第二章 频谱激电(复电阻率)法

激电效应（IP）引起的电阻率是频率 f 或角频率ω =2π f 的复变函数复电 阻率ρ(iω)。 W. H. Pelton 等基于大量岩矿石标本和露头的复电阻率频谱测量结果， 认为激电效应引起的复电阻率频谱满足 Cole-Cole 模型：
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。
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（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
~
As (ω ) ϕ (ω ) s
（2.1）
93
2.1.1．复电阻率ρ(iω)
（ρs，ϕm / ϕm0 和ρω）值，以及反演得到的极化体真参数（ρ，m,τ 和 c） 值， （B）岩矿石电性测量结果， （C）已知的地质、物化探资料，按照 “从已知到未知”的原则，确定所划分出的电性体的地质含义—绘制地 质推断断面图。 2.2.5 提供初步资料并结合已知地质资料进行修改 及时向甲方汇报初步推断解释结果， 并根据甲方的意见和提供的新资料， 修改 和完善推断解释结果。
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变化。
Ａ
Ｂ
Ｍ1
Ｍ2
Ｍ3
Ｍ4
M5
Ｍ6
M7
． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．
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第二章 频谱激电（ 频谱激电（复电阻率） 复电阻率）法
激发极化（激电）法在金属矿勘查中已获得广泛应用，其主要优点是在所有 电子导电性的矿体或矿化体上，都能观测到明显的激电异常；而在能引起电阻率 法异常的离子导电体上，不会产生明显的激电异常。但常规激电法也经常受到不 含矿的黄铁矿化和石墨化地层引起的非矿激电异常的干扰。此外，为了提高野外 观测的信噪比，降低供电电流强度，近年人们注重在频率域中作激电观测（即频 率域激电法或交流激电法） 。而在较高频段上的观测结果，必然会包含电磁效应， 如何区分电磁效应和激电效应就成为了频率域激电法的一大难题。为了识别、分 别提取及利用激电效应和电磁效应，并且，区分不同矿和非矿激电异常，从上世 ，也称复电阻率法（CR） 。 纪 70 年代末期开始，国际上发展了频谱激电法（SIP） 虽然，早在上世纪 50 年代末，J. R. Wait 以其著名论文“双频法”开创了在 频率域开展激电法的先河；但通过复电阻率频谱测量，分别提取电磁效应和激电 效应，并识别激电异常，奠定频谱激电法基础的功劳，应属美国犹他大学 W. H. Pelton 博士和他的导师 S. H. Ward 等。他们的论文“基于多频激电测量消除电磁 耦合和进行矿物区分” ，因此荣获国际上最权威的物探学术机构“SEG(勘探地球 物理学家协会)”的机关刊物“Geophysics”1978 年度的最佳论文。1981 年，K. L. Zonge 等提出利用复电阻率测量提取激电、电阻率和电磁散射参数，进行油气 勘探，进一步开拓了频谱激电法或复电阻率法的应用领域。 我国从上世纪 80 年代初开始引进频谱激电法，并在方法的物性基础，基本 理论，方法技术和实际应用等方面开展了全面和深入的研究，形成了比较完善的 方法理论和应用技术体系，并在金属矿产和油气勘探中，取得一大批良好的地质 找矿效果，对频谱激电法的发展作出了显著的贡献。有鉴于此，SEG 于 1998 年 首次出版了由我国学者撰写的学术专著。
2.2.4 基于数据处理和绘制的图件， 基于数据处理和绘制的图件，进行资料的推断解释
（ 1） 定性解释：在拟断面图的基础上，勾绘底下电性体（导电体和极化 体）分布绘制定性推断地电断面图。 （ 2） 定量解释： 对经过 “去耦” 获得的视电阻率ρs0 和激电视充电率 ms （即
激电视极化率ηs）作反演（目前，主要是作 2.5 维反演） ，绘制“真”地 电断面图“真” （本征）电阻率和“真” （本征）激电充电率（极化率） 断面分布图；此外，还可进而定量计算异常体的“真” （本征）时间常 （本征）频率相关系数 c 值。 数τ和“真” （ 3） 地质解释：根据（A）激电视谱参数（ms，τs 和 cs）值及视导电参数
图 2.4 Cole-Cole 模型振幅和相位频谱曲线虽时间常数τ的变化
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2.1.2 激电和电磁效应共存情况
同时存在激电（IP）和电磁（EM）效应时，SIP 法实测的视电阻率是频率 f 或角频率ω =2π f 更加复杂的复变函数ρa(iω)。W. H. Pelton 等的研究结果表明， 在频率不太高时，同时包含激电和电磁效应的复电阻率频谱，可近似表示为两个
图 2.1 示出了按（2.2）式（即 Cole-Cole 模型）算出的，绘制在双对数坐标 中的复电阻率振幅（蓝线）和相位（红线）随频率的变化曲线（频谱曲线） 。其 基本特点是，随着频率增高，振幅单调下降：在低频段和高频段变化比较平缓； 而在某个中段频点（fc）附近，振幅随频率增高急速下降。相位频谱曲线大体上 与振幅频谱曲线的变化梯度成“正变”关系：在低频段和高频点，相位（绝对值） 分别随频率增高而线性上升和下降，斜率等于频率相关系数 c 和-c；而在某个中 段频点（fc）取得极值。
图 2.3 示出了 Cole-Cole 模型的振幅和相位频谱曲线，随频率相关系数 c 的 变化。可见，频率相关系数 c 是决定频谱变化陡度的形状参数。 。 2.1.1.4 Cole-Cole 模型的振幅 A 和相位ϕ频谱曲线，随时间常数τ的变化
图 2.4 示出了 Cole-Cole 模型振幅和相位频谱曲线随时间常数τ的变化。 可见， 时间常数τ是决定频谱变化频段的位置参数。
图 2.1 Cole-Cole 模型的振幅和相位频谱曲线
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2.1.1.2
Cole-Cole 模型的振幅 A 和相位ϕ频谱曲线，随充电率 m 的变化
图 2.2 Cole-Cole 模型振幅和相位频谱曲线随充电率 m 的变化
图 2.2 示出了 Cole-Cole 模型的振幅和相位频谱曲线，随充电率 m 的变化。 可见，充电率 m 是决定频谱变化幅度的强度参数。 2.1.1.3 Cole-Cole 模型的振幅 A 和相位ϕ频谱曲线，随频率相关系数 c 的变化
图 2.5 同时存在 IP 和 EM 效应时的振幅 A 和相位ϕ频谱曲线
2.1.2.2
频谱参数的数值变化规律： ：
我们在 W. H. Pelton 等的基础上， 结合自己的实测数据和理论计算结果归纳 出，在均匀大地条件下，描写激电效应和电磁效应频谱的 Cole-Cole 模型“本征 参数” （即所谓“真参数” ）具有如下规律： 1． C1= 0.1-0.6, C2=0.9-1.0；
1 1 Cole-Cole 模型之和： ρ a (iω ) = ρ a 0 {1 − m1[1 − 1+ (iωτ ] ± m2 [1 − 1+ (iωτ )c1
1 2) c2
]}
(2.3)
式中，ρa0频率为零时（包含 IP 效应）的视电阻率； m1, τ1 和 c1 分别为 IP 效应的充电率，时间常数和频率相关系数； m2, τ2 和 c2 分别为 EM 效应的充电率，时间常数和频率相关系数。
图 2.6 多极距的偶极偶极排列及观测数据在拟断面图上的记录点
SIP 法在空间域和频率域的高密度测量，使之具有较常规方法丰富得多的信 息量。
§2.2
SIP 法工作程序
2.2.1 根据地质任务进行 SIP 法工作设计
确定测区、测网（测线方向、测线距和测点距）；选择观测装置（通常选用 偶极-偶极排列）、极距 a（通常选为测点距）和电极距系数 n；规定野外观测技 术（通常按规范或技术手册执行）；明确数据处理、成图和解释方法；安排各阶 段工作完成时间和提交工作成果报告时间等。
2.1.2.1 同时存在 IP 和 EM 效应时的振幅 A 和相位ϕ频谱曲线
图 2.5 示出了按(2.3)式计算的由两个 Cole-Cole 模型之和描述的复电阻率频 谱。低频段代表时间常数较大（τ1＝2 s）的激电效应的频谱；而高频段则代表时 间常数较小（τ2＝0.01 s）的电磁效应的复电阻率频谱。
2.2.2 按设计书要求， 按设计书要求，开展野外工作， 开展野外工作，获得 SIP 法野外观测数据
野外工作（最终体现在观测数据）的质量，是保证后续工作，乃至整个 SIP 工作获得好成果的基础。劣质、甚至虚假的观测数据，注定会导致 SIP 工作的失 败。所以，野外工作人员必须有高度的敬业精神，认真、负责地工作。
τ1>>τ2。