【电法勘探的激发极化法概述3700字】

电法勘探的激发极化法概述在电法勘探的实际工作中，我们发现当用某种电极排列来给大地供电或切断电流时，测量电极之间的电位差随时间的变化总是可以观察到的。在这种充放电过程中，由于电化学作用而产生的随时间缓慢变化的附加电场现象称为诱导极化效应。激发极化法是一种基于岩石(矿石)与岩石之间激电效应差异的电法勘探方法，用以找矿或解决一些水文地质问题。激发极化法可分为直流(时域)激发极化法和交流(频域)激发极化法，因为地下介质的激发极化效应可以用直流电场或交流电场来研究。两者在基本原则上是一致的，但是在方法和技巧上有很大的区别。近年来，激发极化法在理论、方法和技术上取得了很大进展。它不仅在金属矿山的普查和勘探中得到了广泛的应用，而且在某些地区还发现了地下水。这种方法不受地形起伏和围岩不均匀电性的影响，因此在山区找水中受到重视。（1）激发极化特性及测量参数岩石(矿石)的激发极化效应可分为表面极化和体极化两种。理论上两者没有区别，因为从微观上看，所有的诱导极化都是平面极化。其次，以体极化为例，讨论了岩石(矿石)在DC电场作用下的激发极化特性。1）激发极化场的时间特性激发极化场(即二次场)的时间特性与极化体和围岩溶液的性质有关。图3-28显示了块状极化岩(矿)在充放电过程中激发极化场的变化规律。显然，在开始供电时，只观察到一次场电位差△U1。随着供电时间的增加，感应极化电场(即二次场电位差△U2)先迅速增加，然后减慢，2〜3min.后逐渐达到饱和这是因为在充电过程中，随着充电时间的增加，极化器与围岩溶液之间的过电压逐渐形成。显然，在供电过程中，二次场叠加在一次场上，称为总场电位差，用△u表示，当电源电流切断时，一次场立即消失，二次场电位差开始迅速衰减，然后逐渐变慢，几分钟后衰减为零。图3-28岩（矿）石的充、放电曲线图2）激发极化场的频率特性交流激发极化法是根据电场在超低频电场作用下随频率的变化来研究岩石(矿石)的激发极化效应。图3-29是黄铁矿人工样品的激电频率特性曲线。从图中可以看出，在超低频带(0〜nHz)，交流电和交流电之间的电势差(或由它转换的复电阻率)将随着频率的增加而减小，这被称为频散特性或幅频特性。由于诱导极化效应的形成是一个物理化学过程，需要一定的时间才能完成，因此交流电的频率与单向供电的持续时间之间的关系明显:频率越低，单向供电时间越长，激发极化效应越强，因此总场幅度越大；相反，频率越高，单向供电时间越短，激发极化效应越弱，总场幅度越小。显然，如果适当选择两个频率来观察总场的电势差，就可以检测出反映激电效应的信息。图3-29黄铁矿人工标本的激电频率特征曲线示意图3）激发极化法的测量参数①视极化率（)视极化率是直流(或时域)激发极化法的一个基本测量参数。它的大小和分布反映了在地下一定深度范围内极化子的存在和出现。当地下岩石(矿石)的极化率分布不均匀时，用电极装置测量的结果实际上是各种偏振器激发极化效应的综合反映。它的表达是：其中:为视在极化率(%)；δu为极化场电位差(v)；δU2是停电后某一时刻的二次场电位差(V)。②视频散率(Ps)视频色散是交流(或频域)激发极化法的一个基本测量参数。该参数通过选择电源使用两个不同频率的电流时测得的总场电位差来计算，其表达式为：其中:Ps为视频分散度(%)；Ut1和Ut2分别代表超低频段两个频率的电源电流形成的总场电位差(v)。视频发散也是地下一定深度范围内各种偏振器的激发偏振效应的综合反映。由于DC激发极化和低频交流激发极化在物理本质上是相同的，在极限条件下，即δU(F1→0)和δU(F2→0)，两种方法会有相同的测量结果。③衰减度(d)衰减度是反映激发极化场(即二次场)衰减速度的测量参数，用百分比表示。二次衰减越快，衰减程度越小。衰减程度的表达式是：其中:d为衰减程度(%)；δU2为断电后供电30s和0.25s时的二次场电位差(v)；是停电后0.25s到5.25s二次电位差的平均值(v)。由视极化率和衰减组成的综合参数j称为激发比。该参数广泛应用于激电找水。表达是：式中：J为激发比（％)。（2）极化球体上的激电异常曲线在水文地球物理勘探中，激发极化法可以采用各种电极装置，其中最常用的是中间阶梯装置和对称四极测深装置。为了对它们的异常特征有一定的了解，以下仅是极化球体的一个例子。1）激电中梯曲线中间梯度装置是时域激电法中应用最广泛的电极装置之一。由于电源电极与AB中段测量距离大，一次场相对均匀。当存在高极化率的地质体时，会受到水平均匀电场的激发，二次场的空间分布比较简单。接下来，我们以一个导向良好的极化球体为例，讨论了曲线的空间分布规律。均匀场中极化良好的球体产生的二次场相当于球体中心水平电流偶极子产生的电场。表面X轴上任意观测点处球体二次场强的水平分量为：其中:x为观测点的横坐标；H0是球中心的埋深(米)；P=i等效电流偶极子的偶极矩，p=I，I是感应极化二次场的等效电流强度，I是等效偶极子的两点电源之间的距离(AM)。图3-30显示了均匀场中偏振良好的球面曲线的空间分布。众所周知，视极化率是由二次场电位差δV2和总场电位差δV按照下式计算的，即：其中δv2和δv是二次场电位差和总场电位差，它们有以下计算方法：显然，对于曲线的异常特征，我们可以从二次场E2的激发或二次场电流密度的空间分布来解释。图3-30均匀场中良导极化球体的曲线①当x=0时，,在球体上方E2出现极大值。根据上述式子，曲线也将出现极大值。②当x=±1.2h0时，E2取最小值。相应地，曲线的最小值出现在球体的两侧。③x=0.7h0时E2=0；当x→+∞，E2→0。也就是说，当曲线从正值过渡到负值时，零点出现。远离球体，接近背景值。在讨论过程中，需要注意的是，总场电流密度(j=j0+ja+j2)实际上由三部分组成，j0是表面MnS之间均匀场电流密度的水平分量，ja和j2是极化良好的球体表面上积累电荷和激发极化二次场的电流密度，应注意只取其在表面MnS之间的水平分量进行讨论。2）激电测深曲线图3-31是极化球面上不同测点的IP测深曲线。显然，曲线的形状与测深点相对于球体的位置有关。当x=0时，即正好在球体上方，该曲线相当于水平两层地电剖面电阻率测深的G形曲线。这从电场分布随极距的变化不难解释。图3-31良导极化球体激电测深曲线图极距(AB/2)小时，电场主要分布在表面附近，极化球的影响很弱，所以视极化率接近围岩极化率，供电极间距增大，电场分布范围增大，球体产生的激发极化二次场影响增大，曲线逐渐上升；当极距很大()时，球体位置的电场相当于均匀场，测深曲线接近某个稳定值。显然，这个稳定值的大小正好等于极化球面上激电中间梯度曲线的最大值。另外，当x≠0时，即测深点位于极化球体主断面的其他测点时，IP测深曲线的形状会随着测点的不同而发生明显变化。即随着测深点偏离球体中心，异常振幅逐渐减小；当测深点坐标等于或大于球心埋深的一半时，曲线都有极值，类似于水平三层剖面的K型视电阻率测深曲线，当极距AB/2→∞时，曲线逼近一个小于最大值的渐近值。由于此时球体处于均匀场中，每个测深点的渐近值等于相应测点球体上中间梯形装置曲线的视极化率值。（3）激发极化法在水文地质调查中的应用1）用视极化率判别水异常激发极化法在岩溶区找水时，由于低阻碳质夹层的存在，往往会造成明显的电阻率低阻异常。这些异常与岩溶裂隙水或基岩裂隙水引起的异常相似，难以区分水异常。由于碳质岩石不仅能引起低电阻率异常，还能引起高视极化率异常，而水没有明显的视极化率异常，因此可以用激发极化法识别碳质岩石对水异常的干扰。图3-32为利用电阻率法和激发极化法在广东石灰岩地区寻找地下水的工作结果。在剖面的77点附近，有一个同步下降的“V”形低阻异常。测深曲线为KH型，曲线末端出现畸变；表观极化率很小，只有1%。可以看出，这是一种低电阻、低极化率异常。推断这种异常与碳质岩石无关，而是岩溶裂隙造成的。经核实，在27〜75mm处可以看到地下水。图3-32广东某地电法找水综合剖面图2）用二次场衰减特性找水激发极化法在找水中的应用主要是利用二次场的衰减特性，也就是说，当我们表征停止供电后二次场随时间的衰减时，可以借助这些参数来研究它与被找物体的关系。图3-33是利用激发极化法在广东找水的应用实例。工作开始时，预选断面只做了节理剖面，反射异常不明显。然后，沿剖面线绘制激电测深曲线。通过对激电测深曲线的分析，认为虽然52号点线路上没有明显的反射，但三条曲线D、J在AB/2=1236m处均有明显的高值异常，初步推断为破碎溶解灰岩区，可能含水。经钻探验证，在12.4931.34m处发现地下水，日出水量500t以上，符合水务部门要求。图3-33用二次场衰减特性找水的应用实例3）衰减时法找水近年来，衰减时间法在我国激电法找水中得到成功应用。衰减是指二次场衰减到一定百分比所需的时间。也就是说，如果将停电瞬间的二次场最大值作为100%，当放电曲线衰减到一定百分比，例如50%时，所需时间为半衰减。