4激发极化法

频率城激电测量和时间域激电测量在本质上是一致 的，在数学意义上是等效的，差异主要在技术上。
四、激发极化场的计算和模拟方法
要计算任何一种视激电参数，都需要先计算包括一次场和激电二次场在 内的极化总场。 激发极化的形成和衰减是一个比较缓慢的过程，在时间域中，充、放电 过程大体发生在（nx10(-2)—nx10(2)S）的时间区段中；在频率域中激电效应 基本上只发生在超低频段上（ nx10(-2)—nx10(2) Hz）。对于这样缓慢变化
Yita(s)异常幅度随球体几何参数和电参数的变化规律和前面讨论球体二次 场电位的变化规律是完全一致的。
2．异常的平面分布
球体的yita(s)异常平面等值线具有拉长的图形，其走向垂直于外电场方向。 当改变供电（即测线）方向时，等值线将随之改变延伸方向。但是由于 球体的对称性，等值线的形状并不改变。 Yita(s)异常平面等值线呈伸长图形容易产生错觉：似乎引起激电异常的 极化体也有相应的延伸形状。但是，yita(s)剖面平面图可反映出极化体走 向不长的特征，当测线离开主剖面时，凡异常曲线的幅度明显降低，而 宽度明显增大。
平衡电极电位
平
过电位

（二）离子导体的激发极化机理
关于离子导体的激发极化机理，所提出的假说和争论均较电子导体的多， 但大多认为岩石的激电效应与岩石颗粒和周围溶液界面上的双电层有关。其中 一个比较有代表性的假说是双电层形变假说。 双电层形变形成激发极化的速度和放电的快慢，决定于离子沿颗粒表面移 动的速度和路径长短，因而较大的岩石颗粒将有较大的时间常数（即充电和放 电较慢）。这是用激电法寻找地下含水层的物性基础。
二、稳定电流场中岩石和矿石的激发极化特性
岩、矿石的激发极化分为理想的两大类。 第一类是“面极化”，如致密的金属矿或石墨矿均属此类。其特点是激发极化 都发生在极化体与围岩溶液的界面上。 第二类是“体极化”，如浸染状金属矿和矿化（包括石墨化）岩石及离子导电 岩石的激发极化都属此类。其特点是极化单元（微小的金属矿物或岩石颗粒） 成体分布于整个极化体中。 标本在外电流激发下，电流流入端成为阴极， 产生阴极极化；电流流出端成为阳极，产生阳 极极化。在标本一端的边缘及其相邻近的水溶 液中分别放置测量电极M和N，用毫伏计测量 外电流场激发下标本与水溶液界面上的过电位。
三、交变电流场中岩石和矿石的激发极化性质
（一）交变电流场中岩、矿石的激发极化现象
虽然各种岩、矿石的幅频和相频曲线的基本性 态都是一样的，但不同的岩、矿石有不同的频率特 征。在时间域中充、放电、较快的岩、矿石，在频 率域中便具有高频特征——在比较高的频率上总场 值才快速衰减，并取得相位极值；反之，在时间域 中充、放电、较慢的岩、矿石，在频率域中则具有 低频特征——总场幅值的迅速衰减和相位极值出现 在较低的频率上。
第三节 激电法方法变种的选择
激电法包括若干方法变种。 时间域激电法：它测量某一持续时间T（从几秒到几十秒）的单向或双向 矩形脉冲电流激发下，二次电位差在断电后某一时刻ty的瞬时值ΔU2(ty)或某一 时间区段的积分值
M
t y t j
ty
U2 (t )dt
ty—断电后开始测量的延迟时间；tj—积分时间。 根据这些测量结果计算视极化率或视充电率
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 ( )
第四章 激发极化法
在进行电阻率法测量时，人们常常发现：在向地下供入稳 定电流的情况下，仍可观测到测量电极间的电位差是随时间而 变化（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，测量电极间的电位差 在最初一瞬间很快下降，而后便随时间相对缓慢地下降，并在 相当长时间后（通常约几分钟）衰减接近千零。这种在充电和 放电过程中产生随时间缓慢变化的附加电场现象，称为激发极 化效应（简称激电效应），它是岩、矿石及其所含水溶液在电 流作用下所发生的复杂电化学过程的结果。激发极化法（简称 激电法）是以不同岩、矿石激电效应之差异为物质基础，通过 观测和研究大地激电效应，来探查地下地质情况的一种分支电 法。
大量实测资料表明，地下体极化岩、矿石的极化率主要决 定于其中所含电子导电矿物的体积百分含量及其结构。一般说 来，含量越大，导电矿物颗粒越细小，矿化岩（矿）石越致密， 极化率就越大。完全不含电子导电矿物的岩石，其极化率通常 很小，一般不超过1～2％，少数可达3～4％。 激电效应随岩、矿石中电子导电矿物含量增高而增强的特 性，是激电法成功应用于金属矿普查找矿的物理—化学基础。
四、对称四极测深装置的激电异常
电阻率测深主要用于层状构造，激电测深主要用 来研究局部不均匀体。
球形极化体上的激电测深曲线 测深点位于球心正上方(x=0): yita(s)测深曲 线为二层 G型：在小电极距，yita(s)接近围 岩极化率yita(1)=0；随着极距增大，球体的 作用变大， yita(s)逐渐增高；而当电极距很 大时yita(s)趋于一个渐近值。该渐近值便为 中梯装置在同一球体上的yita(s)极大值。 当测深点偏离球心正上方时（x=0.5）， yita(s)异常值变小； 当测深点偏离到球体在地面投影边缘或投影外时(x>=1), yita(s)测深曲线出现极大值 （变成三层K型），并在电极距AB/2oo时， yita(s)趋于较极大值小的渐近值。不难 理解，各测深点上yita(s)测深曲线在AB/2oo时的（右技）渐近值，等于中梯装置在 该点的yita(s)值。 当x>h0/sqrt(2)时，渐近值为负值。 yita(s)测深曲线出现极大值，是由于供电电极移动 到球体上方附近对球体的极化作用较强并改变极化方向的结果。 这给我们一个启示，即当在野外某个极化体上布置激电测深工作以研究该极化体时， 应尽量不使供电电极在测深过程中越过相邻极化体，以避免或减小后者对测深曲线的 畸变影响。为此，通常应使激电测深的布极方向沿极化体走向布置．
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。
的电场，通常可以忽略电磁感应和电磁辐射效应。所以在计算激发极化总场
时可以近似采用对稳定电流场的处理方法，即用标量电位U来描述极化总场， 它可通过求解拉普拉斯方程的边值问题来获得。
第二节 常用装置的激电异常
激电法可以沿用电阻率法的各种电极装置，其中用得 比较广泛的有中间梯度（中梯）、联合剖面（联剖）、对 称四极测深（测深）和偶极一偶极（偶极）等装置。下面 将根据前节介绍的计算和模拟方法获得的结果，分别讨论 上述装置的激电异常特点。
频率域激电法：以观测交变总场电位差幅值为基础的变频激 电法。这种方法至少要在两个频率上作观测，以获得便，生产效率也较低。 为克服此缺点，以观测地面交变总场电位差相对于交变供电 电流之相位移（视相位）为主要参数的相位激电法可以只在一个 频率上作观测，这相对于变频法是一个进步。
石墨（a） 和黄铜矿 （b）标本 在不同外 电流密度 j0 的 激 发 下，阳极 过 电 位 （实线） 和阴极过 电位（虚 线）随充 电时间T 和放电时 间t的变化 曲线。
引入一个称为极化率yita(T,t）的新参数，来表征体极化介质的 激电性质:
(T , t )
U 2 (T , t ) 100% U (T )
一、球形极化体的中梯激电异常
体极化和面极化球体中梯激电异 常的空间分布，都近似与位于球 心的电偶极子的电场分布相同。
1．主剖面上的异常 主剖面yita(s)剖面曲线，和高阻球体上的中梯Ps异常曲线形状相同：在球 心正上方有异常极大值，两侧异常对称地减小，并在出现负的极小值后逐 渐回升到零。由球外二次场的电流分布（虚线），可解释上述异常特征。
复电阻率法: 这种方法通过对实测复频谱的反演，可以识别 和划分出激电和电磁耦合效应；并根据反演获得的激电谱参数 （Ps0，ms，Cs和τs），按结构区分引起激电异常的极化体和发现 深部隐伏矿。 由于进行谱参数反演时有多解性，故应通过试验工作小心地 总结该地质环境下的有关规律，以减少或消除多解性。频谱激电 法的仪器、装备、观测技术、数据处理和推断解释理论都比较复 杂；此外，它必须在若干频率上逐个频率进行观测，因而生产效 率很低。所以，这种方法宜用作异常检查、评价和在有希望的地 段发现深部矿，而不适用于普查找矿。
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” 。
| U ( f D ) | | U ( fG ) | P ( f D , fG ) 100% | U ( fG ) |
变频法和相位法的接收机可采用选频性能很好的电子线路， 观测给定频率的信号，因而抗干扰能力较强。这就降低了对供电 电流强度的要求（通常可比常规时间域激电法减小十倍）。频率 域激电法的一个比较突出的问题是电磁偶合干扰。为校正这种干 扰就要求增加频率数，这又将降低生产效率。