次电位差都与极化场电位差成正比，而没有非线性和正反向极化的差异，即：V2=.V2=.V 比例系数表征了岩石的激发极化性质，称之为“极化率”，通常用百分数来表示。于是上式改写为：=V2/V.100%式中 V2:是断电瞬间（没有延时时间）的二次场电位差 V：是达到饱和值的极化场电
17、位差（V1+V2）.极化率的物理意义：岩石在外电场的激发下，二次场与极化场的比值。它反映了岩石的激发极化性质。到这里，我们看到了面极化与体极化的激发极化特性存在差异充放电时间特性、非线性的差异，面极化中石墨与硫化矿石特性的不同待研究的东西还有不少。（比如：陕西第一物探队在上世纪70年代总结出来的“半衰时法”找水，利用某些地质条件下，在富水地段上二次场的“半衰时”（断电后，二次场电位差衰到冲击值一半所需要时间）明显增大的特点，取得不少良好的找水效果。但是一直没有上升到理论上去总结出规律。）四、影响极化率大小的因素 实验表明，岩矿石的极化率与电子导体的含量、性质、围特性质、离子浓度，极化体的结构构
18、造等因素有关。在不同类的岩矿中，和Cv间无规律可寻。但按岩矿组合和结构构造加以分类，在同类岩矿中有一定规律：.(1)电子导体CV（体积含量）的影响 经对岩、矿体标本的大量测定和研究表明，同类结构构造的岩矿中，导电矿物的体积含量CV与极化率之间的关系满足如下回归函数：mVC1或表示为：mVmVCC1 式中、m为常数，CV为电子导电矿物的体积含量。由图1.3.5、图1.3.6可见，log/（1-）与CV的关系的影响较大。可见，在解释激发极化法成果时，不能单纯从大小来确定极化体中电子导体的含量。图1.3.5 团矿状黄铜矿与CV实测关系曲线.图1.3.6 各同类岩矿的log/（1-）和 logCv的线
19、性回归曲线实例.(2)导体成分的影响 结构构造相同、导体成分不同的岩矿，其也不相同。例如，所含电子导电矿物的导电率较高时相对增大，如图1.3.7所示。图1.3.7 同一结构构造不同导体成分的三种矽卡岩和同黄铁矿化不同结构构造的岩矿类的与Cv的关系曲线.(3)导电矿物的结构和构造的影响 当导电矿物呈脉状分布或呈定向排列时，标本的极化率具有明显的各向异性，沿平行矿脉测定的极化率垂直矿脉测定的要大，如图1.3.8所示。图1.3.8 各向异性人工标本与Cv的关系实验曲线.(4)岩石矿物结构的影响 对于一般块状的岩、矿石，随着岩、矿致密程度的升高，值也随之变大，如图1.3.9所示，而对疏松岩、矿石较小。
20、图1.3.9 不同致密程度的团块状黄铁矿绢云母石英岩的与Cv的关系.(5)导电矿物的颗粒大小对的影响。同一类导电矿物的体积含量相同而颗粒大小不同时，由于颗粒愈小，导电矿物总的有效极化面积愈大，故其极化效应也就增加。(6)温度的影响。在很干燥的标本上，由于电阻非常大，没有电流去激发极化的电子导体，因而无法产生激发极化效应。当温度达到一定程度后，便达到饱和值。此外，在野外实际条件下，岩矿周围的溶液温度对影响不大。上述因素是相互联系、相互影响，在实际工作中要综合进行分析。.结论结论 地下不同介质激发极化现象充放电曲线，总的规律大体相同，细节上却各有特点。这些特点构成了激发极化法勘察地下目标体的物理基
21、础。1)第一个特点是：极化率是表征激发极化法的首选指标。在相同的激励条件下，即一次场保持不变的前提下，地下介质的性质与二次场V2有密切关系。表1.3.1是根据3952块标本实测得极化率数据整理得到的不同岩石、矿石极化率统计表。表1.3.1 各类岩矿石极化率统计表.2)第二个特点是充放电曲线随时间变化规律。也就是总场随时间增长和衰减的规律。在相同的激励条件下，面极化电子导体充电达到稳定（饱和）而需的时间比体极化电子导体而需的时间长。高含水的颗粒达孔隙大的岩石充放电时间比含水性差的岩体充放电时间长。这一特性成了用衰减时找水的物理基础。3)第三个特点是：激发极化的机理和影响在相当大的范围内呈线性关系
22、。其条件是一次场的电流密度j010-2A/m2。例如在均匀无限半空间介质表面由一点电源，则距测点r的半球面上，电流密度 。如I1A,r=5m,则j0=0.6410-2A/m2。满足上述条件。因而在野外实际勘查中在同装置、同极距、同测点等相同条件下，在误差允许误差范围内不会因改变电流强度而引起的变化。202 rIj.四、视极化率的概念.4、当地形起伏时，将对j2MN和jMN产生影响。A、所有岩石极化率都是一致的（等于），此时j2MN和jMN所受地形影响相同，取此值后，对s 没有影响。因此纯地形不会引起s的假异常,s 。B、起伏地形之下有极化体存在时，二次场主要由极化体产生，它具有偶极场的特点，不
23、同于极化场（一次场）的形态。因此，地形对j2MN和jMN的影响不同，使得s有变化。但一般受地形影响较小，即地形只使极化体产生的s 异常畸变，而不致消失。5、供电电流I变化时，j与j2 按同一比例变化，s 保持不变。（需注意的是：做物性标本测量极化率时，要注意对面极化标本j 1A/cm；对体极化标本j 才比较明显。比如：=50%时，*=2；尤其应该注意，当很大时（=80-90%时），*比能增大5-10倍，这是在判断高极化率地质体的异常导电性时必须注意的。当多种岩石、矿体存在时（它们的电阻率、极化率分别为1、1，2、2，3、3 i、i），测量V1和V而计算出相应的视电阻率s 和“等效电阻率”*，同
24、样存在以下关系:s=*/*应用“等效电阻率法”，使激发极化法的理论计算大大简化。不仅如此，它还为我们应用物理方法进行激发极化模拟实验提供了理论依据。还需指出，等效电阻率*=/1-只是从简单形式引出，严格的推导要在场论中进行，所以这地不作详细分析。.2-2 各种装置的典型s曲线分析.水平极化球体的s曲线分析图.水平极化球体的s等值线平面图.水平圆柱体的s 剖面平面图.水平圆柱体的s曲线.2、均匀电场中水平极化圆柱体的s曲线 水平极化圆柱体的二次场与水平电流偶极线的场等效，一次场又是我们前边所述的球体的道理相同。因此，不难得出结论：水平极化圆柱体的s曲线形态与其二次场（E2）形态相似；特殊点位置亦
25、相对应，即：极大值点在柱轴上方的“0”点；零值点（s=1）为x=h;极小值点为x=1.7h。s 极大值反比于柱心埋深的平方，即：s max1/h。偶极子深度不同时Ex剖面曲线的比较.3、中间梯度装置倾斜矿脉s曲线.测线与直立矿脉斜交的曲线剖面平面图特征.二、单极梯度装置中球形矿体的s曲线.主断面上地下垂直偶极子的电流场.主测线上垂直极化 旁侧线上垂直极化球体的s曲线分析 球体的s曲线分析.在yh的测线上，s曲线极大值逐渐减小。等s平面图s 等直线平面图上的等值线是一组同心圆。在x=x+y=h的圆周上，取得最大值。（右图下）.主断面上倾斜偶极子的电流场.3、单极装置中倾斜极化球体的曲线分析 sV
26、2/V1=E2x/E1x 二次场与倾斜电流偶极子的场近似等效。一次场V1曲线由于考虑到21）。则V1是一条水平直线，矿体极化情况也较简单。V2曲线与图a近似，s(V2/V1)曲线与V2形态相同。.四、对称四极测深装置的激电异常特征.三层断面的s测深K型曲线示意图.低阻极化球体上不同测点的s和s测深曲线.球体埋深对s曲线的影响.如果“矿体”为高阻（2 1），则垂直走向布极的s值高，即s平行 s垂直。对高阻脉状极化体则相反。在同一条测线的不同测点进行激电测深后，也可以绘制出s 断面图。由于低阻的局部极化体上测深曲线为G型，故等值线断面图不具有包围低阻极化体的闭合等值线；但是实验资料表明，等值线仍然
27、能形象地反映低阻极化体的产状。倾斜板上测深等值s断面图.五、偶极装置的激电异常特征 偶极装置的观测结果主要表示为“视参数”的断面图。“视参数”用Ps表示。先介绍一下偶极装置在激电中应用的优缺点。优点：具有异常幅度大，克服低阻覆盖层影响的能力和分辨极化体形状、产状能力较强，以及受电磁耦合干扰较小等。缺点：偶极装置的异常比较复杂，因此要求技术人员在分析、解释资料时要充分了解其异常特点和工区地质情况。（一）、球形极化体的偶极装置s异常特征 1、当n=1时，s剖面曲线在球心上方有一极大值，两侧各有一极小值，由于极距相对球心埋深还不够大，s异常不大。随着极距的逐渐增大，球心上方的s异常极大值也会增大。2
28、、当n=2时，s剖面曲线在球心上方有一较大极大值，但是异常形态没有出现明显变化。3、当n=3以后，在球心上方出现了s极小值；其两侧对称分布两个极大值，这两个极大值的出现，分别和供电偶极（AB）与测量偶极(MN)过球心上方附近有关。再增大极距，两个极大值只稍有下降，但s极小值继续下降，最后s分解为两个独立的异常，它们接近于AB、MN分别过球体上方的中梯异常。在拟断面图上，s异常等值线呈“背斜”形，中间有条s异常高值带，其顶部s异常最大。.（二）、板状极化体的偶极装置s异常特征 对于低阻板状极化体，由图（教科书P108）可以看出：1、直立和水平产状的低阻板状极化体的视参数Ps拟断面图都是对称形；2
29、、直立板状体的拟断面图和球体的相似，呈“背斜”状，中间有一s异常高值带，其顶部s异常最大；3、水平板状体Ps拟断面图则呈“八”字形，板状体处于高值异常“八”字半封闭圈之上，等值线近于水平的部位；4、倾斜板的拟断面图不对称，外面大致为背斜状，内部s高值异常带倾斜方向与板状体倾向方向相反，即板状体位于与高值异常封闭圈相反的“背斜”一翼。值得引起注意的是：s、Ps拟断面图有相似的形状，但s 低阻异常与Ps高值异常相对应。.对于高阻板状极化体，由图（教科书P109）可以看出：1、水平高阻极化板的s拟断面图和直立低阻极化的s拟断面图在形态上相似；2、直立高阻极化板的s拟断面图和水平低阻极化的s拟断面图在
30、形态上相似；3、倾斜高阻极化板的s断面图虽然和倾斜低阻极化板的拟断面图形态相似，但这两种极化板倾向时相反的。即低阻倾斜板状体位置和高s异常值半封闭圈倾向相反，而高阻倾斜极化板的位置和高s异常值半封闭圈位置一致。4、高阻板状极化体的s拟断面图和s拟断面图相比，不论板状体产状如何，两种拟断面图异常形态相似。这和低阻板状体有相似的之处，不同的是，这里是s高阻异常和s高值异常相对应。.七、激发极化法的应用（一）装置类型的选择 各类装置各有所长，也各有所短。因此在野外工作中如何选择适合的当前工作需要的装置尤显重要，将直接影响到工区任务的顺利开展和经济效益。具体各装置形式的优缺点，在我们的教科书P110-
31、111已经有了较详细的介绍，如大家在工作中需要时供参考。（二）应用实例 因为野外的时间情况非常复杂，各地的情况不尽一致，所以真正有用的实例还是在我们自己的工作实践中去找，需要做参考的，在许多参考资料里都可以找到，所以这里也不作详细介绍。.八、激发极化法的推断解释 （一）解释推断所遵循的原则 1、搞清楚所有异常的来源，以便综合利用物探成果。A、区分有意义异常和无意义异常（矿异常，非矿异常）；B、区分异矿构造与储矿构造，大中小矿综合利用。2、要综合各种物化探的异常和已知的地质情况及物性资料进行全面研究。只相信一种物探方法的异常，不研究各种方法的异常是错误的；只相信物探异常，不相信其他方法的异常或过
32、分夸大、迷信之也是错误的。3、要不断进行解释推断，边进行工作边进行推断，随时进行工作验证，把工作质量向高一步、深一步的精度进行，以提高工作和技术质量。（二）解释推断的一般方法 1、从已知到未知的方法：从已知的地质工作经验、资料中去取精去粗，找到一般规律，应用到未知的工作区，但不能生搬硬套，要根据实际情况把已知区的条件和未知区的实际条件加以比较，切实做好当地实际工作，才进行解释推断。.2、将异常分类，有重点、有步骤的研究异常 3、根据工作需要和可能，进行定量、半定量计算。进行定量计算的目的：a、确定矿体的埋深、倾向及大小，以便做好进一步的后续工作；b、确定物探异常是否由已知地质体引起的；c、根据
33、定量计算，绘制地质剖面图。（三）异常的分类 对异常分类以后，掌握异常的等次比较容易，叙述、解释异常时比较有利于条理化、全面及方便。在大面积普查金属矿工作完成之后，有关技术人员要确定那些异常值得注意，往往根据异常分布的面积大小来划分异常那些是属区域，那些属局部异常。在详查中，综合研究比普查时要复杂得多，工作也要求更细致一些。这时物探成果综合分析研究的目的，主要是确定每一类异常特点与地质原因之间的关系，推断解释引起异常的地质原因，从而根据异常的分布规律，结合地质和物性资料对工区地质构造，物探方面的找矿规律，找出有希望的地带，及有可能时对金属矿体的产状、空间位置等作出必要的推断结论。.所谓异常的特点
34、，既是指异常的强度、背景值、极大值、极小值，异常的宽度、分布范围，异常的外形、走向，异常的梯度变化及其稳定性等。经过这样的分类之后，人们对工区的各种异常的特点将会有一个较清晰的概念，能够肯定引起异常的地质体的部分性质。这种分类法称作：个别物探异常分类。第二阶段，是研究各种异常的相互关系，确定产生异常的地球物理原因。这时的分类目的，是把各种方法的异常在空间或地表的分布关系联系起来，分类的标准是各种方法异常的组合关系。经过这样分类以后，人们对工区内各种方法之间的相互关系，就能够比较容易的掌握，能够肯定产生异常的地质体的物理性质，为异常的地质解释创造条件。这种分类叫组合异常分类。组合研究的最后一个阶
35、段，是研究引起异常的地质原因，确定异常和地质构造、地层分布及金属矿床分布之间的关系。这时的异常分类目的是归纳不同地质体所引起的异常，进行分类时要考虑到1、地质材料，2、物性材料，3、各种异常特点，4、不同方法异常之间的关系等等。这时的异常分类标准是那些异常是地层引起的，那些异常是岩脉引起的，那些异常是金属矿引起的，那些异常是目前还不清楚的地质体引起的。经过这样分类，人们对工区异常和地质因素之间的关系有了明确的概念，为综合利用物探异常结果创造了条件，我们称这时的分类为：物探异常的地质分类。.（四）激电s异常区分 1、什么是s异常:如果地下体有两种以上，它们的s都相等，而电阻率则不一定相等，在其所
36、测得的s值在图上是一条直线平行于x轴，其背景值则等于真极化率值0。如果它们的极化率与电阻率都是各不相同的，1 2，则在其所测得的视极化率s值在图上是一条曲线（在相应地下体的上方）s=纯异常-1 剩余异常=2-1 2、区分和评价s异常的方法 A、用统计的方法区分区域异常和局部异常 用透明纸把在同一岩体上，同样测点之间的曲线透在同一个横坐标位置，几条曲线混合得密的为区域异常，混合得稀疏的则为局部异常。（相对的）根据异常特征结合地质及物化探资料区分用于异常和干扰异常。.至此，对激发极化法时间域部分的讨论告一段落。.第二章第二章 激发极化现象在频率域的体现激发极化现象在频率域的体现2.2 频率域激发极
37、化法等效电路2.1 超低频交变电场中岩矿石的激发极化现象2.3 岩矿石激发极化效应的频率特性及其影响因素2.4 结束语.从时间域激电法可以得到以下的推论：完整的充电曲线和完整的放电曲线是等价的。既然充电曲线和放电曲线等价，就可以不观测放电曲线，而观测充电曲线，只要两次观测即可：a.第一次观测使充电时间足够长，使tFs（达到饱和时间）。b.第二次观测使充电时间很短，使t0（趋近于0）。此方案理论上并不存在问题，但实行起来有相当大的困难，这是因为t0时为变化很快的瞬变信号，很难测准，如图2.1.1a所示。为了克服t0时V测不准的困难，可采取一系列短周期矩形波供电方案,如图2.1.1b所示。.图2.
38、1.1a 只观测充电曲线图2.1.1b 用充分长和充分短的矩形分别来测量极化总长.在矩形波供电的半周期，由于充电作用所测到电位差平均值V1是一个比V1略大，含有V2的一个量，并且周期越短，频率越高，V1越接近V1，在极限情况下：同理，矩形波的周期越长，频率越高，V1越接近V1，在极限情况下：由于T=1/f，周期是频率的倒数，利用矩形波充电测量已将时间域测量激发极化效应引伸到频率域测量激发极化效应来。因此得到：a.时间域充电时间T，相当于频率域f 0。b.时间域充电时间T0，相当于频率域f。这种联系是拉普拉斯变换理论。根据拉氏变换理论的初值定理：f(t)t0=SF(S)(s)和终值定理f(t)t
39、=SF(S)(s0)上两式中：t为时间变量，S为频率变量。这两条定理说明时间域初值，对应着频率域终值。反过来，时间域的终值，对应着频率域初值。110limVVtVVt1lim.一、幅频率F 为了与时间域定义的极化率相区别，在频率域中把表征介质激发极化效应的量定义为“幅频率”F。（2.1.1)F的含意是激发极化效应引起的电位差振幅的变化量在激发极化总场中所占的比分比。欧美西方国家的地球物理学家亦将幅频率称为“百分频率效应”或“频散率”。由于在频率域激电中f0或f是做不到的，因此在实践中，采用充分低的低频（fL）和足够高的高频（fh）两种频率来测量。测量和使用幅频率F时应注意以下几点：1）选择fL
40、与fh之间频差足够大，使F异常即可靠又明显。2）提供F数据时要说明fL、fh频率条件，频率条件不同，FS缺乏可比%100LhLVVVF所以 fL不能太低，fh不能太高。4）不同的岩石、矿石有不同的幅频特征。2.1.2 描述频率域激发极化效应的参数性。3）地下介质激电效应的极限频率一般在n10-2Hzn102Hz之间，.二、相位、实分量Re与虚分量Im 频率域激发极化效应另一个重要体现，是充电时V2的增长与断电后乘余二次电位的衰减出现了时间差t。在波动学中，时间差又称相位差。在频率域激电中，激发电流是交变电流，由于地下岩、矿石存在激发极化效应，所观测到的视电阻率不仅有阻抗成份，也有电抗成份，它是
41、一个复量，故称复电阻率。极化大地阻抗：上式写成指数形式：可以导出：视电阻率定义：)()()(iIiuiZ1()()()iI iIe)()()(uieuiu()()/()AVI()()()uI )()()(iZKiIiuKS.()()()emZ iRiI()()cos()eRA()()sin()mIA 22()()()emARI)()()(emRIartg(2.1.3)(2.1.4)(2.1.5)(2.1.6)值得注意的是：1）频率域激发极化效应中，振幅的变化和相位变化是同时发生的，是同一物理现象的两个不同侧面。2）相位测量的独到之处是在中频段幅频特性拐点不明显，而相频特性极值却很突出，成为区分
42、目标体的重要手段。)()()(ieAiZ图2.1.2 幅频特性和相频特性示意图 由于极化大地阻抗 是复变函数指数形式，可以用欧拉（Euler）定律写成复数的三角函数表达式：其实部、虚部为：.图2.1.3 在几块矿石标本测得的频率特性曲线(a)幅频曲线 (b)相频曲线2）黄铁矿；2-辉钼矿；3-黄铜矿；4-石墨(a)(b).图2.1.4 几种矿（岩）石的频率特性(a)黄铁矿石 （b）铅锌矿石（c）黄铜矿石（d）碳质页岩图.图2.1.5 无矿标本的频率特性振幅振幅相位相位.2.2 2.2 频率域激发极化法等效电路频率域激发极化法等效电路 激发极化效应过程是一个复杂的电化学过程，不可能用一个简单的模
43、型来精确的描述，从机理出发建立一种模型来描述这个过程是有助于研究它的基本特点和性质。.比较公认的有：（一）面极化体表面的面阻抗 迁越过电位（电流带来的电荷来不及越过电极溶液界面，形成电荷堆积使电极电位发生变化）a：时间域 对其进行变换得:频率域 （2.2.1）实际上是阻容并联电路00()(1)Tk xk tke1001()()k ii xk容抗（容抗（ix）-1k（ix）-c图2.2.1.对浓差过电位：(电化学过程中电极附近浓度来不及扩散产生电位差）时间域：()R TAT1201()()R ii xi x1001()()CR Ii xR将2.2.2式进行变换得：称为瓦尔堡阻抗，综合式2.2.1
44、、式2.2.2得到面极化电路等效公式为：即用一个面电阻R0与面电抗并联。（2.2.3）（2.2.2）.图2.2.1 矿化岩石极化单元(a)及其等效电路(b)1-岩脉矿石；2-裂隙水通道；3-电子导电矿物颗粒体极化是浸染状矿体，其等效单元（二）体极化.（2.2.4）（2.2.5）111()()ipCCRZi xRi xR将式2.2.5代入式2.2.4中得：（2.2.6）1()()11()abCabCRR Ri xRZ iRRi xR10()abCabRR RxRRRibaibaibaZRRZRRZRRiZ)(111)(引进新参数（2.2.7）.经过推演后，得到复电阻率公式01()111()CZ
45、iZmi01()111()Cimi（2.2.8）（2.2.9）aabRmRRm：极限极化率（充电率），Ra：代表纯离子通道的电阻；Rb：代表离子溶液和电子导体共同通道的电阻；R：代表电子导体本身的电阻；式中：c：频率相关系数，其取值范围0c1，一般取0.1c0.6，典型值c=0.5。0：频率为零时的电阻率：时间常数，描写激发极化过程的迟缓；X：面电容Z0：频率为0时的Cole-Cole阻抗相当于幅频率Fs。.在（2.2.8）中 （2.2.10）代入（2.2.8）有 （2.2.11）根据复数的运算法则，对（2.2.11）加以整理，分解出 的实部和虚部，我们得到 实部为 （2.2.13）虚部 （2
46、.2.14）或者表示为振幅、相位：2()()()()cossin22cicccccciiei1()()111()cos()sin22ccZ iZ Omccit()Z i()Re()Im()Z iZ iii2021(1)()(2)()cos2Re()1()2()cos2cccccmmZ iRc02()sin2Im()1()2()cos2ccccR mZ ic12()sin21(1)()(2)()cos2ccccmtgcmm（2.2.12）22)(Im)(Re)(iZiZiZ振幅相位（2.2.15）（2.2.16）.在=0 ZIP=R，在 ZIP0，计算极限极化率m（即）：上述模型是50年前194
47、1年R.S.cole和R.H.cole用来电化学中研究电极化公式，称柯尔柯尔频率或柯尔柯尔模型。1978年加拿大地球物理学家Pelton(皮尔通)首先用它研究激发极化法，并通过大量岩矿石测定证明它可以近似描写激发极化效应。我国张赛珍和其他学者也通过岩矿石标本测定证实了该模型近似可用性。()(0)ababR RRZRRR()ababRRZRR 0(0)()()()aabaRRZZmZRRRR.2.3 2.3 岩矿石激发极化效应的频率特性及其影响因素岩矿石激发极化效应的频率特性及其影响因素 不同成份、含量、结构构造和产出条件的岩、矿石的激发极化性质的差别集中反映在Cole-Cole模型的三个参数m
48、、c上，以及由它们计算出的虚分量、实分量或振幅及相位。张赛珍根据我国25个地区180多块不同矿种天然标本的测定结果，总结出矿石中导电矿物的成份对激发极化性质，特别是对时间常数有显著的影响。时间常数反映了激发极化过程的迟缓性，这种迟缓性突出表现在相位上。2.3.1 2.3.1 导电矿物成份的影响导电矿物成份的影响 表2.3.1是其中部分标本激电参数的分类统计表。由表可见，来自不同地区的标本成份不同，时间常数相差就比较大。比如黄铜矿和黄铁矿它们之间的粒粒、含量、充电率差别并不大。但是，两者的值相差竟达三个数量级。这一差别无疑只能解释为矿物成份的差别。表2.3.1还列举了石墨、磁黄铁矿、磁铁矿、铅锌
49、矿、赤铁矿化磁铁矿以及赤铁矿的测试拟合数据，可以看出，矿物成份对值的影响是显著的。图2.3.1是根据实测数据作出的不同成份矿石的值分布范围。上述资料似乎微露出用频率域激电识别矿物成份的一线曙光。值得注意，石墨的值最大，相位负峰的极值最大，频率最低。这一特点可以成为分辨石墨的特征。.表2.3.1 岩矿石激电参数统计表 成分类%变化粒径及变化谱参数变化范围块数地区数mc石墨或碳类10-700.0.5-0.010.78-0.98n103-n1050.35-0.51n10-n102137黄铜矿类25-900.05-0.50.84-0.98n103-1040.44-0.5n10-102128磁黄铁矿类6
50、0-950.05-n0.85-0.97103-n1030.41-0.53n1065磁铁矿类75-980.005-0.10.96-0.97n102-n1050.39-0.44 22铅锌矿类15-500.1-n0.75-0.91n-n100.39-0.55n1044黄铁矿类35-900.01-n0.5-0.9410-1-n100.33-0.4710-1n3814赤铁矿化磁铁矿类700.05-50.95-0.9710-2-10-10.36-0.47n10-124赤铁矿类40-80 n10-2-n10-30.58 33.图2.3.1 各类矿石值大致分布.2.3.2 2.3.2 导电矿物含量的影响导电矿
