淺談激發(fā)極化法

孟建國

吉林省煤田地質(zhì)物探公司， 吉林 長春1 30031

1 激發(fā)極化法概述

激發(fā)極化現(xiàn)象是一種由于在地下介質(zhì)中通外電流，而引起的復雜電化學變化并形成一種極化電場的現(xiàn)象，由于此現(xiàn)象的存在，在一些特定地點，如礦石附近，我們可以探測到極化電場產(chǎn)生的電勢差，即激電壓差，得到的探測結(jié)果可以用來判斷在測試地點的含水量或金屬礦石含量等地質(zhì)特點，這種物理探測方法被稱為激發(fā)極化法，簡稱激電法。激電法現(xiàn)被應用于金屬、石油等礦產(chǎn)資源以及地下水等方面的探測，是目前最有效的地球物理勘探方法之一，雖然此方法應用較廣泛，但對其原理解釋是有較強的專業(yè)性。

根據(jù)激發(fā)電流不同，該方法分為直流激電法和交流激電法。交流激電法較直流激電法具有設備更輕便，所需激發(fā)電流小等優(yōu)點，直流激電法具有以下優(yōu)點，更可能發(fā)現(xiàn)較小的地質(zhì)目標，勘探深度大，更有效的避免電磁耦合干擾等，因此直流激電法在我國很多地區(qū)用來進行探測。

2 直流激電法探測原理

參照圖1 所示，直流激電法測量電路，激電法測量操作過程如下，首先，閉合控制電源的通、斷開關K。，并保持一段時間，隨后，斷開開關K。，并在上述兩過程中記錄電壓表V 示數(shù)△U。

在此過程中，不同的地下巖石具有不同且相對規(guī)律的導電性，分別表現(xiàn)為“絕緣體”，“離子導體”或“半導體”，其中大多數(shù)在巖體內(nèi)和巖石空隙中的固體物質(zhì)屬于“絕緣體”，填充在巖石孔隙中的電解液為“離子導體”，而礦石導電性類似“半導體”，且通過電子，以及巖石顆粒吸附的離子來導電，激發(fā)極化現(xiàn)象則發(fā)生在“半導體”和“導體”之間，即礦石和電解液之間的邊界層，該邊界層在充放電過程中表現(xiàn)出的電學性質(zhì)類似于“電容”，但電容值極大。

圖1 直流激電法原理圖Fig.1 Principle diagram of the DC IP method

根據(jù)上述性質(zhì)，在圖1 中當開關K。閉合后，MN 區(qū)域的巖石通電并立刻形成人工電場，（一次電場），且在該電場激發(fā)下巖石內(nèi)部和四周會出現(xiàn)電荷分離和極化的現(xiàn)象，形成隨時間逐漸增長的極化電場（二次電場）。當開關K。斷開后，一次電場會突然消失，而二次電場則會隨時間逐漸減小至消失。

上述激發(fā)極化法得到的測量電壓隨時間變化的曲線，如圖2。

圖2 直流激電法△U/t 圖Fig.2 The DC IP method △U/t

圖2 中，定義充電過程的電壓變化曲線為充電曲線和放電過程的為放電曲線，即圖中存在一點使得兩曲線關于該點中心對稱。△U1和△U2分別表示一次電場和二次電場產(chǎn)生的電壓，△U 表示總電場電壓，即△U1和△U2之和。同時，我們定義視極化率表示被測巖石產(chǎn)生激發(fā)極化現(xiàn)象的程度，它等于二次電場產(chǎn)生的最大電壓△U2與總電場產(chǎn)生的最大電壓△U 的比位，即表示為

3 影響巖、礦石極化率的因素

自然界中，有的巖石含較多的電子導電礦物，但極化率并不太高，有的巖石只含微量電子導體，極化率卻很高，這說明影響極化率的因素很復雜。

影響礦化巖礦石極化率的主要因素有：巖礦的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，電子導體含量的多少，電子導體成分，離子通道的大小與連通情況等，其中以巖礦結(jié)構(gòu)構(gòu)造和離子通道情況影響最大。實際工作中遇到一些巖石如：硅質(zhì)巖、硅化大理巖、橄欖巖、角巖等的極化率很高。肉眼雖見不到金屬礦物顆粒，但鏡下能看見有霧狀分布的石墨或黃鐵礦，磁鐵礦，如含量僅有3%～4%,極化率可高達60%～70%, 有的含量極微,而極化率可達10%左右。

4 野外工作方法

應用激發(fā)極化法的前提條件是，被探測地質(zhì)體與圍巖極化率有顯著的差別，極化體相對于埋藏深度應具有一定規(guī)模，被探測地質(zhì)體的異常能從干擾體異常背景中區(qū)分顯示出來。正確地確定工作任務是保證工作順利進行和取得顯著效果的重要環(huán)節(jié)，為此必須具備一定的地質(zhì)條件和地球物理前提，這些條件是：

（1）被尋找的地質(zhì)對象和圍巖間應有電化學活動性的差異,一般電子導電礦物都具有較強的電化學活動性,因此在銅,鉛,矽等硫化礦及磁鐵礦床上激發(fā)極化法經(jīng)?？梢缘玫搅己玫牡刭|(zhì)效果。

（2）被尋找的地質(zhì)對象如果埋藏較深，勘探能力不一定能達到。

（3）激發(fā)極化法測區(qū)布置原則與其它物探方法相同，剖面方向應盡可能垂直礦體走向，測線間距取決于礦體長度，測點距取決于礦體埋深和寬度。

5 資料整理與結(jié)果解釋

解釋推斷的任務是弄清電法資料所能說明的地質(zhì)問題，一般分為定性解釋和定量解釋兩部分。

進行資料整理與結(jié)果解釋時，應注意以下幾點：（1）要充分掌握和熟悉工區(qū)的地質(zhì)，物探，化探和物性資料，必須到現(xiàn)場進行實地研究。

（2）解釋推斷所需的圖件應齊全，測網(wǎng)關系應明確，異常位置，重要山地工程和地物標志應清楚，保證工作質(zhì)量和圖件質(zhì)量。

（3）熟悉和掌握激發(fā)極化法各種排列在各種情況下的異常特征。

（4）邊生產(chǎn)，邊解釋，根據(jù)解釋出現(xiàn)的問題要補充一些野外工作，反復實踐，加深認識。

[1] 王秀芳,袁 方.電法勘探[M].西安地質(zhì)學院,長春地質(zhì)學院,1989.