電法勘探-2011年12月

電法勘探第一節(jié)引言

1、應(yīng)用地電學(xué)的地位：應(yīng)用地球物理學(xué)的六大分支方法之一2、電法勘探的物質(zhì)基礎(chǔ)電法勘探是以巖（礦）石間電磁學(xué)性質(zhì)及電化學(xué)性質(zhì)的差異作為物質(zhì)基礎(chǔ)。3、利用的主要物理性質(zhì)：導(dǎo)電性、介電性、導(dǎo)磁性、激發(fā)極化性、壓電性、震電性等第一節(jié)引言1、電法勘探的物質(zhì)基礎(chǔ)及其研究的主要物理參數(shù)

電法勘探是以巖（礦）石間電磁學(xué)性質(zhì)及電化學(xué)性質(zhì)的差異作為物質(zhì)基礎(chǔ)。

電阻率（ρ）resistivity

極化率（η）polarizability

磁導(dǎo)率（μ）magneticpermeability

介電常數(shù)（ε）permittivity;capacitivity2、電法勘探的分類

電法勘探變種或分支方法多，分類依據(jù)：（1）電場的性質(zhì)（2）工作場所（3）建場方式按電場的性質(zhì)，通常分為兩大類：（a）傳導(dǎo)類電法：以各種直流電法為主，有

電阻率法：分為電阻率剖面法（含二極剖面法、三極剖面法、聯(lián)合剖面法、對稱四極剖面法、中間梯度法和偶極剖面法等）和電阻率測深法（含二極測深法、三極測深法、對稱四極測深法）。

充電法自然電場法激發(fā)極化法：細(xì)分類與電阻率法平行建立。（b）感應(yīng)類電法或電磁感應(yīng)法：分為

電磁剖面法：不接地回線法、電磁偶極剖面法、航空電磁法、甚低頻法。

電磁測深法：大地電磁測深法、頻率測深法、瞬變測深法等。按工作場所，通常分為：

航空電法地面電法海洋電法地下電法按建場方式，通常分為：

天然場源（被動源）電法人工場源（主動源）電法3、電法勘探的應(yīng)用

勘查石油與天然氣和煤田地質(zhì)構(gòu)造；尋找金屬與非金屬礦產(chǎn)；進(jìn)行水文工程地質(zhì)、城市環(huán)境與建筑基礎(chǔ)以及地下管線鋪設(shè)情況的勘查；探測深部地質(zhì)構(gòu)造。第二節(jié)電阻率法勘探定義：電阻率法是傳導(dǎo)類電法勘探方法之一，它利用各種巖（礦）石之間具有導(dǎo)電性差異，通過觀測和研究這些差異有關(guān)的天然電場或人工電場的分布規(guī)律，以達(dá)到找礦和解決其它地質(zhì)問題的一組電法勘探分支方法。第二節(jié)電阻率法勘探

電阻率法應(yīng)用：電阻率法無論在普查金屬、非金屬礦產(chǎn)和研究地質(zhì)構(gòu)造方面，還是在水文、工程地質(zhì)調(diào)查以及勘查能源等方面，均取得了良好的地質(zhì)效果，發(fā)揮著重要作用。地面ρ空氣ρ0AB一、巖礦石的電阻率巖石和礦石的導(dǎo)電性電阻率(resistivity)和電導(dǎo)率(conductivity)的概念：電阻率ρ是表征物質(zhì)導(dǎo)電性好壞的物理參數(shù)。在數(shù)值上，它相當(dāng)于電流垂直通過邊長為一米的立方體均勻物質(zhì)時，該物質(zhì)所具有的電阻值。電阻率的單位是歐姆·米，記作Ω·m。有時也用電導(dǎo)率σ表示物質(zhì)的導(dǎo)電性，其單位為西門子每米，記作S／m。電導(dǎo)率和電阻率互為倒數(shù)。顯然，物質(zhì)電阻率越低、電導(dǎo)率越大，其導(dǎo)電性越好；反之，其導(dǎo)電性越差。（一）礦物的電阻率巖礦石是由礦物組成。

固體礦物按其導(dǎo)電機(jī)理的差別分為電子導(dǎo)電型礦物、半導(dǎo)體型導(dǎo)電礦物和固體離子型導(dǎo)電礦物。電子導(dǎo)電型礦物包括天然金屬和石墨，其中自然金、銅的電阻率最低，自然金的電阻率為2×10－8

Ω·m，自然銅的電阻率為（1.2～30）×10－8

Ω·m。石墨的電阻率按垂直節(jié)理面和順節(jié)理面不同而不同。垂直節(jié)理面的電阻率為28×10－6～1×10－2

Ω·m。順節(jié)理面的電阻率為36×10－8～100×10－8

Ω·m。（一）礦物的電阻率

半導(dǎo)體型導(dǎo)電礦物包括絕大多數(shù)金屬硫化物和金屬氧化物，其中黃銅礦、黃鐵礦方銅礦、磁鐵礦等電阻率低于1Ω·m

。而閃鋅礦、磁鐵礦等電阻率在100～106

之間。固體離子型導(dǎo)電礦物包括絕大多數(shù)造巖礦物，如石英、長石、云母、角閃石、巖鹽、石膏等，其電阻率都很高，一般大于108

Ω·m，在干燥情況下可看作是絕緣體。（二）常見巖石的電阻率

巖漿巖電阻率最高，其變化范圍在102～105Ω·m，括如花崗巖、玄武巖等。變質(zhì)巖中的結(jié)晶片巖、片麻巖、大理巖等電阻率也較高，而泥質(zhì)板巖則稍低。沉積巖電阻率一般較低，如泥巖的電阻率101～102Ω·m，砂巖的電阻率101～103Ω·m。（二）常見巖石的電阻率

如上所述，不同巖石間電阻率常存在差異，這正是電法勘探的地球物理基礎(chǔ)。但是，由于巖石的礦物形成過程的地質(zhì)條件千差萬別，形成后經(jīng)歷的地質(zhì)變動也不同，而且同一中巖石的電阻率變化范圍也很大，因此，應(yīng)用地電測量判斷巖性就比較困難。（三）影響巖、礦石電阻率的因素

1．與巖、礦石骨架組分和結(jié)構(gòu)有關(guān)

巖、礦石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造比礦物成分及含量對巖、礦石電阻率的影響更大些。2．與巖、礦石孔隙及所含流體性質(zhì)有關(guān)3、巖、礦石電阻率與溫度有關(guān)大量實(shí)驗(yàn)表明，電子導(dǎo)電礦物或礦石的電阻率隨溫度增高而變大，但離子導(dǎo)電巖石的電阻率卻隨溫度的增高而變小。

總之，影響巖礦石電阻率的因素是多方面的。因此，在探察時，要注意根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況，分析影響巖石電阻率的主要因素。如沉積巖區(qū)要注意巖石的孔隙度、飽和度、礦化度；變質(zhì)巖區(qū)應(yīng)注意巖石中良導(dǎo)礦物的含量和結(jié)構(gòu)。

巖、礦石的電阻率是進(jìn)行電阻率法工作設(shè)計和成果解釋的依據(jù)。因此，在某一工區(qū)開展電阻率法工作時，應(yīng)對該區(qū)的巖、礦石電阻率進(jìn)行測定。二、巖、礦石電阻率的測定二、巖、礦石電阻率的測定

右圖為測量巖、礦石標(biāo)本電阻率的裝置簡圖。在橫截面為S的長方形巖礦石標(biāo)本的兩端，裝有與標(biāo)本緊密接觸的金屬片狀電極A和B，A、B極的外路與電流表、干電池等聯(lián)成回路。另外，在巖石標(biāo)本的中部，經(jīng)有與標(biāo)本緊靠，并由金屬絲做成的相距為L的兩個環(huán)形電極M和N，M、N的外路與測量電位差的電位計和導(dǎo)線連通。當(dāng)進(jìn)行測量時，在A、B回路中供電電流為I，若M、N極間引起的電位差為，則可按右式計算巖石標(biāo)本的電阻率。（一）實(shí)驗(yàn)室測定

（二）均勻大地電阻率的測定設(shè)地表水平，地下為均勻、無限、各向同性巖石，若通過地面的供電電極A、B向地下供入電流強(qiáng)度為I的電流時，則根據(jù)場論，可得地表任意兩點(diǎn)M和N的電位表達(dá)式為：裝置系數(shù)K單位為米。只與電極的排列位置有關(guān)。在實(shí)際工作中，用DDC－2型電子自動補(bǔ)償儀或DWD－1型微機(jī)電測儀測量和I，然后按下式計算便可得到均勻大地之巖石電阻率值。二、巖、礦石電阻率的測定A(+I)MNB(-I)視電阻率概念與電阻率法實(shí)質(zhì)

視電阻率的概念當(dāng)?shù)孛嫠健⒌叵聨r石電性分布不均勻時，按下式計算的結(jié)果稱為視電阻率(apparentresistivity)，以符號表示。

視電阻率雖然不是巖石的真電阻率，但卻是地下電性不均勻體的一種綜合反映?？衫闷渥兓?guī)律以發(fā)現(xiàn)和探查地下電性不均勻體，達(dá)到找礦和解決其它地質(zhì)問題的目的。A(+I)MNB(-I)MN處的場=“電流源在MN處產(chǎn)生的場”和“異常體邊界上積累電荷在MN處產(chǎn)生的場”的疊加“低阻吸引電流線，高阻排斥電流線”現(xiàn)象。起伏地形引起的視電阻率異常圖為二峰一谷的起伏地形上中間梯度法視電阻率。由圖可見，純地形上ρs曲線形態(tài)和幅值與起伏地形呈鏡象關(guān)系：在山脊上取得ρs的極小值，且山脊越陡，ρs幅值越大；在山谷上取得ρs的極大值，且山谷越深陡,ρs的幅值亦越大。ρs曲線的上述變化原因在于起伏地形對均勻電流場的畸變作用：在山谷處在山脊處

克服地形影響的方法目前，應(yīng)用最為廣泛的克服地形影響方法是“比較法”，該法可用于各種電剖面法和電測深法。“比較法”是將野外實(shí)測的視電阻率曲線（Ps），逐點(diǎn)除以相應(yīng)點(diǎn)純地形異常，從而得到經(jīng)過地形改正后的視電阻率曲線.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。三、電阻率剖面法電阻率剖面法簡稱電剖面法。它包含多種變種方法，在這些方法中，測量電極均沿測線方向逐點(diǎn)進(jìn)行測量，以探測地下一定深度內(nèi)地電斷面沿水平方向的變化。三、電阻率剖面法由于變種方法較多，因此適應(yīng)各種地電條件的能力較強(qiáng)，應(yīng)用范圍較廣。它不僅能有效地尋找金屬礦和非金屬礦，還可進(jìn)行地質(zhì)填圖，解決地質(zhì)構(gòu)造等問題，并且在水文地質(zhì)和工程地質(zhì)調(diào)查中，也獲得了廣泛應(yīng)用。中間梯度法

中間梯度法（以下簡稱為中梯法）是電阻率剖面法中一種常用的重要方法。由于中梯法的兩個供電電極AB相距很遠(yuǎn)、固定不動，而觀測是在其中間三分之一地段進(jìn)行，在地下巖石為均勻、各向同性情況下，該地段的電場可近似地看作均勻電場。因而，計算中梯法的視電阻率異常，可歸結(jié)為研究均勻電流場中賦存有電性不均體時所產(chǎn)生的視電阻率異常。

（一）、垂直接觸面上視電阻率異常（1）視電阻率表達(dá)式對于AMN三極裝置而言，在MN一0的情況，三種不同的ρs表達(dá)式：a．當(dāng)供電電極（A）和測量電極中點(diǎn)（O）均在ρ1巖石上時(x為A至O的距離)

b．當(dāng)A極在ρ1而O點(diǎn)進(jìn)入ρ2巖石時

c．當(dāng)A極和O點(diǎn)全部進(jìn)入ρ2巖石時

對于MNB三極裝置而言，當(dāng)MN—0時,ρs的計算公式也有三種情況.（2）三極裝置視電阻率曲線的變化規(guī)律1當(dāng)裝置距離接觸面很遠(yuǎn)時2當(dāng)裝置右移并逐漸接近接觸面時3當(dāng)MN到達(dá)接觸面時，ρs有最大值4當(dāng)MN極由左側(cè)巖石進(jìn)入到右側(cè)巖石時，(電流密度的法線分量是連續(xù)的)5當(dāng)裝置繼續(xù)向前移動、直到A極達(dá)到接觸面之前，ρs將保持為常數(shù)值6當(dāng)A極也進(jìn)入ρ2巖石時

視電阻率曲線的變化規(guī)律自己分析!（二）、球體上視電阻率異常

均勻場中有球體存在時，球外電場的異常分布與地下水平電流偶極子的電場等效。

當(dāng)球體為低阻時，在球心正上方ρs有極小值，兩側(cè)有ρs＞ρ1的極大值；當(dāng)球體為高阻時，在球心正上方ρs有極大值，兩側(cè)則有ρs＜ρl的極小值；無論高阻還是低阻球體，其上的視電阻率剖面曲線皆左右對稱。根據(jù)ρs曲線主極值點(diǎn)的坐標(biāo)，可確定球心在地面的投影位置?？梢杂盟诫娏髋紭O子的電場分布規(guī)律解釋上述低阻球體和高阻球體上的ρs異常特征。球體上視電阻率異常

a．低阻球體上的ρs(A)、ρs(B)和ρs(AB)剖面曲線對聯(lián)剖曲線而言，無論哪種極距(AO),其ρs(A)和ρs(B)曲線在球心正上方均有一個交點(diǎn)，并在交點(diǎn)左邊有ρs(A)＞ρs(B)，右邊ρs(A)<ρs(B),交點(diǎn)處的視電阻率值ρs＜ρ1。通常將這種性質(zhì)的交點(diǎn)稱為“正交點(diǎn)”或“低阻交點(diǎn)”。由圖可見，這時ρs(A)的極小值出現(xiàn)在球體右邊，而ρs(B)的極小值則出在球體左邊。對稱四極剖面法的ρs(AB)曲線，則在球心正上方有ρs(AB)＜ρ1的極小值異常。

極距增大

（二）三極剖面、聯(lián)合剖面和對稱四極剖面法的應(yīng)用1．三極剖面法的應(yīng)用2．聯(lián)合剖面法的應(yīng)用

聯(lián)合剖面法是用來尋找和追索良導(dǎo)電陡立薄礦脈的最有效方法。另外，當(dāng)用其尋找等軸狀礦體以及劃分巖石分界面時，也能有明顯效果。 供電電極距AO或BO的選擇應(yīng)考慮地質(zhì)目標(biāo)的埋深，若存在厚度為H的浮土覆蓋層時，應(yīng)取AO>3H；對于尋找良導(dǎo)電的陡立薄礦脈，應(yīng)根據(jù)有工業(yè)意義的最小礦脈的大小確定AO。實(shí)驗(yàn)表明，最佳極距應(yīng)選為AO＝L+l（L和l分別為脈狀體的走向長度和下延長度之半）。 確定測量極距MN大小的原則是在不明顯降低異常的前提下，盡量采用較大的MN。在實(shí)際工作中，一般使MN等于測點(diǎn)距，而測點(diǎn)距的確定則取決于異常范圍大小。在詳查時，測點(diǎn)距一般選為MN＝（1/5～1/3）AO。

3．對稱四極剖面法的應(yīng)用

對稱四極剖面法主要應(yīng)用于地質(zhì)填圖，研究覆蓋層下基巖的起伏和為水文、工程地質(zhì)提供有關(guān)疏松層中電性不均勻體的分布以及疏松層下的地質(zhì)構(gòu)造等。應(yīng)用實(shí)例1、聯(lián)合剖面用途:找礦方面的應(yīng)用多一些①尋找、追索陡立低阻薄脈②尋找等軸狀礦體③確定傾斜礦脈的產(chǎn)狀④地質(zhì)填圖，劃分巖石分界面應(yīng)用實(shí)例2、對稱四極剖面

用途：地質(zhì)填圖，水文、工程地質(zhì)方面應(yīng)用多些①確定基巖面起伏②追索斷裂構(gòu)造③追索古河道、巖溶發(fā)育帶④圈定覆蓋層中電性非均勻體的分布應(yīng)用實(shí)例3、中間梯度剖面：用途：①尋找、追索陡立高阻薄脈、產(chǎn)狀平緩的低阻脈，效果好；尋找、追索陡立低阻薄脈、產(chǎn)狀平緩的高阻脈，效果不好②進(jìn)行半定量解釋應(yīng)用實(shí)例4、偶極剖面

用途：①游散電流或電磁偶合的干擾?、诋惓?fù)雜不容易解釋四、電阻率測深法

四、電阻率測深法（ResistivitySoundingmethod）

電阻率測深法（簡稱電測深）是常用來探明水平（或近似水平）層狀巖石在地下分布情況的一種電阻率法。該法是在同一測點(diǎn)上逐次擴(kuò)大電極距，觀測垂直方向由淺到深的視電阻率變化情況，通過分析電測深曲線來了解測點(diǎn)下部沿垂向變化的地質(zhì)情況。

電測深法有不同的裝置類型，如三極電測深、對稱四極電測深、偶極電測深等。應(yīng)用最廣泛的是對稱四極電測深法。1、電測深法的方法原理（1）在地表設(shè)置四根金屬電極A、B、M、N。其中A、B與電源相連用于供電，M、N用來測量地面上某兩點(diǎn)間的電位差，稱為測量電極。（2）當(dāng)A、B電路通電后，地下就形成一個人工電流場。這時測出M、N電極間的電位差ΔUMN和AB電路中的供電電流I，代入到視電阻率公式中，得到該電極距條件下的視電阻率值。（3）不斷增大AB的距離，電流流經(jīng)地下地層的深度亦不斷增加，根據(jù)（2）計算的視電阻率則反映更深處巖層的電阻率。（4）可見，不斷增加供電電極間的距離，可以得到不同的視電阻率值，它們反映了測點(diǎn)處從地表到地下深處巖層導(dǎo)電性的變化情況。2、野外觀測點(diǎn)測，對于對稱四極（1）在測點(diǎn)處布置好儀器和電源（2）根據(jù)地質(zhì)任務(wù)確定AB或AO，并布置電極、鋪設(shè)和連接導(dǎo)線

AO達(dá)到勘探深度的5倍左右，MN一般介于AB的1/3~1/30。（3）測量電極MN間的電位差及AB的供電電流，計算視電阻率。（4）跑極。由小到大改變AB的距離，重復(fù)步驟（3）。完成對一個測點(diǎn)的測量。（5）繪圖。以AB/2為橫坐標(biāo)，以相應(yīng)的視電阻率為縱坐標(biāo)，將測得了視電阻率值逐點(diǎn)畫在一張雙對數(shù)坐標(biāo)紙上，得到一條視電阻率測深曲線。（6）進(jìn)行其它測深點(diǎn)的觀測，直到完成所有測深工作。3、電測深曲線類型二層水平地層上視電阻率曲線

二層水平地層的上層巖石電阻率為ρ1，厚度為h1，基巖的電阻率為ρ2，厚度為無限大。根據(jù)兩層巖石電阻率比值的不同，二層水平地層上的電測深ρs曲線分為兩種類型：若基巖電阻率ρ2大于上覆巖層電阻率ρ1，則電測深ρs曲線為G型；若基巖電阻率ρ2小于上覆巖層電阻率ρl，則電測深ρs曲線為D型。三層水平地層上的視電阻率曲線a、ρ3為有限值情況三層曲線尾支漸近線是ρs＝ρ3直線。三層曲線的后半段也和二層曲線相近，其上層為第一、二層組成的代替層，基底為ρ3。b、ρ3oo情況ρ3oo情況的三層水平地層測深曲線有H型和A型。類似于二層曲線情況，當(dāng)ρ3oo時，尾支漸近組方程為:式中S12＝S1＋S2為第一層和第二層的縱向電導(dǎo)之和。三層電測深曲線的等值性

根據(jù)勢場問題解的唯一性定理，一定層參數(shù)的地電斷面對應(yīng)著唯一確定的電測深曲線，不同層參數(shù)的地電斷面對應(yīng)著不同的電測深曲線。然而，在實(shí)際工作中，由于存在一定的測量誤差，于是出現(xiàn)某些層參數(shù)不同的地電斷面所對應(yīng)的電測深曲線之間，其差別在觀測誤差范圍以內(nèi)，可將它們看成為“同一條”電測深曲線，這種情況稱為電測深曲線的等值現(xiàn)象。由于等值現(xiàn)象存在，一條實(shí)測電測深曲線可對應(yīng)一組不同的地電斷面，?？稍斐慑e誤的解釋結(jié)果。為此，必須研究等值現(xiàn)象發(fā)生的原因和規(guī)律，以提高解釋質(zhì)量。一條三層電測深曲線，可能對應(yīng)一組不同參數(shù)（ρi,hi）的三層地電斷面，稱其為同層等值現(xiàn)象，它分為S等值和T等值兩類。電測深曲線類型

水平地層上電測深曲線的定量解釋

電測深曲線定量解釋的內(nèi)容是確定曲線所反映各電性層（或主要電性標(biāo)志層）的厚度及電阻率值。

目前，對電測深曲線做定量解釋的方法主要有量板解釋法、數(shù)值解釋法以及其它各種經(jīng)驗(yàn)解釋方法。其中數(shù)值解釋法主要采用最優(yōu)化方法擬合電阻率轉(zhuǎn)換函數(shù)或者直接擬合視電阻率近年來，用電子計算機(jī)自動解釋電測深曲線有許多方法，目前應(yīng)用最為廣泛的是最優(yōu)化數(shù)值反演方法。最優(yōu)化法在數(shù)學(xué)上是求多變量函數(shù)極小值的計算方法。用這種方法反演電測深曲線就是求取使理論曲線和實(shí)際曲線之間擬合差為極小值時的層參數(shù)。對電測深曲線作最優(yōu)化數(shù)值反演的步驟:（1）根據(jù)實(shí)測曲線的形態(tài)特征，結(jié)合當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)及地球物理?xiàng)l件，首先確定水平斷面的層數(shù)n，并給出2n一1個初始層參數(shù)或初始模型參數(shù)。（2）根據(jù)初始模型參數(shù)值，按正演計算的數(shù)學(xué)模型計算理論曲線。（3）根據(jù)理論值和實(shí)際值計算擬合誤差。（4）若擬會誤差小于事先規(guī)定的誤差，表明滿足精度要求，則將該組展參數(shù)作為最終的解釋結(jié)果，并停止運(yùn)算。否則，需要修正層參數(shù)值，并重新返回到步驟（2）～（3）循環(huán)往復(fù)，直到滿足精度要求為止。這時，理論曲線所對應(yīng)的層參數(shù)便作為解釋結(jié)果。利用電測深找水五、高密度電阻率法五、高密度電阻率法①方法特點(diǎn)——計算機(jī)控制，整排列，多裝置、多道、密集測量，信息量大，自動化程度高，兼有剖面和測深的特點(diǎn)。②主要技術(shù)——a、二極觀測—

轉(zhuǎn)換出任何技術(shù)裝置；

b、三極觀測—轉(zhuǎn)換出任何技術(shù)裝置；

c、“三電位”觀測—

溫納（α）、偶極（β）、雙二極（γ）：觀測其中任二種裝置，換算第三種。③資料整理——由計算機(jī)處理，繪制各種裝置觀測的ρS斷面等值線圖。實(shí)測結(jié)果例一1999年3月20日，湖南省益陽市，國家防汛抗旱總指揮部組織“堤壩隱患探測設(shè)備測評”工作，本儀器是國內(nèi)唯一的分布結(jié)構(gòu)式儀器。下圖是本儀器和美國某公司儀器在同一測線測量的結(jié)果。例九、樹根探測結(jié)果例十、500KV超高壓輸電鐵塔下采空區(qū)探測結(jié)果（湖北荊門）第三節(jié)激發(fā)極化法

在進(jìn)行電阻率法測量時，人們常常發(fā)現(xiàn)：在向地下供入穩(wěn)定電流的情況下，仍可觀測到測量電極間的電位差是隨時間而變化（一般是變大），并經(jīng)相當(dāng)時間（一般約幾分鐘）后趨于某一穩(wěn)定的飽和值；在斷開供電電流后，測量電極間的電位差在最初一瞬間很快下降，而后便隨時間相對緩慢地下降，并在相當(dāng)長時間后（通常約幾分鐘）衰減接近于零。這種在充電和放電過程中產(chǎn)生隨時間緩慢變化的附加電場現(xiàn)象，稱為激發(fā)極化效應(yīng)（簡稱激電效應(yīng)），它是巖、礦石及其所含水溶液在電流作用下所發(fā)生的復(fù)雜電化學(xué)過程的結(jié)果。激發(fā)極化法（簡稱激電法）是以不同巖、礦石激電效應(yīng)差異為物質(zhì)基礎(chǔ)，通過觀測和研究大地激電效應(yīng)，來探查地下地質(zhì)情況的一種分支電法。巖石和礦石的自然極化性極化的概念：一般情況下物質(zhì)都是電中性的，即正、負(fù)電荷保持平衡。但在一定條件下，某些物質(zhì)或某個系統(tǒng)的正、負(fù)電荷會彼此分離，偏離平衡狀態(tài)，通常稱這種現(xiàn)象為“極化”。某些巖石和礦石在特定的自然條件下會呈現(xiàn)出極化狀態(tài)，并在其周圍形成自然電場，這便是巖、礦石的自然極化。石墨（a）和黃銅礦（b）標(biāo)本在不同外電流密度j0的激發(fā)下，陽極過電位（實(shí)線）和陰極過電位（虛線）隨充電時間T和放電時間t的變化曲線。①沒有外電場的作用：——導(dǎo)體和圍巖溶液的接觸界面上，存在“均勻分布的雙電層”—不顯電性—平衡電極電位；②有外電場的作用：——“雙電層”變形—顯電性（電流流入端—陰極；流出端—陽極）——“平衡電極電位”發(fā)生變化，形成過電位——“充電過程”③斷電后：——電荷間的“排斥”和“吸引”作用，使“雙電層”恢復(fù)原樣—

圍巖中——“放電過程”④恢復(fù)“均勻分布的雙電層”——平衡——不顯電性1、電子導(dǎo)體的激電效應(yīng)一、激電效應(yīng)①由于巖石顆粒表面具有“極性吸附”作用——存在均勻分布的“雙電層”——分散結(jié)構(gòu)

②外電流作用下，分散區(qū)里的陽離子發(fā)生“位移”，——造成“雙電層”變形。

2、離子導(dǎo)體的激電效應(yīng)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的速度和路徑長短，因而較大的巖石顆粒將有較大的時間常數(shù)（即充電和放電較慢）。這是用激電法尋找地下含水層的物性基礎(chǔ)。

大量實(shí)測資料表明，地下體極化巖、礦石的極化率主要決定于其中所含電子導(dǎo)電礦物的體積百分含量。

激電效應(yīng)隨巖、礦石中電子導(dǎo)電礦物含量增高而增強(qiáng)的特性，是激電法成功應(yīng)用于金屬礦普查找礦的物理—化學(xué)基礎(chǔ)。

影響巖礦石極化率的因素：1、電子導(dǎo)電礦物的含量2、巖礦石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

（1）電子礦物的顆粒度顆粒度越小，極化率越大

（2）電子導(dǎo)電礦物的形狀和排列方向非各向同性

（3）致密程度極化率一般隨致密程度增大而增加無礦化巖石的激發(fā)極化特性1、極化率低完全不含電子導(dǎo)電礦物的巖石，其極化率通常很小，一般不超過1～2％，少數(shù)可達(dá)3～4％。2、充放電速度快頻率域體極化參數(shù)頻散率Cole-Cole模型頻率為0時的電阻率充電率，時間域極限極化率時間常數(shù)頻率相關(guān)系數(shù)幅值與相位

激發(fā)極化法的儀器裝備1、直流激電儀：觀測參數(shù)：視極化率本質(zhì)：測量一定供電時間和斷電時間的電位差，然后計算視極化率，由儀器可以直接讀出視極化率值2、交流激電儀：觀測參數(shù)：視頻散率本質(zhì)：測量兩個頻率之間的電位差，然后計算視頻散率，由儀器可以直接讀出視極化率值3、不極化電極：三、激發(fā)極化法的應(yīng)用范圍

激電法的應(yīng)用范圍很廣，無論在金屬與非金屬固體礦產(chǎn)的勘查，還是在尋找地下水資源、油氣礦藏和地?zé)崽锓矫?，都獲得了成功的應(yīng)用。（1）金屬與非金屬固體礦產(chǎn)的勘查

在過去相當(dāng)長的時期內(nèi)，激電法主要用于普查硫化物金屬礦。由于這類礦床往往不含磁性礦物，且礦石多呈浸染狀結(jié)構(gòu)，磁法和其它電法的找礦效果欠佳，激電法成為尋找銅、鉛、鋅、鈉等有色金屬礦的主要方法。近年來，激電法在尋找無磁或弱磁性黑色金屬礦、貴金屬礦、稀有金屬礦和放射性礦床等方面，也發(fā)揮著越來越大的作用。激電法用于勘查上述固體礦產(chǎn)的主要優(yōu)點(diǎn)是能找到百分含量不高的浸染狀礦，這是其它任何電法所不能比擬的;此外，其它電法令人頭痛的地形不平和導(dǎo)電性不均勻等干擾因素,不會形成激電法的假異常。（2）油氣田和地?zé)崽锟辈?/p>

用激電法找油氣田和地?zé)崽锏墓餐c(diǎn)是，都以探測油氣田或地?zé)崽锷喜康拇紊S鐵礦的激電效應(yīng)為基礎(chǔ)。

次生黃鐵礦的深度遠(yuǎn)比油氣層或地?zé)醿Φ纳疃刃。虼?，地面激電法有可能探測到由它們引起的激電異常，雖然通常是十分微弱的。

常規(guī)油氣物探方法主要是探測有利于儲藏油氣的地質(zhì)構(gòu)造；而激電法則是探測與油氣有關(guān)的激電效應(yīng)。故在一段時間人們常說是激電法“直接”找油氣。其實(shí)，它畢竟還是探測由油氣活動形成的次生黃鐵礦的效應(yīng)，所以仍屬間接找油氣。激電法方法選擇1、時間域激電法：優(yōu)點(diǎn)：電磁偶合小，工作方法和解釋理論較簡單，儀器容易制造缺點(diǎn)：抗干擾能力差，需要大功率供電——設(shè)備笨重、效率低、成本高激電法方法選擇2、變頻激電和相位激電

：優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，供電電流小——

設(shè)備輕便、效率高、成本低缺點(diǎn)：電磁偶合影響大。激電法方法選擇3、頻譜激電法（復(fù)電阻率法）

：優(yōu)點(diǎn)：可區(qū)分激電和電磁偶合效應(yīng)；可反演譜參數(shù)，對評價IP異常有利；缺點(diǎn)：復(fù)雜；效率低；多解性嚴(yán)重第四節(jié)大地電磁測深法一、天然電磁場天然電磁場的特征是由許多個場源綜合產(chǎn)生的包含有很寬頻譜的隨機(jī)電磁場。一是隨機(jī)性，二是全球性，三諧變性。所謂隨機(jī)性是對一個地球上固定的觀測點(diǎn)而言，天然電磁場的振幅、頻率和極化方向都是隨時間而隨機(jī)變化。所謂全球性是說絕大多數(shù)的地磁變化都是全球性的地磁現(xiàn)象，是全球同時進(jìn)行的。

時間上的規(guī)律，主要是反映在于太陽活動有關(guān)的各種周期變化上，如太陽黑子活動有11年的周期等。

空間上的規(guī)律，主要是隨緯度的變化，天然電磁場的振幅和相位也變化。一般地，緯度高，磁擾強(qiáng)度大。二、大地電磁測深的數(shù)學(xué)物理基礎(chǔ)

大地電磁測深法是地球物理學(xué)中電磁測量的方法之一，最初由吉洪諾夫(1950)和卡格尼亞德(1953)提出。其理論基礎(chǔ)是基于場源為垂直入射到地面的平面電磁波來討論的。其數(shù)學(xué)物理基礎(chǔ)是麥克斯韋(Maxwell)方程組。三、方法原理在某個觀測點(diǎn)上，測量由天然電磁場源產(chǎn)生的電場和磁場的水平分量。二者的比值稱為電性阻抗。在一系列頻率點(diǎn)上確定阻抗，從而得到阻抗頻譜，該頻譜提供了地球內(nèi)部導(dǎo)電率隨深度變化的信息。

若地下介質(zhì)是各向同性的，則電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度互相垂直。一般地，天然交變電磁場的頻率范圍約為104～10-4Hz，頻率越低，穿透深度越大，在地面測點(diǎn)觀測不同頻率天然電磁場信號，并進(jìn)行分析處理，就能得到地球不同深度處的電性分布。該方法的用途：可用于巖石圈電性結(jié)構(gòu)及其橫向不均一性的研究，發(fā)現(xiàn)和尋找高電阻巖層下的沉積坳陷與含油氣構(gòu)造，以及勘探地?zé)豳Y源、地下水等。（一）波動方程由麥克斯韋方程，電磁場的表達(dá)式為：（二）穿透深度我們討論平面電磁波在均勻介質(zhì)中的傳播問題。波的方向垂直于地面，Ez=Hz=0這里的1/b稱為電磁波的趨膚深度，也叫穿透深度

b為電磁波的衰減系數(shù)，也稱吸收系數(shù)。在無磁性介質(zhì)中，穿透深度為：

（三）波阻抗

（四）視電阻率與傳導(dǎo)類電法相比，電磁法具有如下特點(diǎn)：

①它的發(fā)射和接收裝置都可以不采用接地電極，而是以感應(yīng)方式建立和觀測電磁場；

②采用多種頻率測量，可以擴(kuò)大方法的應(yīng)用范圍；

③觀測電磁場的多種量值，如振幅（實(shí)分量、虛分量）、相位等，可以提高地質(zhì)效果。大地電磁測深法利用天然電磁能可以穿透直流供電法難以透過的高阻層，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

①勘探深