频谱激电法及其研究现状.

1、报告人：日 期：2017.04.14频谱激电法及其研究现状频谱激电法及其研究现状报告提纲谱激电法谱激电法12复电阻率复电阻率Cole-Cole模型模型3谱激电法研究现状谱激电法研究现状报告提纲谱激电法谱激电法1一.频谱激电法时间域视极化率：2100sUtTtU T（）（ ，）（ ）频率域视频散率：DGsDGDU fU fP ffU f（ ） （ ）（ ， ）（ ）一.频谱激电法 这些参数都只与某一充、放电时间的激电响应的大小或某两个频率间激电响应的差异有关，信息量较少，不能满足电磁耦合和激电异常的需要。许多非矿地质体、矿化或石墨化岩石、无工业价值的矿化等，都会产生与矿体产生的激电异常十分相似的

2、异常，造成干扰。 为了识别“矿”与“非矿”异常（评价激电异常源），人们进行了多方面的理论和实验研究。尤其对激电频谱（二次场衰减曲线）的研究是这方面研究的主流。 一.频谱激电法 在经历了“变频法”、“相位激电法”等发展阶段， Pelton等人（1978）首先提出了用柯尔柯尔参数描述激电性质的激电法。 谱激电法谱激电法(SIP)：是利用常规电阻率法的电极装置，通过向地下发射交变电流，在一个很宽的频率范围内（10-2n102Hz之间）测量视复电阻率，根据测量得到的视复电阻率振幅谱和相位谱特征及空间分布寻找地电异常，从而解决地质问题。sUKI （ ）视复电阻率： （ ）（ ） 式中：K为装置系数优点：

3、优点：抗干扰能力强，获取电性参数多，异常信息丰富缺点：缺点：仪器设备昂贵，所需人员多，工作效率低及生产成本高报告提纲复电阻率复电阻率Cole-Cole模型模型3二.柯尔柯尔（ColeCole）模型 当通过岩、矿石的供电电流密度不大时，岩、矿石的激发极化效应是线当通过岩、矿石的供电电流密度不大时，岩、矿石的激发极化效应是线性的并且在时间范围内可以用不变的参数来描述，是一个线性时不变系统。性的并且在时间范围内可以用不变的参数来描述，是一个线性时不变系统。 在频率域，这一系统的输入为供电电流强度I，输出为复电位差U，传递函当数是复阻抗R)()()(IUR二.柯尔柯尔（ColeCole）模型 描述这种

4、线性时不变系统线性时不变系统的一种流行方法是利用等效电路等效电路模型，我们可以用如图等效电路来模拟电子导体与电解液界面的上的激电面间阻电子导体与电解液界面的上的激电面间阻抗抗。R模拟直流时的面间阻抗（jX）C模拟频变的面间阻抗图1 等效电路图二.柯尔柯尔（ColeCole）模型1()SCRZR j X1 ()SCRZj等效电路阻抗 ZS（ ）1/sCXR式中：为时间常数，（单位为 ）二.柯尔柯尔（ColeCole）模型 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。如图等效电路图 2 矿物岩石的基本结构单元（a）

5、和等效电路（b）电阻R1：模拟未被阻塞的溶液孔隙通道中的溶液的电阻；电阻R2：模拟被阻塞的溶液孔隙通道中的溶液的电阻与金属颗粒的电阻的和；复阻抗（jX）C和R3的并联组合：模拟金属离子溶液界面阻抗。二.柯尔柯尔（ColeCole）模型Pelton（1978）等人的柯尔）等人的柯尔-柯尔模型的等效电路柯尔模型的等效电路1/11211(0);1CRZR mXRmR令:二.柯尔柯尔（ColeCole）模型10111CZZmj等效电路的复阻抗：（ ）（ ） （）0-1111cjmj复电阻率柯尔 柯尔表达式：二.模型参数的意义01111cjmj 000mcZZmZ是极化率，数学表达式为 时间常数，其大小

6、与电子导体矿物颗粒的大小、形状、连通性有关。表示复电阻率频率变化程度参数，称作频率相关系数。反映电子导体矿物颗粒的形状和尺寸的变化范围的大小。是频率为零时岩矿石的电阻率，相当于直流电测深情况下的地层电阻率；，影响极化率最重要的因素是极化体内部电子导电矿物的含量、成分和结构；二.柯尔柯尔频谱特性(41)2()()() cos(41)sin(41)221jnccccjejncjncRjI 1() cos(41)2() sin(41)2CCRncInc 式中：01111cjmj二.柯尔柯尔模型的频谱特性0022022221()1(1)1(1)1jmRjIRjImRIm Rm ImjRIRI02220

7、2Re()(1)1 (2)() sin(1)()212() cos()2ccccmRjmRIcmmc实分量虚分量02202Im()() sin212() cos()2cccIjmRIcmc 1222122202222221202( )Re()Im() (1)() 12(1)() cos(1) ()212() cos()2ccccAjjmRmImRIRIcmmc幅值二.柯尔柯尔模型的频谱特性222Im()( )arctanRe()arctan(1)()() sin2arctan1 (2)() cos(1)()2cccjjmIm RImRcmcmm 相位二.柯尔柯尔模型的频谱特性二.柯尔柯尔模型的

8、频谱特性图 4 归一化视电阻率的虚分量和实分量频谱0= 1m=0.01s0.5,cm，不同 值0= 1m=0.01s0.9,mc，不同 值虚分量频谱：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；幅值与0成正比；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。二.柯尔柯尔模型的频谱特性图 4 归一化视电阻率的虚分量和实分量频谱0= 1m=0.01s0.5,cm，不同 值0= 1m=0.01s0.9,mc，不同 值实分量频谱：a、恒为正值，其数值随频率增高单调

9、下降；b、低频趋于0，高频趋于0（1m）值；二.柯尔柯尔模型的频谱特性图 5 归一化视电阻率的振幅和相位频谱0= 1m=0.01s0.5,cm，不同 值0= 1m=0.01s0.9,mc，不同 值相位频谱：a、恒为负值，其幅值随m大而增大；b、在低频和高频时趋于0，在中间某个频率值取得负极值；c、曲线对称于峰值频率轴；峰值与m、c均有关系。幅值与0无关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。二.柯尔柯尔模型的频谱特性图 5 归一化视电阻率的振幅和相位频谱0= 1m=0.01s0.5,cm，不同 值0= 1m=0.01s0.9,mc，不同 值实分量频谱：a、恒

10、为正值，其数值随频率增高单调下降；b、低频趋于0，高频趋于0（1m）值；c、从图中可以看出当c一定时，振幅频率随频率增高下降快慢与m成正比。当m一定时，随c值增大，拐点附近振幅频率斜率增大，频谱变化范围变窄。资料表明：资料表明：c：0.10.6；导电矿物颗粒不均匀者c小；反之，c较大，常用值为0.25；有较大的变化范围：n10-2n 102 s导电矿物颗粒大，相互连通较好的稠密、浸染状、块状和细脉状， 值大。导电矿物连通越好， 值越大，可达100s；无矿化的纯离子导电岩石和导电矿物成细粒，互不相连的岩矿石， 1s。二.柯尔柯尔模型的频谱特性 根据频谱之间的变化规律，我们在进行频谱激电观测时，可

11、以根据异常体特点，选择性观测相关参数，有些参数变化范围微乎其微，而有些参数异常则十分明显。根据这些参数特点我们可以更可靠的发现和筛选出异常体。报告提纲谱激电法研究现状谱激电法研究现状谱激电法研究现状谱激电法研究现状l 谱谱激电法数据采集系统激电法数据采集系统研究：研究：1）加拿大凤凰地球物理公司研制生产的V8 S；2）德国Redic研究所研发的复电阻率探测系统，该仪器有4个系列： SIP-FUCHS-3(适用于宽频岩石和沉积层复电阻率探测) SIP256C(适用于岩石和沉积层视电阻率的2-D和3-D探测) HVPA50/600(前两个系列的集成) SIP-LAB-3（适用于实验室测量和小范围的

12、野外数据观测适用于实验室测量和小范围的野外数据观测）3）美国ZONGE公司生产的GDP系列。三.谱激电法研究现状l 数据处理软件数据处理软件：中国地质大学和地矿部第一物探大队基于凤凰V8仪器系统SIP模块开发了SFIPX-SW处理软件，该软件系统基于激电谱的频率相关系数和电磁谱频率相关系数不同取值进行分析，能够先分离电磁谱和激电谱，再进行反演解释。l 模型研究：模型建立有两种，一是以观察或实验为依据建立起来的经验模型，而是根据理论知识建立起来的理论模型。目前经验模型CPA模型和Cole-Cole模型在一维到三维的SIP建模中应用较为广泛。1. Cole-Cole模型2. 常相位角模型（常相位角

13、模型（CPA模型模型）3. 普通化的Cole-Cole模型(GCC)4. Madden and Cantwell模型，理论模型：SNP模型。三.谱激电法研究现状1. Cole-Cole模型l Cole-Cole模型是目前流行的一种模型，是Cole-Cole在1941年开发出来用于描述复介电常数行为的。Pelton第一次将这种模型用于地球物理勘探。l Pelton等通过实验发现此模型能够被用于区分不同类别矿物和矿物颗粒含量大小用于区分不同类别矿物和矿物颗粒含量大小。三.谱激电法研究现状2.常相位角模型（常相位角模型（CPA模型）模型） 11ci Binley对取自地下蓄水层的砂岩岩样做了谱激电响

14、应实验，并把测得的参数和样品的水力特性进行了比较，认为CPA模型主要应用于在对非固结应用于在对非固结沉积地层的研究里。沉积地层的研究里。3.普通化的Cole-Cole模型(GCC）将Cole-Cole模型和CPA模型概况成一个单一等式就是普通化的Cole-Cole模型。Klein and Sill发现GCC模型是模拟从人造含黏土砂岩中得到的模拟从人造含黏土砂岩中得到的SIP实验数据最好的模实验数据最好的模型。型。三.谱激电法研究现状4.理论模型：理论模型：SNP模型模型SNP是一个物理概念模型，模型比Cole-Cole模型参数少，对于二维三维的SIP计算更容易，但是还需要对各种不同类型岩土进行实验来证明其适用性和正确性。 01111acmi -2*01-e112imil 谱激电法资料处理1. 正反演研究热点，反演主要集中于去除电磁感应的复电