地球物理學(xué)必備-應(yīng)用地球物理學(xué)原理(不看后悔)

1、二、巖石和礦石,利用巖石和礦石的電化學(xué)活動(dòng)性 一般情況下物質(zhì)都是電中性的，即正，負(fù)電荷保持平衡。 但是，某些巖石和礦石在特定的自然條件下，在巖石中產(chǎn)生的各種物理化學(xué)過程作用下，巖石可以形成面電荷和體電荷。巖石的這一性質(zhì)稱為巖石極化,巖石極化分為兩種類型： 1、自然極化，是由不同地質(zhì)體接觸處的電荷自然產(chǎn)生的(表面極化)或由巖石的固相骨架與充滿空隙空間的液相接觸處的電荷自然產(chǎn)生的(兩相介質(zhì)的體極化)； 2、激發(fā)極化，是在人工電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的極化。 由巖石自然極化和人工極化產(chǎn)生的面電荷和體電荷形成自然電場(chǎng)或激發(fā)極化電場(chǎng),一)巖石和礦石的自然極化特性 1電子導(dǎo)體的自然極化 當(dāng)電子導(dǎo)體和溶液接觸時(shí)，由于

2、熱運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體的金屬離子或電子可能具有足夠大的能量， 以致克服晶格間的結(jié)合力越出金屬進(jìn)入溶液中。 從而破壞了導(dǎo)體與溶液的電中性，使金屬帶負(fù)電，溶液帶正電。 金屬上的負(fù)電荷吸引溶液中過剩的陽離子，使之分布于界面附近，形成雙電層，產(chǎn)生一定的電位差,此電位差產(chǎn)生反向電場(chǎng)，阻礙金屬離子或電子繼續(xù)進(jìn)入溶液。 當(dāng)進(jìn)入溶液的金屬離子達(dá)到一定數(shù)量后，便達(dá)到平衡，此時(shí)，雙電層的電位差為該金屬在該溶液中的平衡電極電位。 它與導(dǎo)體和溶液的性質(zhì)有關(guān)。 若導(dǎo)體和溶液都是均 勻的，則界面上的雙電層也是均勻的，這種均勻、封閉的雙電層不產(chǎn)生外電場(chǎng),如果導(dǎo)體或 溶液是不均勻的，則界面上的雙電層呈不均勻分布，產(chǎn)生極化，并在導(dǎo)體內(nèi)、

3、外產(chǎn)生電場(chǎng)，引起自然電流。 這種極化所引起電流的趨勢(shì)是減少造成極化的導(dǎo)體或溶液的不均勻性。 所以 ，如果不能繼續(xù)保持原有的導(dǎo)體或溶液的不均勻性，則因極化引起的自然電流會(huì)隨時(shí)間逐漸減小，以至最終消失,因此，電子導(dǎo)體周圍產(chǎn)生穩(wěn)定電流場(chǎng)的條件必須是： 導(dǎo)體或溶液的不均勻性，并有某種外界作用保持這種不均勻性，使之不因極化放電而減弱,如圖1.3-4所示，賦存于地下的電子導(dǎo)電礦體，當(dāng)其被地下潛水面切過時(shí)，往往在其周圍形成穩(wěn)定的自然電流場(chǎng)。 我們知道，潛水面以上為滲透帶，由于靠近地表而富含氧氣，使?jié)撍嬉陨系娜芤貉趸暂^強(qiáng)； 相反，潛水面以下含氧較少，那里的水溶液相對(duì)來說是還原性的。 潛水面上、下水溶液化學(xué)

4、性質(zhì)的差異通過自然界大氣降水的循環(huán)總能長(zhǎng)期保持,這樣， 電子導(dǎo)體的上、下部分總是分別處于性質(zhì)不同的溶液之中，在導(dǎo)體和溶液之間形成了不均勻的雙電層，產(chǎn)生自然極化，并形成自然極化電流場(chǎng)，簡(jiǎn)稱自然電場(chǎng)。 在上述特定自然條件下，導(dǎo)體上部處于氧化性質(zhì)溶液中，其電極電位較高，導(dǎo)體帶正電，其周圍溶液帶負(fù)電； 導(dǎo)體下部處于還原性質(zhì)溶液中，電極電位較低，導(dǎo)體帶負(fù)電，周圍溶液帶正電,這種因極化形成的電流，在導(dǎo)體內(nèi)部自上而下； 而在導(dǎo)體外部是自下而上，如圖1.3-4中的電流線。 從地平面看，自然電流是從四面八方流向?qū)w，因此，沿剖面觀測(cè)自然電位 時(shí)，離礦體愈近，電位愈低，在導(dǎo)體正上方電位最低，稱為自然電位負(fù)心,通常

5、，在硫化金屬礦上可觀測(cè)到幾十到幾百毫伏的自然電位負(fù)異常。 順便指出：在化學(xué)性能十分穩(wěn)定的石墨礦或石墨化程度較高的地層上，自然電位負(fù)異常的幅 度可達(dá)800900mV，甚至1000mV以上,2離子導(dǎo)體的自然極化 在離子導(dǎo)電的巖石上所觀測(cè)到的自然電場(chǎng)主要是由于動(dòng)電效應(yīng)所產(chǎn)生的流動(dòng)電位所引起。 (1)過濾電場(chǎng) 當(dāng)?shù)叵滤鬟^多孔巖石時(shí)，在地表就可以觀測(cè)到過濾電場(chǎng),溶液能平行于孔壁自由流動(dòng)，而把正離子帶走 在水流的上游負(fù)離子過多， 而 在水流下游正離子過多，形成了過濾電場(chǎng),地殼中自然形成的過濾電場(chǎng)主要包括裂隙電場(chǎng)、上升泉電場(chǎng)、山地電場(chǎng)和河流電場(chǎng)等。 例如 ：地下的喀斯特溶洞、斷層、破碎帶或其它巖石裂隙帶，

6、常成為地下水的通道。 當(dāng)?shù)叵滤蛳聺B漏時(shí)，上部巖石吸附負(fù)離子，下部巖石出現(xiàn)多余的正離子，這就形成裂隙電場(chǎng)(見圖1.3-6，a,與以上的情況相反，當(dāng)?shù)叵滤ㄟ^裂隙帶向上涌出形成上升泉時(shí)，由于過濾作用，在泉水出露處呈現(xiàn)過剩的正電荷，而在地下水深處留下過多的負(fù)電荷，于是形成上升泉電場(chǎng)(見圖1.3-6，b)。 此外，由于河水和地下水之間的相互補(bǔ)給形成的地下水流產(chǎn)生的 過濾電場(chǎng)為河流電場(chǎng)(見圖1.3-7,山地電場(chǎng)常常是雨水滲入多孔的山頂巖層向山腳流動(dòng)形成的。 山地電場(chǎng)總是山頂電位為負(fù)，山腳電位為正，電場(chǎng)的分布與地形成鏡象關(guān)系(見圖1.3-8,2)擴(kuò)散吸附電場(chǎng) 當(dāng)兩種濃度不同的溶液相接觸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)散現(xiàn)象

7、。 溶質(zhì)由濃度大的溶液移向濃度小的溶液 里，以達(dá)到濃度平衡。 正、負(fù)離子將隨著溶質(zhì)移動(dòng)，但因巖石顆粒的吸附作用，正、負(fù)離子 的擴(kuò)散速度不同，使兩種不同離子濃度的巖石分界面上分別含有過量的正離子或負(fù)離子，形 成電位差，這種電場(chǎng)稱為擴(kuò)散吸附電場(chǎng),擴(kuò)散吸附電場(chǎng)強(qiáng)度較小 例如在地面觀測(cè)到的河水與地下水接觸處由于離子濃度差別形成 的擴(kuò)散吸附電場(chǎng)，一般約1020mV。 擴(kuò)散吸附電場(chǎng)更多的是用在電測(cè)井工作中。,以上各種原因產(chǎn)生的自然電場(chǎng)不是孤立存在的。 應(yīng)用自然電場(chǎng)找礦時(shí)，主要研究電子導(dǎo)體周圍的電化學(xué)電場(chǎng)，而把河流電場(chǎng)、裂隙電場(chǎng)視為找礦的干擾； 應(yīng)用自然電場(chǎng)解決水文地質(zhì)問題時(shí)，將礦體周圍的電場(chǎng)視為干擾,二)

8、巖石和礦石的人工極化成因 1電子導(dǎo)體的人工極化成因 在討論電了導(dǎo)體的自然極化時(shí)，我們已經(jīng)知道：浸沉于同種化學(xué)性質(zhì)溶液中的單一電子導(dǎo)體表面形成的雙電層為一封閉系統(tǒng)，它不顯示電性，也不形成外電場(chǎng)(見圖1.3-9，a)。 這種自然狀態(tài)下的雙電層電位差是導(dǎo)體與溶液接觸時(shí)的電極電位，又稱平衡電極電位,當(dāng)有電流 通過上述系統(tǒng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部的電荷將重新分布：自由電子逆著電場(chǎng)方向移向電流流入端，使 這里相當(dāng)于等效電解電池的“陰極”； 而在電流流出端呈現(xiàn)出相對(duì)增多的正電荷，相當(dāng)于 等效電解電池的“陽極”。 與此同時(shí)，溶液中的帶電離子也在電場(chǎng)作用下發(fā)生相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，分別在“陰極”和“陽極”處形成正離子和負(fù)離 子的堆積

9、(圖1.3-9，b,使通電前的正常雙電層發(fā)生了變化： “陰極”處，導(dǎo)體帶負(fù)電， 圍巖帶正電； 而“陽極”處，導(dǎo)體帶正電，圍巖帶負(fù)電。 在電流作用下，導(dǎo)體的“陰極”和 “陽極”處雙電層電位差相對(duì)于平衡電極電位的變化值稱為超電壓。 超電壓的形成過程即是電極極化過程,不難理解，隨供電時(shí)間的延長(zhǎng)，導(dǎo)體界面兩側(cè)堆積異性的電荷逐漸增多，超 電壓值隨之增大，最后達(dá)到飽和狀態(tài)。 斷去供電電流之后，界面兩側(cè)堆積的異性電荷通過界面本身，導(dǎo)體內(nèi)部和周圍溶液放電，使整個(gè)系統(tǒng)逐漸恢復(fù)到供電之前的均勻雙電層狀態(tài)，超電壓也隨時(shí)間的延續(xù)逐漸減小，最后消失(圖1.3-9，c)。,介紹兩個(gè)重要概念： 面極化和體極化 在激電法的理

10、論和實(shí)踐中，為使問題簡(jiǎn)化，將巖、礦石的激發(fā)極化分為理想的兩類。 第一類 是“面極化”，其特點(diǎn)是激發(fā)極化均發(fā)生在極化體與圍巖溶液的界面上，如致密的金屬礦或石墨礦屬于此類,第二類是“體極化”，其特點(diǎn)是極化單元(指微小的金屬礦物、石墨或巖 石顆粒)呈體分布于整個(gè)極化體內(nèi)，如浸染狀金屬礦石和礦化、石墨化巖石以及離子導(dǎo)電巖石均屬這一類,雖然每個(gè)小顆粒與 圍巖(膠結(jié)物)的接觸面很小，但它們的接觸面積的總和卻是很可觀的。 所以，盡管浸染狀礦 體與圍巖的電阻率差異很小，仍然可以產(chǎn)生明顯的激發(fā)極化效應(yīng)，這就是激發(fā)極化法能夠成功地尋找浸染狀礦體的基本原因,應(yīng)該指出，面極化和體極化的差別只具有相對(duì)意義。 嚴(yán)格說來，

11、所有激發(fā)極化都是面極化的 ，因?yàn)閺奈⒂^來看，體極化中每一個(gè)極化單元的激發(fā)極化也都是發(fā)生在顆粒與其周圍溶液的 界面上。 然而，實(shí)踐中應(yīng)用激電法又都是宏觀地研究礦體、礦帶或地層等大極化體的激電效 應(yīng)。 故在此討論體極化體的激發(fā)極化特性,2離子導(dǎo)體的激發(fā)極化成因 一般造巖礦物為固體電解質(zhì)，屬離子導(dǎo)體。 野外和室內(nèi)觀測(cè)資料表明，不含電子導(dǎo)體的一般 巖石，也能產(chǎn)生明顯的激電效應(yīng)。 關(guān)于離子導(dǎo)體的激發(fā)極化機(jī)理，所提出的假說和爭(zhēng)論均較 電子導(dǎo)體的多，但大多認(rèn)為巖石的激電效應(yīng)與巖石顆粒和周圍溶液界面上的雙電層結(jié)構(gòu)有關(guān) (見圖1.3-10，a,主要假說都是基于巖石顆粒溶液界面上雙電層分散結(jié)構(gòu)和分散區(qū)內(nèi)存在可以沿

12、界面移動(dòng)的陽離子這一特點(diǎn)提出來的。 其有代表性的假說是雙電層形變說。 現(xiàn)簡(jiǎn)述如下： 在外電流作用下，巖石顆粒表面雙電層分散區(qū)之陽離子發(fā)生位移，形成雙電層形變 (圖1.3-10，b,當(dāng)外電流斷開后，堆積的離子放電，恢復(fù)平衡狀態(tài)(圖1.3-10，c)， 從而可以觀測(cè)到激發(fā)極化電場(chǎng)。 雙電層形變形成激發(fā)極化的速度和放電的快慢，決定于離子沿顆粒表面移動(dòng)的速度和路徑的長(zhǎng)短，因而較大的巖石顆粒將有較大的時(shí)間常數(shù)(即充電和放電時(shí)間長(zhǎng))，這是用激電法尋找 地下含水層的物性基礎(chǔ)。,三)巖石和礦石的激發(fā)極化特性 1、時(shí)間特性 (1)礦化巖石的激發(fā)極化特性 細(xì)粒浸染狀礦石或礦化巖石的激發(fā)極化(體極化)是其中許多細(xì)小

13、顆粒極化效應(yīng)的總和，為了考察體極化巖、礦石的激電效應(yīng)，通常采用圖1.3-11，a所示的封閉裝置,將待測(cè)的體 極化巖、礦石標(biāo)本置于盛有水溶液的長(zhǎng)方形容器中，使其露出水面。標(biāo)本與容器壁之間的空隙用石蠟或橡皮泥等絕緣材料封嚴(yán)，使標(biāo)本兩側(cè)的水溶液不相連通。 在容器兩端各放一塊長(zhǎng) 方形銅片A和B，作供電電極，借以向容器內(nèi)供入穩(wěn)定電流。 在標(biāo)本兩側(cè)水溶液中緊靠標(biāo)本處 ，安置測(cè)量電極M和N，用毫伏計(jì)測(cè)量其間的電位差,圖1.3-11，b是用上述裝置對(duì)黃鐵礦化巖石標(biāo)本測(cè)得的電位差隨時(shí)間變化曲線。 電位差 隨時(shí)間的變化是因?yàn)榧ぐl(fā)極化效應(yīng)產(chǎn)生的電位差(簡(jiǎn)稱二次場(chǎng)電位差，在供電時(shí)記為（），斷電后記為（t)） 在供電后

14、從零開始逐漸增大(充電過程)， 而在斷電后逐漸衰減為零(放電過程,在無激電效應(yīng)時(shí)，電流通過標(biāo)本由于電阻電壓降所形 成的電位差為一次場(chǎng)電位差。在穩(wěn)定電流條件下， 不隨時(shí)間而變 。 可見，標(biāo)本被激發(fā)極化后，供電時(shí)間T時(shí)觀測(cè)到的電位差（）為 和2 （）之和，稱之為總場(chǎng)電位差，它隨供電時(shí)間T而變化，并有關(guān)系,由于剛供電時(shí)(T=0)二次場(chǎng)電位差為零，即（），故由上式得： 于是 ()()(,體極化比面極化的充、放電速度快得多，這是體極化與面極化的一個(gè)重要不同之處。 對(duì)星散浸染狀礦石或礦化、石墨化標(biāo)本的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果表明： 若在相當(dāng)大范圍內(nèi)改變供電電流I，直到測(cè)量電極處的電流密度高達(dá)n時(shí)，二次場(chǎng) 電位差總是與

15、供電電流成正比，且其比值與供電方向無關(guān),因此，在地面電法通常所能達(dá)到 的電流密度范圍內(nèi)，星散浸染狀巖、礦石的激電效應(yīng)沒有明顯的非線性和正、負(fù)極極化的差 異。 這是體極化和面極化的又一重要區(qū)別,2)描述穩(wěn)定電流場(chǎng)激發(fā)極化效應(yīng)的參數(shù) 上已述及，在二次場(chǎng)與電流成線性關(guān)系的條件下，引入表征體極化巖、礦石的激電性質(zhì)參數(shù) 極化率()，其值按下式計(jì)算： 極化率為用百分?jǐn)?shù)表示的無量綱參數(shù),由于二次場(chǎng)和總場(chǎng)均與供電電流成正比，故極化率是與電流無關(guān)的常數(shù)。 但極化率與供電時(shí)間 T 和放電時(shí)間 t有關(guān)，必須予以特別說明。 為簡(jiǎn)單起見，我們將長(zhǎng)時(shí)間供電(T ，即充電達(dá)飽和)和斷電瞬間(t0)測(cè)得的飽和極化率（，）定義

16、為極化率 ，記為,體極化巖、礦石的極化率除了與觀測(cè)時(shí)的充放電時(shí)間有關(guān)外，還和巖、礦石的成分、含 量、結(jié)構(gòu)及含水性等多種因素有關(guān)。 我國(guó)物探工作者對(duì)大量礦化巖、礦石標(biāo)本作了系統(tǒng)觀測(cè) ，研究了多種因素對(duì)巖、礦石極化率的影響規(guī)律，研究結(jié)果表明，在上述諸多因素中，影響 巖、礦石極化率的主要因素是電子導(dǎo)電礦物的含量和巖、礦石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造,3) 非礦化巖石的激發(fā)極化效應(yīng) 不含電子導(dǎo)電礦物的非礦化巖石，屬純離子導(dǎo)體，在電流激發(fā)下的激發(fā)極化都發(fā)生在細(xì)小巖 石顆粒與周圍溶液的界面上，也是體極化。 但其激電性質(zhì)又與礦化巖石不同： 巖石的極化率通常很低，一般不超過12%，少數(shù)能達(dá)到45%。 表1.3-5列舉了一些巖

17、 石 和礦石極化率的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，它表明了一般情況下，巖、礦石極化率的數(shù)量概念,非礦化巖石的充電和放電速度比礦化巖石更快。 其中，礦物顆粒小(例如由粘土礦物組成) 的巖石，充放電速度尤其快； 而顆粒較粗(如砂或砂粒組成)的巖石之充、放電速度則較慢。 巖石激電效應(yīng)的這種時(shí)間特性，對(duì)評(píng)價(jià)激電異常和應(yīng)用激電法找水均有實(shí)際意義,2頻率特性 (1)在超低頻交變電流場(chǎng)中巖、礦石的激電現(xiàn)象 前面所討論的激電效應(yīng)是在穩(wěn)定電流激發(fā)下，根據(jù)電場(chǎng)隨時(shí)間的變化(充、放電過程)來研究 激發(fā)極化效應(yīng)(即時(shí)間域激電法)。 實(shí)踐表明，激電效應(yīng)也可在交變電場(chǎng)激發(fā)下，根據(jù)電場(chǎng)隨 頻率的變化(頻率特性)觀測(cè)到激電效應(yīng)(即頻率

18、域激電法,為了認(rèn)識(shí)交變電流激發(fā)下的激電 效應(yīng)，我們考察下述實(shí)驗(yàn)：在圖1.3-11，a所示的裝置中，將直流電源改為超低頻信號(hào)發(fā)生器，向水中供以超低頻交變電流I； 在供電時(shí)，用交流毫伏計(jì)測(cè)量M、N間 的交流電位差。 當(dāng)保持交變電流的幅值I不變， 而逐漸改變頻率f時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)電位差將隨之而變,這種在超低頻段上(f = n- )電場(chǎng)隨頻率變化的現(xiàn)象，與介電極化和電磁耦合效應(yīng)無關(guān)，而是巖、礦石激發(fā)極化的結(jié)果。 實(shí)驗(yàn)證明，在地面電法野外工作通常所能達(dá)到的電流密度條件下，以上實(shí)驗(yàn)中的與 I 成線性關(guān)系。 在此情況下，可將對(duì)I和裝置進(jìn)行歸一化，按下式計(jì)算交流電阻率,由于激發(fā)極化作用，通常是頻率的復(fù)變函數(shù)，即為

19、復(fù)量，一般U相對(duì)于I有相位移。 復(fù)電阻 率隨頻率的變化乃是交流電位差U隨頻率變化的結(jié)果，這正是激電效應(yīng)的“頻率特性”。 圖1.3-12是在一塊黃鐵礦標(biāo)本上實(shí)測(cè)的激電效應(yīng)頻率特性曲線,這一結(jié)果與穩(wěn)定電場(chǎng)激發(fā)下激電效應(yīng)的時(shí)間特性有很明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系： 在時(shí)間域里，激電作用隨充電時(shí)間延長(zhǎng)從零逐漸增大，并當(dāng)充電時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)趨于飽和值。 在頻率 域中，隨著供電電流頻率從高到低，對(duì)應(yīng)的單向供電時(shí)間T從零增大，激電效應(yīng)增強(qiáng)， 總電場(chǎng)(電阻率幅值)隨之變大,當(dāng)頻率趨于零時(shí)，單向供電持續(xù)時(shí)間T，激電效應(yīng) 最大，因而總場(chǎng)趨于飽和值。 圖1.3-12中還給出了實(shí)測(cè)的激電效應(yīng)相頻特性曲線(相位隨頻率的變化曲線)。 由圖

20、可見，在各個(gè)頻率上，相位皆為負(fù)值：當(dāng)頻率很低或很高時(shí)，相位皆趨于零，于中間某 個(gè)頻率上，相位取得負(fù)極值,將圖中的相頻和幅頻特性曲線對(duì)比可看到，相位值與幅頻特性 曲線的斜率約成正比； 振幅值隨頻率增大而下降的愈陡，相位值負(fù)得愈大； 幅頻曲線的拐點(diǎn)約與相頻曲線的極值點(diǎn)對(duì)應(yīng),相頻特性曲線的特點(diǎn)，也可對(duì)照穩(wěn)定電流激發(fā)下的時(shí)間特性進(jìn)行解釋： 如在頻率很高(f )時(shí)，因二次場(chǎng)趨于零，總場(chǎng)等于一次場(chǎng)，故無相移； 而頻率很低(f)時(shí)，相當(dāng) 于長(zhǎng)時(shí)間單向供電(T)激發(fā)極化達(dá)飽和的情況，這時(shí)二次場(chǎng)雖最大，但其與電流同 步(即二次場(chǎng)無相位差)，故總場(chǎng)相位也為零,此外，不難證明，若已知直流激電效應(yīng)的時(shí)間特性，便可換算

21、出交流激電效應(yīng)的頻率特性； 反之，也一樣。 這說明直流激電(時(shí)間域)的觀測(cè)與交流激電(頻率域)的觀測(cè)，本質(zhì)上是一致的，在數(shù)學(xué)意義上是等效的； 其間的差別主要在于觀測(cè)的方法技術(shù),2)描寫交流激發(fā)極化效應(yīng)的參數(shù) 既然交變電流場(chǎng)中的激電效應(yīng)以總場(chǎng)(或交流電阻率)的頻率特性為標(biāo)志，并且與穩(wěn)定電流場(chǎng)中激電效應(yīng)的時(shí)間特性有對(duì)應(yīng)關(guān)系，故可仿照直流激電特性參數(shù)極化率的表示式(1.3-14)，定義下列參數(shù)以描述交流激電特性,式中和分別表示在兩個(gè)頻率(低頻f和高頻f)時(shí) 測(cè)得的總場(chǎng)電位差幅值。 參數(shù)P(f， f）為電場(chǎng)幅值在該兩頻率間的相對(duì)變化 ，稱為頻散率。 頻散率也以百分?jǐn)?shù)表示，故西方國(guó)家稱其為“百分頻率效應(yīng)

22、,在交流激電觀測(cè)中，除了頻散率外，還可觀測(cè)總場(chǎng)相對(duì)于供電電流的相位。 前已述及 ，激電效應(yīng)引起的相位移與幅頻特性曲線的斜率或電場(chǎng)幅值隨頻率的變化率近似有正比關(guān)系 ； 另一方面，頻散率P(f和fG)也與幅頻特性曲線在頻率 f和 fG 之間的平 均斜率約成正比,由于實(shí)際觀測(cè)所用的兩個(gè)頻率(fD和fG )一般相差不大(十倍左右) ，可近似認(rèn)為P(fD ， fG)與在頻率 上測(cè)得的激電相位成正比。 可見在某個(gè)頻率 f 上測(cè)得的交流激電場(chǎng)相對(duì)于供電電流的相位移 ，與該頻率附近測(cè)得的頻散率 P實(shí)測(cè)等效。 因此，如同 P實(shí)測(cè)一樣，有關(guān)極限極化率的規(guī)律，也定性地適用于激電相位的測(cè)量結(jié)果,綜上所述，各種交流激電

23、參數(shù)和直流激電參數(shù)均可相互聯(lián)系起來，即相位和頻散率及極限極化率和實(shí)測(cè)極化率參數(shù)間，都近似地存在正比關(guān)系。 研究其中某種參數(shù)的性質(zhì)便可代表其余 參數(shù)的有關(guān)特征,以上討論的全是純粹反映激電效應(yīng)的參數(shù)。 在激電法實(shí)際工作中，有時(shí)還采用某些綜合反映 巖、礦石激電性和導(dǎo)電性的參數(shù)。 其它參數(shù)介紹 在時(shí)間域中有金屬因素,激電率 在頻率域中，相對(duì)應(yīng)的參數(shù)為,顯然，金屬因素參數(shù)J有利于用來突出低阻極化體的異常； 而激電率參數(shù) G 便于突出高阻極化體的異常,3) 譜激電法的柯爾柯爾(ColeCole)模型參數(shù) 自激發(fā)極化法用于尋找礦產(chǎn)資源以來，在一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，人們常用那些表征激電響應(yīng)強(qiáng)弱的參數(shù)，主要是極化率

24、（時(shí)間域）和頻散率。 但石墨化的巖石或無工業(yè)價(jià)值的礦化都會(huì)產(chǎn)生與礦體十分相似的激電異常。造成干擾,為了識(shí)別礦與非礦異常（評(píng)價(jià)激電異常源），人們進(jìn)行多方面的理論和實(shí)驗(yàn)研究。 其中最為突出是Pelton等人（1978）研制的譜激電法。 他是用柯爾柯爾模型參數(shù)描述激電譜特性的激發(fā)極化法,他們的研究證實(shí)了大多數(shù)巖、礦石的激電譜可以用4個(gè)柯爾柯爾參數(shù)很好來定量地描述，并指出了可以根據(jù)巖、礦石的這4個(gè)參數(shù)（主要是時(shí)間常數(shù)和極化率）來評(píng)價(jià)激電異常,A、柯爾柯爾（ColeCole）模型 對(duì)礦化巖石來說，可以把它的一個(gè)基本結(jié)構(gòu)單元簡(jiǎn)化成下圖1.314（a）所示的結(jié)構(gòu)，其中包括被金屬硫化物阻塞的溶液孔隙通道和未被

25、阻塞的溶液孔隙通道。 此基本結(jié)構(gòu)單元可以用圖1.314（b）所示的等效電路來模擬,電阻R1模擬未被阻塞的溶液孔隙通道中的溶液的電阻； 電阻R2模擬被阻塞的溶液孔隙通道中的溶液的電阻與金屬顆粒的電阻的和； 復(fù)阻抗（jX）C和R3的并聯(lián)組合模擬金屬離子溶液界面阻抗,1.3-28,這一表達(dá)式稱為柯爾柯爾阻抗表達(dá)式 式中： Z（0）零頻率時(shí)的阻抗； m極化率（相當(dāng)于）； 時(shí)間常數(shù)； c頻率相關(guān)系數(shù)。 上述4個(gè)參數(shù)稱為柯爾柯爾參數(shù),2、復(fù)電阻率的柯爾柯爾表達(dá)式及其頻譜特性,式中0是零頻率時(shí)的電阻率，其余參數(shù)與上述相同。 用此式可計(jì)算出用柯爾柯爾表達(dá)式表示的復(fù)電阻率的實(shí)、虛分量和振幅、相位的頻譜,四個(gè)參數(shù)

26、小結(jié)： 0和 m表征導(dǎo)電性和激電效應(yīng)強(qiáng)弱的參數(shù)； C表征激電譜的陡緩的參數(shù)； 表征激電譜沿頻率軸或時(shí)間軸的位置的參數(shù),大量實(shí)測(cè)資料表明： C：0.10.6； 導(dǎo)電礦物顆粒不均勻者C小；反之，C較大，常用值為0.25； 有較大的變化范圍： n10-2n 102 s,a）、導(dǎo)電礦物顆粒大，相互連通較好的稠密、浸染狀、塊狀和細(xì)脈狀， 值大。 導(dǎo)電礦物連通越好， 值越大，可達(dá)100s； （b）、無礦化的純離子導(dǎo)電巖石和導(dǎo)電礦物成細(xì)粒，互不相連的巖礦石， 1s,三、表征巖石和礦石介電極化的參數(shù)利用巖礦石的介電性 在利用交變電場(chǎng)進(jìn)行電法勘查的情況下，巖石、礦石的電性除顯示出與電阻率有關(guān)的傳導(dǎo)電流外，還顯示

27、出與巖、礦石介電常數(shù)有關(guān)的“位移電流”。 因此，在導(dǎo)電介質(zhì)中總 電流密度 j為,J 為傳導(dǎo)電流密度 JD 為位移電流密度,1.3-39,當(dāng) m1時(shí)，介質(zhì)中傳導(dǎo)電流起主要作用，此時(shí)可忽略位移電流作用 ； 反之，當(dāng) m10)和介電體(m0.1)的范圍示于圖1.3-24,考慮到野外實(shí)際情況， 圖中取為5-50。 由圖1.324可見，對(duì)于頻率fn1000Hz及介質(zhì)電阻率105范圍內(nèi)皆 可忽略位移電流作用。 在自然條件下，巖石電阻率一般很少超過該值。故在低頻電磁法中不考慮位移電流影響。 只是在頻率超過106的高頻電磁法(如探地雷達(dá)、無線電波透視法及其它電波法)中才考慮位移電流作用,在諧變場(chǎng)情況下分析麥克斯韋第一方程時(shí)， 如果以復(fù)介電常數(shù) (對(duì)于導(dǎo)電介質(zhì))代替(對(duì)于介電體)，則在導(dǎo)電介質(zhì)和介電體中場(chǎng)滿足同一形式 的方程,復(fù)介電常數(shù)的虛部 對(duì)實(shí)部 的比值等于 電磁系數(shù)，并給出由介質(zhì)導(dǎo)電性引起的能量損耗特性。