地球物理學(xué)必備-應(yīng)用地球物理學(xué)原理(不看后悔)分享資料

1、1二、巖石和礦石二、巖石和礦石 利用巖石和礦石的利用巖石和礦石的電化學(xué)活動(dòng)性電化學(xué)活動(dòng)性 一般情況下物質(zhì)都是電中性的，即正，一般情況下物質(zhì)都是電中性的，即正，負(fù)電荷保持平衡。負(fù)電荷保持平衡。 但是，某些巖石和礦石在但是，某些巖石和礦石在特定的自然條特定的自然條件件下，在巖石中產(chǎn)生的各種下，在巖石中產(chǎn)生的各種物理化學(xué)物理化學(xué)過(guò)過(guò)程作用下，巖石可以形成程作用下，巖石可以形成面電荷面電荷和和體電體電荷荷。巖石的這一性質(zhì)稱為巖石極化。巖石的這一性質(zhì)稱為巖石極化。2 巖石極化分為兩種類型：巖石極化分為兩種類型： 1 1、自然極化、自然極化，是由不同地質(zhì)體接觸處的，是由不同地質(zhì)體接觸處的電荷自然產(chǎn)生的電荷

2、自然產(chǎn)生的( (表面極化表面極化) )或由巖石的或由巖石的固相骨架與充滿空隙空間的液相接觸處固相骨架與充滿空隙空間的液相接觸處的電荷自然產(chǎn)生的的電荷自然產(chǎn)生的( (兩相介質(zhì)的體極化兩相介質(zhì)的體極化) )； 2 2、激發(fā)極化、激發(fā)極化，是在人工電場(chǎng)作用下產(chǎn)生，是在人工電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的極化。的極化。 由巖石自然極化和人工極化產(chǎn)生的面電由巖石自然極化和人工極化產(chǎn)生的面電荷和體電荷形成自然電場(chǎng)或激發(fā)極化電荷和體電荷形成自然電場(chǎng)或激發(fā)極化電場(chǎng)。場(chǎng)。3 ( (一一) )巖石和礦石的自然極化特性巖石和礦石的自然極化特性 1 1電子導(dǎo)體的自然極化電子導(dǎo)體的自然極化 當(dāng)電子導(dǎo)體和溶液接觸時(shí)，由于熱運(yùn)動(dòng)，當(dāng)電子導(dǎo)

3、體和溶液接觸時(shí)，由于熱運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體的金屬離子或電子可能具有足夠大導(dǎo)體的金屬離子或電子可能具有足夠大的能量，的能量， 以致克服晶格間的結(jié)合力越出以致克服晶格間的結(jié)合力越出金屬進(jìn)入溶液中。金屬進(jìn)入溶液中。 從而破壞了導(dǎo)體與溶液的電中性，使金從而破壞了導(dǎo)體與溶液的電中性，使金屬帶負(fù)電，溶液帶正電。屬帶負(fù)電，溶液帶正電。 金屬上的負(fù)電荷吸引溶液中過(guò)剩的陽(yáng)離金屬上的負(fù)電荷吸引溶液中過(guò)剩的陽(yáng)離子，使之分布于界面附近，形成子，使之分布于界面附近，形成雙電層雙電層，產(chǎn)生一定的電位差。產(chǎn)生一定的電位差。4 此電位差產(chǎn)生此電位差產(chǎn)生反向電場(chǎng)反向電場(chǎng)，阻礙金屬離，阻礙金屬離子或電子繼續(xù)進(jìn)入溶液。子或電子繼續(xù)進(jìn)入溶液。

4、 當(dāng)進(jìn)入溶液的金屬離子達(dá)到一定數(shù)量后，當(dāng)進(jìn)入溶液的金屬離子達(dá)到一定數(shù)量后，便達(dá)到平衡，此時(shí)，雙電層的電位差為便達(dá)到平衡，此時(shí)，雙電層的電位差為該金屬在該溶液中的平衡電極電位。該金屬在該溶液中的平衡電極電位。 它與導(dǎo)體和溶液的性質(zhì)有關(guān)。它與導(dǎo)體和溶液的性質(zhì)有關(guān)。 若導(dǎo)體和溶液都是均若導(dǎo)體和溶液都是均 勻的，則界面上的勻的，則界面上的雙電層也是均勻的，這種均勻、封閉的雙電層也是均勻的，這種均勻、封閉的雙電層不產(chǎn)生外電場(chǎng)。雙電層不產(chǎn)生外電場(chǎng)。5 如果導(dǎo)體或如果導(dǎo)體或 溶液是不均勻的，則界面上溶液是不均勻的，則界面上的雙電層呈不均勻分布，產(chǎn)生極化，并在的雙電層呈不均勻分布，產(chǎn)生極化，并在導(dǎo)體內(nèi)、外產(chǎn)生

5、電場(chǎng)，引起自然電流。導(dǎo)體內(nèi)、外產(chǎn)生電場(chǎng)，引起自然電流。 這種極化所引起電流的趨勢(shì)是減少造成極這種極化所引起電流的趨勢(shì)是減少造成極化的導(dǎo)體或溶液的不均勻性。化的導(dǎo)體或溶液的不均勻性。 所以所以 ，如果不能繼續(xù)保持原有的導(dǎo)體或，如果不能繼續(xù)保持原有的導(dǎo)體或溶液的不均勻性，則因極化引起的自然電溶液的不均勻性，則因極化引起的自然電流會(huì)隨時(shí)間逐漸減小，以至最終消失。流會(huì)隨時(shí)間逐漸減小，以至最終消失。6 因此，電子導(dǎo)體周圍產(chǎn)生穩(wěn)定電流場(chǎng)的因此，電子導(dǎo)體周圍產(chǎn)生穩(wěn)定電流場(chǎng)的條件必須是：條件必須是： 導(dǎo)體或溶液的不均勻性，并有某種外界導(dǎo)體或溶液的不均勻性，并有某種外界作用保持這種不均勻性，使之不因極化作用保持

6、這種不均勻性，使之不因極化放電而減弱。放電而減弱。7 如圖如圖1.3-41.3-4所示，賦存于地下的所示，賦存于地下的電子導(dǎo)電電子導(dǎo)電礦體礦體，當(dāng)其被，當(dāng)其被地下潛水面地下潛水面切過(guò)時(shí)，往往切過(guò)時(shí)，往往在其周圍形成在其周圍形成穩(wěn)定的自然電流場(chǎng)穩(wěn)定的自然電流場(chǎng)。 我們知道，潛水面以上為我們知道，潛水面以上為滲透帶滲透帶，由于，由于靠近地表而富含靠近地表而富含氧氣氧氣，使?jié)撍嬉陨系模節(jié)撍嬉陨系娜芤貉趸暂^強(qiáng)溶液氧化性較強(qiáng)； 相反，潛水面以下相反，潛水面以下含氧較少含氧較少，那里的水，那里的水溶液相對(duì)來(lái)說(shuō)是溶液相對(duì)來(lái)說(shuō)是還原性還原性的。的。 潛水面上、下水溶液潛水面上、下水溶液化學(xué)性質(zhì)的差異化

7、學(xué)性質(zhì)的差異通通過(guò)自然界大氣降水的循環(huán)總能長(zhǎng)期保持。過(guò)自然界大氣降水的循環(huán)總能長(zhǎng)期保持。89 這樣，這樣， 電子導(dǎo)體的電子導(dǎo)體的上、下部分上、下部分總是總是分別分別處于性質(zhì)不同的溶液處于性質(zhì)不同的溶液之中，在之中，在導(dǎo)體和溶導(dǎo)體和溶液之間形成了不均勻的雙電層液之間形成了不均勻的雙電層，產(chǎn)生自，產(chǎn)生自然極化，并形成自然極化電流場(chǎng)，然極化，并形成自然極化電流場(chǎng)，簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱自然電場(chǎng)。自然電場(chǎng)。 在上述特定自然條件下，導(dǎo)體上部處于在上述特定自然條件下，導(dǎo)體上部處于氧化性質(zhì)溶液中，其電極電位較高，氧化性質(zhì)溶液中，其電極電位較高，導(dǎo)導(dǎo)體帶正電，其周圍溶液帶負(fù)電；體帶正電，其周圍溶液帶負(fù)電； 導(dǎo)體下部處于還原

8、性質(zhì)溶液中，電極電導(dǎo)體下部處于還原性質(zhì)溶液中，電極電位較低，位較低，導(dǎo)體帶負(fù)電，周圍溶液帶正電導(dǎo)體帶負(fù)電，周圍溶液帶正電。10 這種因極化形成的電流，在導(dǎo)體內(nèi)部自這種因極化形成的電流，在導(dǎo)體內(nèi)部自上而下；上而下； 而在導(dǎo)體外部是自下而上，如圖而在導(dǎo)體外部是自下而上，如圖1.3-41.3-4中中的電流線。的電流線。 從地平面看，自然電流是從四面八方流從地平面看，自然電流是從四面八方流向?qū)w，因此，沿剖面觀測(cè)自然電位向?qū)w，因此，沿剖面觀測(cè)自然電位 時(shí)，時(shí)，離礦體愈近，電位愈低，離礦體愈近，電位愈低，在導(dǎo)體正上方在導(dǎo)體正上方電位最低，稱為自然電位負(fù)心。電位最低，稱為自然電位負(fù)心。11 通常，在硫化

9、金屬礦上可觀測(cè)到幾十到通常，在硫化金屬礦上可觀測(cè)到幾十到幾百毫伏的自然電位負(fù)異常。幾百毫伏的自然電位負(fù)異常。 順便指出：在化學(xué)性能十分穩(wěn)定的石墨順便指出：在化學(xué)性能十分穩(wěn)定的石墨礦或石墨化程度較高的地層上，自然電礦或石墨化程度較高的地層上，自然電位負(fù)異常的幅位負(fù)異常的幅 度可達(dá)度可達(dá)800800900900mVmV，甚至甚至10001000mVmV以上。以上。12 2 2離子導(dǎo)體的自然極化離子導(dǎo)體的自然極化 在離子導(dǎo)電的巖石上所觀測(cè)到的自然電場(chǎng)在離子導(dǎo)電的巖石上所觀測(cè)到的自然電場(chǎng)主要是由于動(dòng)電效應(yīng)所產(chǎn)生的流動(dòng)電位所主要是由于動(dòng)電效應(yīng)所產(chǎn)生的流動(dòng)電位所引起。引起。 (1)(1)過(guò)濾電場(chǎng)過(guò)濾電場(chǎng)

10、當(dāng)?shù)叵滤鬟^(guò)多孔巖石時(shí)，在地表就可以當(dāng)?shù)叵滤鬟^(guò)多孔巖石時(shí)，在地表就可以觀測(cè)到過(guò)濾電場(chǎng)。觀測(cè)到過(guò)濾電場(chǎng)。1314 溶液能平行于孔壁自由流動(dòng)，而溶液能平行于孔壁自由流動(dòng)，而把正離把正離子帶走子帶走 在在水流的上游負(fù)離子過(guò)多水流的上游負(fù)離子過(guò)多， 而而 在水流下游正離子過(guò)多在水流下游正離子過(guò)多，形成了，形成了過(guò)濾過(guò)濾電場(chǎng)電場(chǎng)。15 地殼中自然形成的地殼中自然形成的過(guò)濾電場(chǎng)過(guò)濾電場(chǎng)主要包括主要包括裂裂隙電場(chǎng)隙電場(chǎng)、上升泉電場(chǎng)上升泉電場(chǎng)、山地電場(chǎng)山地電場(chǎng)和和河流河流電場(chǎng)等。電場(chǎng)等。 例如例如 ：地下的喀斯特溶洞、斷層、破碎：地下的喀斯特溶洞、斷層、破碎帶或其它巖石裂隙帶，常成為地下水的帶或其它巖石裂隙

11、帶，常成為地下水的通道。通道。 當(dāng)?shù)叵滤蛳聺B漏時(shí)，上部巖石吸附負(fù)當(dāng)?shù)叵滤蛳聺B漏時(shí)，上部巖石吸附負(fù)離子，下部巖石出現(xiàn)多余的正離子，這離子，下部巖石出現(xiàn)多余的正離子，這就形成裂隙電場(chǎng)就形成裂隙電場(chǎng)( (見(jiàn)圖見(jiàn)圖1.3-61.3-6，a)a)。1617 與以上的情況相反，當(dāng)?shù)叵滤ㄟ^(guò)裂隙與以上的情況相反，當(dāng)?shù)叵滤ㄟ^(guò)裂隙帶向上涌出形成上升泉時(shí)，由于過(guò)濾作帶向上涌出形成上升泉時(shí)，由于過(guò)濾作用，在泉水出露處呈現(xiàn)過(guò)剩的正電荷，用，在泉水出露處呈現(xiàn)過(guò)剩的正電荷，而在地下水深處留下過(guò)多的負(fù)電荷，于而在地下水深處留下過(guò)多的負(fù)電荷，于是形成是形成上升泉電場(chǎng)上升泉電場(chǎng)( (見(jiàn)圖見(jiàn)圖1.3-61.3-6，b)b)

12、。 此外，由于河水和地下水之間的相互補(bǔ)此外，由于河水和地下水之間的相互補(bǔ)給形成的地下水流產(chǎn)生的給形成的地下水流產(chǎn)生的 過(guò)濾電場(chǎng)為過(guò)濾電場(chǎng)為河河流電場(chǎng)流電場(chǎng)( (見(jiàn)圖見(jiàn)圖1.3-7)1.3-7)。1819 山地電場(chǎng)常常是雨水滲入多孔的山頂巖山地電場(chǎng)常常是雨水滲入多孔的山頂巖層向山腳流動(dòng)形成的。層向山腳流動(dòng)形成的。 山地電場(chǎng)總是山頂電位為負(fù)，山腳電位山地電場(chǎng)總是山頂電位為負(fù)，山腳電位為正，電場(chǎng)的分布與地形成鏡象關(guān)系為正，電場(chǎng)的分布與地形成鏡象關(guān)系( (見(jiàn)見(jiàn)圖圖1.3-8)1.3-8)。2021 (2)(2)擴(kuò)散擴(kuò)散吸附電場(chǎng)吸附電場(chǎng) 當(dāng)當(dāng)兩種濃度不同的溶液兩種濃度不同的溶液相接觸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相接觸時(shí)，

13、會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)散現(xiàn)象。擴(kuò)散現(xiàn)象。 溶質(zhì)由溶質(zhì)由濃度大的溶液移向濃度小濃度大的溶液移向濃度小的溶液的溶液 里，以達(dá)到里，以達(dá)到濃度平衡濃度平衡。 正、負(fù)離子將隨著溶質(zhì)移動(dòng)，但因巖石顆正、負(fù)離子將隨著溶質(zhì)移動(dòng)，但因巖石顆粒的吸附作用，正、負(fù)離子粒的吸附作用，正、負(fù)離子 的擴(kuò)散速度的擴(kuò)散速度不同，使不同，使兩種不同離子濃度的巖石分界面兩種不同離子濃度的巖石分界面上分別含有過(guò)量的正離子或負(fù)離子，形上分別含有過(guò)量的正離子或負(fù)離子，形 成電位差，這種電場(chǎng)稱為擴(kuò)散成電位差，這種電場(chǎng)稱為擴(kuò)散吸附電場(chǎng)吸附電場(chǎng)。22 擴(kuò)散擴(kuò)散吸附電場(chǎng)強(qiáng)度較小吸附電場(chǎng)強(qiáng)度較小 例如在地面觀測(cè)到的河水與地下水接觸例如在地面觀測(cè)到的河水與地

14、下水接觸處由于離子濃度差別形成處由于離子濃度差別形成 的擴(kuò)散的擴(kuò)散吸附吸附電場(chǎng)，電場(chǎng)，一般約一般約10102020mVmV。 擴(kuò)散擴(kuò)散吸附電場(chǎng)更多的是用在電測(cè)井工吸附電場(chǎng)更多的是用在電測(cè)井工作中。作中。 23 以上各種原因產(chǎn)生的自然電場(chǎng)不是孤立以上各種原因產(chǎn)生的自然電場(chǎng)不是孤立存在的。存在的。 應(yīng)用自然電場(chǎng)找礦時(shí)，主要研究電子導(dǎo)應(yīng)用自然電場(chǎng)找礦時(shí)，主要研究電子導(dǎo)體周圍的電化學(xué)電場(chǎng)，而把河流電場(chǎng)、體周圍的電化學(xué)電場(chǎng)，而把河流電場(chǎng)、裂隙電場(chǎng)視為找礦的干擾；裂隙電場(chǎng)視為找礦的干擾； 應(yīng)用自然電場(chǎng)解決水文地質(zhì)問(wèn)題時(shí)，將應(yīng)用自然電場(chǎng)解決水文地質(zhì)問(wèn)題時(shí)，將礦體周圍的電場(chǎng)視為干擾。礦體周圍的電場(chǎng)視為干擾。2

15、4 ( (二二) )巖石和礦石的人工極化成因巖石和礦石的人工極化成因 1 1電子導(dǎo)體的人工極化成因電子導(dǎo)體的人工極化成因 在討論電了導(dǎo)體的自然極化時(shí)，我們已在討論電了導(dǎo)體的自然極化時(shí)，我們已經(jīng)知道：浸沉于同種化學(xué)性質(zhì)溶液中的經(jīng)知道：浸沉于同種化學(xué)性質(zhì)溶液中的單一電子導(dǎo)體表面形成的雙電層為一封單一電子導(dǎo)體表面形成的雙電層為一封閉系統(tǒng)，它不顯示電性，也不形成外電閉系統(tǒng)，它不顯示電性，也不形成外電場(chǎng)場(chǎng)( (見(jiàn)圖見(jiàn)圖1.3-91.3-9，a)a)。 這種自然狀態(tài)下的這種自然狀態(tài)下的雙電層電位差是導(dǎo)體雙電層電位差是導(dǎo)體與溶液接觸時(shí)的電極電位，又稱平衡電與溶液接觸時(shí)的電極電位，又稱平衡電極電位。極電位。2

16、526 當(dāng)有電流當(dāng)有電流 通過(guò)上述系統(tǒng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部的通過(guò)上述系統(tǒng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部的電荷將重新分布：自由電子逆著電場(chǎng)方電荷將重新分布：自由電子逆著電場(chǎng)方向移向電流流入端，使向移向電流流入端，使 這里相當(dāng)于等效這里相當(dāng)于等效電解電池的電解電池的“陰極陰極”； 而在電流流出端呈現(xiàn)出相對(duì)增多的正電而在電流流出端呈現(xiàn)出相對(duì)增多的正電荷，相當(dāng)于荷，相當(dāng)于 等效電解電池的等效電解電池的“陽(yáng)極陽(yáng)極”。 與此同時(shí)，溶液中的帶電離子也在電場(chǎng)與此同時(shí)，溶液中的帶電離子也在電場(chǎng)作用下發(fā)生相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，分別在作用下發(fā)生相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，分別在“陰極陰極”和和“陽(yáng)極陽(yáng)極”處形成正離子和負(fù)離處形成正離子和負(fù)離 子的堆子的堆積積( (圖

17、圖1.3-91.3-9，b)b)。27 使通電前的正常雙電層發(fā)生了變化：使通電前的正常雙電層發(fā)生了變化： “陰極陰極”處，導(dǎo)體帶負(fù)電，處，導(dǎo)體帶負(fù)電， 圍巖帶正電；圍巖帶正電； 而而“陽(yáng)極陽(yáng)極”處，導(dǎo)體帶正電，圍巖帶負(fù)處，導(dǎo)體帶正電，圍巖帶負(fù)電。電。 在電流作用下，導(dǎo)體的在電流作用下，導(dǎo)體的“陰極陰極”和和 “陽(yáng)陽(yáng)極極”處雙電層電位差相對(duì)于平衡電極電處雙電層電位差相對(duì)于平衡電極電位的變化值稱為超電壓。位的變化值稱為超電壓。 超電壓的形成過(guò)程即是電極極化過(guò)程。超電壓的形成過(guò)程即是電極極化過(guò)程。28 不難理解，隨供電時(shí)間的延長(zhǎng)，導(dǎo)體界不難理解，隨供電時(shí)間的延長(zhǎng)，導(dǎo)體界面兩側(cè)堆積異性的電荷逐漸增多，

18、超面兩側(cè)堆積異性的電荷逐漸增多，超 電電壓值隨之增大，最后達(dá)到飽和狀態(tài)。壓值隨之增大，最后達(dá)到飽和狀態(tài)。 斷去供電電流斷去供電電流之后，界面兩側(cè)堆積的異之后，界面兩側(cè)堆積的異性電荷通過(guò)界面本身，導(dǎo)體內(nèi)部和周圍性電荷通過(guò)界面本身，導(dǎo)體內(nèi)部和周圍溶液溶液放電放電，使，使整個(gè)系統(tǒng)逐漸恢復(fù)到供電整個(gè)系統(tǒng)逐漸恢復(fù)到供電之前的均勻雙電層狀態(tài)之前的均勻雙電層狀態(tài)，超電壓也隨時(shí)，超電壓也隨時(shí)間的延續(xù)逐漸減小，最后消失間的延續(xù)逐漸減小，最后消失( (圖圖1.3-91.3-9，c)c)。 29 介紹兩個(gè)重要概念：介紹兩個(gè)重要概念： 面極化和體極化面極化和體極化 在激電法的理論和實(shí)踐中，為使問(wèn)題簡(jiǎn)在激電法的理論和實(shí)

19、踐中，為使問(wèn)題簡(jiǎn)化，將巖、礦石的激發(fā)極化分為理想的化，將巖、礦石的激發(fā)極化分為理想的兩類。兩類。 第一類第一類 是是“面極化面極化”，其特點(diǎn)是，其特點(diǎn)是激發(fā)極激發(fā)極化均發(fā)生在極化體與圍巖溶液的界面上，化均發(fā)生在極化體與圍巖溶液的界面上，如致密的金屬礦或石墨礦屬于此類。如致密的金屬礦或石墨礦屬于此類。30 第二類是第二類是“體極化體極化”，其，其特點(diǎn)是極化單特點(diǎn)是極化單元元( (指微小的金屬礦物、石墨或巖指微小的金屬礦物、石墨或巖 石顆石顆粒粒) )呈體分布于整個(gè)極化體內(nèi)，呈體分布于整個(gè)極化體內(nèi)，如浸染狀如浸染狀金屬礦石和礦化、石墨化巖石以及離子金屬礦石和礦化、石墨化巖石以及離子導(dǎo)電巖石均屬這一

20、類。導(dǎo)電巖石均屬這一類。31 雖然每個(gè)小顆粒與雖然每個(gè)小顆粒與 圍巖圍巖( (膠結(jié)物膠結(jié)物) )的接觸的接觸面很小，但它們的面很小，但它們的接觸面積的總和卻是接觸面積的總和卻是很可觀的。很可觀的。 所以，所以，盡管浸染狀礦盡管浸染狀礦 體與圍巖的電阻率體與圍巖的電阻率差異很小，仍然可以產(chǎn)生明顯的激發(fā)極差異很小，仍然可以產(chǎn)生明顯的激發(fā)極化效應(yīng)，化效應(yīng)，這就是激發(fā)極化法能夠成功地這就是激發(fā)極化法能夠成功地尋找浸染狀礦體的基本原因。尋找浸染狀礦體的基本原因。32 應(yīng)該指出，應(yīng)該指出，面極化和體極化的差別只具面極化和體極化的差別只具有相對(duì)意義有相對(duì)意義。 嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，所有激發(fā)極化都是面極化的嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，所

21、有激發(fā)極化都是面極化的 ，因?yàn)閺奈⒂^來(lái)看，體極化中每一個(gè)極化因?yàn)閺奈⒂^來(lái)看，體極化中每一個(gè)極化單元的激發(fā)極化也都是發(fā)生在顆粒與其單元的激發(fā)極化也都是發(fā)生在顆粒與其周圍溶液的周圍溶液的 界面上。界面上。 然而，實(shí)踐中應(yīng)用激電法又都是宏觀地然而，實(shí)踐中應(yīng)用激電法又都是宏觀地研究礦體、礦帶或地層等大極化體的激研究礦體、礦帶或地層等大極化體的激電效電效 應(yīng)。應(yīng)。 故在此討論體極化體的激發(fā)極化特性。故在此討論體極化體的激發(fā)極化特性。33 2 2離子導(dǎo)體的激發(fā)極化成因離子導(dǎo)體的激發(fā)極化成因 一般造巖礦物為固體電解質(zhì)，屬離子導(dǎo)一般造巖礦物為固體電解質(zhì)，屬離子導(dǎo)體。體。 野外和室內(nèi)觀測(cè)資料表明，不含電子導(dǎo)野外

22、和室內(nèi)觀測(cè)資料表明，不含電子導(dǎo)體的一般體的一般 巖石，也能產(chǎn)生明顯的激電效巖石，也能產(chǎn)生明顯的激電效應(yīng)。應(yīng)。 關(guān)于離子導(dǎo)體的激發(fā)極化機(jī)理，所提出關(guān)于離子導(dǎo)體的激發(fā)極化機(jī)理，所提出的假說(shuō)和爭(zhēng)論均較的假說(shuō)和爭(zhēng)論均較 電子導(dǎo)體的多，電子導(dǎo)體的多，但大但大多認(rèn)為巖石的激電效應(yīng)與巖石顆粒和周多認(rèn)為巖石的激電效應(yīng)與巖石顆粒和周圍溶液界面上的雙電層結(jié)構(gòu)有關(guān)圍溶液界面上的雙電層結(jié)構(gòu)有關(guān) ( (見(jiàn)圖見(jiàn)圖1.3-101.3-10，a)a)。3435 主要假說(shuō)都是基于巖石顆粒主要假說(shuō)都是基于巖石顆粒溶液界面溶液界面上雙電層分散結(jié)構(gòu)和分散區(qū)內(nèi)存在可以上雙電層分散結(jié)構(gòu)和分散區(qū)內(nèi)存在可以沿界面移動(dòng)的陽(yáng)離子這一特點(diǎn)提出來(lái)的

23、。沿界面移動(dòng)的陽(yáng)離子這一特點(diǎn)提出來(lái)的。 其有代表性的假說(shuō)是雙電層形變說(shuō)。其有代表性的假說(shuō)是雙電層形變說(shuō)。 現(xiàn)簡(jiǎn)述如下：現(xiàn)簡(jiǎn)述如下： 在外電流作用下，巖石顆粒表面雙電層在外電流作用下，巖石顆粒表面雙電層分散區(qū)之陽(yáng)離子發(fā)生位移，形成雙電層分散區(qū)之陽(yáng)離子發(fā)生位移，形成雙電層形變形變 ( (圖圖1.3-101.3-10，b)b)；36 當(dāng)外電流斷開(kāi)后，堆積的離子放電，恢當(dāng)外電流斷開(kāi)后，堆積的離子放電，恢復(fù)平衡狀態(tài)復(fù)平衡狀態(tài)( (圖圖1.3-101.3-10，c)c)， 從而可以從而可以觀測(cè)到激發(fā)極化電場(chǎng)。觀測(cè)到激發(fā)極化電場(chǎng)。 雙電層形變形成激發(fā)極化的速度和放電雙電層形變形成激發(fā)極化的速度和放電的快慢，

24、決定于離子沿顆粒表面移動(dòng)的的快慢，決定于離子沿顆粒表面移動(dòng)的速度和路徑的長(zhǎng)短，速度和路徑的長(zhǎng)短，因而較大的巖石顆因而較大的巖石顆粒將有較大的時(shí)間常數(shù)粒將有較大的時(shí)間常數(shù)( (即充電和放電時(shí)即充電和放電時(shí)間長(zhǎng)間長(zhǎng)) )，這是用激電法尋找，這是用激電法尋找 地下含水層地下含水層的物性基礎(chǔ)。的物性基礎(chǔ)。 37 ( (三三) )巖石和礦石的激發(fā)極化特性巖石和礦石的激發(fā)極化特性 1 1、時(shí)間特性、時(shí)間特性 (1)(1)礦化巖石的激發(fā)極化特性礦化巖石的激發(fā)極化特性 細(xì)粒浸染狀礦石或礦化巖石的激發(fā)極化細(xì)粒浸染狀礦石或礦化巖石的激發(fā)極化( (體極化體極化) )是其中許多細(xì)小顆粒極化效應(yīng)是其中許多細(xì)小顆粒極化效

25、應(yīng)的總和，為了考察體極化巖、礦石的激的總和，為了考察體極化巖、礦石的激電效應(yīng)，通常采用圖電效應(yīng)，通常采用圖1.3-111.3-11，a a所示的封所示的封閉裝置。閉裝置。3839 將待測(cè)的體將待測(cè)的體 極化巖、礦石標(biāo)本置于盛有極化巖、礦石標(biāo)本置于盛有水溶液的長(zhǎng)方形容器中，使其露出水面。水溶液的長(zhǎng)方形容器中，使其露出水面。標(biāo)本與容器壁之間的空隙用石蠟或橡皮標(biāo)本與容器壁之間的空隙用石蠟或橡皮泥等絕緣材料封嚴(yán)，使標(biāo)本兩側(cè)的水溶泥等絕緣材料封嚴(yán)，使標(biāo)本兩側(cè)的水溶液不相連通。液不相連通。 在容器兩端各放一塊長(zhǎng)在容器兩端各放一塊長(zhǎng) 方形銅片方形銅片A A和和B B，作供電電極作供電電極，借以向容器內(nèi)供入穩(wěn)

26、定電，借以向容器內(nèi)供入穩(wěn)定電流。流。 在標(biāo)本兩側(cè)水溶液中緊靠標(biāo)本處在標(biāo)本兩側(cè)水溶液中緊靠標(biāo)本處 ，安置，安置測(cè)量電極測(cè)量電極M M和和N N，用毫伏計(jì)測(cè)量其間的電用毫伏計(jì)測(cè)量其間的電位差位差。40 圖圖1.3-111.3-11，b b是用上述裝置對(duì)黃鐵礦化巖是用上述裝置對(duì)黃鐵礦化巖石標(biāo)本測(cè)得的電位差隨時(shí)間變化曲線。石標(biāo)本測(cè)得的電位差隨時(shí)間變化曲線。 電位差電位差 隨時(shí)間的變化是因?yàn)榧ぐl(fā)極化效隨時(shí)間的變化是因?yàn)榧ぐl(fā)極化效應(yīng)產(chǎn)生的電位差應(yīng)產(chǎn)生的電位差( (簡(jiǎn)稱二次場(chǎng)電位差，在簡(jiǎn)稱二次場(chǎng)電位差，在供電時(shí)記為供電時(shí)記為（）（），斷電后記為，斷電后記為（t)t)） 在供電后從零開(kāi)始逐漸增大在供電后從零開(kāi)

27、始逐漸增大( (充電過(guò)程充電過(guò)程) )， 而在斷電后逐漸衰減為零而在斷電后逐漸衰減為零( (放電過(guò)程放電過(guò)程) )。41 在無(wú)激電效應(yīng)時(shí)，電流通過(guò)標(biāo)本由于電在無(wú)激電效應(yīng)時(shí)，電流通過(guò)標(biāo)本由于電阻電壓降所形阻電壓降所形 成的電位差為一次場(chǎng)電位成的電位差為一次場(chǎng)電位差差。在穩(wěn)定電流條件下，。在穩(wěn)定電流條件下， 不隨時(shí)間而變不隨時(shí)間而變 。 可見(jiàn)，標(biāo)本被激發(fā)極化后，供電時(shí)間可見(jiàn)，標(biāo)本被激發(fā)極化后，供電時(shí)間T T時(shí)觀測(cè)到的電位差時(shí)觀測(cè)到的電位差（）為（）為 和和2 2 （）之和，稱之為總場(chǎng)電位差，（）之和，稱之為總場(chǎng)電位差，它隨供電時(shí)間它隨供電時(shí)間T T而變化，并有關(guān)系：而變化，并有關(guān)系：)()(21T

28、UUTU42 由于剛供電時(shí)由于剛供電時(shí)( (T=0)T=0)二次場(chǎng)電位差為二次場(chǎng)電位差為零，即零，即（）（），故由上式，故由上式得：得： 于是于是 ( () )( () )( () ) 1)0(UU43 體極化比面極化的充、放電速度快得多，體極化比面極化的充、放電速度快得多，這是體極化與面極化的一個(gè)重要不同之這是體極化與面極化的一個(gè)重要不同之處。處。 對(duì)星散浸染狀礦石或礦化、石墨化標(biāo)本對(duì)星散浸染狀礦石或礦化、石墨化標(biāo)本的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果表明：的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果表明： 若在相當(dāng)大范圍內(nèi)改變供電電流若在相當(dāng)大范圍內(nèi)改變供電電流I I，直到直到測(cè)量電極處的電流密度高達(dá)測(cè)量電極處的電流密度高達(dá)n n時(shí)，時(shí)，二

29、次場(chǎng)二次場(chǎng) 電位差總是與電位差總是與供電電流成正比，且其比值與供電方向供電電流成正比，且其比值與供電方向無(wú)關(guān)。無(wú)關(guān)。44 因此，在地面電法通常所能達(dá)到因此，在地面電法通常所能達(dá)到 的電流的電流密度范圍內(nèi)，密度范圍內(nèi)，星散浸染狀巖、礦石的激星散浸染狀巖、礦石的激電效應(yīng)沒(méi)有明顯的非線性和正、負(fù)極極電效應(yīng)沒(méi)有明顯的非線性和正、負(fù)極極化的差化的差 異。異。 這是體極化和面極化的又一重要區(qū)別。這是體極化和面極化的又一重要區(qū)別。45 (2)(2)描述穩(wěn)定電流場(chǎng)激發(fā)極化效應(yīng)的參數(shù)描述穩(wěn)定電流場(chǎng)激發(fā)極化效應(yīng)的參數(shù) 上已述及，在二次場(chǎng)與電流成線性關(guān)系上已述及，在二次場(chǎng)與電流成線性關(guān)系的條件下，引入表征體極化巖、

30、礦石的的條件下，引入表征體極化巖、礦石的激電性質(zhì)參數(shù)激電性質(zhì)參數(shù) 極化率極化率( ()，其值按下其值按下式計(jì)算：式計(jì)算： 極化率為用百分?jǐn)?shù)表示的無(wú)量綱參數(shù)極化率為用百分?jǐn)?shù)表示的無(wú)量綱參數(shù) 00100)(2),( TUtUtT 46 由于二次場(chǎng)和總場(chǎng)均與供電電流成正比，由于二次場(chǎng)和總場(chǎng)均與供電電流成正比，故故極化率是與電流無(wú)關(guān)的常數(shù)極化率是與電流無(wú)關(guān)的常數(shù)。 但但極化率極化率與與供電時(shí)間供電時(shí)間 T T 和和放電時(shí)間放電時(shí)間 t t有關(guān)，必須予以特別說(shuō)明。有關(guān)，必須予以特別說(shuō)明。 為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，我們將為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，我們將長(zhǎng)時(shí)間供電長(zhǎng)時(shí)間供電( (T T ，即充電達(dá)飽和即充電達(dá)飽和) )和和斷電瞬間斷

31、電瞬間( (t0)t0)測(cè)得測(cè)得的飽和極化率的飽和極化率（，），）定義為極化定義為極化率率 ，記為，記為。47 體極化巖、礦石的極化率除了與觀測(cè)時(shí)體極化巖、礦石的極化率除了與觀測(cè)時(shí)的的充放電時(shí)間充放電時(shí)間有關(guān)外，還和巖、礦石的有關(guān)外，還和巖、礦石的成分成分、含含 量量、結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)及及含水性含水性等多種因素等多種因素有關(guān)。有關(guān)。 我國(guó)物探工作者對(duì)大量礦化巖、礦石標(biāo)我國(guó)物探工作者對(duì)大量礦化巖、礦石標(biāo)本作了系統(tǒng)觀測(cè)本作了系統(tǒng)觀測(cè) ，研究了多種因素對(duì)巖、，研究了多種因素對(duì)巖、礦石極化率的影響規(guī)律，研究結(jié)果表明，礦石極化率的影響規(guī)律，研究結(jié)果表明，在上述諸多因素中，影響在上述諸多因素中，影響 巖、礦石極化

32、巖、礦石極化率的主要因素是率的主要因素是電子導(dǎo)電礦物的含量和電子導(dǎo)電礦物的含量和巖、礦石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造。巖、礦石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造。48 (3) (3) 非礦化巖石的激發(fā)極化效應(yīng)非礦化巖石的激發(fā)極化效應(yīng) 不含電子導(dǎo)電礦物的非礦化巖石，屬純離不含電子導(dǎo)電礦物的非礦化巖石，屬純離子導(dǎo)體，在電流激發(fā)下的激發(fā)極化都發(fā)生子導(dǎo)體，在電流激發(fā)下的激發(fā)極化都發(fā)生在細(xì)小巖在細(xì)小巖 石顆粒與周圍溶液的界面上，石顆粒與周圍溶液的界面上，也是體極化。也是體極化。 但其激電性質(zhì)又與礦化巖石不同：但其激電性質(zhì)又與礦化巖石不同： 巖石的極化率通常很低，一般不超過(guò)巖石的極化率通常很低，一般不超過(guò)1 12%2%，少數(shù)能達(dá)到，少數(shù)能達(dá)到

33、4 45%5%。 表表1.3-51.3-5列舉了一些巖列舉了一些巖 石石 和礦石極化率和礦石極化率的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，它表明了一般情的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，它表明了一般情況下，巖、礦石極化率的數(shù)量概念。況下，巖、礦石極化率的數(shù)量概念。49 非礦化巖石的充電和放電速度比礦化巖非礦化巖石的充電和放電速度比礦化巖石更快。石更快。 其中，礦物顆粒小其中，礦物顆粒小( (例如由粘土礦物組成例如由粘土礦物組成) ) 的巖石，充放電速度尤其快；的巖石，充放電速度尤其快； 而顆粒較粗而顆粒較粗( (如砂或砂粒組成如砂或砂粒組成) )的巖石之充、的巖石之充、放電速度則較慢。放電速度則較慢。 巖石激電效應(yīng)的這種時(shí)

34、間特性，對(duì)評(píng)價(jià)激巖石激電效應(yīng)的這種時(shí)間特性，對(duì)評(píng)價(jià)激電異常和應(yīng)用激電法找水均有實(shí)際意義。電異常和應(yīng)用激電法找水均有實(shí)際意義。5051 2 2頻率特性頻率特性 (1)(1)在超低頻交變電流場(chǎng)中巖、礦石的激在超低頻交變電流場(chǎng)中巖、礦石的激電現(xiàn)象電現(xiàn)象 前面所討論的激電效應(yīng)是在穩(wěn)定電流激前面所討論的激電效應(yīng)是在穩(wěn)定電流激發(fā)下，根據(jù)電場(chǎng)隨時(shí)間的變化發(fā)下，根據(jù)電場(chǎng)隨時(shí)間的變化( (充、放電充、放電過(guò)程過(guò)程) )來(lái)研究來(lái)研究 激發(fā)極化效應(yīng)激發(fā)極化效應(yīng)( (即時(shí)間域激即時(shí)間域激電法電法) )。 實(shí)踐表明，實(shí)踐表明，激電效應(yīng)也可在交變電場(chǎng)激激電效應(yīng)也可在交變電場(chǎng)激發(fā)下，根據(jù)電場(chǎng)隨發(fā)下，根據(jù)電場(chǎng)隨 頻率的變化頻

35、率的變化( (頻率特頻率特性性) )觀測(cè)到激電效應(yīng)觀測(cè)到激電效應(yīng)( (即頻率域激電法即頻率域激電法) )。52 為了認(rèn)識(shí)交變電流激發(fā)下的激電為了認(rèn)識(shí)交變電流激發(fā)下的激電 效應(yīng)，效應(yīng)，我們考察下述實(shí)驗(yàn)：在圖我們考察下述實(shí)驗(yàn)：在圖1.3-111.3-11，a a所示所示的裝置中，將直流電源改為超低頻信號(hào)發(fā)的裝置中，將直流電源改為超低頻信號(hào)發(fā)生器，向水中供以超低頻交變電流生器，向水中供以超低頻交變電流I I； 在供電時(shí)，用交流毫伏計(jì)測(cè)量在供電時(shí)，用交流毫伏計(jì)測(cè)量M M、N N間間 的的交流電位差交流電位差。 當(dāng)保持交變電流的幅值當(dāng)保持交變電流的幅值I I不變，不變， 而逐漸而逐漸改變頻率改變頻率f

36、f時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)電位差時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)電位差將將隨之而變。隨之而變。53 這種在超低頻段上這種在超低頻段上( (f = nf = n- - ) )電場(chǎng)隨頻率變化電場(chǎng)隨頻率變化的現(xiàn)象，的現(xiàn)象，與與介電極化和電磁耦合效應(yīng)無(wú)關(guān)，而是介電極化和電磁耦合效應(yīng)無(wú)關(guān)，而是巖、礦石激發(fā)極化的結(jié)果。巖、礦石激發(fā)極化的結(jié)果。 實(shí)驗(yàn)證明，在地面電法野外工作通常所實(shí)驗(yàn)證明，在地面電法野外工作通常所能達(dá)到的電流密度條件下，以上實(shí)驗(yàn)中能達(dá)到的電流密度條件下，以上實(shí)驗(yàn)中的的與與 I I 成線性關(guān)系。成線性關(guān)系。 在此情況下，可將在此情況下，可將對(duì)對(duì)I I和裝置進(jìn)和裝置進(jìn)行歸一化，按下式計(jì)算交流電阻率行歸一化，按下式計(jì)算交流電阻率

37、54 由于激發(fā)極化作用，由于激發(fā)極化作用，通常是頻率的復(fù)變通常是頻率的復(fù)變函數(shù)，即函數(shù)，即為復(fù)量，一般為復(fù)量，一般U相對(duì)于相對(duì)于I I有有相位移相位移。 復(fù)電阻復(fù)電阻 率率隨頻率的變化乃是交流隨頻率的變化乃是交流電位差電位差U隨頻率變化的結(jié)果，這正隨頻率變化的結(jié)果，這正是激電效應(yīng)的是激電效應(yīng)的“頻率特性頻率特性”。 圖圖1.3-121.3-12是在一塊黃鐵礦標(biāo)本上實(shí)測(cè)的是在一塊黃鐵礦標(biāo)本上實(shí)測(cè)的激電效應(yīng)頻率特性曲線。激電效應(yīng)頻率特性曲線。IUK 5556 這一結(jié)果與穩(wěn)定電場(chǎng)激發(fā)下激電效應(yīng)的這一結(jié)果與穩(wěn)定電場(chǎng)激發(fā)下激電效應(yīng)的時(shí)間特性有很明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系：時(shí)間特性有很明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系： 在時(shí)間域里，激

38、電作用隨充電時(shí)間延長(zhǎng)在時(shí)間域里，激電作用隨充電時(shí)間延長(zhǎng)從零逐漸增大，并當(dāng)充電時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)從零逐漸增大，并當(dāng)充電時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)趨于飽和值。趨于飽和值。 在頻率在頻率 域中，隨著供電電流頻率從高到域中，隨著供電電流頻率從高到低，對(duì)應(yīng)的單向供電時(shí)間低，對(duì)應(yīng)的單向供電時(shí)間T T從零增大，從零增大，激電效應(yīng)增強(qiáng)，激電效應(yīng)增強(qiáng)， 總電場(chǎng)總電場(chǎng)( (電阻率幅值電阻率幅值) )隨隨之變大；之變大；57 當(dāng)頻率趨于零時(shí)，單向供電持續(xù)時(shí)間當(dāng)頻率趨于零時(shí)，單向供電持續(xù)時(shí)間TT，激電效應(yīng)激電效應(yīng) 最大，因而總場(chǎng)趨最大，因而總場(chǎng)趨于飽和值。于飽和值。 圖圖1.3-121.3-12中還給出了實(shí)測(cè)的激電效應(yīng)中還給出了實(shí)測(cè)的激

39、電效應(yīng)相相頻特性曲線頻特性曲線( (相位相位隨頻率的變化曲線隨頻率的變化曲線) )。 由圖可見(jiàn)，在各個(gè)頻率上，相位皆為負(fù)由圖可見(jiàn)，在各個(gè)頻率上，相位皆為負(fù)值：當(dāng)頻率很低或很高時(shí)，相位皆趨于值：當(dāng)頻率很低或很高時(shí)，相位皆趨于零，于中間某零，于中間某 個(gè)頻率上，相位取得負(fù)極個(gè)頻率上，相位取得負(fù)極值。值。 58 將圖中的相頻和幅頻特性曲線對(duì)比可看將圖中的相頻和幅頻特性曲線對(duì)比可看到，相位值與幅頻特性到，相位值與幅頻特性 曲線的斜率約成曲線的斜率約成正比；正比； 振幅值隨頻率增大而下降的愈陡，相位振幅值隨頻率增大而下降的愈陡，相位值負(fù)得愈大；值負(fù)得愈大； 幅頻曲線的拐點(diǎn)約與相頻曲線的極值點(diǎn)幅頻曲線的拐

40、點(diǎn)約與相頻曲線的極值點(diǎn)對(duì)應(yīng)。對(duì)應(yīng)。59 相頻特性曲線的特點(diǎn)，也可對(duì)照穩(wěn)定電相頻特性曲線的特點(diǎn)，也可對(duì)照穩(wěn)定電流激發(fā)下的時(shí)間特性進(jìn)行解釋：流激發(fā)下的時(shí)間特性進(jìn)行解釋： 如在頻率很高如在頻率很高( (f f ) )時(shí)，因二次時(shí)，因二次場(chǎng)趨于零，總場(chǎng)等于一次場(chǎng)，故無(wú)相移；場(chǎng)趨于零，總場(chǎng)等于一次場(chǎng)，故無(wú)相移； 而頻率很低而頻率很低( (ff) )時(shí)，相當(dāng)時(shí)，相當(dāng) 于長(zhǎng)于長(zhǎng)時(shí)間單向供電時(shí)間單向供電( (T)T)激發(fā)極化達(dá)飽激發(fā)極化達(dá)飽和的情況，這時(shí)二次場(chǎng)雖最大，但其與和的情況，這時(shí)二次場(chǎng)雖最大，但其與電流同電流同 步步( (即二次場(chǎng)無(wú)相位差即二次場(chǎng)無(wú)相位差) )，故總場(chǎng)，故總場(chǎng)相位也為零。相位也為零。6

41、0 此外，不難證明，若已知直流激電效應(yīng)此外，不難證明，若已知直流激電效應(yīng)的時(shí)間特性，便可換算出交流激電效應(yīng)的時(shí)間特性，便可換算出交流激電效應(yīng)的頻率特性；的頻率特性； 反之，也一樣。反之，也一樣。 這說(shuō)明直流激電這說(shuō)明直流激電( (時(shí)間域時(shí)間域) )的觀測(cè)與交流的觀測(cè)與交流激電激電( (頻率域頻率域) )的觀測(cè)，本質(zhì)上是一致的，的觀測(cè)，本質(zhì)上是一致的，在數(shù)學(xué)意義上是等效的；在數(shù)學(xué)意義上是等效的； 其間的差別主要在于觀測(cè)的方法技術(shù)。其間的差別主要在于觀測(cè)的方法技術(shù)。61 (2)(2)描寫(xiě)交流激發(fā)極化效應(yīng)的參數(shù)描寫(xiě)交流激發(fā)極化效應(yīng)的參數(shù) 既然交變電流場(chǎng)中的激電效應(yīng)以總場(chǎng)既然交變電流場(chǎng)中的激電效應(yīng)以總

42、場(chǎng)( (或或交流電阻率交流電阻率) )的頻率特性為標(biāo)志，并且與的頻率特性為標(biāo)志，并且與穩(wěn)定電流場(chǎng)中激電效應(yīng)的時(shí)間特性有對(duì)穩(wěn)定電流場(chǎng)中激電效應(yīng)的時(shí)間特性有對(duì)應(yīng)關(guān)系，故可仿照直流激電特性參數(shù)應(yīng)關(guān)系，故可仿照直流激電特性參數(shù)極化率的表示式極化率的表示式(1.3-14)(1.3-14)，定義下列，定義下列參數(shù)以描述交流激電特性參數(shù)以描述交流激電特性fGfGfDGDUUUffP ),(62 式中式中和和分別表示在分別表示在兩個(gè)頻率兩個(gè)頻率( (低頻低頻f f和高頻和高頻f f) )時(shí)時(shí) 測(cè)得的測(cè)得的總場(chǎng)電位差幅值?？倛?chǎng)電位差幅值。 參數(shù)參數(shù)P(fP(f， f f）為電場(chǎng)幅值在該為電場(chǎng)幅值在該兩頻率間的相

43、對(duì)變化兩頻率間的相對(duì)變化 ，稱為，稱為頻散率頻散率。 頻散率也以百分?jǐn)?shù)表示，故西方國(guó)家稱頻散率也以百分?jǐn)?shù)表示，故西方國(guó)家稱其為其為“百分頻率效應(yīng)百分頻率效應(yīng)”。63 在交流激電觀測(cè)中，除了在交流激電觀測(cè)中，除了頻散率頻散率外，還外，還可觀測(cè)總場(chǎng)相對(duì)于供電電流的可觀測(cè)總場(chǎng)相對(duì)于供電電流的相位相位。 前已述及前已述及 ，激電效應(yīng)引起的相位移與幅，激電效應(yīng)引起的相位移與幅頻特性曲線的斜率或電場(chǎng)幅值隨頻率的頻特性曲線的斜率或電場(chǎng)幅值隨頻率的變化率近似有正比關(guān)系變化率近似有正比關(guān)系 ； 另一方面，頻散率另一方面，頻散率P(fP(f和和f fG G) )也與幅也與幅頻特性曲線在頻率頻特性曲線在頻率 f f

44、和和 f fG G 之間的平之間的平 均斜率約成正比。均斜率約成正比。64 由于實(shí)際觀測(cè)所用的兩個(gè)頻率由于實(shí)際觀測(cè)所用的兩個(gè)頻率( (f fD D和和f fG G ) )一般相差不大一般相差不大( (十倍左右十倍左右) ) ，可近似認(rèn)為，可近似認(rèn)為P(fP(fD D ， f fG G) )與在頻率與在頻率 上測(cè)得的上測(cè)得的激電相位成正比。激電相位成正比。 可見(jiàn)在某個(gè)頻率可見(jiàn)在某個(gè)頻率 f f 上測(cè)得的交流激電場(chǎng)上測(cè)得的交流激電場(chǎng)相對(duì)于供電電流的相位移相對(duì)于供電電流的相位移 ，與該頻率與該頻率附近測(cè)得的頻散率附近測(cè)得的頻散率 P P實(shí)測(cè)實(shí)測(cè)等效。等效。 因此，因此，如同如同 P P實(shí)測(cè)實(shí)測(cè)一樣，

45、有關(guān)極限極化率一樣，有關(guān)極限極化率的規(guī)律，也定性地適用于激電相位的測(cè)的規(guī)律，也定性地適用于激電相位的測(cè)量結(jié)果。量結(jié)果。GDfff 65 綜上所述，綜上所述，各種交流激電參數(shù)和直流激各種交流激電參數(shù)和直流激電參數(shù)均可相互聯(lián)系起來(lái)電參數(shù)均可相互聯(lián)系起來(lái)，即，即相位和頻相位和頻散率及極限極化率和實(shí)測(cè)極化率參數(shù)間，散率及極限極化率和實(shí)測(cè)極化率參數(shù)間，都近似地存在正比關(guān)系。都近似地存在正比關(guān)系。 研究其中某種參數(shù)的性質(zhì)便可代表其余研究其中某種參數(shù)的性質(zhì)便可代表其余 參數(shù)的有關(guān)特征。參數(shù)的有關(guān)特征。66 以上討論的全是以上討論的全是純粹反映激電效應(yīng)純粹反映激電效應(yīng)的參的參數(shù)。數(shù)。 在激電法實(shí)際工作中，有時(shí)

46、還采用某些在激電法實(shí)際工作中，有時(shí)還采用某些綜合反映綜合反映 巖、礦石激電性和導(dǎo)電性巖、礦石激電性和導(dǎo)電性的參的參數(shù)。數(shù)。 其它參數(shù)介紹其它參數(shù)介紹 在時(shí)間域中有在時(shí)間域中有金屬因素金屬因素)(),(),(TtTtTJ 67 激電率激電率 在頻率域中，相對(duì)應(yīng)的參數(shù)為：在頻率域中，相對(duì)應(yīng)的參數(shù)為：)(),(),(TtTtTG )(),(),(DGDGDfffffJ )(),(),(GGDGDfffffG 68 顯然，金屬因素參數(shù)顯然，金屬因素參數(shù)J J有利于用來(lái)有利于用來(lái)突突出低阻極化體出低阻極化體的異常；的異常； 而激電率參數(shù)而激電率參數(shù) G G 便于便于突出高阻極化體突出高阻極化體的異常。的

47、異常。69 (3) (3) 譜激電法的柯?tīng)柨聽(tīng)栕V激電法的柯?tīng)柨聽(tīng)? (ColeColeCole)Cole)模型參數(shù)模型參數(shù) 自激發(fā)極化法用于尋找礦產(chǎn)資源以來(lái)，自激發(fā)極化法用于尋找礦產(chǎn)資源以來(lái)，在一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，人們常用那些表在一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，人們常用那些表征征激電響應(yīng)強(qiáng)弱激電響應(yīng)強(qiáng)弱的參數(shù)，主要是的參數(shù)，主要是極化率極化率（時(shí)間域）和（時(shí)間域）和頻散率頻散率。 但石墨化的巖石或無(wú)工業(yè)價(jià)值的礦化都但石墨化的巖石或無(wú)工業(yè)價(jià)值的礦化都會(huì)產(chǎn)生與礦體十分相似的激電異常。造會(huì)產(chǎn)生與礦體十分相似的激電異常。造成干擾成干擾70 為了識(shí)別礦與非礦異常（評(píng)價(jià)激電異常為了識(shí)別礦與非礦異常（評(píng)價(jià)激電異常源），人們

48、進(jìn)行多方面的理論和實(shí)驗(yàn)研源），人們進(jìn)行多方面的理論和實(shí)驗(yàn)研究。究。 其中最為突出是其中最為突出是Pelton等人（等人（1978）研制）研制的的譜激電法譜激電法。 他是用他是用柯?tīng)柨聽(tīng)柲Ｐ蛥?shù)柯?tīng)柨聽(tīng)柲Ｐ蛥?shù)描述激電譜描述激電譜特性的激發(fā)極化法。特性的激發(fā)極化法。71 他們的研究證實(shí)了大多數(shù)巖、礦石的激他們的研究證實(shí)了大多數(shù)巖、礦石的激電譜可以用電譜可以用4個(gè)柯?tīng)柨聽(tīng)枀?shù)很好來(lái)定個(gè)柯?tīng)柨聽(tīng)枀?shù)很好來(lái)定量地描述，并指出了可以根據(jù)巖、礦石量地描述，并指出了可以根據(jù)巖、礦石的這的這4個(gè)參數(shù)（主要是時(shí)間常數(shù)和極化率）個(gè)參數(shù)（主要是時(shí)間常數(shù)和極化率）來(lái)評(píng)價(jià)激電異常。來(lái)評(píng)價(jià)激電異常。72 A、柯?tīng)柨聽(tīng)枺?/p>

49、爾柯?tīng)枺–oleCole）模型模型 對(duì)礦化巖石來(lái)說(shuō)，可以把它的一個(gè)基本對(duì)礦化巖石來(lái)說(shuō)，可以把它的一個(gè)基本結(jié)構(gòu)單元簡(jiǎn)化成下圖結(jié)構(gòu)單元簡(jiǎn)化成下圖1.314（a）所示的所示的結(jié)構(gòu)，其中包括被金屬硫化物阻塞的溶結(jié)構(gòu)，其中包括被金屬硫化物阻塞的溶液孔隙通道和未被阻塞的溶液孔隙通道。液孔隙通道和未被阻塞的溶液孔隙通道。 此基本結(jié)構(gòu)單元可以用圖此基本結(jié)構(gòu)單元可以用圖1.314（b）所示的等效電路來(lái)模擬。所示的等效電路來(lái)模擬。7374 電阻電阻R1模擬未被阻塞的溶液孔隙通道中模擬未被阻塞的溶液孔隙通道中的溶液的電阻；的溶液的電阻； 電阻電阻R2模擬被阻塞的溶液孔隙通道中的模擬被阻塞的溶液孔隙通道中的溶液的電阻

50、與金屬顆粒的電阻的和；溶液的電阻與金屬顆粒的電阻的和； 復(fù)阻抗（復(fù)阻抗（jX）C和和R3的并聯(lián)組合模擬的并聯(lián)組合模擬金屬離子溶液界面阻抗。金屬離子溶液界面阻抗。75CjmZZ）（）（）（達(dá)式為：此等效電路的復(fù)阻抗表11110（1.3-28）76 這一表達(dá)式稱為這一表達(dá)式稱為柯?tīng)柨聽(tīng)栕杩贡磉_(dá)式柯?tīng)柨聽(tīng)栕杩贡磉_(dá)式 式中：式中： Z（0）零頻率時(shí)的阻抗零頻率時(shí)的阻抗； m極化率（相當(dāng)于極化率（相當(dāng)于）； 時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)； c頻率相關(guān)系數(shù)頻率相關(guān)系數(shù)。 上述上述4個(gè)參數(shù)稱為個(gè)參數(shù)稱為柯?tīng)柨聽(tīng)枀?shù)柯?tīng)柨聽(tīng)枀?shù)77 2、復(fù)電阻率的柯?tīng)柨聽(tīng)柋磉_(dá)式及其頻、復(fù)電阻率的柯?tīng)柨聽(tīng)柋磉_(dá)式及其頻譜特性譜特性Cjm）（

51、）（表達(dá)式為：復(fù)電阻率的柯?tīng)柨聽(tīng)?111078 式中式中0是零頻率時(shí)的電阻率，其余參數(shù)是零頻率時(shí)的電阻率，其余參數(shù)與上述相同。與上述相同。 用此式可計(jì)算出用柯?tīng)柨聽(tīng)柋磉_(dá)式表用此式可計(jì)算出用柯?tīng)柨聽(tīng)柋磉_(dá)式表示的示的復(fù)電阻率的實(shí)、虛分量和振幅、相復(fù)電阻率的實(shí)、虛分量和振幅、相位的頻譜。位的頻譜。79 四個(gè)參數(shù)小結(jié)：四個(gè)參數(shù)小結(jié)： 0和和 m表征表征導(dǎo)電性和激電效應(yīng)強(qiáng)弱導(dǎo)電性和激電效應(yīng)強(qiáng)弱的參的參數(shù)；數(shù)； C表征表征激電譜的陡緩激電譜的陡緩的參數(shù)；的參數(shù)； 表征表征激電譜沿頻率軸或時(shí)間軸激電譜沿頻率軸或時(shí)間軸的位置的的位置的參數(shù)。參數(shù)。80 大量實(shí)測(cè)資料表明：大量實(shí)測(cè)資料表明： C：0.10.6；

52、導(dǎo)電礦物顆粒不均勻者導(dǎo)電礦物顆粒不均勻者C?。环粗?，小；反之，C較較大，大，常用值為常用值為0.25； 有較大的變化范圍：有較大的變化范圍： n10-2n 102 s81 （a）、）、導(dǎo)電礦物導(dǎo)電礦物顆粒大顆粒大，相互連通較好相互連通較好的稠密、浸染狀、塊狀和細(xì)脈狀，的稠密、浸染狀、塊狀和細(xì)脈狀， 值大。值大。 導(dǎo)電礦物連通越好，導(dǎo)電礦物連通越好， 值越大，可達(dá)值越大，可達(dá)100s； （b）、）、無(wú)礦化的純離子導(dǎo)電巖石和導(dǎo)電無(wú)礦化的純離子導(dǎo)電巖石和導(dǎo)電礦物成細(xì)粒，互不相連的巖礦石，礦物成細(xì)粒，互不相連的巖礦石， 1s。82 三、表征巖石和礦石介電極化的參數(shù)三、表征巖石和礦石介電極化的參數(shù)利用巖

53、礦石的利用巖礦石的介電性介電性 在利用交變電場(chǎng)進(jìn)行電法勘查的情況下，在利用交變電場(chǎng)進(jìn)行電法勘查的情況下，巖石、礦石的電性除顯示出與電阻率有巖石、礦石的電性除顯示出與電阻率有關(guān)的傳導(dǎo)電流外，還顯示出與關(guān)的傳導(dǎo)電流外，還顯示出與巖、礦石巖、礦石介電常數(shù)介電常數(shù)有關(guān)的有關(guān)的“位移電流位移電流”。 因此，在導(dǎo)電介質(zhì)中總因此，在導(dǎo)電介質(zhì)中總 電流密度電流密度 j j為：為：DJJJ 83 J J 為傳導(dǎo)電流密度為傳導(dǎo)電流密度 J JD D 為位移電流密度為位移電流密度：為介電常數(shù)：為介電常數(shù)：為導(dǎo)電率：為導(dǎo)電率 tEtDJEEJD 184 100108 . 11 rDCDCtifJJmEiJEitDJE

54、JeEE）（在頻率域電磁法中，設(shè)在頻率域電磁法中，設(shè)（1.3-39）85 當(dāng)當(dāng) m1m1時(shí)，介質(zhì)中傳導(dǎo)電流起主要作用時(shí)，介質(zhì)中傳導(dǎo)電流起主要作用，此時(shí)可忽略位移電流作用此時(shí)可忽略位移電流作用 ； 反之，反之，當(dāng)當(dāng) m1m10m10) )和和介電體介電體( (m0.1m0.1) )的范圍示于圖的范圍示于圖1.3-241.3-248687 考慮到野外實(shí)際情況，考慮到野外實(shí)際情況， 圖中取圖中取為為5-5-5050。 由圖由圖1.31.32424可見(jiàn)，可見(jiàn)，對(duì)于頻率對(duì)于頻率f fn n1000Hz1000Hz及介質(zhì)電阻率及介質(zhì)電阻率10105 5范圍內(nèi)范圍內(nèi)皆皆 可忽略位移電流作用?？珊雎晕灰齐娏髯?/p>

55、用。 在自然條件下，巖石電阻率一般很少超在自然條件下，巖石電阻率一般很少超過(guò)該值。過(guò)該值。故在低頻電磁法中不考慮位移故在低頻電磁法中不考慮位移電流影響。電流影響。 只是在只是在頻率超過(guò)頻率超過(guò)10106 6的高頻電磁法的高頻電磁法( (如探地雷達(dá)、無(wú)線電波透視法及其它電如探地雷達(dá)、無(wú)線電波透視法及其它電波法波法) )中才考慮位移電流作用。中才考慮位移電流作用。88 在諧變場(chǎng)情況下分析麥克斯韋第一方程在諧變場(chǎng)情況下分析麥克斯韋第一方程時(shí)，時(shí)， 如果以復(fù)介電常數(shù)如果以復(fù)介電常數(shù) ( (對(duì)于導(dǎo)電介質(zhì)對(duì)于導(dǎo)電介質(zhì)) )代替代替( (對(duì)于介電體對(duì)于介電體) )，則在導(dǎo)電介質(zhì)和介電體中場(chǎng)滿足同一形則在導(dǎo)電介質(zhì)和介電體中場(chǎng)滿足同一形式式 的方程的方程EiEtDjH 1*i 89 復(fù)介電常數(shù)的虛部復(fù)介電常數(shù)的虛部 對(duì)實(shí)部對(duì)實(shí)部 的比值等于的比值等于 電磁系數(shù)電磁系數(shù)，并給出由介質(zhì)導(dǎo)，并給出由介質(zhì)導(dǎo)電性引起的能量損耗特性。電性