激发极化法课件

1、电 法 勘 探(激发极化法)濮樊忠.电 法 勘 探(激发极化法)濮樊忠pufzch第一节 激发极化法的基本原理一、 稳定电流场中的激发极化法效应 在进行电阻率法测量时，当人们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，而后便随时间而相对的缓慢的下降，并在相当长时间后（通常约几分钟）衰减接近于零，见图 1.1.1。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法效应（简称激电效应）。这种变化的附加场，称为“激发极化场”-二次场。图1.1.

2、1.第一节 激发极化法的基本原理 在进行电阻率法测量时 通俗一点说：在供电过程中，或切断电源电流的一个较短的时间内，由人工电场激励而迫使岩矿石产生电化学作用所引起的一个随时间有规律变化的附加电场产生的现象，称为激发极化现象。 激发极化现象与岩矿石的电化学性质有关，尤其在硫化物金属矿床、石墨、无烟煤等矿体上反映很为明显。激发极化法的优点： 1、激发极化法可以用来区分由电子导体（如金属硫化物矿床）和离子导体（如含水破碎带）引起的异常； 2、激发极化法不会产生纯地形引起的异常； 3、可以发现电阻率与围岩无明显差异的侵染状金属矿床的存在。. 通俗一点说：在供电过程中，或切断电源电流的二、岩矿石的激发极

3、化法成因 关于岩矿石激发极化成因或机理问题是一个研究中的问题，已有不同的假设提出来。现介绍一些公认的假设和一些研究成果。（一）电子导体的激发极化机理 自由电子导电的导体称电子导体。目前，国内外对电子导体（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（overvoltage）的结果。 1）电子导体在没有外加电场的情况下，在电子导体与溶液界面上自然形成的双电层电位（电极电位），它的内外电子处于平衡状态，称为平衡电极电位，记为平见图1.2.1a； 2）当有外加电流流过上述电子导体溶液系统时，电子导体两端电极电位产生偏差而出现“过电位”（也叫

4、“超电压”），电极开始极化，电子导体内部的电荷将重新分布形成“阴极”及“阳极”。由于电化学反应速度滞后于电荷传递速度，形成电荷堆积（充电过程），在周围溶液中也分别于电子导体的“阴极”和“阳极”处，形成阳离子和阴离子的堆积，使正常双电层发生变化，见图1.2b。 .二、岩矿石的激发极化法成因.图1.2.1 电子导体的激发极化过程 3）当外电流断开后，堆积在界面两侧的异性电荷，将通过界面本身、电子导体内部和周围溶液放电（见图1.2.1c），使界面上的电荷分布逐渐恢复到正常的双电层；与此同时，过电位亦随时间逐步减小，直到最后消失。这就是过电位的放电过程。也因此人们通过仪器在地表可以观测到这充电和放电的

5、过程。 电子导体的激发极化是在外电场的作用下的电荷传递与堆积过程。.图1.2.1 电子导体的激发极化过程 3）当外电流（二） 离子导体的激发极化机理 一般造岩矿物为固体电解质，属离子导体。关于离子导体的激发极化机理，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。 岩石颗粒其表面吸附一层负离子，在静电场的作用下，与周围溶液中的正离子在界面上形成双电层。在外电流作用下，岩石颗粒表面双电层（图1.2.2a）中的阳离子发生位移，形成双电层形变；（图1.2.2b）当外电流断开后堆积的离子放电以恢复到平衡状态（图1.2.2c）,从而可观测到激发极化电场。 较大的岩石颗粒将有较大的时间常数（

6、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。 离子导体激发极化是在外电场作用下,介质的表面或内部电荷出现分离的现象。.（二） 离子导体的激发极化机理.图1.2.2 岩石颗粒表面电层形变形成激发极化（a）正常双电层 （b）充电过程 （c）放电过程 （a）（b）（c）阳离子位移堆积电荷放电.图1.2.2 岩石颗粒表面电层形变形成激发极化（a）（b）薄膜极化离子导体激发极化效应的一种假说 一些学者做了一系列的实验：纯石英砂（颗粒表面的黏土用酸和水洗净）或压实的黏土，或者在石英砂中全部空隙填以黏土时，在这三种情况下都几乎观察不到激发极化效应。当在沙粒中含有10%的黏土时，可观察到明显的激

7、电效应；再增加黏土含量，激电效应随之减弱。基于这些实验结果，提出了与黏土含量有关的“薄膜极化”假说。 1、在常态下，岩矿石砂粒表面带有的黏土等泥质杂质，这些杂质表面具有吸附负离子的特性，因此在黏土表面溶液之间形成双电层（偶电层）；而岩石颗粒之间的孔隙很小，截面积与岩石颗粒-溶液界面上偶电层的扩散层厚度差不多，则整个孔隙皆处在扩散层内，其中包含过剩的正离子，它吸引负离子而排斥正离子。 2、岩石颗粒间的孔隙不是均应相等的，存在宽孔区和窄孔区。在外电场的作用下，正离子在其中移动较快（迁移率较大），故称这样的孔隙为正离子选择带；由于孔隙中过剩正离子的阻塞，因此对负离子而言，实际上导电孔隙是被阻断的（负

8、离子在其中被过剩的正离子吸引，移动速度很小（即迁移率很小）故称上述孔隙为薄膜； 3、当外电流流过宽窄不同的孔隙时，由于窄孔隙中正离子的迁移率大于负离子的迁移率，而宽孔隙中两者迁移率几乎相等，所以在窄孔隙中电流载流子主要由正离子负担，电流将大量的正离子带走，结果在窄孔隙的电流流出端，形成正离子堆积；而其电流流入端则正离子不足。于此同时由于负离子在宽孔隙中的迁移率大于窄孔隙（薄膜）中的迁移率，因而在正离子造成堆积或不足的地方，同样造成负离子的堆积和不足。这样造成了离子浓度沿孔隙的变化，所形成的离子浓度梯度将阻碍离子的运动（即阻碍外电流），直到达到平衡为止。 4、当外电流截断后，由于离子的扩散作用，

9、离子梯度将逐渐消失，恢复原来状态，与此同时形成扩散电位，这就是在离子导体上观测到的激发极化。.薄膜极化离子导体激发极化效应的一种假说 一三、 稳定电流场中岩矿石的激发极化特性 面极化与体极化 所谓的“面极化”和“体极化”，差别只具相对意义。严格地讲，所有的激发极化都是面极化。只是微观分析与宏观分析的需要，出发点不同。从激发极化勘探的角度来说，将岩矿石的激发极化情况分为“面极化”和“体极化”两大类，是有可能而且必要的。 1、第一类是指电子导体的激发极化。细小颗粒的电子导体与围岩溶液界面产生激发极化过程，可以推广到一定规模的电子导体的极化过程，特点是极化发生在极化体（如致密的金属矿体、石墨）与围岩

10、溶液的接触面上，故称之为“面极化”。 2、第二类是当许多电子导电矿物颗粒分散分布在矿化岩石中时，激发极化效应发生在极化体（如侵染状金属矿、石墨化岩石等）整体中。虽然就单个电子导电颗粒而言是表面极化，但宏观的去看整个矿体，是在整个体积内部发生了极化。也就是说整个矿体所表现出来的极化现象是无数极化单元的总和，故称之为“体极化”。离子导电岩石的激发极化也属于体极化。.三、 稳定电流场中岩矿石的激发极化特性 .图1.3.3石墨（a）和黄铜矿（b）标本在不同电流密度j时的阳极超电压+ （实线）和阴级超电压-（虚线）的充、放电实验曲线.图1.3.3石墨（a）和黄铜矿（b）标本在不同电流密度j时的（一）、面

11、极化的特性 1、时间特性： 从上图矿体充、放电曲线的形态可以看到：在刚开始充电时，过电位随时间很快增大，随着时间延长，过电位增长速度变慢，最后趋近于某一“饱和值”。放电曲线与充电曲线成倒像相似，在断电之后，最初过电位随时间很快减小；随着时间的延长，过电位衰减速度也逐渐变慢，直到最后慢慢衰减到零。 外电场电流密度j0越大，过电位上升达到“饱和值”的时间就越短。对于通常野外生产中，处于地下的矿体表面，电流密度十分小（j0 1A/cm）,充电两分钟，甚至五分钟都远未衰减到零。这说明面极化的充放电都是比较慢的，而其中石墨又比黄铜矿更慢。 2、非线性特性： 当供电电流密度不大（j0 1A/cm）时，过电

12、位与j0成正比，且阳极和阴极超电压相等； 当供电电流密度很大时（对石墨j040A/cm ，对黄铜矿j0 5A/cm），过电位与j0不再成正比变化，而成非线性关系，且阴极过电位不相等； 对其他致密金属矿石所作的观测表明，磁铁矿的非线性特性（包括阴极、阳极过电位间的关系）与石墨很相似；而方铅矿、黄铁矿等硫化矿物则与黄铜矿相似。.（一）、面极化的特性 1、时间特性： （二）、体极化的特征 体极化是分布于整个极化体的许多微小极化单元的总和，它们定向排列，首尾相接。当均匀极化时，在极化体内部，它们的正、负电荷相抵消，只在极化体表面上呈面电荷分布，且在顺极化场方向的表面上面电荷为零。也就是说从宏观看，极化

13、体与围岩的接触面上不存在偶电层，而是呈现面电荷分布的二次场电流源。因此不能像研究面极化那样来测量极化单元界面上的超电压。 体极化岩矿石的充、放电曲线的形态，大体上与面极化超电压的充放电曲线相似，但其充、放电速度比面极化时快得多，充电2-3便接近于“饱和值”，而放电2-3就衰减近于零了。其中纯离子导电岩石比侵染状矿石充放电速度更快。.（二）、体极化的特征 体极化是分布于整个极激发极化效应的时间参数 (1)在激发电流不变的条件下，开始时二次电位差V2随充电时间增加而迅速增加，但随时间增加，V2增加变慢，又经过一段时间(约25分钟) V2达到饱和渐近值。断开电源后， V2开始放电，开始时衰减快，然后

14、变慢，最后衰减到零。如所示。 (2)不同的岩矿石的充、放电时间特征也不一样 a)一般来说在相同激励条件下，面极化介质(致密块状矿体)达到饱和渐近值所需的时间，比体极化介质(浸染状矿体)达到饱和渐近值所需的时间长。 b)颗粒大、孔隙大、富水性强的体极化介质，其充、放电速度更慢，即高含水性的岩石比含水性差的岩石充、放电时间长 。图1.3.1.图1.3.1.线性特征 (1) 面极化体当激发电流密度1uA/cm2时，V2与电流密度成正比， 既然V2与电流密度成正比，那么V与I也成正比，所以与电流强度无关,如图所示。图 激发极化场与供电电流强度的关系.线性特征图 激发极化场与供电电流强度的关系.非线性特

15、征 面极化体具有过电位与电流密度之间呈明显的非线性关系。(1) 当激发电流密度很大时(石墨40A/cm2，黄铜矿5A/cm2)阳极过电位曲线与阴极过电位曲线分开，即在同一电流密度和同一充、放电时间，阳极过电位与阴极过电压不等,即: (2) 在线性极化条件下，阳极过电位+ 与阴极过电位- 绝对值相等，即“均势”； (3) 体极化体在较大的电流密度变化范围内，二次电位差与供电电流强度成正比。即浸染状矿体没有明显的非线性和正反向极化的特征。.非线性特征 (2) 在线性极化条件下，阳极过电位+ (2) 在非线性段，黄铜矿始终是阴极过电压大于阳极过电压，称“阴极优势”；石墨的非线性表现在随电流密度增加，

16、开始为阳极优势，而后逐渐为“均势”，最后变为“阴极优势”；如图所示.该现象为区分这两类异常的可能性提供了物理依据。图 标本超电压与电流密度的关系曲线（供电2分钟）a黄铜矿；b石墨. (2) 在非线性段，黄铜矿始终是阴极过电压大于阳极过电压， (3)磁性矿物的非线性特征与石墨相似；而方铅矿、黄铜矿的非线性特征与黄铜矿相似。 值得注意的是：在野外实际勘查中，在同装置、同极距、同测点等相同条件下，在测量误差允许范围内，不会因改变电流而引起 s的变化。这是因为一次场的电流密度在线性段电流密度小于5A/cm2的条件，例如在均匀半无限介质表面上有一点电源A，供电电流强度I=1A，在距A点10米处的M点的电

17、流密度： j0=I/S=1A/2r220.159A/cm2 . (3)磁性矿物的非线性特征与石墨相似；而方铅矿、黄铜（三）、极化率 在均匀体极化介质中，当激发电流密度很小时，极化二次场E2与极化总场E 成正比。 E2E 在野外条件下，断电后的二次电位U2 与供电时观测到的总场V成正比， V2V， 得： = V2/ V.100% 实验中表明:在相当大的范围内改变供电电流（测量电极处的电流密度甚至达到几百A/cm），二次电位差都与极化场电位差成正比，而没有非线性和正反向极化的差异， 即：V2 =. V2 =. V 比例系数表征了岩石的激发极化性质，称之为“极化率”，通常用百分数来表示。于是上式改写

18、为： = V2/ V.100% 式中 V2: 是断电瞬间（没有延时时间）的二次场电位差 V：是达到饱和值的极化场电位差（V1+ V2） .（三）、极化率 在均匀体极化介质中，当激发电流极化率的物理意义：岩石在外电场的激发下，二次场与极化场的比值。它反映了岩石的激发极化性质。 到这里，我们看到了面极化与体极化的激发极化特性存在差异充放电时间特性、非线性的差异，面极化中石墨与硫化矿石特性的不同待研究的东西还有不少。 （比如：陕西第一物探队在上世纪70年代总结出来的“半衰时法”找水，利用某些地质条件下，在富水地段上二次场的“半衰时”（断电后，二次场电位差衰到冲击值一半所需要时间）明显增大的特点，取得

19、不少良好的找水效果。但是一直没有上升到理论上去总结出规律。）四、影响极化率大小的因素 实验表明，岩矿石的极化率与电子导体的含量、性质、围特性质、离子浓度，极化体的结构构造等因素有关。 在不同类的岩矿中，和Cv间无规律可寻。但按岩矿组合和结构构造加以分类，在同类岩矿中有一定规律：.极化率的物理意义：岩石在外电场的激发下，二次场与极化场的比 (1) 电子导体CV（体积含量）的影响 经对岩、矿体标本的大量测定和研究表明，同类结构构造的岩矿中，导电矿物的体积含量CV与极化率之间的关系满足如下回归函数： 或表示为： 式中、m为常数， CV为电子导电矿物的体积含量。由图1.3.5、图1.3.6可见，log

20、/（1-）与CV的关系的影响较大。可见，在解释激发极化法成果时，不能单纯从大小来确定极化体中电子导体的含量。 图1.3.5 团矿状黄铜矿与CV实测关系曲线. (1) 电子导体CV（体积含量）的影响或表示为： 图1.3.6 各同类岩矿的log/（1-）和logCv的线性回归曲线实例.图1.3.6 各同类岩矿的log/（1-）和lo (2) 导体成分的影响 结构构造相同、导体成分不同的岩矿，其也不相同。例如，所含电子导电矿物的导电率较高时相对增大，如图1.3.7所示。图1.3.7 同一结构构造不同导体成分的三种矽卡岩和同黄铁矿化不同结构构造的岩矿类的与Cv的关系曲线. (2) 导体成分的影响图1.

21、3.7 同一结构构造不同 (3)导电矿物的结构和构造的影响 当导电矿物呈脉状分布或呈定向排列时，标本的极化率具有明显的各向异性，沿平行矿脉测定的极化率垂直矿脉测定的要大，如图1.3.8所示。图1.3.8 各向异性人工标本与Cv的关系实验曲线. (3)导电矿物的结构和构造的影响图1.3.8 各向异性人 (4)岩石矿物结构的影响 对于一般块状的岩、矿石，随着岩、矿致密程度的升高，值也随之变大，如图1.3.9所示，而对疏松岩、矿石较小。图1.3.9 不同致密程度的团块状黄铁矿绢云母石英岩的与Cv的关系. (4)岩石矿物结构的影响图1.3.9 不同致密程度的团 (5)导电矿物的颗粒大小对的影响。同一类

22、导电矿物的体积含量相同而颗粒大小不同时，由于颗粒愈小，导电矿物总的有效极化面积愈大，故其极化效应也就增加。 (6)温度的影响。在很干燥的标本上，由于电阻非常大，没有电流去激发极化的电子导体，因而无法产生激发极化效应。当温度达到一定程度后，便达到饱和值。此外，在野外实际条件下，岩矿周围的溶液温度对影响不大。 上述因素是相互联系、相互影响，在实际工作中要综合进行分析。. (5)导电矿物的颗粒大小对的影响。同一类导电矿物的体结论 地下不同介质激发极化现象充放电曲线，总的规律大体相同，细节上却各有特点。这些特点构成了激发极化法勘察地下目标体的物理基础。 1)第一个特点是：极化率是表征激发极化法的首选指

23、标。在相同的激励条件下，即一次场保持不变的前提下，地下介质的性质与二次场V2有密切关系。 表1.3.1是根据3952块标本实测得极化率数据整理得到的不同岩石、矿石极化率统计表。 表1.3.1 各类岩矿石极化率统计表.结论表1.3.1 . 2) 第二个特点是充放电曲线随时间变化规律。也就是总场随时间增长和衰减的规律。在相同的激励条件下，面极化电子导体充电达到稳定（饱和）而需的时间比体极化电子导体而需的时间长。高含水的颗粒达孔隙大的岩石充放电时间比含水性差的岩体充放电时间长。这一特性成了用衰减时找水的物理基础。 3) 第三个特点是：激发极化的机理和影响在相当大的范围内呈线性关系。其条件是一次场的电

24、流密度j010-2A/m2。例如在均匀无限半空间介质表面由一点电源，则距测点r的半球面上，电流密度 。如I1A,r=5m,则j0=0.6410-2A/m2。满足上述条件。 因而在野外实际勘查中在同装置、同极距、同测点等相同条件下，在误差允许误差范围内不会因改变电流强度而引起的变化。. 2) 第二个特点是充放电曲线随时间变化规律。也就是总四、视极化率的概念视极化率的定义 当地下存在两种或多种极化率不同的岩石时，比值V2/V是在供电电流分布明显范围内各种岩石极化率的综合反映，称之为“视极化率” s 。 即： s=V2/V.100% 影响视极化率的因素 因为： s = V2/V.100% = j2M

25、N.MN.MN/jMN.MN.MN100% = j2MN/jMN .100% 由此可见： 1、由公式变换后，便归结为分析影响MN两极间二次场和极化场平均电流密度j2MN、jMN及其比值j2MN/jMN问题了。 2、当岩石的极化率（）均匀时，不论其电阻率均匀性如何，所测得的视电阻率恒等于岩石真电阻率。即： s 。 3、当存在两种以上极化率不同的岩石时，情况比较复杂。这时就要从研究极化场和二次电流场入手，极化体极化率和电阻率的高低、极化体的埋藏深度、产状、装置形式及装置相对极化体的位置等，是影响j2MN、jMN的主要因素。因而也是影响s的主要因素。.四、视极化率的概念视极化率的定义. 4、当地形起

26、伏时，将对j2MN和jMN产生影响。 A、所有岩石极化率都是一致的（等于），此时j2MN和jMN所受地形影响相同，取此值后，对s 没有影响。因此纯地形不会引起s的假异常, s 。 B、起伏地形之下有极化体存在时，二次场主要由极化体产生，它具有偶极场的特点，不同于极化场（一次场）的形态。因此，地形对j2MN和jMN的影响不同，使得s有变化。但一般受地形影响较小，即地形只使极化体产生的s 异常畸变，而不致消失。 5、供电电流I变化时，j与j2 按同一比例变化，s 保持不变。（需注意的是：做物性标本测量极化率时，要注意对面极化标本j 1A/cm；对体极化标本j 才比较明显。比如： =50%时， *=

27、2；尤其应该注意，当很大时（=80-90% 时）， *比能增大5-10倍，这是在判断高极化率地质体的异常导电性时必须注意的。 当多种岩石、矿体存在时（它们的电阻率、极化率分别为1、 1 ，2、2 ，3、3 i、i ），测量V1和V而计算出相应的视电阻率s 和“等效电阻率” * ，同样存在以下关系: s =* / * 应用“等效电阻率法”，使激发极化法的理论计算大大简化。不仅如此，它还为我们应用物理方法进行激发极化模拟实验提供了理论依据。还需指出，等效电阻率* = / 1-只是从简单形式引出，严格的推导要在场论中进行，所以这地不作详细分析。.（二）、由公式可见： 等效电阻率* 总是大2-2 各种

28、装置的典型s曲线分析中间梯度装置一、中间梯度装置水平极化体的s曲线 1、均匀水平极化球体的s曲线 根据等效电阻率法，可以以近似极化率 s = V2/V.100% 来代替 s = V2/V.100% 作近似讨论一次场V1 的曲线 ： 当2 = 1 时 ，一次场完全均匀，是一条水平直线，则s曲线与V2曲线完全一致。 当2 1 时 , V1呈低阻显示。异常部分E1x球等效于电流场偶极子的场： E1x =j0 1 2 j01 a（2 -1 ）/ (22 +1 ) .(h-2x)/(x+h) 注： = 5/2.2-2 各种装置的典型s曲线分析中间梯度装置.水平极化球体的s曲线分析图 在中间梯度装置中部有

29、一低阻高极化率的矿体，它的一次与二次电流分布情况: 一次场由于电流密度受低阻体吸引电流线的结果，在矿体上方呈低阻曲线，V下凹。 二次场则受放电电流场过程中电流密度的影响，测点在矿体顶部时达到最大值，在矿体边缘时次之，在测点稍远一点时，由于二次放电电流线是反向，则曲线呈最低（负值）；当远离矿体时j2趋近于j0,s=1 。 由图和s = V2/V.100% 可见： 1、s曲线的正异常部分比V2异常更突出，负异常部分则有所压低。 2、整个s 异常衬托在围岩极化率的背景之上。因此，在实际工作中，正确地确定背景值，分选出异常部分对推断解释极化体的异常是很重要的。 3、s 异常部分的各特殊点位置与等效电流

30、偶极子的场一一对应，这些特点都可用于解释球心的埋深h 。.水平极化球体的s曲线分析图 在中间梯度装置中部水平极化球体的s等值线平面图 以上s近似地代替s 绘出的等s 平面图与模型实验结果一致。即水平极化球体上的s 等值线非等轴状，而有一延伸不远的长轴，且长轴方向垂直于极化场的方向。因此当中梯装置改换AB方向时，s长轴随着测线方向相应地改变。需要注意的是：切不可根据长轴，把极化体形状解释为透镜状。.水平极化球体的s等值线平面图 以上水平圆柱体的s 剖面平面图 二、中间梯度装置水平圆柱体的s曲线 1、水平圆柱体的s剖面平面图特点 设有一沿走向延伸很长的电子导电水平圆柱体，处于中间梯度装置中部的均匀

31、电流场中，其走向与一次场方向垂直。 由实验测得它的s 剖面平面图如图所示。在通过柱状体上方的剖面上，s异常都很明显；超出柱体走向范围的剖面上，s异常迅速减弱。就一个剖面而言，水平圆柱体的s 曲线与半径及物性条件相同的球体的s 曲线在形态上类似。但柱状体异常值较大，异常范围较宽。.水平圆柱体的s 剖面平面图 二、中间梯度装置水平水平圆柱体的s曲线 这些现象可以这样来说明：水平圆柱体在某一剖面上的s曲线可以近似地看成许多球体在该剖面上产生的s（i）曲线叠加而成。这些球体到该测线的垂直距离hi不同，而产生的s（i）（i=1、2、3n）不同,而起主要作用的则是该剖面下方的球体。叠加的结果势必使整个柱体

32、在某一测线上产生的s异常最强，异常范围大。而且主剖面（通过柱体中心的剖面）上s异常最强，通过柱体上方的其他剖面s异常相近，超出柱体范围的剖面上，s 异常迅速减弱 。 水平圆柱体的分解图.水平圆柱体的s曲线 这些现象可以这样来说明：水平 2、均匀电场中水平极化圆柱体的s曲线 水平极化圆柱体的二次场与水平电流偶极线的场等效，一次场又是我们前边所述的球体的道理相同。因此，不难得出结论：水平极化圆柱体的s曲线形态与其二次场（E2）形态相似；特殊点位置亦相对应，即：极大值点在柱轴上方的“0”点；零值点（s =1 ）为x=h ;极小值点为x=1.7h 。s 极大值反比于柱心埋深的平方， 即： s max1

33、/h。 偶极子深度不同时Ex剖面曲线的比较. 2、均匀电场中水平极化圆柱体的s曲线 3、中间梯度装置倾斜矿脉s曲线 可以把极化倾斜矿脉分解成许多水平圆柱体单元，并把每个柱体元产生的二次场叠加起来，就近似地得到整个矿脉产生的二次场（或s 异常）。叠加的结果表明， s 曲线不对称。其特点为：极大值不在矿脉顶部上方，而往倾向一侧偏移；在倾向一侧s曲线下降缓慢，在较远处才取得最小值；两侧的极小值那边更低些，则还与电阻率有关，情况比较复杂。故可只用前共同的特点判断倾向：低阻极化体反倾向一侧极小值明显；高阻极化体倾向一侧极小值明显。良导矿脉倾角的改变引起s曲线变化的特征.3、中间梯度装置倾斜矿脉s曲线 可

34、测线与直立矿脉斜交的曲线剖面平面图特征当测线布置与直立矿脉成一定夹角相交时， 尤其是对旁侧线s曲线的变化也有一定影响，如图所示： 因此，野外布置工区测网时一定要先搞清楚地下矿体的大致走向。测线与直立矿脉不同斜交夹角对曲线的影响特征.测线与直立矿脉斜交的曲线剖面平面图特征当测线布置与直立矿脉成二、单极梯度装置中球形矿体的s曲线单级梯度装置也称为“固定点电源梯度装置”系指以一个固定点电极供电（另一个供电电极设在“无穷远”其影响可忽略）因而梯度装置在附近范围进行观测。（一）球体在供电电极正下方垂直极化 1、地下垂直电流偶极子的场 （1）主测线上的电流场 根据地下电流偶极子在地表任意点的电位公式： V

35、=1 P/2cos/r ( p=iAB) =1 P/2h/r =1 P/2 h/(x+y)* （*=3/2） Ex=V/X=1 P/23X h/(x+y)* （*=5/2） Ey=0地下垂直偶极子与主测线上任一点的坐标关系.二、单极梯度装置中球形矿体的s曲线单级梯度装置也称为“固定主断面上地下垂直偶极子的电流场由公式及左图可见： a、ExP , V P b、Ex=f(x), V=(x) 当x=0时，V最大，Ex=0 表示：最高电位点两侧，电流密度方向相反（向外），在此点上电流密度为零，电流强度Ex也为零。 X=h/2时，Ex取得正负极值Exmin、max=1 P/20.86/h此两点电位梯度最

36、大，电流密度也最大。 Exmax1/h,Ex的极值随深度h的增加迅速减小（与h的立方成正比）极值也随h增加而外移。（2）旁侧线上的电流场 参照主测线Exmax=1/h,即随着远离主测线，旁侧线上的值迅速减小。.主断面上地下垂直偶极子的电流场由公式及左图可见：.2、单级梯度装置中，垂直极化球体的s曲线 （1）二次场 点电源的电流场时辐射状的非均匀场，处于该电源A正下方的球体极化情况复杂。尽管如此，实验结果表明仍然可以粗略地把它看作一个垂直均匀极化球体，这样，其二次场与垂直电流偶极子的场等效，E2x,E2y,V2的表示公式同前述公式。 （2）点电源产生的一次场 （设2=1）点电源供电时，电流密度、

37、场强向量的分布呈放射状。 主测线上的一次场强为 Ex=I1/2.1/x 旁侧线上的一次场强为 Ey=I1/2.x/(x+y) （a=3/2）它在x=y/x处取得正负极值。.2、单级梯度装置中，垂直极化球体的s曲线.主测线上垂直极化 旁侧线上垂直极化球体的s曲线分析 球体的s曲线分析主测线上的s曲线s V2/ V1=E2x/E1x 当x0时， V1。 故：s0 。当X为正时， V2和 V1都为正，故s为正。当X为负时， V2和 V1都为负，故s仍为正。 实验得出：s极大值点到A点的距离，大至等于球心的埋深h。这个特点在解释中可于考虑。旁测线上的s曲线在各条旁测线上的X=0处，虽然V1=0 , V

38、2也等于0，但是它们的比值s V2/ V1却有一确定的数值，且存在一个规律：.主测线上垂直极化 在yh的测线上， s曲线极大值逐渐减小。等s平面图s 等直线平面图上的等值线是一组同心圆。在x=x+y=h的圆周上，取得最大值。（右图下）.在yh的旁测线上，在x=0点取得极小值；在两侧各有一极大值主断面上倾斜偶极子的电流场(二)球体在供电极侧下方倾斜极化1、主测线上的电流场 由图可见：倾斜偶极子的电位（或场强）可以分解为垂直偶极子和水平偶极子的电位（或场强）两部分，这两个偶极子的电流偶极距p和p=分别为倾斜偶极子的电流偶极距p在铅垂和水平方向的投影。 由主测线上的场强和主断面内电流密度的分布可见：

39、E曲线不对称：其正极值大于负极值；极大值在倾向一侧，零值点在反倾向一侧，两者都不在偶极子中心正上方。2、旁测线上的电流场旁测线上任意点p处的场强为： Ex= Ey=与主测线的公式比较后，有以下特点：旁测线上Ex与主测线上Ex曲线形态一致，但异常展宽和减弱。同时在旁测线上出现了场强的y分量Ey。 .主断面上倾斜偶极子的电流场(二)球体在供电极侧下方倾斜极化3、单极装置中倾斜极化球体的曲线分析 sV2/ V1 = E2x/E1x 二次场与倾斜电流偶极子的场近似等效。一次场V1曲线由于考虑到21，故在正常场背景上叠加有球体的低阻异常。 s曲线不对称：在有极化球体的一侧,s曲线有“主极大值”，在供电极

40、的另一侧， s曲线有“次极大值”。 V2 的零值点和V1的电源点A处，s皆为零值。整条曲线比水平极化和垂直极化情况都复杂。值得注意的是：“主极大值”不在球心正上方，而向倾斜极化的倾向移动，且主极值点到A点的距离与球心到A极的距离相等。这就提供了用“圆弧交会法”确定球心位置和埋深的依据。.3、单极装置中倾斜极化球体的曲线分析 旁测线的结果：由于低阻吸引电流，使V1曲线不对称，s曲线在V2=0处也取得零值，在A极到旁测线最近处0点两侧，s取得大正大负的值，这是由于V1 0 引起，并非其下有高极化率的地质体，在解释中应予以注意。 归纳以上讨论，可以得到剖面平面图。如右上图. 旁测线的结果：由于低阻吸

41、引电流，使V1曲线不三、联合剖面装置曲线（一）直立矿脉的典型联合剖面曲线 我们在前面讨论电阻率法联合剖面装置在高、低阻岩矿脉上的s曲线分析及对比时，曾经提到：在良导体上联合剖面有正交点，且曲线两翼呈张开形状；而在高阻体上联合剖面曲线呈反交点，且曲线两翼呈紧闭形状。交点在导体上方的差异：低阻体的s值低于或接近于围岩电阻率值，而高阻体在导体上方则呈明显高于围岩电阻率s值。 而在我们现在要讨论的激电在联合剖面中的s异常曲线中，将出现类似电阻率法中高阻体的异常特征。（反交点顶部异常值高于围岩值等）。由等效电阻率法也可以得到解释。 下面试从电流场入手分析（只分析s曲线） 1、设直立矿脉与围岩的电性差别很

42、大： 2 1 ,且各点的供电电流I保持不变，则用三极剖面AMN观测可得到V1、 V2、s曲线。（如图）.三、联合剖面装置曲线（一）直立矿脉的典型联合剖面曲线.三极剖面的V1、 V2、s曲线图 三极剖面V2曲线上各点的V2值大小由矿体的极化情况所决定。在图b-e中绘出了几种不同电极位置的极化情况，其中V1是良导矿体电位相等的一次场等位线，它划分了矿体二次场源的正负极。 当A极离矿脉很远时，矿脉有微弱的水平极化，但由于这时MN也远离矿脉，V20（围岩极化率）。 当A极离矿脉越来越近，矿脉由水平极化逐渐过渡到垂直极化。图中绘出了A极在不同位置时，二次电流场电流密度（j2）在断面上的分布及场强(V2）

43、沿剖面的变化。 由V1与V2取比值构成s曲线。可见良导矿脉上方s异常比V2异常明显.三极剖面的V1、 V2、s曲线图 三极剖面V若脉状矿体由星散侵染状矿石构成，其电阻率与围岩相近（21），但极化率高（2 1）。则V1是一条水平直线，矿体极化情况也较简单。 V2曲线与图a近似，s ( V2/V1)曲线与V2形态相同。（二）倾斜矿脉的曲线特点 倾斜矿脉上联合剖面装置的极化率sA和sB两支曲线不对称。其特点： 1、“反交点”从矿脉顶部向倾向一侧稍有移动； 2、两支曲线的极大值大小不同，以矿脉向右方倾斜为例，有两种情况： a、对良导体，以左方供电电极的s 曲线的极大值为大，即:smax s *max

44、；（ * 号为B） b、对高阻脉，以右方供电电极的s *曲线的极大值为大，即:s*max s max 。 3、“反交点”两侧s 与s*两支曲线所包围的面积，总以倾向一侧的为大。（但这也不绝对的，有时受其他因素影响时也不一定） 倾斜矿脉的联合剖面s曲线.若脉状矿体由星散侵染状矿石构成，其电阻率与围岩相近（2 4、极大值在AOL+l时，s曲线的极大值基本不会有多大变化，最佳极距： AO=L+l其中: L为矿体走向长度的1/2, l为矿体倾向长度的1/2。 5、矿体埋深对联合剖面s曲线影响，随着埋深的加大两支曲线异常值会明显减小。见右图 需要注意的是：在野外工作中情况比较复杂，所以要选好最佳AO极距

45、或采用两种不同极距观测。并要注意围岩电性不均匀和地形影响可能引起以上特点变化，不然会造成推断倾向的错误。（三）、联合剖面在激电中的优点： 矿体埋深深浅s曲线的对比 1、使用最佳极距时，联剖所获得的s极值比中梯装置的要大，也即它的勘探深度大； 2、在复杂的地电条件下，或矿脉倾斜时，联合剖面曲线中总有一支异常很明显（明显 大于中梯）两支曲线联合解释，对确定矿脉产状等更为可靠。. 4、极大值在AOL+l时，s曲线的（三）、四、对称四极测深装置的激电异常特征在电阻率法中我们讨论了电测深法主要解决地层构造，解决比较平缓的不同电阻率地层的分布问题。比如勘探油、气、煤田的地质构造，以及用于水文、工程地质调查

46、等。那么我们现在要讨论的激发极化电测深（简称激电测深）则主要用于金属矿区的详查工作中借以确定矿体顶部埋深及了解矿体的空间赋存情况。也就是研究局部不均匀体。 （一）二层断面上的s测深曲线 与电阻率法测深相似，在二层断面上得到二层s曲线， 当AB/2 h1时， s 2 如果2 1 ,曲线为G型；反之曲线为D型。一般情况下多为G型。.四、对称四极测深装置的激电异常特征在电阻率法中我们讨论了电测三层断面的s测深K型曲线示意图（二）、三层地电断面上的s 测深曲线 当AB/2 h1时， s 2当AB/2 h1+h2 , s 3= 1 (3 = 1 )s 纯max=s max1 * a / h式中： *=

47、2 -1 （剩余极化率） 2a中间层厚度 h中间层中心埋深 当各层的极化率1 、2 和3大小 关系不同时，也会与电阻率法一样出现H、A、K、Q四种类型的激电测深曲线。我们上面只讨论了中间层为高极化率岩层的情况，同时假设上下两层的极化率皆为1 的理想情况下的K型曲线。.三层断面的s测深K型曲线示意图（二）、三层地电断面上的s低阻极化球体上不同测点的s和s测深曲线（三）、球体s 测深曲线 假设球体周围的围岩极化率为1 电阻率1，球体的极化率为2 ，电阻率为2 ，半径为a，球心埋深为h，且2 1 , 2 1 （球体低阻高极化）。 通过球心在地表的投影点0作一测线，在测线的各测点(测点到0点的距离为x

48、)上进行对称四极测深，布极方向沿测线，测得各测点的s和s测深曲线如右图 由图可以看出： 1、不同测点的测深曲线形态不同。球体上方的测点（x a） 1曲线呈K型，出现极大值;(s曲线则呈H型，出现极小值。).低阻极化球体上不同测点的s和s测深曲线（三）、球体s 球体埋深对s曲线的影响 2、距0点较远的测点的s测深曲线，尾部渐近值s尾 1,即： s尾10.7h。 3、理论和实验证明，当球体埋深h加大时，0点（球心正上方的测点）的s 测深曲线的尾部渐近值将迅速减小。s （异常最大值） = （s）尾- 1 s *（a/h）球体上方s 测深曲线具有G型“二层曲线”形态的原因在于：s = V2/ V,而V

49、2的大小与0点的电流密度j0成正比。.球体埋深对s曲线的影响 2、距0点较远的测点的s测深（四）板状极化体上s测深曲线 除在教科书P105所述低阻板状高阻板状极化体上激电测深曲线特征外，补充以下特征关系： 1、曲线特征与极化体顶部埋深及不同倾角板状体的关系不同埋深的水平板上测深曲线 不同倾角板状体上测深曲线 2、曲线形态与测深点相对极化体在地面投影位置的关系.（四）板状极化体上s测深曲线.由图可看出：1、当测深点位于“矿体”在地表投影范围之内时，不论布极方向如何，s测深曲线均为G型；2、当测深点位于“矿体”在地表投影范围之外时，如果布极方向穿过矿体上方，s测深曲线呈K型，且上倾端测点396点的

50、曲线比下倾端410点的曲线极大值显著。如果布极方向不穿过“矿体”且测深装置与“矿体”有对称关系，则由于“矿体”在旁侧影响，使s测深曲线呈G型。3、对位于“矿体”上方的测点，平行或垂直“矿体”走向布极，究竟哪个方向的s测深曲线尾部渐近值更高？这需分两种情况： 如果“矿体”为低阻（2s垂直；.由图可看出：. 如果“矿体”为高阻（2 1），则垂直走向布极的s值高，即s平行 s垂直。对高阻脉状极化体则相反。 在同一条测线的不同测点进行激电测深后，也可以绘制出s 断面图。 由于低阻的局部极化体上测深曲线为G型，故等值线断面图不具有包围低阻极化体的闭合等值线；但是实验资料表明，等值线仍然能形象地反映低阻极

51、化体的产状。 倾斜板上测深等值s断面图. 如果“矿体”为高阻（2 1），则垂直走向五、偶极装置的激电异常特征 偶极装置的观测结果主要表示为“视参数”的断面图。“视参数”用Ps表示。先介绍一下偶极装置在激电中应用的优缺点。 优点：具有异常幅度大，克服低阻覆盖层影响的能力和分辨极化体形状、产状能力较强，以及受电磁耦合干扰较小等。 缺点：偶极装置的异常比较复杂，因此要求技术人员在分析、解释资料时要充分了解其异常特点和工区地质情况。 （一）、球形极化体的偶极装置s异常特征 1、当n=1时，s剖面曲线在球心上方有一极大值，两侧各有一极小值，由于极距相对球心埋深还不够大，s异常不大。随着极距的逐渐增大，球

52、心上方的s异常极大值也会增大。 2、当n=2时，s剖面曲线在球心上方有一较大极大值，但是异常形态没有出现明显变化。 3、当n=3以后，在球心上方出现了s极小值；其两侧对称分布两个极大值，这两个极大值的出现，分别和供电偶极（AB）与测量偶极(MN)过球心上方附近有关。 再增大极距，两个极大值只稍有下降，但s极小值继续下降，最后s分解为两个独立的异常，它们接近于AB、MN分别过球体上方的中梯异常。 在拟断面图上，s异常等值线呈“背斜”形，中间有条s异常高值带，其顶部s异常最大。.五、偶极装置的激电异常特征 偶极装置的观测结果低阻极化板的s 、Ps拟断面图.低阻极化板的s 、Ps拟断面图.（二）、板

53、状极化体的偶极装置s异常特征 对于低阻板状极化体，由图（教科书P108）可以看出： 1、直立和水平产状的低阻板状极化体的视参数Ps拟断面图都是对称形； 2、直立板状体的拟断面图和球体的相似，呈“背斜”状，中间有一s异常高值带，其顶部s异常最大； 3、水平板状体Ps拟断面图则呈“八”字形，板状体处于高值异常“八”字半封闭圈之上，等值线近于水平的部位； 4、倾斜板的拟断面图不对称，外面大致为背斜状，内部s高值异常带倾斜方向与板状体倾向方向相反，即板状体位于与高值异常封闭圈相反的“背斜”一翼。 值得引起注意的是：s 、Ps拟断面图有相似的形状，但s 低阻异常与Ps高值异常相对应。.（二）、板状极化体

54、的偶极装置s异常特征 对于.对于高阻板状极化体，由图（教科书P109）可以看出： 1、水平高阻极化板的s拟断面图和直立低阻极化的s拟断面图在形态上相似； 2、直立高阻极化板的s拟断面图和水平低阻极化的s拟断面图在形态上相似； 3、倾斜高阻极化板的s断面图虽然和倾斜低阻极化板的拟断面图形态相似，但这两种极化板倾向时相反的。即低阻倾斜板状体位置和高s异常值半封闭圈倾向相反，而高阻倾斜极化板的位置和高s异常值半封闭圈位置一致。 4、高阻板状极化体的s拟断面图和s拟断面图相比，不论板状体产状如何，两种拟断面图异常形态相似。这和低阻板状体有相似的之处，不同的是，这里是s高阻异常和s高值异常相对应。.对于

55、高阻板状极化体，由图（教科书P109）可以看出： 六、地形起伏对激电异常曲 线的影响（中梯） 1、单纯的地形不会引起异常，这是激电的优点； 2、极化体在起伏地形之下时，异常的形态将发生畸变。因此在解释极化体的倾向和位置时必须充分注意。 ABD(跨度)，MNDs=V2/ V=j2.MN MN/j.MN MN = j2/j 对于山谷，（这里指山脚）的电流密度要比山脊的电流密度大，所以其极化场也就大。而二次场则在山脊时要比山谷时大，所以它的比值s值也就大。山沟地形则相反。.六、地形起伏对激电异常曲.七、激发极化法的应用（一）装置类型的选择 各类装置各有所长，也各有所短。因此在野外工作中如何选择适合的

56、当前工作需要的装置尤显重要，将直接影响到工区任务的顺利开展和经济效益。具体各装置形式的优缺点，在我们的教科书P110-111已经有了较详细的介绍，如大家在工作中需要时供参考。（二）应用实例 因为野外的时间情况非常复杂，各地的情况不尽一致，所以真正有用的实例还是在我们自己的工作实践中去找，需要做参考的，在许多参考资料里都可以找到，所以这里也不作详细介绍。.七、激发极化法的应用（一）装置类型的选择 八、激发极化法的推断解释 （一）解释推断所遵循的原则 1、搞清楚所有异常的来源，以便综合利用物探成果。 A、区分有意义异常和无意义异常（矿异常，非矿异常）； B、区分异矿构造与储矿构造，大中小矿综合利用

57、。 2、要综合各种物化探的异常和已知的地质情况及物性资料进行全面研究。 只相信一种物探方法的异常，不研究各种方法的异常是错误的；只相信物探异常，不相信其他方法的异常或过分夸大、迷信之也是错误的。 3、要不断进行解释推断，边进行工作边进行推断，随时进行工作验证，把工作质量向高一步、深一步的精度进行，以提高工作和技术质量。 （二）解释推断的一般方法 1、从已知到未知的方法：从已知的地质工作经验、资料中去取精去粗，找到一般规律，应用到未知的工作区，但不能生搬硬套，要根据实际情况把已知区的条件和未知区的实际条件加以比较，切实做好当地实际工作，才进行解释推断。.八、激发极化法的推断解释 （一）解释推断所

58、遵循的原 2、将异常分类，有重点、有步骤的研究异常 3、根据工作需要和可能，进行定量、半定量计算。进行定量计算的目的： a、确定矿体的埋深、倾向及大小，以便做好进一步的后续工作； b、确定物探异常是否由已知地质体引起的； c、根据定量计算，绘制地质剖面图。（三）异常的分类 对异常分类以后，掌握异常的等次比较容易，叙述、解释异常时比较有利于条理化、全面及方便。 在大面积普查金属矿工作完成之后，有关技术人员要确定那些异常值得注意，往往根据异常分布的面积大小来划分异常那些是属区域，那些属局部异常。 在详查中，综合研究比普查时要复杂得多，工作也要求更细致一些。这时物探成果综合分析研究的目的，主要是确定

59、每一类异常特点与地质原因之间的关系，推断解释引起异常的地质原因，从而根据异常的分布规律，结合地质和物性资料对工区地质构造，物探方面的找矿规律，找出有希望的地带，及有可能时对金属矿体的产状、空间位置等作出必要的推断结论。. 2、将异常分类，有重点、有步骤的研究异常 所谓异常的特点，既是指异常的强度、背景值、极大值、极小值，异常的宽度、分布范围，异常的外形、走向，异常的梯度变化及其稳定性等。经过这样的分类之后，人们对工区的各种异常的特点将会有一个较清晰的概念，能够肯定引起异常的地质体的部分性质。这种分类法称作：个别物探异常分类。 第二阶段，是研究各种异常的相互关系，确定产生异常的地球物理原因。这时

60、的分类目的，是把各种方法的异常在空间或地表的分布关系联系起来，分类的标准是各种方法异常的组合关系。经过这样分类以后，人们对工区内各种方法之间的相互关系，就能够比较容易的掌握，能够肯定产生异常的地质体的物理性质，为异常的地质解释创造条件。这种分类叫组合异常分类。 组合研究的最后一个阶段，是研究引起异常的地质原因，确定异常和地质构造、地层分布及金属矿床分布之间的关系。这时的异常分类目的是归纳不同地质体所引起的异常，进行分类时要考虑到1、地质材料，2、物性材料，3、各种异常特点，4、不同方法异常之间的关系等等。这时的异常分类标准是那些异常是地层引起的，那些异常是岩脉引起的，那些异常是金属矿引起的，那