勘查地球物理課講稿-電法

1、電法勘探電法勘探是以巖(礦)石之間的電性差異為基礎(chǔ)，通過觀測和研究與這種電性差異有關(guān)的電場或電磁場的分布特點(diǎn)和變化規(guī)律，來查明地下地質(zhì)構(gòu)造或?qū)ふ矣杏玫V產(chǎn)的一類地球物理勘探方法。 電法勘探方法種類繁多，這是因?yàn)閹r、礦石的電學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)在許多方面。例如：巖、礦石的導(dǎo)電性、電化學(xué)活動性、介電性及導(dǎo)磁性等。另方面，電法勘探所研究的場，不僅可以是地下天然存在的電場或電磁場，還可以是人工方法以多種形式在地下建立的電場或電磁場。 就場本身的性質(zhì)而言，可將電法勘探分為兩大類，即傳導(dǎo)類電法勘探和感應(yīng)類電法勘探。傳導(dǎo)類電法勘探研究的是穩(wěn)定或似穩(wěn)定電流場，包括電阻率法、充電法、激發(fā)極化法和自然電場法等。其中自然電場法

2、是一種天然場方法。感應(yīng)類電法勘探研究的是交變電磁場，可以統(tǒng)稱為電磁法，包括低頻電磁法、頻率測深法、甚低頻法、電磁波法、大地電磁法等。其中大地電磁法是天然場法。 根據(jù)觀測的空間，可將電法勘探分為航空電法、地面電法和井中電法三類。 各種電法勘探方法是適應(yīng)不同地質(zhì)任務(wù)的需要而發(fā)展起來的。它們廣泛地應(yīng)用于各種地質(zhì)工作中，不僅可以尋找金屬及非金屬礦產(chǎn)，還可以進(jìn)行地質(zhì)填圖，查明地下地質(zhì)構(gòu)造、查勘油氣田、煤田和地下水等。此外，電法勘探還用于地殼及上地幔的研究之中。3.1 巖礦石的電學(xué)性質(zhì)在電法勘探中，常用的電學(xué)性質(zhì)有：導(dǎo)電性、電化學(xué)活動性、介電性和導(dǎo)磁性。研究目標(biāo)與圍巖的電性差異愈大，產(chǎn)生的電（磁）場的變化

3、就愈明顯。一、巖、礦石的電阻率巖(礦)石間的電阻率差異是電阻率法的物理前提。電阻率是描述物質(zhì)導(dǎo)電性能的一個電性參數(shù)?？捎帽硎尽ｋ娮杪实亩x：電流垂直通過每邊長度為1米的立方體均勻物質(zhì)時所呈現(xiàn)的電阻值。顯然，巖、礦石的電阻率值越大，其導(dǎo)電性就越差；反之，則導(dǎo)電性越好。即電阻率與導(dǎo)電性是反比關(guān)系。在SI制中，電阻率的單位為m(歐姆米)（一）礦物的電阻率 電阻率是物質(zhì)的一種屬性。從導(dǎo)電機(jī)制來看，溶液主要是借助于其中的帶電離子導(dǎo)電；而固體礦物由于導(dǎo)電機(jī)理不同可以分為三種類型：金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體和固體電解質(zhì)。 各種天然金屬都屬于金屬導(dǎo)體。由于它們含有大量的自由電子，因此電阻率很低（一般為）。比較重要的天然

4、金屬有自然銅和自然金。此外，石墨也是具有某些特殊性質(zhì)的電子導(dǎo)電體。大多數(shù)金屬礦物均屬于半導(dǎo)體。因?yàn)榘雽?dǎo)體中的自由電子很少，它們主要靠“空穴”導(dǎo)電。因此，其電阻率都高于金屬導(dǎo)體，并有較大的變化范圍。如多數(shù)金屬硫化物(如黃銅礦、黃鐵礦、方鉛礦等)和某些金屬氧化物(如磁鐵礦)電阻率都較低(1)，具有良好的導(dǎo)電性；部分金屬硫化物和氧化物(如輝銻礦、閃鋅礦、錫石、軟錳礦、鉻鐵礦和赤鐵礦等)電阻率較高，在。絕大多數(shù)造巖礦物，如輝石、長石石英、云母、方解石等，均屬于固體電解質(zhì)。它們都是離子鍵晶體，依靠離子導(dǎo)電，其電阻率往往很高。()，導(dǎo)電性很差，在干燥情況下可視為絕緣體。（二）常見巖石的電阻率通常情況下巖漿

5、巖的電阻率最高，其變化范圍在10-10，如花崗巖、玄武巖等；沉積巖的電阻率偏低，一般為10-10，由低到高依次為土壤、砂巖、石灰?guī)r等；至于變質(zhì)巖，其電阻率一般介于沉積巖和巖漿巖電阻率之間，且視其原巖的電阻率而異，各種巖、礦石的電阻率均無定值，且有相當(dāng)大的變化范圍，其中片麻巖、大理巖、石英巖相對較高，泥質(zhì)板巖稍低。二、影響巖礦石電阻率的因素事實(shí)表明，影響巖、礦石導(dǎo)電性的因素很復(fù)雜。其中主要是巖、礦石的礦物成分及其結(jié)構(gòu)、濕度、溫度，以及巖石孔隙中所含水溶液的礦化度等。一般來說，巖、礦石中，良導(dǎo)金屬含量增高，電阻率就降低。但相比，巖石的結(jié)構(gòu)具有關(guān)鍵性的影響。事實(shí)證明，在良導(dǎo)性礦物含量相同的條件下，呈

6、浸染狀結(jié)構(gòu)的巖石比細(xì)脈狀或網(wǎng)脈狀結(jié)構(gòu)的巖石有更高的電阻率。這是因?yàn)榍罢叩牧紝?dǎo)礦物顆粒周圍被劣導(dǎo)電性的巖石基質(zhì)所包圍，以致使它們彼此不相連通，不能形成良好的導(dǎo)電通道；而后者的良導(dǎo)礦物卻是互相連通的。濕度對巖石的電阻率有很大的影響，這是因?yàn)樗碾娮杪瘦^小。含水巖石的電阻率遠(yuǎn)比干燥的巖石低。巖石的濕度又與巖石自身的孔隙度有關(guān)，巖石孔隙度較小，故其電阻率較高。但在受到風(fēng)化或構(gòu)造破壞而裂隙增多的情況下，濕度要增大，其電阻率將大為降低。還有一個不容忽視的因素是水溶液的礦化度。隨著礦化度的增大，水的電阻率明顯減小，巖石的電阻率就降低。溫度升高時。地下水的溶解度增加，從而提高了礦化度；同時水溶液中離子的遷移率

7、增大，將導(dǎo)致巖石電阻率降低。當(dāng)外界溫度低于零攝氏度時，巖、礦石中的裂隙水將由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)而使電阻率增大。 對于層理發(fā)育的巖層而言，由于層理間往往存在良導(dǎo)性層和不良導(dǎo)性層互層，因此電流垂直穿過層理時所呈現(xiàn)的電阻率比平行穿過層理時大，這種現(xiàn)象稱為巖層電阻率的各向異性。地球深部巖石處于高溫、高壓的環(huán)境中，巖石的電阻率是按指數(shù)關(guān)系隨溫度升高而降低的，但不同溫度段的變化梯度不同，高溫區(qū)變化梯度較低溫區(qū)大。而壓力則對電阻率的影響不大。3.2 地球中的電場地電研究中的電場，不僅包括地球中天然存在的變化電磁場、穩(wěn)定自然電場，也包括人工建立的各種形式的直流電場和交變電磁場。我們僅介紹人工電場和天然電磁場。一、點(diǎn)

8、電流源電場的分布規(guī)律為了建立地下電場，總是需要兩個接地的電極A和B。電流由A極輸入地下，又通過B極從地下流出，構(gòu)成閉合回路。這兩個電極稱為供電電極。當(dāng)兩電極的間距離很大時，它們之間將不相互影響，此時可將這兩個電極看成兩個“點(diǎn)”，所以它們又被稱為點(diǎn)電(流)源 ，它的場就可看成是一個點(diǎn)電源的電場。那么以A為中心，為半徑的半球面上一點(diǎn)M（即地面及地下任一點(diǎn)）的電場強(qiáng)度和電位分別為： 如圖312所示，點(diǎn)電源在地下均勻各向同性半空間中的等電位面為一系列以它為中心的同心半球面，電流線(j)的方向處處與等電位面正交。在點(diǎn)源附近，電位衰減很快；遠(yuǎn)離點(diǎn)源，衰減變慢。電場E的衰減比電位U快，其正、負(fù)由電流線方向與

9、X軸正向相同或相反而定。二、兩個異性點(diǎn)電源的電場當(dāng)研究范圍內(nèi)同時存在兩個異性點(diǎn)電源時，按場的疊加原理，測點(diǎn)附近的電場應(yīng)是電流強(qiáng)度為I的點(diǎn)電源A和電流強(qiáng)度為-I的點(diǎn)電源B在該點(diǎn)產(chǎn)生的電場的合成(圖313(b)?？汕蟮肁、B兩點(diǎn)電源在M點(diǎn)的電位， 因此，兩個異性點(diǎn)電源在M點(diǎn)的電位式中AM、BM分別為A到M和B到M的距離。同理，可求出兩個異性點(diǎn)電源在M點(diǎn)的電場強(qiáng)度：由上式計算的兩個點(diǎn)電源的電位及電場強(qiáng)度分布曲線如圖313(a)所示。由圖可見，靠近電極處電位變化較快，即在A極附近電位迅速增高，B極附近電位迅速下降，在這些地方電場強(qiáng)度值也很大。在AB中部，范圍等于(1/3一1/2)AB處電位變化較慢，其

10、中點(diǎn)處電位為零，這些地方電場強(qiáng)度值很穩(wěn)定，地下電流線基本上與地表平行，呈現(xiàn)均勻場的特點(diǎn)。三、地下電流沿深度的分布規(guī)律研究地下電流沿深度的分布規(guī)律，對電法勘探來說，具有很大的意義。因?yàn)殡娮杪史ㄖ荒芡ㄟ^觀測地面電場的畸變規(guī)律來判斷地下具有明顯電阻率差異的地質(zhì)體的賦存狀態(tài)。而地面電場與地下電流有著密切的關(guān)系，當(dāng)?shù)叵码娏鞯姆植几淖儠r，地下電場將隨之改變，這些變化必然影響地面電場的分布。從這個意義上說，地下電流實(shí)際上起著傳遞深部信息的作用。流入地下深處的電流越多，反映到地面上的深部信息就越強(qiáng)，對探測深部地質(zhì)情況就越有利。下面討論均勻各向同性半空間兩個異性點(diǎn)電源場的電流沿深度的分布規(guī)律。通過討論我們得出結(jié)

11、論：可以看出，地表電流密度最大，隨深度h的增大，電流密度衰減很快。當(dāng)深處的地質(zhì)體很難在地表產(chǎn)生可靠的電異常，要加大勘探深度只有加大供電電極的距離。然而地表電流密度比地下電流密度衰減快，因而可以突出地下深部信息的作用。換言之，加大供電極距可以增大探測深度。3.3 電法勘探的基本原理和方法 一、電阻率測深法在利用巖、礦石導(dǎo)電性差異，解決各類地學(xué)問題的實(shí)踐中，以人工直流場源的電阻率測深法（也稱點(diǎn)測深法）應(yīng)用最廣而且效果較好。該測量方法是在一個觀測點(diǎn)上，通過多次加大供電極距的方法，逐次觀測相應(yīng)供電電極的電阻率值。因?yàn)檫m當(dāng)加大供電極距可以增大勘探深度，因此在同一測點(diǎn)上不斷加大供電極距所測出的值的變化，將

12、反映出該測點(diǎn)下電阻率有差異的地質(zhì)體在不同深度的分布狀況。由于供電極距的加大，增加了供電電流的分布深度，因此所測得的是一個測點(diǎn)自地表向下垂直方向電阻率的變化。 按照電極排列方式的不同，電測深法又可以分為對稱四極電測深、三極電測深、偶極電測深、環(huán)形電測深等方法，其中最常用的是對稱四極電測深，所以我們主要討論這種方法。電測深法適用于劃分水平的、或傾角不大于20的電阻率分界面問題，有效地應(yīng)用于區(qū)域地質(zhì)填圖，石油和煤田地質(zhì)構(gòu)造普查，探測與地質(zhì)構(gòu)造相關(guān)的礦產(chǎn)分布，水文及工程地質(zhì)調(diào)查，城市及工程建設(shè)的基底探測等方面。（一）電阻率的測定和視電阻率在利用人工地下穩(wěn)定電場研究大地電性分布的實(shí)踐中，并不是直接利用人

13、工電場的電位或電流強(qiáng)度，而是利用電阻率的變化和分布來表示地下電場的變化特點(diǎn)。1、均勻大地的電阻率當(dāng)?shù)乇硭?、地下半空間為均勻介質(zhì)時，在地表任意兩點(diǎn)A和B，將直流電通入地下，形成兩個異性點(diǎn)電流源的電場，通常是在地面上任意兩點(diǎn)A,B為供電電極，在另兩點(diǎn)M、N為測量電極，測定的電位差為： 整理上式可得： 如果令 則 式中是一個僅與A、B、M、N四個電極之間的距離有關(guān)的系數(shù)，常稱為電極的排列系數(shù)或裝置系數(shù)。它是一個與各電極間的距離有關(guān)的物理量。所謂電極裝置是指供電電極、測量電極的排列形式和移動方式。在野外工作中。裝置形式和極距一經(jīng)確定，值便可計算出來。獲得巖石電阻率的方法之一，是用小極距的四極裝置在巖

14、石露頭上進(jìn)行測定，稱為露頭法。此外，通過電測井或標(biāo)本測定也可以獲得巖石的電阻率。2、視電阻率 首先需要引入“地電斷面”的概念。所謂地電斷面，是指根據(jù)地下地質(zhì)體電阻率的差異面劃分界線的斷面。這些界線可能同地質(zhì)體、地質(zhì)層位的界線吻合，也可能不一致。 實(shí)際工作中地下介質(zhì)往往呈各向異性非均勻分布，且地表也不水平，即都是非均勻的地電斷面，因此用上述方法計算的電阻率值就不可能是某一地層或某種巖、礦體的真實(shí)電阻率，而是該電場作用范圍內(nèi)各種巖、礦石電阻率的綜合反映。這個電阻率值我們稱其為視電阻率，用表示，即。只有在地下介質(zhì)均勻且各向同性的情況下，和才是等同的。影響視電阻率的因素：(1)電極裝置的類型及電極距；

15、(2)測點(diǎn)位置；(3)電場有效作用范圍內(nèi)各地質(zhì)體的電阻率；(4)各地質(zhì)體的分布狀況，包括它們的形狀、大小、厚度、埋深和相互位置等。 3視電阻率的定性分析公式視電阻率的基本公式可改換成一個便于定性分析的公式，即視電阻率與電流密度的關(guān)系式。這樣可將轉(zhuǎn)換為視電阻率與電流密度的關(guān)系，即： 式中是介質(zhì)均勻時MN間的電流密度，它只決定于裝置的類型（或者說電極排列）和極距大小，對于一定的裝置，可以認(rèn)為它是已知的。因此，視電阻率與測量電極M、N間的電流密度和介質(zhì)電阻率成正比。在地表介質(zhì)均勻時，只正比于 ，因此可以根據(jù)的異常狀況判斷非均勻地質(zhì)體的性質(zhì)。 4電阻率法的儀器及裝備電測儀器的任務(wù)就是測量電位差和電流I

16、。為適應(yīng)野外條件，儀器除必須有較高的靈敏度、較好的穩(wěn)定性、較強(qiáng)的抗干擾能力外，還必須有較高的輸入阻抗，較大的量度范圍，要絕緣性能好、體積小、輕便耐用。目前我國采用的是國產(chǎn)的各種電子自動補(bǔ)償式電測儀器。5.電測深法的野外工作布置電測深法在觀測時是測量電極的間距不變，逐漸加大供電電極距，所測的視電阻率反映該點(diǎn)視電阻率隨深度的變化。由于電極距的改變，裝置系數(shù)也逐次不同，測量結(jié)果一般以AB/2為橫坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)，將同一點(diǎn)上所測的視電阻率值繪制在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上，形成一條測深曲線。供電電極的選擇原則上最小AB距離應(yīng)能使電測深曲線的首部近似于水平的線段，以便由它的漸近線求出第一電性層的電阻率；最大AB距離應(yīng)

17、滿足勘探深度要求，保證測深曲線尾部完整，可以解釋出最后一個電性層；在AB極距逐漸增加的過程中，增加的最大間距應(yīng)能使最薄電性層的變化在曲線上有所反應(yīng)。測量電極的選擇，在測量中，如果只加大供電極距，測量極距不變，則當(dāng)供電極距很大時，測量極距間的電位差將會太小，甚至?xí)o法測量，因此在測量中應(yīng)視需要適當(dāng)加大測量極距，一般應(yīng)滿足：。(二)電測深曲線類型及特點(diǎn)電測深曲線類型隨地電斷面中不同電性層的數(shù)目及分布情況而異。為便于分析解釋電測深曲線類型：可以按地電斷面的類型，將電測深曲線分為以下幾種類型：1二層斷面的電測深曲線類型二層地電斷面具有和兩個電性層，設(shè)第一層厚度為，第二層厚度為為無窮大。按和的組合關(guān)系，

18、可將地電斷面分為和兩種類型。與二層斷面相對應(yīng)的電測深曲線稱為二層曲線。其中對應(yīng)于斷面的曲線定名為D型曲線，對應(yīng)于斷面的定名為G型曲線(如圖) 實(shí)際工作中，還有一種常見的情況是第二層電阻率相對于為無限大此時二層曲線尾部呈斜線上升。在對數(shù)坐標(biāo)上，其漸近線與橫軸成相交(圖)。2三層斷面的電測深曲線類型三層地電斷面由三個明顯的電性層組成，各電性層的電阻率分別為，和，設(shè)第一、二層厚度分別為和，第三層厚度為無窮大。按照三個電性層參數(shù)的組合關(guān)系，可將三層電測深曲線分為以下四種類型(圖3.131)：(1)H型 對應(yīng)于的地電斷面。曲線前段漸近線決定于，尾段漸近線決定于，但中段值則決定于三個電性層的綜合影響。H型

19、曲線具有極小值，般情況下， (圖3.131(a)。只是當(dāng)時，才趨于，此時曲線中段出現(xiàn)寬緩的極小位段。如果，則H型曲線尾部將呈斜線上升，其漸近線與橫軸成相交。(2)A型 對應(yīng)于的三層斷面。其特點(diǎn)是：曲線由值開始逐漸上升，達(dá)值時形成一個轉(zhuǎn)折，第二層愈厚，轉(zhuǎn)折愈明顯，最后趨于值(圖3.131(b)。在時，A型曲線尾部漸近線也與橫軸成45相交。(3)K型 對應(yīng)于的三層斷面。其特點(diǎn)是有極大值，一般小于 (圖3.131(c)。只有當(dāng)時，才趨于。(4)Q型 對應(yīng)于的三層斷面。其特點(diǎn)是曲線由值開始逐漸下降，達(dá)值時形成一個轉(zhuǎn)折，最后趨于值(圖3.131(d)。 3多層斷面的電測深曲線類型由四個電性層組成的地電斷

20、面，按相鄰各層電阻率之間的組合關(guān)系，其測深曲線可以有八種類型，如圖3.132所示。每種類別的電測深曲線用兩個字母表示。第一個字母表示斷面中的前三層所對應(yīng)的電測深曲線類型，第二個字母表示斷面中后三層所對應(yīng)的電測深曲線類型。用來表示這八個類型的字母分別是：HK、HA、KH、KQ、AA、AK、QH和QQ。地電斷面的電性層更多時，每增加一層，表示電測深曲線類型的字母就增多一個。五層曲線用三個字母表示，如HKH型、HKQ型等。其余照此類推，不再詳述。值得注意的是，只要地電斷面中底層的電阻率相當(dāng)大，以致可以認(rèn)為是趨于無限大時，電測深曲線尾部的漸近線總是與橫軸相交成。當(dāng)中間層具有一定厚度，且與相鄰層有明顯的

21、電性差異時，所獲得的電測深曲線類型容易辨認(rèn)，若中間層厚度很薄或相鄰居之間電性差異不大，則很難準(zhǔn)確判定電測深曲線的類型。類型定得不準(zhǔn)將給解釋帶來很大的誤差，為此，需要將全測區(qū)的電測深曲線互相對比，并與已知的地質(zhì)、鉆探和其它物化探資料對比，才能做出準(zhǔn)確的判斷。(三)電測深的工作方法及資料整理電測深工作中測點(diǎn)距與測線距的選擇，既決定于勘探的詳細(xì)程度，也決定于目的層的埋深H和傾角。當(dāng)時，對測深資料的定量解釋會帶來較大的誤差。一般來說，可取作為具有臨界密度的測網(wǎng)的點(diǎn)距。由于測量是以改變供電極距AB來實(shí)現(xiàn)的，AB的極小和極大取決于第一層厚度h和覆蓋層總厚度，并要求 ；式中n為電性層數(shù)目，為第i層的厚度，N

22、為決定斷面類型的系數(shù)，可根據(jù)實(shí)際情況選定。工作中AB逐漸增大，會使M、N之間的電位差逐漸減小，所以，為取得可靠的電位差，M、N也應(yīng)按一定關(guān)系增大。一般取。 在模數(shù)為6.25cm的雙對數(shù)坐標(biāo)紙上，以為橫軸，為縱軸，將同一測點(diǎn)上不同AB極距所對應(yīng)的若干值標(biāo)上并連成曲線就構(gòu)成了一條電測深實(shí)測曲線。但這樣繪出的曲線是由幾條不連續(xù)的線段組成(圖3.133)。在兩種MN交替處出現(xiàn)脫節(jié)現(xiàn)象，這時需要按一定的原則和方法加以整理，使之成為連續(xù)的曲線。(四)電測深資料的解釋1、定性解釋電測深資料的解釋分為定性解釋和定量解釋兩部分。定性解釋是定量解釋之前必不可少的步驟，在不能進(jìn)行定量解釋時，通過定性解釋可以了解工作

23、地區(qū)地電斷面的性質(zhì)及其變化概況。單獨(dú)一條電測深曲線的定性解釋是很簡單的。根據(jù)曲線的類型就可以判斷該測點(diǎn)處地電斷面所包合的電性層數(shù)目及各層電阻率的相對大小，并能近似地估計第一層和底層的電阻率值。對全測區(qū)電測深資料的定性解釋則需要繪制各種圖件，借以反映測區(qū)內(nèi)電性層的分布和變化情況，從而了解地質(zhì)構(gòu)造或各電性層的形態(tài)，以下對這些圖件作一個簡單介紹。(1)電測深曲線類型圖 電測深曲線類型圖可以是平面圖(圖3.134)，也可以是剖面圖(圖3.133)。繪制時將各測點(diǎn)位置按比例尺標(biāo)在圖紙上，并注明各點(diǎn)的電測深曲線類型(或用小比例尺繪出電測深曲線)。根據(jù)這種圖件，可以了解測區(qū)內(nèi)電測深曲線類型分布和變化的一般情

24、況，從而對地下電性層的層次和變化做出初步的判斷。曲線類型發(fā)生變化的原因一般是某一巖層的尖滅或被侵蝕、巖層中出現(xiàn)斷裂或褶皺，以及水文地質(zhì)條件的改變等。 在圖3.1一34中，測區(qū)內(nèi)的電測深曲線有H、A和KH三種類型，并按一定規(guī)律分布在四個區(qū)間。由兩側(cè)的KH型四層曲線向中部變成H型曲線，可以認(rèn)為是地電斷面中下伏各層上升以致最上面一層受到侵蝕所致。H型曲線再過渡到A型曲線，是由于該處地層隆起成為背斜構(gòu)造的軸部，原來的第一、二層都被侵蝕了，同時下面有一個電阻率更高的層產(chǎn)生影響。這種推斷只是可能性之一，實(shí)際工作中應(yīng)密切結(jié)合地質(zhì)資料，才能做出正確的地質(zhì)推斷。(2)等視電阻率斷面圖為了反映一條測線的垂向斷面中

25、視電阻率的變化情況，常需用該測線上不同測深點(diǎn)的全部數(shù)據(jù)繪制等視電阻率斷面圖。從這種圖件可以看出基巖起伏、構(gòu)造變化、以及電性層沿斷面的分布等。其作法是：以測線為橫軸，標(biāo)明各測深點(diǎn)的位置及編號，垂直向下以為縱軸，采用對數(shù)坐標(biāo)或算術(shù)坐標(biāo)，依次將各測深點(diǎn)處各種極距的值標(biāo)在圖上的相應(yīng)位置。然后按一定的值為間隔，用內(nèi)插法繪出若干條等值線。圖3.1一35是與幾種簡單地電斷面相應(yīng)的等斷面圖。其中圖(a)是基巖隆起的情況，圖（b)是基巖凹陷的情況，等值線在中間層厚度最大的部位形成封閉曲線；圖(c)是表土層下有傾斜斷層界面的反映；圖（d)是基巖傾斜，低阻中間層含有高阻夾層的反映。（3）等視電阻率剖面圖電測深法的每

26、一個極距對應(yīng)于一定的探測深度，可以利用剖面上各測深點(diǎn)同一次電性的變化情況，利用剖面上個測深點(diǎn)同一供電電極距觀測的值繪制等的剖面圖。其方法是：按比例尺將測深點(diǎn)標(biāo)在橫軸上，縱軸代表值，然后將與該深度對應(yīng)的極距的值標(biāo)于圖上，并連成曲線，此圖實(shí)質(zhì)上與對稱剖面法的曲線類似，但由于對應(yīng)于每一個極距都可以有一條曲線，所以我們可以了解不同深度范圍內(nèi)地下電性層沿剖面的變化情況。（4）等視電阻率等值線平面圖按比例尺將同一極距測定的值標(biāo)在平面圖的相應(yīng)測點(diǎn)上，然后按一定的數(shù)值間隔、用內(nèi)插法把值相同的點(diǎn)連接起來，成為苦干條等值線，就得到了該極距的等值線平面圖。利用此圖可以定性分析某一深度電性層在平面上的分布情況。根據(jù)工

27、作需要，還可選用幾種不同的做成幾幅不同的等值線平面圖，據(jù)以了解不同深度上電性層的平面分布狀況。有關(guān)方法應(yīng)用的具體實(shí)例，同學(xué)們可以參考相應(yīng)的資料。（5）縱向電導(dǎo)圖當(dāng)工區(qū)內(nèi)具有電阻率較高的基底時，利用測深曲線尾部有45漸近線的特點(diǎn)而編制的縱向電導(dǎo)s的圖件，用以反映高阻基巖頂面的起伏和構(gòu)造形態(tài)。對于水平n層斷面，總縱向電導(dǎo)s正比于基地頂面的埋深，且滿足關(guān)系，是基巖之上 曾的平均電阻率。當(dāng)巖層沉積環(huán)境基本穩(wěn)定時，s的變化將反映基地的起伏。實(shí)質(zhì)上，總縱向電導(dǎo)表示的是電流水平地流過頂面為1、高度為H(m)的方柱體側(cè)面時，該柱體的電導(dǎo)。其單位為s(西門子)， 1s=1。2定量解釋對一個地區(qū)的地電斷面有了充分

28、的定性解釋，并分清了曲線的類型后，就可以從已知區(qū)層次少且分層清楚的曲線開始，進(jìn)行定量解釋，以求出地電斷面的各種參數(shù)。電測深定量解釋的方法有量板法、輔助量板法、圖解法及利用計算機(jī)進(jìn)行的數(shù)字解釋法等。(1)量板法 電測深理論曲線都是根據(jù)一定的假設(shè)條件，利用公式計算出來的。將這些理論曲線按一定分類標(biāo)準(zhǔn)集合成許多曲線簇，每一簇曲線繪在一張紙上，就構(gòu)成了電測深量板。量板法就是利用理論曲線對實(shí)測曲線進(jìn)行對比求解的方法，它是電測深資料定量解釋的主要手段。對于三層以上為曲線，必須在解釋前用電測井資料、或井旁測深資料、或通過對巖石露頭、標(biāo)本的測定結(jié)果確定出中間層的電阻率，才能做出較準(zhǔn)確的解釋。 解釋時首先按曲線

29、類型選擇量板，將繪好的實(shí)測曲線與量板的坐標(biāo)軸相互平行，移動實(shí)測曲線，使它與量板中某條曲線重合，記下所重合曲線的值，并描下量板的坐標(biāo)原點(diǎn)，該點(diǎn)在實(shí)測曲線坐標(biāo)中的位置即為（），由此可求出。 (2)數(shù)字解釋法近年來，用電子計算機(jī)對水平層電測深曲線進(jìn)行數(shù)字解釋發(fā)展較快，已經(jīng)提出了很多方法。其中用最優(yōu)化法擬合電阻率轉(zhuǎn)換函數(shù)的解釋方法用得較廣，下面簡述其原理。首先根據(jù)工區(qū)定的電參數(shù)初步確定出初始層參數(shù)，并用該參數(shù)計算不同極距的值，然后將其與各對應(yīng)極距的實(shí)測值相比較，通過不斷修改層參數(shù)，直到兩者差異較小滿足要求為止，取此時的層參數(shù)作為實(shí)測曲線的解釋結(jié)果。二、電阻率剖面法電阻率剖面法測量時采用不變的供電電極距

30、，并使整個和部分裝置沿觀測剖面移動，逐點(diǎn)測量視電阻率的值。由于供電極距不變，探測深度就可以保持在同范圍內(nèi)，因此可以認(rèn)為，電剖面法所了解的是沿剖面方向地下某一深度范圍內(nèi)不同電性物質(zhì)的分布情況。 根據(jù)電極排列方式的不同，電剖面法又有許多變種。目前常用的有聯(lián)合剖面法、對稱剖面法和中間梯度法等。由于電極排列方式的差異，各種電剖面法所解決的地質(zhì)問題也不同，但總的來講，電剖面法適于探測陡傾的層狀或脈狀金屬礦體和高阻巖脈，劃分接觸帶配合地質(zhì)填圖，也能為尋找含水?dāng)嗔哑扑閹У人?、工程地質(zhì)服務(wù)。（一）聯(lián)合剖面法1、聯(lián)合剖面法原理聯(lián)合剖面法是用兩個三極裝置AMN和MNB聯(lián)合進(jìn)行探測的一種電剖面方法。所謂三極裝置，

31、是指一個供電電極置于無窮遠(yuǎn)的裝置。如圖所示。A、M、N、B四個電極位于同測線上，以M、N之間的o為測點(diǎn)，且AO=BO、MO=NO。電極C是兩個三極裝置共同的無窮遠(yuǎn)極，一般敷設(shè)在測線的中垂線上，與測線的距離大于AO的5倍。 工作中將A、M、N、B四個電極沿測線起移動。并保持各電極間的距離不變。在每個測點(diǎn)上分別測出A、C極供電時的電位差和電流強(qiáng)度,B、C極供電時的電位差，和電流強(qiáng)度，然后按視電阻率公式分別求得兩個視電阻率值和，即 （AMN裝置） （MNB裝置）式中和分別AMN裝置和MNB裝置的裝置系數(shù)，據(jù)前面的知識可以推出： 因此，聯(lián)合剖面有兩條視電阻率曲線。 2、聯(lián)剖的曲線分析 一般而言，聯(lián)剖曲

32、線的特點(diǎn)多呈橫“8”字形。（1）直立低阻薄板狀體對于良導(dǎo)體而言，隨著A、M、N向右移動，良導(dǎo)薄脈（指脈寬比極距小的情況）對電流的“吸引”逐漸增強(qiáng)，致使曲線繼續(xù)上升，并達(dá)到極大值(曲線上點(diǎn)3)。當(dāng)M、N靠近至越過脈頂時，薄脈向下“吸引”電流，使得M、N間電流密度減少，開始迅速下降。當(dāng)和M、N分別在薄板兩側(cè)移動時，絕大部分電流被“吸引”到薄脈中去，由于薄脈的屏蔽作用，造成M、N間的電流密度更小，因而曲線出現(xiàn)一段平緩的低值帶(曲線上點(diǎn)4附近一小段)。當(dāng)A、M、N都越過脈頂后，低阻脈向左“吸引”電流。隨著電極向右移動“吸引”作用逐漸減弱，故電流逐漸增大，曲線上升。A、M、N繼續(xù)右移，當(dāng)遠(yuǎn)離低阻脈時，薄

33、脈對電流的“吸引”十分微弱，因而對電流的畸變作用可以忽略不計。 用同樣的方法可以分析曲線，由于A、M、N自左至右移動與M、N、B自右至左移動時視電阻率曲線的變化規(guī)律相同。因此，只須將曲線繞薄脈轉(zhuǎn)動180即可得到曲線。與的交點(diǎn)位于直立良導(dǎo)體正上方，且在交點(diǎn)左側(cè)，交點(diǎn)右側(cè)，且交點(diǎn)的，這種交點(diǎn)稱為聯(lián)合剖面曲線的“正交點(diǎn)”。在正交點(diǎn)兩翼兩條曲線明顯地張開，一條達(dá)到極大值，另一條達(dá)到極小值，形成橫“8”字形的明顯歧離帶。見圖（2）直立高阻薄板狀體圖31一11是直立高阻薄脈上方的聯(lián)合剖面曲線。這里不再詳細(xì)分析和曲線的變化規(guī)律只把它們和低阻薄脈上的曲線作個對比。可以看出高阻薄脈上的兩條曲線也有一個交點(diǎn)。但交

34、點(diǎn)左側(cè)，且交點(diǎn)的，與低阻薄脈的情況恰好相反，這樣的交點(diǎn)稱為“反交點(diǎn)”。聯(lián)合剖面曲線的反交點(diǎn)實(shí)際上并不明顯，和曲線近于重合，各自呈現(xiàn)一個高阻峰值，且交點(diǎn)兩側(cè)和曲線靠得很攏，沒有明顯的歧離帶。這是因?yàn)閷τ诟咦璞∶}而言，無論AMN在它的哪一側(cè)，值都是降低的。例如，對曲線而言，當(dāng)AMN在薄脈左側(cè)時，高阻薄脈向左“排斥”電流，故值下降；當(dāng)MN位于薄脈頂部時，由于A極發(fā)出的電流被“排斥”到地表，故出現(xiàn)極大值；MN達(dá)到薄脈右側(cè)而A還在左側(cè)時，則由于高阻體“排斥”電流(起高阻屏蔽作用)順使值降至極?。籄MN都在高阻薄脈右側(cè)時，隨電極的右移先稍有上升，然后下降，直至趨于為止。由此可見，雖然利用聯(lián)合剖面法在直立高

35、阻薄脈上也有異常顯示，但其效果比在直立低阻薄脈上差，加之與其它對高阻薄脈同樣有效的電剖面方法相比，它的效率又低，因此，一般都不用聯(lián)合剖面法尋找高阻地質(zhì)體。（3）非直立良導(dǎo)薄脈 圖3112是不同傾角情況下良導(dǎo)薄脈的模型實(shí)驗(yàn)曲線?？梢?，當(dāng)90時兩條曲線是不對稱的，原因是傾斜的低阻薄脈向下吸引電流時使得傾斜方向上的曲線普遍下降所致。由于曲線不對稱，正交點(diǎn)也略向傾斜方向位移。實(shí)際工作中，可以用不同極距的聯(lián)合剖面曲線交點(diǎn)的位移來判斷地質(zhì)體的傾向。小極距反映淺部情況，大極距反映深部情況。若大、小極距的低阻正交點(diǎn)位置重合，說明地質(zhì)體直立(圖3113(b)，若大極距相對于小極距低阻正交點(diǎn)有位移，說明地質(zhì)體傾斜

36、（圖3.1-13（a）。且位移越大，傾角越緩。大極距交點(diǎn)位移方向代表地質(zhì)體的傾向。3、實(shí)測曲線的分析和處理 前面討論的是在地形水平、圍巖電性均勻的條件下聯(lián)合剖面法曲線的特征。實(shí)際工作中情況是復(fù)雜的地表電性不均勻可以引起的變化，地形起伏可以影響的分布，有時單純地形影響就會引起與礦體相似的異常，相鄰導(dǎo)電體的干擾也可以造成異常的畸變.這些因素都將使曲線大大復(fù)雜化，因此在資料解釋前必須結(jié)合實(shí)地情況對實(shí)測曲線進(jìn)行分析，消除一些干擾因素，辨認(rèn)出由礦體引起的異常，才能進(jìn)行正確的地質(zhì)解釋。 （1）表土不均勻?qū)η€的影響及消除野外工作中，地表覆蓋層電性不均勻?qū)?dǎo)致和曲線出現(xiàn)鋸齒狀跳動。當(dāng)極距L大于電性不均勻體半

37、徑的5倍時，局部不均勻體對和的影響近似相等，兩曲線呈同步跳動(圖3114(b)。這時可取=/和=/來消除表土不均勻的影響。如圖31一14(a) 所示，和曲線不僅消除了局部電性不均勻的影響，而且在礦體頂部出現(xiàn)了比較清晰的正交點(diǎn)。（2）地形對曲線的影響和消除實(shí)測的曲線中往往同時存在著地形和礦體的影響。為了消除地形影響，突出礦體異常，目前一股采用下列經(jīng)驗(yàn)公式作地形改正，即 式中是地形和礦體共同引起的實(shí)測值，是純由地形引起的值，是圍巖介質(zhì)的電阻率值，是消除了地形影響后的值。目前地形改正已廣泛使用計算機(jī)進(jìn)行，并取得了良好的地質(zhì)效果。(二)中間梯度法1、中間梯度法的工作原理及裝置中間梯度法的裝置特點(diǎn)如圖。

38、這種裝置的供電極距AB很大，通常選取為覆蓋層厚度的70一80倍。測量電極距MN相對于AB要小得多，一般選用MN=(1/50-1/30)AB.工作中保持A和B固定不動，M和N在A、B之間的中部約(1/3一1/2)AB的范圍內(nèi)同時移動，逐點(diǎn)進(jìn)行測量，測點(diǎn)為MN的中點(diǎn)。中間梯度法的電場屬于兩個異性點(diǎn)電源的電場。因此在AB中部(1/3一1/2)AB的范圍內(nèi)電場強(qiáng)度(即電位的負(fù)梯度)變化很小電流基本上與地表平行，呈現(xiàn)出均勻場的特點(diǎn)。這也就是中間梯度法名稱的由來。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：能最大限度地克服其它電剖面法由于供電電極附近電性不均勻?qū)σ曤娮杪蕼y量的影響，而且曲線反映的必然是MN電極附近地層電阻率的變化情

39、況。中間梯度法的電場不僅在A、B連線中部是均勻的，而且在A、B連線兩側(cè)1/6范圍內(nèi)的測線中部也近似地是均勻的，所以不僅可以在A、B兩電極所在測線上移動M、N極進(jìn)行測量，而且可以在AB兩側(cè)1/6AB范圍內(nèi)的相鄰測線上移動M、N極進(jìn)行測量。這種方式可稱為“線布極，多線測量”，比起其它電剖面方法(特別是聯(lián)合剖面法)來，其生產(chǎn)效率要高得多。中間梯度法的視電阻率仍按式計算，其中裝置系數(shù)可按式但必須指出，裝置系數(shù)K不是固定的，測量電極每移動一次都要計算一次K的值。2、中間梯度法的應(yīng)用中間梯度法主要用于尋找產(chǎn)狀陡傾的高阻薄脈，如石英脈等。這是因?yàn)樵诰鶆驁鲋?，高阻薄脈的屏蔽作用比較明顯，排斥電流使其匯聚于地表

40、附近，急劇增加致使曲線上升，形成突出的高峰。至于低阻薄脈，由于電流容易垂直于它通過，只能使發(fā)生很小的變化因而異常不明顯(圖3121)。圖3122是在我國東北某鉛鋅礦區(qū)使用中間梯度法所得的剖面平面圖。該區(qū)鉛鋅礦是傾角接近70的高阻石英脈。圖中兩條連續(xù)的高峰值帶由含礦石英脈引起。右邊1號礦脈是已知的，左邊2號礦脈是根據(jù)中間梯度法的曲線形態(tài)，與1號礦脈的線對比而圈定的。（三）對稱四級法1、對稱四級法的工作原理該方法工作時采用四級裝置，裝置形式如圖3123(a)所示，工作中A、M、N、B四個電極排列在一條直線上，并且相對于MN的中點(diǎn)o對稱分布。一般取MN(1/5一1/3)AB，工作中始終保持A、M、N

41、、B四個電極間距離不變，同時移動四個電極并使o點(diǎn)位于測點(diǎn)上，逐點(diǎn)觀測。按式求得值。由于AMBN、ANBM，可得到裝置系數(shù)K的表達(dá)式為： 我們還可以對稱于o點(diǎn)再增加兩個電極A和B，并且ABAB(圖3123(b)。工作中在同一測點(diǎn)上分別用A、B和AB兩組供電電極，測定兩個值。這種方法為復(fù)合對稱四極剖面法。利用復(fù)合對稱四極裝稱置測量的結(jié)果，可以了解同一剖面上兩種深度范圍內(nèi)導(dǎo)電性有差異的地質(zhì)體的分布情況，因而這種方法在某些方面較對稱四極剖面法要優(yōu)越一些。2、幾種電阻率剖面法的特點(diǎn)比較為便于分析對稱剖面法的曲線，我們先將對稱剖面法和中間梯度法以及聯(lián)合剖面法作一個對比。從場的特點(diǎn)看，對稱剖面法是兩個異性點(diǎn)

42、電源的場，其測量電極M、N位于供電極A、B的中部，故其正常場也是均勻場，且異常的特點(diǎn)與中間梯度法類似。但是由于對稱剖面法中A、B是與M、N同時移動的，故其曲線又比中間梯度法的曲線復(fù)雜一些，生產(chǎn)效率也要低一些。因而一般能用中間梯度法解決的問題就不用對稱剖面法。通過模型試驗(yàn)表明，對稱四級法的是相應(yīng)的聯(lián)合剖面法和的平均值，因此，可以根據(jù)聯(lián)合剖面法線直接求得相應(yīng)的對稱四級剖面法，曲線。對稱四級的視電阻率曲線的異常幅度和分辨能力都不及聯(lián)合剖面法的曲線優(yōu)越。但對稱四級裝置不需要笨重的無窮遠(yuǎn)極，比較輕便，工作效率高，故多用于普查以及面積性的電阻率測繪等。3、幾種方法異常特點(diǎn)分析與比較根據(jù)前面介紹的三種方法的

43、特點(diǎn)，良導(dǎo)薄脈上對稱四級法的異常不如聯(lián)合剖面法的異常反映明顯(圖3124)。對于尋找高阻巖脈，對稱四級法又不如中間梯度法經(jīng)濟(jì)效率高；因比對稱四級法一般不用于尋找脈狀的地質(zhì)體。然而，由于對稱四級法的野外工作比較簡單，生產(chǎn)效率高，表土不均勻和地形影響小，故常用于普查階段，以探測基底構(gòu)造、基巖起伏、劃分接觸帶、以及尋找厚巖(礦)層等地質(zhì)填圖和普查工作，所以它的應(yīng)用范圍比較廣泛。對稱剖面法的，曲線比較簡單，表現(xiàn)為高阻體上方曲線呈現(xiàn)高值，而低阻體上方曲線呈現(xiàn)低值。這是由于高阻體排斥電流，使地表增高；低阻體吸引電流，使地表減小造成，圖3125是兩種不同電阻率的片層接觸帶上的對稱四極剖面法曲線，由圖可見，當(dāng)

44、用圖中反映曲線3的供電極距工作隊，。曲線變化明顯，根據(jù)曲線拐點(diǎn)位置可以較準(zhǔn)確地判斷接觸帶的部位。如圖3126所示，如果基巖為高阻的向斜和基巖為低阻的背斜，其上方曲線的形態(tài)特征相同，前者的凹陷部位和后者的隆起部位都和曲線的極小值對應(yīng)。單憑一條曲線很難判斷基底的起伏情況，在這種情況下，用復(fù)合對稱四極剖面法有助于判別基底的起伏。在基巖為高阻的向斜上，由較小極距AB測得的曲線將位于曲線下方，而在基巖為低阻的背斜上，曲線將位于曲線的上方。其原因是小極距時的曲線反映了較淺處巖層的電性情況。復(fù)合對稱四極剖面法的極距選擇應(yīng)力求大極距反映深部情況，一般取AB(610)H；小極距反映淺部情況，一般取AB(24)H

45、，這里H為覆蓋層的平均厚度。三、激發(fā)極化法激發(fā)極化法(簡稱激電法)，是以地下巖、礦石在人工電場作用下發(fā)生的物理和電化學(xué)效應(yīng)(激發(fā)極化效應(yīng))的差異為基礎(chǔ)的一種電法勘探方法。應(yīng)用人工直流電場或低頻交變電場都可以研究巖、礦石的激發(fā)極化效應(yīng)，因而激發(fā)極化法又分直流(時間域)激發(fā)極化法和交流(頻率域)發(fā)極激化法兩種。激發(fā)極化法較其它電法勘探方法有一些顯著的優(yōu)點(diǎn)：利用它不僅可以發(fā)現(xiàn)致密狀金屬礦體，還能尋找其它電法難以發(fā)現(xiàn)的浸染狀礦體；激發(fā)極化法受地形的影響也較其它方法小，它還能去掉與巖石裂隙含水帶及浮土等因素有關(guān)的“非礦”異常。有利于查明深部礦床，尋找地下水。（一）激發(fā)極化法的理論基礎(chǔ)電法工作是通過兩個供

46、電電極向地下供電的，如果保持供電電流不變，我們發(fā)現(xiàn)，隨著供電時間的延長，測量電極M、N之間的電位差值逐漸增大，最后達(dá)到某一飽和值。當(dāng)斷開供電電流后，測量電極間的電位差并非立即消失，而是隨時間延續(xù)而逐漸衰減至零。通常將供電時地下電場隨時間延長的過程稱為充電過程，斷電后電場隨時間衰減的過程稱為放電過程。這種在充，放電過程中產(chǎn)生的隨時間變化的附加電場現(xiàn)象，稱為激發(fā)極化效應(yīng)。1、 巖、礦石激發(fā)極化效應(yīng)的成因電子導(dǎo)體的激發(fā)極化成因由電化學(xué)效應(yīng)知，沉浸于水溶液(或鹽溶液)中的單一電子導(dǎo)體表面會形成封閉的均勻雙電層，它不顯電性，在周圍空間不形成電場（圖a）。這種自然狀態(tài)下的雙電層電位差是導(dǎo)體與溶液接觸時的電

47、極電位，又稱為平衡電位。若有電流通過上述系統(tǒng)時，導(dǎo)體內(nèi)部的電荷將重新分布，自由電子逆著電場方向移向?qū)w的電流流入端，使那里負(fù)電荷相對增多，形成“陰極”；在導(dǎo)體的電流流出端呈現(xiàn)出相對增多的正電荷，形成“陽極”。與此同時，溶液中的帶電離子(如、等)也在電場作用下發(fā)生相應(yīng)的運(yùn)動，分別在“陰極”和“陽極”處形成正離子和負(fù)離子的堆積（圖b)。從而使正常雙電層發(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。這時導(dǎo)體“陽極”和“陰極”處的雙電層電位差與平衡電極電位的差值稱為“超電壓”。超電壓形成的過程即是電極極化過程。 不難理解，隨供電時間的延長，導(dǎo)體界面兩側(cè)堆積的異性電荷

48、將逐漸增多，超電壓值隨之增大，最后趨于一個飽和值，這就是充電過程。斷去供電電流，界面兩側(cè)堆積的異性電荷將通過界面、導(dǎo)體內(nèi)部及圍巖溶液放電，使整個系統(tǒng)逐慚恢復(fù)到供電前的均勻雙電層狀態(tài)，超電壓也隨時間的延續(xù)逐漸減小，最后消失(圖c)，這就是放電過程。 除電極極化過程外，通電時“陰極”和“陽極”處發(fā)生的氧化還原過程也是形成電子導(dǎo)體激發(fā)極化效應(yīng)的因素之一。實(shí)踐表明，在電場作用下，電子導(dǎo)體與離子導(dǎo)電溶液接觸時的激發(fā)極化效應(yīng)產(chǎn)生在固相與液相的接觸面上，故又稱為面(積)極化。致密狀結(jié)構(gòu)的電子導(dǎo)體產(chǎn)生的正是這樣的效應(yīng)。對于浸染狀電子導(dǎo)體或礦化巖石，其中每個電子導(dǎo)電顆粒都相當(dāng)于一個“小電池”，并且分布在巖石(或

49、膠結(jié)物)中的所有“小電池”都通過圍巖放電，因此對整個礦體(或礦化巖石)來說，極化效應(yīng)發(fā)生在它的全部體積內(nèi)，故稱為體(積)極化。雖然每個小顆粒與圍巖(或膠結(jié)物)的接觸面很小，但它們的接觸面積的總和卻是很可觀，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。離子導(dǎo)體激發(fā)極化效應(yīng)的成因 有關(guān)離子導(dǎo)體激發(fā)極化效應(yīng)的假說很多，較為公認(rèn)的是離子導(dǎo)體的激電效應(yīng)與巖石溶液界面上的雙電層結(jié)構(gòu)有關(guān)。大多數(shù)硅酸鹽成分的造巖礦物，表面總呈現(xiàn)出負(fù)的剩余電價力，因而吸附周圍溶液中的正離子并在溶液的接觸面上形成具有分散結(jié)構(gòu)的雙電層，雙電層的固相巖

50、石表面一側(cè)為占有固定位置的負(fù)離子，它們吸引溶液中的正離子，使液相一側(cè)靠近界面處的正離子不能自由活動，構(gòu)成了雙電層的緊密層，其厚度約10m。離界面稍遠(yuǎn)的正離子受到的吸引力較弱，可以平行于界面自由移動，構(gòu)成厚度約10 一10m的擴(kuò)散區(qū)(圖332)。 當(dāng)巖石顆粒間的孔隙直徑與雙電層的擴(kuò)散區(qū)厚度相當(dāng)時，則整個孔隙皆處于擴(kuò)散區(qū)內(nèi)，其中過剩的正離子吸引負(fù)離子而排斥正離子。在有外加電場的情況下，正離子將沿電場方向迅速移動，而負(fù)離子則由于過剩正離子的“阻塞”，即受正離子的吸引而移動很慢，以至導(dǎo)電孔隙實(shí)際上被裁斷。我們稱這種孔隙為正離子選擇帶或薄膜(圖333)。薄膜極化效應(yīng)是離子導(dǎo)體激發(fā)激化的主要原因。 巖石中

51、的孔隙寬窄不同，彼此相連。如圖3.33所示，當(dāng)窄孔隙(薄膜)中過剩正離子在外電場作用下沿電場方向移動時，其進(jìn)度較快，到達(dá)寬孔隙(非選擇帶)后即減速，因而在窄孔隙電流的流出端就有正離子的堆積，電流流入端則正離子不足。進(jìn)入寬孔隙后，正、負(fù)離子的移動速度相當(dāng)，但負(fù)離子在寬孔隙中的移動速度卻比在窄孔隙中大些，結(jié)果窄孔隙電流流出端又形成了負(fù)離子的堆積不足。這就是說，在正離子堆積和不足的窄孔隙兩端，同樣形成負(fù)離子的堆積和不足。于是在窄孔隙兩端出現(xiàn)一個不斷增大的離子濃度梯度，直至達(dá)到一個定值為止。該梯度將阻礙離子(即外電流)的移動。斷去電流后，由于離子的擴(kuò)散形成擴(kuò)散電場，使?jié)舛忍荻葘⒅饾u消失，并恢復(fù)到供電前

52、的平衡狀態(tài)。 2、巖、礦石激發(fā)極化法的特征及測量參數(shù)激發(fā)極化的時間特性 圖334為巖、礦石充、放電過程中電位差與時間的關(guān)系曲線。剛開始向地下供直流電時，由于激發(fā)極化效應(yīng)還未產(chǎn)生，這時地下電場的分布只和巖、礦石的導(dǎo)電性有關(guān)，且不隨時間變化，屬于穩(wěn)定電場。我們稱剛供電時的這種電場為一次電場，相應(yīng)一次場的電位差為。隨供電時間的延長，巖、礦石激發(fā)極化效應(yīng)從無到有逐漸形成，附加電場先是迅速增加然后變慢，在供電35分鐘后，達(dá)到飽和。我們將供電時的附加電場叫做激發(fā)極化場或二次電場。顯然，供電過程中二次場疊加在一次場上，供電時的地下電場稱為總場，此時觀測的電位差稱為總場的電位差。若斷去供電電流，一次場立即消失

53、，巖、礦石將通過圍巖放電，放電開始時二次場迅速衰減。然后逐漸變慢，約35分鐘衰減完畢。斷電后某一瞬間觀測的電位差稱為二次場電位差。觀測表明，巖、礦石的充、放電速度與其結(jié)構(gòu)有關(guān)。一般來說，體極化比面極化的充、放電速度快，而極化的巖、礦石中，當(dāng)其所含電子導(dǎo)電礦物成分愈少時，其充、放電速度愈快。激發(fā)極化可用下式表示： 式中：是供電時間為和斷電后時刻測得的二次電位差。極化率是用百分?jǐn)?shù)表示的參數(shù)，由于和均與供電電流I呈線性正比，故極化率是與電流無關(guān)的常數(shù)。但極化率與供電時間和測量延遲時間有關(guān)，因此當(dāng)提到極化率時必須指出其對應(yīng)的供電和測量時間和。如不特殊說明一般將極化率定義為長時間供電（）和無延時（）的極

54、限極化率。*激發(fā)極化的頻率特性 交流激發(fā)極化法是在超低頻交流電場激發(fā)下，根據(jù)電場隨頻率的變化來研究巖礦石的激發(fā)極化效應(yīng)。當(dāng)向地下供入超低頻交流電時，若保持電流強(qiáng)度不變，測量電極M、N間的交流電位差將隨頻率的增高而減少(圖335)。這種隨頻率增高而減少的現(xiàn)象，稱為頻率分散性或幅頻特性。產(chǎn)生這種特性的原因是，在一次場作用下，導(dǎo)電體與圍巖的界面上形成雙電層需要經(jīng)過一定的時間。當(dāng)供給直流電時，總場電位差隨充電時間的延長而增大。若采用交流電激發(fā)，頻率的高低就反映了向巖、礦石單向充電(半個周期)時間的長短。頻率愈低，則單向充電時間愈長，激電效應(yīng)越強(qiáng)，因而觀測到的總場電位差愈大，反之亦然。激發(fā)極化法的測量參

55、數(shù)視極化率視極化率是激發(fā)極化測量的一種基本參數(shù)。當(dāng)?shù)叵掠袃煞N或兩種以上激電特征不同的巖石存在時，采用某種裝置向地下供以直流電，并觀測總場電位差及二次場電位差，視極化率可表示為：表示各種巖石在電流激發(fā)下產(chǎn)生激電效應(yīng)的綜合結(jié)果，對于極化性質(zhì)均勻、各項(xiàng)同性的巖石，即為該巖石的真實(shí)磁化率。順便說明視頻散率也是激發(fā)極化法的一種基本參數(shù)，它是交流激發(fā)極化法中使用的。3、激發(fā)極化法的野外工作方法激發(fā)極化法的儀器裝備直流激發(fā)極化法的儀器裝備與電阻率法完全一樣。直流(時間域)激電僅分為供電和測量兩部分。供電回路是用導(dǎo)線、發(fā)送機(jī)、供電電源和供電電極與大地相連而成。測量回路是用導(dǎo)線將接收機(jī)、測量電極和大地相連組成，

56、接收機(jī)由極化補(bǔ)償器、電位差測量單元和測量程序控制電路三部分組成。極化補(bǔ)償器用于供電前補(bǔ)償測量電極之間的自然電場及極化電位差，以消除它們對測量結(jié)果的干擾。 激發(fā)極化法的工作方法激發(fā)極化法除了測量技術(shù)比較復(fù)雜和測量參數(shù)不同外，其工作布置和電極排列方式都與電阻率法相同。直流激電法的裝置類型有中間梯度、聯(lián)合剖面和測深裝置。常用的觀測方法有兩種，一種是長脈沖制式，其特點(diǎn)是供電時間長(一般23分鐘)，有利于突出充、放電速度較慢的電子導(dǎo)體的激電異常，缺點(diǎn)是耗電大、效率低，因此只宜于在精測剖面上使用；另一種是雙向短脈沖制式，其特點(diǎn)是在每個測點(diǎn)向地下先后正、反向供電幾秒至幾十秒，耗電少、效率高。因此是生產(chǎn)中常用

57、的方式。四、充電法和自然電場法（一）充電法充電法是對地面上、坑道內(nèi)或鉆孔中已經(jīng)揭露的良導(dǎo)體直接充電，以解決某些地質(zhì)問題的一種電法勘探方法。1、充電法的基本原理充電法的工作原理比較簡單。將與電源正極連接的供電電極A同良導(dǎo)體(礦體、含水層等)露頭接觸，其接觸點(diǎn)稱為充電點(diǎn)。與電源負(fù)極連接的供電電極B稱為無窮遠(yuǎn)極，布置在距充電點(diǎn)很遠(yuǎn)，以致它在導(dǎo)體附近產(chǎn)生的電場可以忽略不計的位置接地(圖321)。這時，整個良導(dǎo)體就相當(dāng)于一個大供電電極。在理想條件下，即導(dǎo)體的電阻率0或較之圍巖電阻率滿足，時，無論將導(dǎo)體內(nèi)哪一點(diǎn)作為充電點(diǎn)，由于導(dǎo)體內(nèi)沒有電阻(或電阻趨0)，都不會產(chǎn)生電位降(或此電位降可以忽略)，因此導(dǎo)體內(nèi)部及表面各點(diǎn)的電位都相等，整個導(dǎo)體