激发极化法极化率衰减曲线测量技术
5电法勘探5激发极化法
①直流激发极化法的仪器装备
直流（时间域）激电仪分为供电和测量两部分。供电部分使用导 线将供电电源、发射机和供电电极相连而成
直流电源
供电控制单元
供电程序 控制电路 发射机
其中直流电源用于提供电流，
A 一般使用小功率发电机；发
射机由供电控制单元和供电
B 程序控制电路组成。供电控
制单元控制电源的接通、切 断以及换向，供电程序控制 电路是供电控制单元的指挥 机构，根据设计的程序，使 供电控制单元按规定的时间 和顺序向地下供电，从而实 现野外供电自动化
增大；供入交流电时，频率的
磁铁矿
高低就反映了导体单向充电
黄铜矿
（半周期）时间的长短。频率 越低，单向充电时间越长，界
石墨
面上产生的双电层电位差越大，
f
观测到的总场电位差幅值△Uf 也就越大
Ⅲ激发极化法测定的参数 1.极化率和频散率 时间域中，采用“极化率”来衡量岩、矿石的激发极化效应
(T ,t) U2 (T ,t) 100%
激发激化法也存在一些问题。例如，不易区分有工业意义的 异常和无工业意义的异常（由黄铁矿化、磁铁矿化、炭质或石墨 化岩层引起）。交流激发激化法还不可避免受到电磁耦合的干扰， 等等
（1）激发极化法的理论基础
向地下供入稳定电流，可观测到测量电极MN间的电位差是 随时间而变化的（一般是变大），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MN间的 电位差在最初一瞬间很快下降，之后便随时间相对缓慢的下降， 并在相当长时间后（通常也约几分钟）衰减接近于零
应用人工直流电场或低频交变电场都可以研究岩矿石的激发 极化效应，因此对应有直流（时间域）激发激化法和交流（频率 域）激发激化法两种
浅谈激发极化法
浅谈激发极化法孟建国【摘要】激发极化法现被应用于金属、石油矿产资源以及地下水等方面的探测,是目前最有效的地球物理勘探方法之一.激发极化法对电子导电矿物存在反应很灵敏,这种在勘探过程中不仅在供电的同时可以观测到一次电位差,而且在断电后仍然可以观测到缓慢衰减的残余电位差,这种在断电后仍然存在的缓慢衰减的残余电位差,是由电化学作用引起的,当测区内有电子导电的矿体,如金属硫化矿和某些金属氧化矿床存在时,我们将观测到这种电化学作用明显增加,因此这种缓慢衰减残余电位差量寻找金属矿床的重要线索和参考资料.【期刊名称】《吉林地质》【年(卷),期】2013(032)002【总页数】3页(P82-83,89)【关键词】激发极化;激电法;极化率【作者】孟建国【作者单位】吉林省煤田地质物探公司,吉林长春130031【正文语种】中文【中图分类】P631.3+24激发极化现象是一种由于在地下介质中通外电流，而引起的复杂电化学变化并形成一种极化电场的现象，由于此现象的存在，在一些特定地点，如矿石附近，我们可以探测到极化电场产生的电势差，即激电压差，得到的探测结果可以用来判断在测试地点的含水量或金属矿石含量等地质特点，这种物理探测方法被称为激发极化法，简称激电法。
激电法现被应用于金属、石油等矿产资源以及地下水等方面的探测，是目前最有效的地球物理勘探方法之一，虽然此方法应用较广泛，但对其原理解释是有较强的专业性。
根据激发电流不同，该方法分为直流激电法和交流激电法。
交流激电法较直流激电法具有设备更轻便，所需激发电流小等优点，直流激电法具有以下优点，更可能发现较小的地质目标，勘探深度大，更有效的避免电磁耦合干扰等，因此直流激电法在我国很多地区用来进行探测。
参照图1所示，直流激电法测量电路，激电法测量操作过程如下，首先，闭合控制电源的通、断开关K。
，并保持一段时间，随后，断开开关K。
，并在上述两过程中记录电压表V示数△U。
在此过程中，不同的地下岩石具有不同且相对规律的导电性，分别表现为“绝缘体”，“离子导体”或“半导体”，其中大多数在岩体内和岩石空隙中的固体物质属于“绝缘体”，填充在岩石孔隙中的电解液为“离子导体”，而矿石导电性类似“半导体”，且通过电子，以及岩石颗粒吸附的离子来导电，激发极化现象则发生在“半导体”和“导体”之间，即矿石和电解液之间的边界层，该边界层在充放电过程中表现出的电学性质类似于“电容”，但电容值极大。
激发极化法极化率衰减曲线测量技术
激发极化法极化率衰减曲线测量技术上海绿海电脑科技有限公司陆焕文电法勘探测量方法与仪器的分类：1：按电场生成分类：可分为天然电场法和人工电场法。
天然电场是大地中自然产生的，或者是有雷电，远距离长波无线电台发出的电场，底下电化学效应自己引起的电场（自然电场）。
人工电场是勘探人员用发送机法术固定的电流波形在底下建立的人工电场。
人工电场还可以分成传导类电场和感应类电场，传导类电场是发送机的发送电极接地的（用铜电极赶插入地下）。
感应类电场是用无线电发送天线向空中发射后感应到地下的，即发送机发送端不接地（如测地雷达）。
2：按被测的参数分类：根据测量不同的物探参数可以分成不同的测量仪器，从被测信号频率的高低可分成以下几类：* 直流：（超低频1HZ以下）直流电阻率法* 低频：（0.1HZ～20HZ）激发极化法* 音频：（20HZ～10KHZ）音频磁大地电流法3：按测量效率分类：按一次供电可同时测多少的物理册点分类：* 单点普通方法：每测一个物理点后要移动测量电极到新物理点再测，需要“跑极”，这种方法仪器简单，人工多，效率低。
* 多点同时测量的高密度法：这种方法可以一次发送机供电。
同时多个物理测点上同时测量，测量效率高，数据可靠性高。
高密度测量中还可分为多线制和总线制。
多线制是一台主机上引出多道测量线，用星形网直接接到不同物理点的MN接线电极上。
这种方法的缺点是要用长导线传诵模拟量ΔV信号，而ΔV信号是mV级的微弱信号，容易受空中电磁波干扰，测量精度受影响。
总线制是一台主机与多台从机用一根电缆连接起来，组成一个野外现成总线局域网，主机用数字通讯指挥各从机同时测量，测量完成后用数字通讯把各从机测得的信号分时传送给主机。
在长线上传送的是数字信号。
选用半双工的RS485通讯总线，距离可达1000米，数字不易受干扰，一根电缆线最多可以带128个从机。
4：按野外的布极方法分类，以下介绍几种常用的布极和K 值计算公式 * 中间梯度法A 供电电极组B 供电电极组 M NM NA MN 距（米） BKmn = (2π* AM * AN * BM * BN) / [MN *(AM * AN + BM * BN)]A,B供电电极是固定的，MN在A，B中间区域移动（在A，B的1/2区域内）*电测探法（对称测探法）BK值与中间梯度法计算相同，只是这儿的AM = BN在此M，N是固定在AB中间，而A，B供电电极是可以对称的向两边移动。
第三章 激发极化法
3.1
激发极化效应及其成因
虽然早在电法勘探发展的初期激发极化现象就已经被人们所发现， 但是将它成功地用于
找矿或解决某些水文地质问题却是近几十年的事。 直到目前为止， 对激发极化法的物理—化 学机制还缺乏明确、统一的认识。下面我们以某些为人们所公认的假说为基础，分别就电子 导体和离子导体的激发极化机理作一概略介绍。 1．电子导体激电场的成因 在电场的作用下， 发生在电子导体和围岩溶液间的激发极化效应是一个复杂的电化学过 程，所产生的过电位（或超电压）是引起激发极化效应的基本原因。 前已述及，处于同一种电化学溶液中的电子导体，在其表面将形成双电层。双电层间形 成一个稳定的电极电位， 对外并不形成电场。 这种在自然状态下的双电层电位差是电子导体 与围岩溶液接触时的电极电位，称为平衡电极电位。 在电场作用下， 当电流通过电子导体与围岩溶液的界面时， 导体内部的电荷将重新分布 ， 自由电子逆电场方向移向电流流入端，使其等效于电解电池的“阴极”；在电流流出端则呈 现出相对增多的正电荷，使其等效于电解电池的“阳极”。与此同时，围岩中的带电离子也 将在电场作用下产生相对运动，并分别在“阴极”及“阳极”附近形成正离子和负离子的堆 积，从而使双电层发生了变化，见图 2.3.1。在电流的作用下，导体的“阴
U 2
（4）激发比 ( J )
5.25 0.25
U 2 (t ) dt
5
由视极化率与衰减度组合的一个综合参数 J 称为激发比。 该参数在激电找水工作中也得 到广泛应用。其表达式为
U 2 （2.3-5） 100% U 1 由于 U 1 U 2 ，故式中 U 用 U 1 代替。在含水层上，一般 s 和 D 均为高值反映，取二 者乘积，可使异常放大，反映更为明显。 J s D
4激发极化法解析
第一节激发极化法基础
一、岩石和矿石的激发极化机理
（一）电子导体的激发极化机理 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差的结果。 在一定的外电流作用下，“电极”和溶液界面上的双电层电位差相对平衡电 极电位之变化，在电化学中称为“过电位”或“超电压” 。
式中deltU2(T,t)是供电时间为T和断电后t时刻测得的二次电位差。 极化率是用百分数表示的无量纲参数。由于deltU2(T,t)和deltU （T）均与供电电流I成正比（线性关系），极化率是与电流无关 的常数。但极化率与供电时间T和测量延迟时间t有关，因此，当 提到极化率时，必须指出其对应的供电和测量时间T和t。为简单 起见，如不特加说明，一般便将极化率yita定义为长供电和无延 时的极限极化率。 U ( ) U (0) (T , t ) |T ,t 0 U ( )
s (T , t y )
U 2 (t y ) U (T ) 100% ms (T , t y t j / 2)
t y t j ty
U 2 (t ) dt U (T )
时间域激电法的观测仪器较易制造，而且由于通常是观测供电脉冲断 开几百毫秒之后的二次电位差，受电磁耦合的干扰较小，故工作方法和解 释理论都比较简单。但这种时间感观测仪器乃是宽通带的接收机，对大地 噪声、工业游散电流和极化不稳等的抗干扰能力差，加之待测的二次电位 差通常远比一次电位差小，为提高信噪比往往要求大功率供电，从而使这 种方法的装备十分笨重，生产效率较低、成本高。
时间域谱激电法：是既保持频谱激电法能获得丰富信息的优 点，又能提高生产效率的一种新方法。这种方法观测直流脉冲激 发下总场电位差的充电过程 ΔU(T)（次要的）和断电后二次电位 差的放电过程ΔU2(t)（主要的）。 根据时间特性和频率特性的等效性可知，时间域谱激电法能 获得频谱激电法同样的信息；而前者原则上讲只要作一次测量便 可获得所需的时间谱数据。由于微电子技术的发展，当代时间域 激电测量系统已能通过自动跟踪和补偿极化电位差、信号增强技 术和数字滤波等来有效地压制干扰，克服早期时间域测量的缺点， 使时间域谱激电测量成为可能。不过，目前时间域谱激电法还有 一些理论和技术问题有待研究和完善，可能还要经过几年才能成 熟。
极化曲线的测定
实验九极化曲线的测定【目的要求】1. 掌握稳态恒电位法测定金属极化曲线的基本原理和测试方法.2. 了解极化曲线的意义和应用.3. 掌握恒电位仪的使用方法.【实验原理】1. 极化现象与极化曲线为了探索电极过程机理及影响电极过程的各种因素,必须对电极过程进行研究,其中极化曲线的测定是重要方法之一.我们知道在研究可逆电池的电动势和电池反应时,电极上几乎没有电流通过,每个电极反应都是在接近于平衡状态下进行的,因此电极反应是可逆的.但当有电流明显地通过电池时,电极的平衡状态被破坏,电极电势偏离平衡值,电极反应处于不可逆状态,而且随着电极上电流密度的增加,电极反应的不可逆程度也随之增大.由于电流通过电极而导致电极电势偏离平衡值的现象称为电极的极化,描述电流密度与电极电势之间关系的曲线称作极化曲线,如图2-19-1所示.图2-19-1 极化曲线A-B:活性溶解区;B:临界钝化点B-C:过渡钝化区;C-D:稳定钝化区D-E:超(过)钝化区金属的阳极过程是指金属作为阳极时在一定的外电势下发生的阳极溶解过程,如下式所示:M→Mn++ne此过程只有在电极电势正于其热力学电势时才能发生.阳极的溶解速度随电位变正而逐渐增大,这是正常的阳极溶出,但当阳极电势正到某一数值时,其溶解速度达到最大值,此后阳极溶解速度随电势变正反而大幅度降低,这种现象称为金属的钝化现象.图2-19-1中曲线表明,从A点开始,随着电位向正方向移动,电流密度也随之增加,电势超过B点后,电流密度随电势增加迅速减至最小,这是因为在金属表面生产了一层电阻高,耐腐蚀的钝化膜.B点对应的电势称为临界钝化电势,对应的电流称为临界钝化电流.电势到达C点以后,随着电势的继续增加,电流却保持在一个基本不变的很小的数值上,该电流称为维钝电流,直到电势升到D点,电流才有随着电势的上升而增大,表示阳极又发生了氧化过程,可能是高价金属离子产生也可能是水分子放电析出氧气,DE段称为过钝化区.2. 极化曲线的测定(1) 恒电位法恒电位法就是将研究电极依次恒定在不同的数值上,然后测量对应于各电位下的电流.极化曲线的测量应尽可能接近体系稳态.稳态体系指被研究体系的极化电流,电极电势,电极表面状态等基本上不随时间而改变.在实际测量中,常用的控制电位测量方法有以下两种:静态法:将电极电势恒定在某一数值,测定相应的稳定电流值,如此逐点地测量一系列各个电极电势下的稳定电流值,以获得完整的极化曲线.对某些体系,达到稳态可能需要很长时间,为节省时间,提高测量重现性,往往人们自行规定每次电势恒定的时间.动态法:控制电极电势以较慢的速度连续地改变(扫描),并测量对应电位下的瞬时电流值,以瞬时电流与对应的电极电势作图,获得整个的极化曲线.一般来说,电极表面建立稳态的速度愈慢,则电位扫描速度也应愈慢.因此对不同的电极体系,扫描速度也不相同.为测得稳态极化曲线,人们通常依次减小扫描速度测定若干条极化曲线,当测至极化曲线不再明显变化时,可确定此扫描速度下测得的极化曲线即为稳态极化曲线.同样,为节省时间,对于那些只是为了比较不同因素对电极过程影响的极化曲线,则选取适当的扫描速度绘制准稳态极化曲线就可以了.上述两种方法都已经获得了广泛应用,尤其是动态法,由于可以自动测绘,扫描速度可控制一定,因而测量结果重现性好,特别适用于对比实验.(2) 恒电流法恒电流法就是控制研究电极上的电流密度依次恒定在不同的数值下,同时测定相应的稳定电极电势值.采用恒电流法测定极化曲线时,由于种种原因,给定电流后,电极电势往往不能立即达到稳态,不同的体系,电势趋于稳态所需要的时间也不相同,因此在实际测量时一般电势接近稳定(如1min～3min内无大的变化)即可读值,或人为自行规定每次电流恒定的时间.【仪器试剂】恒电位仪一台;饱和甘汞电极1支;碳钢电极1支;铂电极1支;三室电解槽1只(见图2-19-2)2 mol·dm-3 (NH4)2CO3溶液;0.5 mol·dm-3H2SO4溶液;丙酮溶液【实验步骤】1. 碳钢预处理:用金相砂纸将碳钢研究电极打磨至镜面光亮,用石蜡蜡封,留出1cm2面积,如蜡封多可用小刀去除多余的石蜡,保持切面整齐.然后在丙酮中除油,在0.5M的硫酸溶液中去除氧化层,浸泡时间分别不低于10S.图2-19-2三室电解槽1.研究电极;2.参比电极;3.辅助电极2. 恒电位法测定极化曲线的步骤:A 准备工作仪器开启前,"工作电源"置于"关","电位量程"置于"20V","补偿衰减"置于"0","补偿增益"置于"2","电流量程"置于"200mA","工作选择"置于"恒电位","电位测量选择"置于"参比".B 通电插上电源,"工作电源"置于"自然"档,指示灯亮,电流显示为0,电位表显示的电位为"研究电极"相对于"参比电极"的稳定电位,称为自腐电位,其绝对值大于0.8V可以开始下面的操作,否则需要重新处理电极.C "电位测量选择"置于"给定",仪器预热5-15min.电位表指示的给定电位为预设定的"研究电极"相对于"参比电极"的电位.D 调节"恒电位粗调"和"恒电位细调"使电位表指示的给定电位为自腐电位,"工作电源"置于"极化".F 阴极极化调节"恒电位粗调"和"恒电位细调"每次减少10mV,直到减少200mV,每减少一次,测定1min后的电流值.测完后,将给定电位调回自腐电位值.G 阳极极化将"工作电源"置于"自然","电位测量选择"置于"参比",等待电位逐渐恢复到自腐电位±5mV,否则需要重新处理电极.重复C,D,F步骤,F步骤中给定电位每次增加10mV,直到做出完整的极化曲线.提示,到达极化曲线的平台区,给定电位可每次增加100mV.H 实验完成,"电位测量选择"置于"参比","工作电源"置于"关".【注意事项】按照实验要求,严格进行电极处理.将研究电极置于电解槽时,要注意与鲁金毛细管之间的距离每次应保持一致.研究电极与鲁金毛细管应尽量靠近,但管口离电极表面的距离不能小于毛细管本身的直径.每次做完测试后,应在确认恒电位仪或电化学综合测试系统在非工作的状态下,关闭电源,取出电极.【数据处理】1. 对静态法测试的数据应列出表格.自腐电位-0.805V阴极极化数据:电位(V)电流(mA)电位(V)电流(mA)阳极极化数据:电位(V)电流(mA)电位(V)电流(mA)电位(V)电流(mA)电位(V)电流(mA)电位(V)电流(mA)电位(V)电流(mA)电位(V)电流(mA)2. 以电流密度为纵坐标,电极电势(相对饱和甘汞)为横坐标,绘制极化曲线.3. 讨论所得实验结果及曲线的意义,指出钝化曲线中的活性溶解区,过渡钝化区,稳定钝化区,过钝化区,并标出临界钝化电流密度(电势),维钝电流密度等数值.活性溶解区:过渡钝化区:稳定钝化区:;过钝化区:临界钝化电流密度(电势):维钝电流密度:思考题1. 比较恒电流法和恒电位法测定极化曲线有何异同,并说明原因.恒电流法是恒定电流测定相应的电极电势,恒电位法是很定电位测定相应的电流,对于阴极极化来说,两种方法测得的曲线相同,对于阳极极化来说,由于电流和电位不是一一对应的关系,得到不同的曲线.2. 测定阳极钝化曲线为何要用恒电位法用恒电位法能得到完整的极化曲线,用恒电流法只能得到ABEF曲线,即得到活化区以及过钝化区的一部分,得不到完整的几乎曲线.3. 做好本实验的关键有哪些电极的处理;研究电极与鲁金毛细管的距离;甘汞电极的误差;电位的每次改变值;溶液中杂质离子的存在等等【讨论】1. 电化学稳态的含义指定的时间内,被研究的电化学系统的参量,包括电极电势,极化电流,电极表面状态,电极周围反应物和产物的浓度分布等,随时间变化甚微,该状态通常被称为电化学稳态.电化学稳态不是电化学平衡态.实际上,真正的稳态并不存在,稳态只具有相对的含义.到达稳态之前的状态被称为暂态.在稳态极化曲线的测试中,由于要达到稳态需要很长的时间,而且不同的测试者对稳态的认定标准也不相同,因此人们通常人为界定电极电势的恒定时间或扫描速度,此法尤其适用于考察不同因素对极化曲线的影响时.2. 三电极体系极化曲线描述的是电极电势与电流密度之间的关系.被研究电极过程的电极被称为研究电极或工作电极.与工作电极构成电流回路,以形成对研究电极极化的电极称为辅助电极,也叫对电极.其面积通常要较研究电极为大,以降低该电极上的极化.参比电极是测量研究电极电势的比较标准,与研究电极组成测量电池.参比电极应是一个电极电势已知且稳定的可逆电极,该电极的稳定性和重现性要好.为减少电极电势测试过程中的溶液电位降,通常两者之间以鲁金毛细管相连.鲁金毛细管应尽量但也不能无限制靠近研究电极表面,以防对研究电极表面的电力线分布造成屏蔽效应.3. 影响金属钝化过程的几个因素金属的钝化现象是常见的,人们已对它进行了大量的研究工作.影响金属钝化过程及钝化性质的因素,可以归纳为以下几点:(1) 溶液的组成.溶液中存在的H+,卤素离子以及某些具有氧化性的的阴离子,对金属的钝化现象起着颇为显著的影响.在中性溶液中,金属一般比较容易钝化,而在酸性或某些碱性的溶液中,钝化则困难得多,这与阳极产物的溶解度有关系.卤素离子,特别是氯离子的存在,则明显地阻滞了金属的钝化过程,已经钝化了的金属也容易被它破坏(活化),而使金属的阳极溶解速度重新增大.溶液中存在的某些具有氧化性的阴离子(如CrO2-4)则可以促进金属的钝化.(2) 金属的化学组成和结构.各种纯金属的钝化性能不尽相同,以铁,镍,铬三种金属为例,铬最容易钝化,镍次之,铁较差些.因此添加铬,镍可以提高钢铁的钝化能力及钝化的稳定性.(3) 外界因素(如温度,搅拌等).一般来说,温度升高以及搅拌加剧,可以推迟或防止钝化过程的发生,这显然与离子的扩散有关实验十二铁的极化和钝化曲线的测定一、实验目的1. 测定铁在不同pH溶液中的极化曲线。
激发极化法
际生产中，一般只在已发现的异常中心先做个十字测深（垂直异常走向和沿异常走向布极）或在异常上做 一条测深剖面，很少进行面积性的工作。另外，为了选择中梯装置的供电电极距或了解工作地区的物性变 化时，通常在设计之前也要在个别点上做一些激电测深工作。
须指出其对应的供电和测量时间T和t。
为简单起见，如不特加说明，一般便将极化率定义为长时间供电和无延时的极限 极化率。考虑到刚断电一瞬间的二次电位差等于断电前一瞬间的二次电位差，即
T,0 T,t
t 0
U 2 T ,t T0 UT
U
T U UT
0
二次场 U 2 t也可用一段时间内 t1 ~ t2 积分的平均值来表示
联合剖面装置 1．装置特点
联合剖面装置（简称联剖装置），如图 1.2.7 所示，它是由两个三极装置 AMN 和 MNB 组成的。其最
大特点就是在一条观测剖面上能得到两条
s
曲线。将这两条曲线（
A s
和
B s
）配合起来作解释，能较准
确地确定极化体位置（根据所谓“反交点”）和判断极化体的产状。但联剖装置的 s 曲线比较复杂，对相邻
2．电极距 对一般常见的脉状极化体而言，联剖装置的电极距可由以下关系确定。
AO BO 1 (L l) 2
（1.2.17）
或
AO BO ≥ 3h
（1.2.18）
式中 L 为极化体走向长度； l 为极化体下延长度； h 为极化体顶端埋藏深度
MN 1 ~ 1 AO 3 5
（1.2.19)
“无穷远”极，应垂直测线方向布设，它与最近测线的距离应大于 AO 的 3-5 倍。当斜交测线方向布设 时，它与最近测线的距离应大于 AO 的 10 倍。
25.激发极化法
v 穿过矿体 的测线曲 线异常幅 值大，离 开矿体端 点的测线
S 迅速降 低，据此 我们可以 判断矿体 沿走向的 长度
2.联合剖面装置S曲线特征
对应矿体顶部出现S 曲线反交点
v 矿体直立时S 曲线对称，矿体倾斜时曲线不 对称，在矿体倾斜一侧曲线的极大值大于另 一侧曲线的极大值。因此可利用曲线极大值 连线的反方向确定矿体的倾向。
1）视极化率（ηs）
v 我们知道，视极化率
v
s
U2 U
100%
v 在电阻率法找水过程中，由于低阻碳质岩层 与岩溶裂隙或基岩裂隙水引起的低阻异常特 征相近，给区分含水异常带来困难。这时若 将激发极化法ηs曲线和ρs曲线异常对比分析， 可识别出含碳质岩层对含水异常的干扰。
v 以离子导电为主的岩石，极化率较低，一般 都在4%以下；当岩石中含有电子导电矿物时， 极化率则高达n%～n×10 %。
（二）各种电极装置S曲线的基本特征
v 1.中间梯度装置S曲线特征
埋深越浅极大值越大，极小值越明显、曲 线梯度越大、异常范围越窄；图3.4—3
v 埋深越深极大值越小，极小值越不明显、 曲线梯度越小、异常范围越宽；
v 矿体水平或直立时， S曲线对称、极大 值对应矿体中心在地面上的投影。
v 矿体倾斜时， S 曲线不对称、沿矿体 倾斜一侧较另一侧变化平缓。图3.4—4
当断开供电线路后
v 一次电场马上消失，此时被极化了的电子导 体将通过围岩中的水溶液及导体本身进行放 电，直至恢复其原来偶电层的均匀分布为止， 从而在地下岩石中产生电场，即二次电场。
v 如果此时将测量电极MN置于地面上，即可观 测到一个随时间衰减的二次电位差。
对于浸染状矿体，虽然它与围岩电阻率差 异很小，但对其中每个小颗粒在其表面均 能形成明显的激发极化效应，这就构成了 利用激发极化法寻找浸染状矿体的物理化 学基础。
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激发极化法极化率衰减曲线测量技术上海绿海电脑科技有限公司陆焕文电法勘探测量方法与仪器的分类：1：按电场生成分类：可分为天然电场法和人工电场法。
天然电场是大地中自然产生的，或者是有雷电，远距离长波无线电台发出的电场，底下电化学效应自己引起的电场（自然电场）。
人工电场是勘探人员用发送机法术固定的电流波形在底下建立的人工电场。
人工电场还可以分成传导类电场和感应类电场，传导类电场是发送机的发送电极接地的（用铜电极赶插入地下）。
感应类电场是用无线电发送天线向空中发射后感应到地下的，即发送机发送端不接地（如测地雷达）。
2：按被测的参数分类：根据测量不同的物探参数可以分成不同的测量仪器，从被测信号频率的高低可分成以下几类：* 直流：（超低频1HZ以下）直流电阻率法* 低频：（0.1HZ～20HZ）激发极化法* 音频：（20HZ～10KHZ）音频磁大地电流法3：按测量效率分类：按一次供电可同时测多少的物理册点分类：* 单点普通方法：每测一个物理点后要移动测量电极到新物理点再测，需要“跑极”，这种方法仪器简单，人工多，效率低。
* 多点同时测量的高密度法：这种方法可以一次发送机供电。
同时多个物理测点上同时测量，测量效率高，数据可靠性高。
高密度测量中还可分为多线制和总线制。
多线制是一台主机上引出多道测量线，用星形网直接接到不同物理点的MN接线电极上。
这种方法的缺点是要用长导线传诵模拟量ΔV信号，而ΔV信号是mV级的微弱信号，容易受空中电磁波干扰，测量精度受影响。
总线制是一台主机与多台从机用一根电缆连接起来，组成一个野外现成总线局域网，主机用数字通讯指挥各从机同时测量，测量完成后用数字通讯把各从机测得的信号分时传送给主机。
在长线上传送的是数字信号。
选用半双工的RS485通讯总线，距离可达1000米，数字不易受干扰，一根电缆线最多可以带128个从机。
4：按野外的布极方法分类，以下介绍几种常用的布极和K 值计算公式 * 中间梯度法A 供电电极组B 供电电极组 M NM NA MN 距（米） BKmn = (2π* AM * AN * BM * BN) / [MN *(AM * AN + BM * BN)]A,B供电电极是固定的，MN在A，B中间区域移动（在A，B的1/2区域内）*电测探法（对称测探法）BK值与中间梯度法计算相同，只是这儿的AM = BN在此M，N是固定在AB中间，而A，B供电电极是可以对称的向两边移动。
随着A，B的加大距离，接收机测出的参数反映的是距地面1/2AB 处的特性。
* 偶极剖面法：I测量点©偶极剖面法装置的特点是A ，B 和M ，N 的距离都相当小，可以把AB 和MN 为两对偶极，这两对偶极之间的距离很大。
它的K 值用下式计算Kmn = (2π* AM * AN * BM * BN) / [MN *( BM * BN - AM * AN )]以上公式是假定供电时A 为正，B 为负。
如果在实际工作中A ，B 都是可为正，也可为负的。
这时算出的Kmn 会变为负值。
但是K 值不会是负值的，这时只要把K 值取绝对值。
| Kmn |一. 激发极化法测量原理:激发极化法测量的是地质矿体与围岩组合体的电学和化学特性.从电路系统的观点看是测量大地系统中某深度点的脉冲响应函数(时间域分析)或频率响应函数(频率域分析)..大地测量系统方块图参看上图,它是大地系统特性测量等效电路图,由它测出的地球物化探参数是反映某测线下地质剖面中某几何位置的参数. 参数反映的几何位置是由野外供电电极A和B,以及测量电极M和N的几何位置确定的.这取决於野外采用的什么类型的装置(例如:中间梯度法,偶极偶极法,测深法等).图中的发送机是大地输入电流的信号源.要求它能向大地传导电流,电流的大小取决于A,B供电电极的表面与大地的接触电阻大小和大地的电阻率.为了测出深部的参数必须使电流加大(5A-15A).为了测量多种地球物化探参数,发送机要能发出多种形状的电流波型.波形的频率也要可变.(0.01HZ—8000HZ). 图中的大地系统是某AB电极和某MN电极和大地组成的某测点的系统.对这个特定的系统测得的参数是反映某剖面上某位置的参数.通过改变AB和MN在测线上的位置可以测得地层剖面上各点的物化探参数.图中的接收机是测量大地系统对输入电流信号的响应输出的电压信号.它同时测量输入大地的电流信号.用这两种信号的相关处理可以得出大地的脉冲响应函数和大地的频率响应函数.这个函数是大地的地球物理参数.因为在实际中发送机无法发出窄脉冲(幅度无穷大而脉宽无穷小),所以在时间域测量中使用阶跃电流信号,测得的电压信号是大地对阶跃电流信号的响应,即阶跃响应函数,也就是一次场DELTA_V1和二次场DELTA_V2衰减曲线.对上面的波形作实时模拟与数字信号处理就能得到下图所示的极化率衰减曲线.具体的处理方法由以下几个步骤:(1) 对DELTA V1,2信号进行自动增益控制.方法是对波形的完整周期内用合适的增益放大使得输入A/D的模拟量电压峰值绝对值在A/D最大允许绝对值的50%到90%之间.(2) .用硬件模拟电路(带有施密特性能的比较器)寻找正一次场供电沿.延时600MS后开始测量20MS内N个点的一次场并与此时的增益一起生成一个正一次场记录.(3).用硬件模拟电路(带有施密特性能的比较器)寻找正一次场停电沿,以此沿作为对二次场开始测量的起点时刻.(用此沿向CPU申请中断服务).(4).启动60MS定时的中断服务程序,在这个中断服务程序中先对二次场电压信号进行自动增益控制,(调整模拟放大器的增益,使二次场被放大到A/D转换器最大输入幅度的1/2以上.)记录下此时所用的增益.接下来就使用该增益放大二次场并用A/D转换器对二次场连续20MS内采N个样,存放在一个记录中.用同样方法每隔60MS获得一个二次场和它们的增益的记录,一共获得10个记录.这10个记录就是二次场衰减曲线上的10个采样小面积.在采完二次场后,延时240MS后开始用以上同样的方法测量未补偿干净的自然电位,并把它生成一个记录(5) .用硬件模拟电路(带有施密特性能的比较器)寻找负一次场供电沿.延时600MS后开始测量20MS内N个点的一次场并与此时的增益一起生成一个负一次场记录.(6).用硬件模拟电路(带有施密特性能的比较器)寻找负一次场停电沿,以此沿作为对负二次场开始测量的起点时刻.(用此沿向CPU申请中断服务).(7).启动60MS定时的中断服务程序,在这个中断服务程序中先对负二次场电压信号进行自动增益控制,(调整模拟放大器的增益,使负二次场被放大到A/D转换器最大输入幅度的1/2以上.)记录下此时所用的增益.接下来就使用该增益放大二次场并用A/D转换器对负二次场连续20MS内采N个样,存放在一个记录中.用同样方法每隔60MS获得一个二次场和它们的增益的记录,一共获得10个记录.这10个记录就是负二次场衰减曲线上的10个采样小面积.在采完二次场后,延时240MS后开始用以上同样的方法测量未补偿干净的自然电位,并把它生成一个记录(8).对以上正负一次场和二次场和未补偿的自然电位记录中的N个数求平均值.生成正负一次场二次场残余自然电平均值的记录.将正负一次场和二次场平均值的记录相应的项相减后除以2,得到正负一次场和二次场绝对值记录.将2个残余自然电平均值的记录.相加后除以2得到整个周期的残余自然电平均值.根据该值去修正测得的自然电位并且进行一次实际补偿.(9)重复以上8步再测得一个完整周期的各种数据生成第二套记录.把两套记录求相应各项数据的平均并把它存入第一套记录.(10)显示第一套记录,并询问操作员是否还要进行测量更新第一套数据记录?如操作员回答’是’,就进行第二套数据测量后与第一套数据叠加后求平均,再显示第一套记录并询问操作员是否还要进行测量更新第一套数据记录?如果此时操作员回答’否.’,仪器再问是否要保存记录到FLASH中去.如操作员回答’是’,就创建新记录,不然就回到系统菜单.极化率测量中的关键技术.1.极化率测量公式极化率= (二次场/一次场)*100%上式中一次场是在发送机向大地供电时在地面上M,N接收电极上测得的电压值DLTA_V1,严格地说这个电压中还包含有二次场的成份,但是二次场相对於一次场比较小,只有百分之几.所以就以此电压作为一次场.而且以供电后几秒钟后的电压为一次场.因为刚供电时MN上电压在上升,几秒后趋向平稳.如下图所示:上式中的二次场是发送机停止向地下供电后在地面上M,N接收电极上测得的电压值DLTA_V2.,它是随停电时刻的延迟而渐渐衰减的.在0.5秒钟后基本上衰减为0MV.我们要对这根衰减曲线上的各时刻进行采样,以得到一根完整的二次场衰减曲线.上式中的极化率是二次场衰减曲线上的各点分别除以一次场后乘100%得到的.它也是一根衰减曲线.这叫对一次场归一化处理.好处是排除了不同的MN电极上测得的一次场时大时小变化对极化率测量精确度的影响.它可以完全反映地下矿体的激发极化效应.如下图所示2.二次场测量方法.*.野外M,N电极上来的二次场的特怔:二次场DELTA_V2中叠加了二种直流电压信号,自然电位SP和不极化电极的极差VJ.这三种电压都在几毫伏到几十毫伏数量级.而且都可能是正电压或负电压.其中自然电位SP和不极化电极的极差VJ是一直存在的,随时间的延长会作极缓慢的漂移. 二次场DELTA_V2是发送机供电后激发出来的, 发送机停电后约0.5秒内衰减为0.*.为了测量二次场DELTA_V2必须把自然电位SP和不极化电极的极差VJ补偿掉.方法是用电路部件制造一个直流电压与SP和VJ相等,再用模拟运算放大器组成的加法器中把SP和VJ减掉.使送到放大器后级的信号中只剩下二次场DELTA_V2成份.*.补偿SP和VJ:为了补偿SP和VJ必须制造一个直流电压与SP和VJ相等,先测量SP和VJ,这只有在发送机停电约0.8秒后进行测量,具体做法如下:先让自电补偿发生器(数字电位器或D/A转换器)输出0电压,即不补偿SP和VJ.再把SP和VJ放大到A/D转换器的量程一半以上,用A/D采样一批该电压,将它们求平均后除以放大器的放大倍数GAN就得到了SP和VJ的精确值.用微机存储器记住这个数字值,再用数字电位器或D/A根据这个值制造一个反极性的模拟量电压送到运放加法器的输入端,这样就把SP和VJ补偿掉了.*.跟纵补偿SP和VJ:因为SP和VJ在长时间内缓慢漂移,所以要跟纵SP和VJ的变化不断进行补偿.这安排在发送机停电后0.8秒钟进行.这次测量得到的是漂移量,再把这个漂移量加到上次补偿的数字量SP和VJ中,再把这个新数值反向后送到数字电位器或D/A作为一次新的SP和VJ补偿.*.二次场测量精确度的提高关键技术:(1).时间精度:二次场DELTA_V2是随停电时间的延时而衰减的,测量的起点是发送机停止向地下供电的时刻,对测量电极M,N上的电压信号而言就是一次场消失的后沿.数据采集器要寻找这个后沿,时间误差不能超过1毫秒.因此必须用硬件电路来寻找,(带施密特特性的比较器)一旦寻找到后沿,立即向程序发出中断申请.程序立即开始定时采样二次场电压(用A/D转换器).*寻找一次场停电后沿方法(接收机与发送机同步测量技术):该问题是上世纪70年代国际物探电法仪器研究的重点.60年代时发送机和接收机在一个测站上,以我国的上海地质仪器厂的DDC2为例;它的发送机是一只隔离调压变压器把发电机发出的50HZ交流电变压成50V到500V交流电,并且用变压器与大地隔离后整流成直流50V到500V直流电压.再用灭弧的大功率脚踏开关启动和停止向大地供电.停电时用电榄线启动对二次场的测量.这种方法的缺点是接收机不能灵活移动.只能移动M N测量电极(跑极).这种方法测量费时费工,而且测量精确度易受测量的长线上的干扰而降低.(长线易受电磁感应)70年代初地质部物探研究所研制出接收机与发送机无电榄联接的短导线激电仪.用接收机从测量电极M N 上来的一次场停电后沿来启动对二次场的测量.这种方法国际上也采用了.典型仪器有加拿大先得利公司的IPR8型激电仪.80年代初由我国上海地质仪器厂研制的SJJ_1型仪器与IPR8相同.湖南地质局研制了大功率短导线激电仪在省内和邻省江西推广使用.获得良好的效果.这类仪器都是测量线是短导线的.都是利用寻找一次场后沿来启动二次场的测量,即远点启动法.寻找一次场停电沿的方法也有多种;一种是用电容电阻微分器寻找后沿,这种方法简单但不太可靠(微分电路易受干扰).另一种方法是用电平鉴别电路(施密特触发器)来区分一次场和二次场.适当设置施密特电路的翻转电平(在一次场和二次场中间)和施密特电路的滞后回差(回差大一些可抗干扰)可以比较可靠地区分一次场和二次场.另外国外又推出抗干扰性能更好的锁相环同步电路,典型仪器是MAK_3.但是锁相电路在超低频激电信号下锁定时间较长,在干扰大的工区不易锁定后同步测量.因此目前国际上大多采用电平区分的方法,即用带施密特特性的电平比较器来区分一次场和二次场.本仪器就采用这种方法.寻找正负一次场停电后沿的电路(LOOK_V2.S01)(2).电压幅值精度:二次场的幅度相对一次场是比较小的,野外一般只有1%到5%.在寻找后沿时放大器用的增益是适合一次场的,这个增益对二次场是太小了,带来的后果是A/D转换器采样的数字有效位数降低.这样就测不准二次场.为了提高测量精度必须扩大放大器的增益,使二次场放大到A/D转换器最大输入电压的一半以上.这样才能获得最多的有效位数.最终对每一个二次场电压有两个数据来表达,一个是增益GAN,一个是A/D转换器采样值V_SAMP(12位二进制定点数).它表达的二次场是一个浮点数DELTA_V2=(float)V_SAMP/GAN.每次测量一个二次场必须对它进行自动增益设置,接着对二次场进行A/D转换.这个过程必须在精确的60毫秒内完成.这样就可以在660毫秒对二次场衰减曲线采得十个DELTA_V2的浮点数幅值.(3).精确补偿自然电位,MN不极化电极极差,放大器自身的零点偏移和漂移为了精确测量二次场,必须把影响二次场的直流偏移和漂移干扰信号全部补偿掉,这些直流干扰信号包括1.仪器放大器自身的零漂,2.自然电位,3.测量电极的极差.为了补偿放大器自身的零漂,需要把放大器的输入对地短路,并且让自然电位补偿器输出0MV,放大器的增益设为最大.此时测量放大器的输出电压.把这个电压除以增益得到的就是放大器自身的零漂.再把这个零漂求反后送到自然电位补偿器中去.这样就完成了放大器自身的零漂补偿.以后对MN来的信号中自电和极差补偿要在放大器自身的零漂的基数上叠加后送到自然电位补偿器,这样就可以把对二次场测量干扰的所有直流信号全部补偿掉.(4).仪器的内部蓄电池不足时也会影响测量精度.所以在对一次场和二次场测量之前都要让多路转换开关转接到蓄电池.测量一次蓄电池的输出电压是否在允许范围内.C8051F060 CPU中的A/D转换器方块图测衰减曲线的室内测试方法如下图所示，这是一个DX88激电仪模拟信号发生器。