频谱激电法及其研究现状.共30页文档
频率域激电法
1
x
RRa aRRb bRRc
(3.8)
由(3.7)式经过相当推演后，可将等效网络阻抗写成
ZiZ0 1m11i1c
(3.9)
CHINA
UNIVERSITY OF GEOSCIENCES
将阻抗Z(iω)和Z(0)对测量装置作归一化，计算电 阻率 KUKZ，则可得体极化条件下复电阻 率的表达式：I
UNIVERSITY OF GEOSCIENCES
我们考察矿化岩石（体极化体）内一个小单元[图
3-1(a)]其中脉石矿物（1）实际上为绝缘体；离子
导电（裂隙水）通道（2）概括为两条：a——未被
电子导电矿物粒（3）堵塞的通道和b——被电子导
电矿物粒堵塞的通道。a通道只有纯电阻Ra；而b通 道除离子导体和电子导体内部的纯电阻Rb之外，还 串联有电子导电颗粒表面极化的等效阻抗ZIP。根
CHINA
UNIVERSITY OF GEOSCIENCES
图2.3
CHINA
UNIVERSITY OF GEOSCIENCES
岩石颗粒-溶液界面上双电层的结构
图2.4 岩石颗粒表面双层变形引起的激电效应
CHINA
UNIVERSITY OF GEOSCIENCES
• 在外电流作用下，岩石颗粒表面双电层分散区之 阳离子发生位移，形成双电层形变(图2.4，b)；
CHINA
UNIVERSITY OF GEOSCIENCES
• 1950年以前，所有的IP测量都是在时间域进行的。 1950年根据实验室的测量结果，科列特和赛格尔 提出了用不同频率的交流测量方式。维特大大地 扩展了这种方法的可能性，并在当年进行了成功 的实验
CHINA
UNIVERSITY OF GEOSCIENCES
谱激电法
• 电磁耦合是激电法特有的一种干扰，目 • 前识别和去除电磁耦合方面有了很大进 展，谱激电法在去除电磁耦合方面效果 尤其突出。 • 不仅如此，还可以利用分离出的电磁耦 合响应研究构造或用于其他目的，例如" 直接"找油气，变害为利。
• 3）具有较大的探测深度和克服低阻覆盖 层影响的能力 • 一般电磁法受低阻覆盖层屏蔽影响大， 不利于探测低阻覆盖层下的深部矿体。 • 相比之下，偶极装置的激电法克服低阻 覆盖层影响，寻找深部矿体的能力要比 其他方法都强。 • 能证实这个优点的一个极有说服力的例 子是各种电法勘探方法在澳大利亚Elura 矿床上的试验研究对比。
• 实、虚分量和振幅、相位的频谱特性 • 见图2-4和图2-5 • 虚分量频谱： • 特征：a、恒为负值，其幅值与m成正比； • b、在低频和高频时幅值均趋于零， 在中间某个频率时取得负极值（峰值）；
• C、曲线对称于峰值频率轴，该对称轴与 m值、c值均无关系； • d、在高频和低频时其斜率均分别趋于各 自的渐近值，此渐近值随c值的增大而增 大。
• 该等效电路阻抗 ZS（ ω ）的表达式为
R ZS 1 R( jX )C
• 上式可改写为： •
R ZS C 1 ( j )
• 式中： XR1/ C 称为时间常数（单位为s）
• 对矿化岩石来说，可以把它的一个基本 结构单元简化成下图2-2a所示的结构， 其中包括被金属硫化物阻塞的溶液孔隙 通道和未被阻塞的溶液孔隙通道。 • 此基本结构单元可以用2-2.b所示的等效 电路来模拟。
（二）、激电法测量中的参数
在时间域测量时，测到 的是视极化率： U（t） 2 （T，t）＝ 100 ％ s U（T） 在频率域测量时，测到 的是视频散率： Ps f D，f G）＝ （ U（f D） U（f G） － U（f D）
频率域激电法应用
频率域激电法应用1.引言1.1 概述概述频率域激电法（Frequency Domain Electromagnetic Method）是一种非侵入性的地球物理勘探方法，通过测量地下电磁场的频率响应，来获取地下介质的相关信息。
频率域激电法广泛应用于矿产勘探、工程地质、环境地质等领域。
在频率域激电法中，通过将电磁驱动信号输入至地下，通过接收对应的电磁响应信号，可以获取地下介质的电磁特性参数。
这些电磁特性参数包括地下介质的电导率、磁导率等，并且这些参数与地下介质的物理性质密切相关。
与传统的直流激电法相比，频率域激电法具有诸多优势。
首先，频率域激电法能够提供更为丰富的地下信息，可以较为准确地刻画地下介质的电磁特性参数。
其次，频率域激电法具有较高的测量分辨率和深度探测能力，能够较为准确地确定地下界面和异常体的位置以及形态。
此外，频率域激电法还具有较好的时间效率和成本效益，适用于大范围的地质勘探工作。
因此，本文将主要探讨频率域激电法在地质勘探中的应用。
首先，将介绍频率域激电法的基本原理和测量方法，以及激电源和接收器的选择。
然后，将详细介绍频率域激电法在各个领域中的应用案例，包括矿产勘探、工程地质和环境地质等。
最后，将总结频率域激电法的优势，并展望其在未来的发展前景。
通过对频率域激电法的深入了解和应用，我们可以更好地了解地下介质的性质和结构，为矿产勘探、工程规划和环境评估等提供可靠的地质信息支持。
希望本文的讲解能够对读者对频率域激电法的理解和应用有所帮助，推动该方法在地球科学领域的进一步发展。
1.2文章结构文章结构部分的内容应该对读者介绍文章的组织结构和各个章节的主题。
下面是对文章结构部分的一个例子：1.2 文章结构本文将按照以下结构进行介绍和探讨频率域激电法的应用。
首先，在引言部分概述了整篇文章的内容和目的，接着在正文部分讲解了频率域激电法的基本原理以及它在地质勘探中的应用。
最后，在结论部分对频率域激电法的优势进行了总结，并展望了它在未来的发展方向。
频谱激电测量仪器关键技术研究及实现
频谱激电测量仪器关键技术研究及实现摘要:频谱激电测量仪器在通信、无线电、雷达等领域起着重要作用。
为了更好地研究和分析信号的频谱特性，关键技术的研究和实现至关重要。
频谱分析算法可以提供准确的频谱信息，频谱显示技术可以直观地展示频谱特性，数据传输与处理技术可以高效地处理信号数据。
关键词：频谱激电测量仪器；关键技术；研究及实现引言频谱激电测量仪器是一种重要的工具，用于分析和研究信号的频谱特性。
本文对频谱激电测量仪器关键技术进行了研究和实现。
具体包括频谱分析算法、频谱显示技术和数据传输与处理技术。
1.频谱激电测量仪器的原理频谱激电测量仪器是一种用于分析和测量信号频谱特征的仪器设备。
其工作原理基于傅里叶变换理论，将时域信号转换为频域信号，以便更好地理解信号的频谱成分。
在频谱激电测量中，首先需要对信号进行采样。
通过采样，可以在一定时间范围内获取信号的离散数据点。
然后，采集到的数据点被输入到频谱激电测量仪器中进行处理。
接下来，采取不同的频谱分析算法对信号进行处理。
常见的算法包括快速傅里叶变换（FFT）、自相关分析算法等。
这些算法能够将时域信号转换为频域信号，并显示出信号在不同频率上的能量分布情况。
最后，通过频谱显示技术将分析得到的频谱信息以直观的方式呈现出来。
常见的显示技术包括实时频谱显示技术、颜色表达和渐变技术以及信号追踪和标记技术等。
2.频谱采样技术2.1快速傅里叶变换算法快速傅里叶变换（FFT）是一种高效的频域分析算法，常用于频谱激电测量仪器中的信号处理。
它可以将时域采样信号转换为频域信号，并提供频谱信息，如信号的频率和幅度。
FFT算法通过对时间序列信号进行加窗和蝶形运算来实现快速计算，从而大大提高了计算效率和精度。
2.2基于混频与取样的频谱采样技术基于混频与取样的频谱采样技术常用于宽带信号的频谱测量。
该技术基于混频原理，将输入信号与局部振荡器混合后进行取样。
通过调整局部振荡器的频率，可在不同频段上对信号进行测量。
频率域激电法
频率域激电法的应用
金属矿床勘探
频率域激电法能够有效地探测和定位金属矿床，尤其是导电性较好 的铜、铁等金属矿物。
解决地质问题
频率域激电法可以用来解决各种地质问题，如断层、破碎带、岩溶 等地质构造的探测，以及土壤污染调查和地下水研究等。
频率域激电法
目 录
• 引言 • 频率域激电法的基本原理 • 频率域激电法的测量系统 • 频率域激电法的应用实例 • 频率域激电法的优缺点分析 • 频率域激电法的发展趋势与展望
01 引言
背景介绍
频率域激电法是一种地球物理勘探方法，主要用于寻找金属矿床和解决地质问题。
它利用人工或天然电磁场在地下导电介质中产生的电化学作用，通过测量电场和电 流的分布来推断地下地质结构。
频率域激电法能够提供高分辨率的地质信息，有助于识别和区分不同 的地质构造和矿体。
抗干扰能力强
由于采用电磁波作为探测信号，频率域激电法不易受到地形变化、地 表覆盖物等因素的干扰，能够更好地反映地下电性分布。
信息量大
频率域激电法可以获取丰富的地质信息，包括电阻率、极化率、相位 差等参数，有助于更全面地了解地下地质情况。
操作简便
频率域激电法设备轻便，便于携带和移动，同时操作简便，降低了对 操作人员的技术要求。
缺点分析
成本较高
频率域激电法需要使用专业的仪器和设备，相对于其他物 探方法，其成本较高。
解释难度较大
频率域激电法的解释需要综合考虑多个参数和地质因素， 对于一些复杂的地质构造和异常体，其解释难度较大。
对环境要求高
工程地质勘查
在工程地质勘查中，频率域激电法可用于评估岩土体的工程性质，如 岩土体的稳定性、含水性等，为工程设计和施工提供依据。
频谱激电法(SIP)在隐伏金属矿勘查中的应用
数： Ｐ （ 视复电阻率 ） 、 ｍ （ 视充电率 ） 、ｒ （ 视时 间常数 ） 、 ｃ （ 视频率相关 系数 ） 。这 ４ 个激电谱参数反映 了地下岩 体 的导 电和 电极 化 特 征 ，通过 它们 可 以 推 断 出 地 下 隐 伏 金属 矿体 。
在Ｓ Ｉ Ｐ法 观 测 的复 电 阻率 频 谱 中 ，同 时 包 含 了激 电 （ Ｉ Ｐ ） 和 电磁 （ Ｅ Ｍ） 效应 ， 实测 的视 电阻率 是频 率 ｆ 的复 变 函数 Ｐ （ ｆ ） ， 并且 可表 示 为 ２个 ｃ ｏ ｌ ｅ － ｃ ｏ ｌ ｅ 模 型之 和 ：
１ １ ， １ ］
表 １数 据采 集 频 率 （ ｆ ／ Ｈ ｚ ） 表
ｐ ． （ １ ｅ ｏ ） ｛ ｌ － ｍ １ ｛ 卜 赢
｝ ｝ ｍ ２ ｛ 卜
｝ （ １ ）
数据采集后 ，须在 Ｓ Ｉ Ｐ Ｐ ｒ ｏ 软件 中进行预处理 。将 Ｓ Ｉ Ｐ数 据 按发 射盒 子 、主 机盒 子和 辅 助盒 子 的采集 数据 依
扫频 观 测 地 下 岩 体 的 径 向 电场 ，属 于 高 密 度 几 何测 深 方 距 ＭＮ＝ ａ ＝ １ ０ ０ ｍ， 每个 排列 １ ２ 道． 采 用 固定 Ａ、 Ｂ发射 极 ， 法。观测频谱 中包含近场区 电磁谱 （ Ｅ Ｍ） 和激 电谱 （ Ｉ Ｐ ） ， 接收 道 与发射 极保 持一 定的 隔离 系数 ｎ （ ｎ ＝１ ～１ ２ ） 布极，
观 测 视 复 电阻率 频 谱 ，在 地面 采 用偶 极一 偶 极 排列 装 置 ，
２ 频谱激 电法勘查 工作程序
目前 ， 我 国多采用 加拿 大凤凰 公 司 Ｖ ８ 多功能 电法 仪 ，
一
个 排 列包 括一 个 Ｖ ８ 主机 盒 子和 一个 辅助 盒子 ， 每 个盒
第二章 频谱激电(复电阻率)法
ρ (iω ) = ρ 0{1 − m[1 −
1 1 + (iωτ )c
2.2.3 进行野外观测数据的处理和绘制相应的图件
数据处理： ： （1）数据转录：将野外观测数据录入计算机中，并按一定的格式分别写成数据 文件（C 文件——标定数据文件和 E 文件——实测数据文件）；进而将不同增益 挡的几个 C 文件组合在一起，形成 M 文件——标定文件。
98
（2）底数校正：用标定数据（M 文件）对实测数据（E 文件）进行仪器和观测 装置底数校正，校正后的结果记入 L 文件中。 （3）去藕校正：用两个 Cole-Cole 模型或改进的 Cole-Brown 模型拟和野外实测 数据，确定代表激电效应的视频谱参数： ：零频视电阻率ρs0，激电视充电率 ms， 即激电视极化率ηs，视时间常数τs 和视频率相关系数 cs；进而由经“去藕”分离 出的电磁效应， 获得两个新的电磁效应参数： 剩余电磁效应 （REM） 参数ϕm / ϕm0 和电磁视电阻率ρω。 图件绘制： ： （1）绘制频谱曲线图 （2）绘制小频谱图（按顺序将各测线、各测点和各电极距系数的小频谱曲 线绘出和排列在一起） （3）绘制拟断面图（通常，每条测线都绘制出上述六个参数的（共六幅） 拟断面图）
§2.1
频谱激电法的基本原理
频谱激电法 SIP（复电阻率法 CR）是用常规电阻率法的电极装置，在超低 频段上（f = 10-2 - n 102 Hz )，观测视复电阻率频谱：
∆U ρ s (iω ) = K % I
频谱激电法-SIP
5.2 复电阻率（CR ）法工作方法及质量评述5.2.1 CR 法方法原理复电阻率（CR ）法概述复电阻率（英文缩写CR ）法是一种高密度剖面测深方法，它采用电偶源的多道偶极—偶极排列，扫频观测径向电场的振幅—相位谱，研究被探测目标的电极化效应和近区电磁场效应所引起的谱参数异常，利用可极化物质体积含量和粒度分布与各谱参数的相关性，结合地质成矿规律，建立异常模式，判断成矿的相对有利部位，以便指导钻探。
复电阻率法用常规电阻率法的电极装置，通过供电极A 、B 向地下供入一定频率f 的交变电流I ~，并观测两个测量电极M 、N 之间同一频率的交流电位差U ~∆，传统的视电阻率表达式为：I U K i s ~~)(∆=ωρ 式中，K 为装置系数；ω=2πf 为角频率。
对均匀岩石、矿石，由激电效应引起的复电阻率随频率的变化可以由下式表示：⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--=c i m i )(1111)(0ωτρωρ 式中，0ρ为频率为零时的电阻率；m 为充电率，c 为频率相关系数，τ为时间常数。
上式也被称为“柯尔—柯尔(Cole —Cole)”模型。
除激电效应外，电磁耦合频谱的低频部分也可用“柯尔—柯尔”模型来描述。
因此，当同时存在激电效应和电磁效应时，实测的复电阻率频谱可表示成两个或两个以上“柯尔—柯尔”模型之和，如下式：⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--=21)(111)(1111)(22110c c s s i m i m i ωτωτρωρ 式中，1m 、1c 、1τ和2m 、2c 、2τ分别表示激电效应和电磁效应的频谱参数。
理论和实验资料表明，激电效应的时间常数1τ、频率相关系数c与导电矿物连通程度、颗粒度均匀性有关。
因此，可以根据1 、1c的1大小,按结构区分引起激电异常的极化体。
CR法测得的频谱中包含了由导电性引起的近场区电磁谱(SEM)和由电极化性引起的激电谱(SIP)。
两种谱在频带上占据不同的位置,可用Cole—Brown模型反演拟合分离。
频谱激电法的发展与展望
频谱激电法的发展与展望杨振威;郑伟;李晓斌;王华峰【摘要】从频谱激电法的发展概况﹑仪器系统、数学模型、反演方法及应用等方面，介绍了频谱激电法的研究现状。
介绍了频谱激电法目前常用的仪器系统：SIP⁃FUCHSII和V8，数据模型主要有：Cole－Cole、常相位角模型CPA、普通化的Cole－Cole模型和理论模型SNP。
反演方法简要介绍了几种常用算法，反演算法也由一维、二维发展到三维。
列举了频谱激电法近年来在矿产资源、水资源调查等多个领域的应用概况，展望了频谱激电法的发展方向：（1）同时考虑激电效应和电磁效应的三维电磁场正演计算技术是研究的前沿和热点；（2）频谱激电法对有机污染的探查成为未来应用研究的新领域。
%This paper mainly describes the research progress of spectral induced polarization method in the aspects of the system of in⁃struments such as SIP⁃FUCHSII,V8, characteristics of the electrode arrangement and the methods of inversion. The data models include Cole-Cole model, CPA model, common Cole-Cole model and theoretical model SNP. The inversion methods include fromleast square inversion from 1D to 2D and even 3D. The applications of the spectral induced method in many fields in recent years are enumerated. In the end, the research direction of SIP is predicted:( 1) 3D electromagnetic forward based on EM effect and IP effect simultaneously is the research focus and frontier in the future;( 2) the detection of organic pollution used by SIP will become the new application field in the future.【期刊名称】《物探与化探》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】7页(P22-28)【关键词】频谱激电法;仪器;反演;SIP-FUCHSII;V8;数据模型;三维电磁场正演计算;有机污染【作者】杨振威;郑伟;李晓斌;王华峰【作者单位】河南理工大学资环学院，河南焦作 454000;河南理工大学资环学院，河南焦作 454000;河南理工大学资环学院，河南焦作 454000;山东省地球物理地球化学勘察院，山东济南250013【正文语种】中文【中图分类】P631频谱激电法作为一种重要的地球物理勘探方法，具有电性参数多的特点，在金属矿勘探领域起着重要的作用，近年来，该方法也被应用于石油地震勘探、水文地质调查等领域。
罗延钟 时间域激电法和频谱激电法
时间域激电法TDIP和 频谱激电法SIP
中国地质大学电法科研组 罗延钟
时间域激电法TDIP（1）
• 时间域激电法是1950年代在 电阻率法基础上发展起来的 • 电阻率法通过供电电极A,B向 地下供入稳定电流I，同时观 测测量电极M,N之间的电位 M 差ΔU；然后计算视电阻率
频谱激电法SIP（复电阻率法CR） 的基本原理 I M 什么是SIP(复电阻率法CR)? A U B 电极装置：与常规电阻率法相同 N 供电电流：超低频交流电（f = 10-2 - n 102 Hz ) 观测内容：交变供电电流强度 I U (i) MN极间交变电位差 A ( ) U s 计算参数： s ( i ) K
• 在445－470点范围内获得1 号异常，其特点是： • 中等偏高的s（n·102 m） • 中等偏弱的ms（约10％） • 中等s（0.5－1 s） • 中等偏小的cs（0.25）。 • 这与试验剖面上3、4、6、7 和8号异常的特征相近。 • 异常出现在较深部位 （a=60米，n=5-8），且向 下未封闭，估计极化体埋藏 较深（大于200米）。推断 在200米以下可能有铜矿化 体。 • 从反映深度能力较强的s异 常在深部向西扩展，故推断 此矿化体是向西倾斜的。 • ZK1502和ZK1503钻探结果， 在100-249米以下普遍黄铁 矿化，并见到三层铜矿体， 累计厚度8米 。
根据视极化率的变化来推断地下极化体－－时间域激电法
我国激电法发展历史
• 时间域激电法试验研究结论“有矿就有异常” 因而成为金属矿勘查的最重要方法之一。 • 时间域激电法的主要问题是： 1. 装置笨重； 2. 存在大量非矿异常。 • 为解决装置笨重问题，发展了频率域激电法 但又产生新问题：3. 电磁耦合干扰。 • 为解决激电法两大问题 1. 电磁耦合； 2. 激电异常区分 发展了一种新的激电法－－频谱激电法。