激发极化法应用探析及前景展望剖析.docx

中 国 地 质 大 学研究生课程论文封面课程名称 资源勘查技术进展 教师姓名 魏俊浩、陈守余 研究生姓名 廖鹏程 研究生学号 1201411131 研究生专业 矿产普查与勘探 所在院系 资源学院 类别: A.博士 √B.硕士 C.进修生 日期: 2015 年 5 月 23 日 评 语对课程论文的评语:平时成绩：课程论文成绩：总 成 绩：评阅人签名：注：1、无评阅人签名成绩无效；2、必须用钢笔或圆珠笔批阅，用铅笔阅卷无效；3、如有平时成绩，必须在上面评分表中标出，并计算入总成绩激发极化法应用探析及前景展望姓名：廖鹏程 学号1201411131摘要：激发极化法是一种近年来电法勘探领域发展较快的一种重要方法，也是探测深部和隐伏矿的有效方法之一，其以激发极化效应为理论基础，主要通过激电中梯面积性测量可圈定异常的分布范围及形态特征，采用激电测深可了解异常体的埋深及空间赋存形态本文主要对激发极化法的基本原理、测量装置、方法技术、应用条件及对象、野外工作方法、存在问题和发展前景等方面做简要的介绍，以期促进对该方法的了解。

关键词：激发极化法；理论与应用；存在问题；前景展望一前言激发极化法是以岩 ( 矿 ) 石、水的激发极化效应的差异为物性前提，用人工地下直流电流激发, 以某种极距的装置形式，研究地下横、纵向激发极化效应的变化，以查明矿产资源和有关地质问题的方法(袁桂琴等,2011; 毕明光,2015)激发激化法作为一种找矿方法在我国的推广应用开始于上世纪五十年代中期，随后经过一定的试验研究后在全国范围内逐步得到推广当时，激发激化法主要是以直流（时间域）激电法为主，剖面装置多为中间梯度，测深装置多为对称四极，测量技术采用长脉冲或双向短脉冲经过长期的应用与研究后，取得了许多重要成果后来才陆续发展了交流激电法、双频激电法及频谱激电法 目前激发极化法的应用范围已相当广泛，近半个世纪以来的大量实践结果证明，激发极化法是勘查各类金属矿产的主要方法，尤其是对电阻率与围岩相差不大的浸染型金属矿床而言，与电阻率法和电磁法相比更为有效激发极化法按场源分类一般分为直流激发激化法和交流激发极化法，常用的电极排列有中间梯度排列、联合剖面排列、固定点电源排列、对称四极测深排列等(蔡运胜等,2012)二、基本原理激发极化法是根据电子导电矿体在人工电场的激发下产生物理和电化学的激发极化效应，以寻找金属矿体的方法。

2.1 激发极化效应对地下地质体供入一直流脉冲△V1，在供电电流不变的情况下，可观测到如下现象：地面上两个测量电极的电位差△V随时间增加，而在几分钟后趋于一稳定值（饱和值）在断开供电电流后，会发现测量电极间仍存在一个随时间变化而减小的微小电位差，并在最初一瞬间快速衰减，到一定数值后，衰减速度变慢，经几秒钟甚至几分钟后可衰减至零（图2.1）(张聚成,2012)在刚接通供电电流的瞬间，从测量电极间建立的电位差不包含激发极化效应，它只与电阻率、供电电流及观测装置有关，称为一次场电位差△V1；而断电后观测到的衰减电场称为二次场△V2，它是由电化学过程产生的极化场供电一段时间后的电位差，除含有上述一次场外，还包含了激发极化效应，称为“极化场电位差△V”，它是一次场和二次场的总和即：△V= △V1+△V2 地下地质体具有的充放电特性类似于蓄电池的贮藏电能特性，这是复杂的物理化学作用形成的这种现象称为激发极化效应（简称激电效应）图 2.1 激发极化充电、放电曲线2.2测量参数 激发极化法就是研究地下地质体激发极化效应的方法，它的测量参数主要为极化率参数 2.2.1 极化率：为了表证岩矿等地质体激发极化效应的相对强度，通常用二次场的峰值电位差与一次场的电位差之百分数来表示，并命名为极化率η：η=△V2/△V1×100%。

2.2.2 视极化率：对于不均匀介质的极化率测量则要引入视极化率的概念，用ηs表示由于△V1≥△V2，故△V1≈△V，为方便起见，常用供电时的△V值除断电瞬间的峰值△V2在百分比表示：ηs=△V2/△V×100%岩（矿）石的极化率是电法勘探的重要参数之一，它的大小与岩（矿）石的湿度、粘土矿物的含量、孔隙水矿化度等因素有关 2.2.3 激发极化效应的机制 在外加电场的作用下，正常溶液中的正离子沿着电场方向移动，负离子逆着电场方向移动，形成电流但如果在窄孔隙中情况则有些不同，在扩散区中负离子很少，所以在电流的流入端，由于流走的负离子得不到充分的补充，所以负离子的浓度变小；在电流的流出端，逆着电流方向而来的负离子，由于受到带负电的粘土的排斥，很难通过窄孔隙，所以在那里形成了负离子的堆积总之，在电流流入端，由于负离子缺少，带正电；在电流流出端，由于负离子堆积，带负电，这就产生了激发极化激发极化现象是地质体普遍存在的现象，一些金属矿床和含水的砂砾石都有比较明显的激发极化现象，只是它们产生的机理不同，二次场的大小有别，衰减快慢不一样，正是由于不同的地质体的激发极化特性不同，因此我们可以利用它来寻找地下隐伏矿体。

这种勘探方法称为“激发极化法”2.3方法各论目前使用的激发极化方法不少，其原理都可以归为“时间域激电”和“频率域激电”两类2.3.1时间域激电法（TDIP）:是指以一定的方式人工向地下供直流电，通过观测测量电极间总场电位差和断电后的二次放电曲线，来研究地下岩矿石的激发极化效应，以达到査明和解决相关地质问题（图2.2）时间域激电法就是根据激电场随时间的衰减变化来研究激发极化效应在时间域激发极化法中常用的参数有：视极化率ηs和视充电率Ms图2.2 时间域激电法原理图2.3.2频率域激电法：是在交变电流激发极化下,根据激电场随频率的变化来研宄岩矿石的激发极化效应交流激电常用的基本观测参数有:视电阻率ρs、视幅频率Fs频率域激电法根据发展历程和观测参数不同又可分为:变频法、相位激电法、双频激电法变频法: 变频法的工作方法是在工作中选择合适的两个频率(FG、FD)，每个测点分别进行供电、测量(∆UG, ∆UD)用公式:∆UG∆UD×100%计算视幅频率Fs该方法主要的问题和缺点不同频率电流波形，大小不可能一致，视幅频率在不同的时间测量的，受到的干扰也不相同外界输电线或者噪声干扰在不同观测时刻影响也不同，干扰影响难以校正且观测精度较低。

相位激电法:相位激电法观测的是测量电极间的电位差相对于供电电流的相位移对于一定的频率，激电效应越弱，相位移就越小；反之，就越强激电异常不受地形的影响属于观测纯异常，在野外干扰较小的地区，相位激电法可以经过试验在一个适当的频率观测目前，相位激电法电磁稱合校正的方法主要有：次多项式校正法、幕函数校正法、激电相位谱的计算法由于相位激电法一般只在少数的几个频率观测，提供的信息量相对较小，校正也只是使用简单的函数来逼近激电效应，很多时候不能满足评价激电异常和进行电磁稱合的校正,校正效果有待提高双频激电法:是把两种频率的电流叠加起来，同时向地下供高、低两种频率的电流，一次同时测量高频总场电位差和低频总场电位差，然后计算出视电阻率和视幅频率对于视电阻率的计算，可以计算高频视电阻率和低频视电阻率，在激化效应较强的地方，由于ρsD中含有较强的激化效应，导致计算的极化体视电阻率值发生畸变，所以一般用高频激发总场计算视电阻率综上所述，时间域激发极化法和频率域激激发极化法各有自己的优缺点：(1)在观测技术上，时间域激电法观测断电期间随时间衰减变化的二次场；频率域激电法观测指定频率的激电总场电位差时间域激电仪接受了观测期间所有的感应电信号；而频率域激电法由于采用选频电子线路，相对时间域激电接收机而言具有较强的抗干扰能力，这一方面频率域激电比时间域激电具有一定的优势。

2)时间域激电法能在断开供电电源后利用激电二次场随时间衰减特性，研究地下岩矿石的电化学充、放电特性方面，时间域激电法优于频率域激电法3)时间域激电法相对频率域电法而言，可以从不同角度，不同方面去研究电子或者离子导体的电化学场的特征，多角度地分析、评价激电异常4)时间域激电法可用长脉冲供电，可以尽可能地延长充电时间，在较长的时间内研究激电异常场，最大限度的发现小的目标异常体三、应用条件应用激发极化法的前提条件是，被探测地质体与围岩极化率有显著的差别，极化体相对于埋藏深度应具有一定规模，被探测地质体的异常能从干扰体异常背景中区分显示出来正确地确定工作任务是保证工作顺利进行和取得显著效果的重要环节，为此必须具备一定的地质条件和地球物理前提，这些条件是 ：　　（1）被寻找的地质对象和围岩间应有电化学活动性的差异 , 一般电子导电矿物都具有较强的电化学活动性，因此在铜，铅，锌等硫化矿及磁铁矿床上激发极化法经常可以得到良好的地质效果　　（2）被寻找的地质对象如果埋藏较深，勘探能力不一定能达到　（3）激发极化法测区布置原则与其它物探方法相同，剖面方向应尽可能垂直矿体走向，测线间距取决于矿体长度，测点距取决于矿体埋深和宽度。

激发极化法所采用的电极排列装置主要有联合剖面装置、中间梯度装置和直流激电测深装置，不同的电极排列装置用于解决不同的地质问题这些装置在简单几何形状地质体上的 ηs曲线形态特征可以用来解决地质和找矿问题3.1 联合剖面法 联合剖面法是两个三极排列AMN∞和∞MNB的联合采用联合剖面装置时，可以用 A 电极，也可以用 B 电供电，而A和B有一个共同的无穷远电极C也就是当A或B供电时，供电回路中另一电极C位于无穷远如果以O表示测量电极M和N的中点，则在联合剖面装置的四个电极 A、M、N和B位于同一直线上（这条直线就是测线），且 AO＝BO无穷远电极C一般敷设在测线的中垂线上，与测线之间的距离大于AO的五倍（CO＞5·AO）工作中将 AMNB四个电极沿测线一起移动，并保持各电极间距离不变，中点O 就作为测点的位置这种装置一般用于寻找陡倾的脉状或层状金属矿体，主要用于确定矿体顶部位置和倾斜方向等不同形态矿体，采用联合剖面法所测得ηs曲线形态如表3-1所示表3-1联合剖面法不同形态矿体 ηs曲线特征3.2 中间梯度法 中间梯度法装置，它是利用两个电极A和B供电，另两个电极M和N进行测量其特点是，供电电极距AB很大，AB>>MN，一般AB＝（30～50）MN；在工作中A和B是固定不动的，M和N则在AB之间中部的1/3范围内逐点移动进行观测。

其生产效率较高，目前以成为勘查找矿中普遍采用的装置不同形态矿体，采用中间梯度法所测得ηs曲线形态如表3-2所示(张聚成,2012)表3-2中间梯度法不同形态矿体 ηs曲线特征3.3 激发极化测深 在金属矿床的祥查阶段，可以利用直流测深装置估计矿体顶部埋深，确定矿体的倾斜方向等模型实验和野外实践都证明，当测深点位于矿体的正上方时，ηs曲线的特征与矿体埋深有密切的关系当测深点位于矿体在地表投影位置时，ηs曲线随电极距（AB/2）的增大而上升，并在电极距增大到一定程度时达到饱和值或极大值且对于板状矿体而言，ηs曲线前支转折点附近的AB/2值与矿体顶部的埋藏深度很相近，ηs曲线趋于饱和值 AB/2 时的极距则与5h-6h相近利用激发极化测深 ηs曲线的类型和 ηs等值线断面图（见图3-1、图3-2）还可以确定矿体的倾斜方向当测深装置的AB极布置方向垂直倾斜模型（或矿体）的走向方向时，在模型顶部和两侧布置。