浅谈激发极化法

2013-01-25孟建国

吉林地质 2013年2期

孟建国

吉林省煤田地质物探公司，吉林长春1 30031

1 激发极化法概述

激发极化现象是一种由于在地下介质中通外电流，而引起的复杂电化学变化并形成一种极化电场的现象，由于此现象的存在，在一些特定地点，如矿石附近，我们可以探测到极化电场产生的电势差，即激电压差，得到的探测结果可以用来判断在测试地点的含水量或金属矿石含量等地质特点，这种物理探测方法被称为激发极化法，简称激电法。激电法现被应用于金属、石油等矿产资源以及地下水等方面的探测，是目前最有效的地球物理勘探方法之一，虽然此方法应用较广泛，但对其原理解释是有较强的专业性。

根据激发电流不同，该方法分为直流激电法和交流激电法。交流激电法较直流激电法具有设备更轻便，所需激发电流小等优点，直流激电法具有以下优点，更可能发现较小的地质目标，勘探深度大，更有效的避免电磁耦合干扰等，因此直流激电法在我国很多地区用来进行探测。

2 直流激电法探测原理

参照图1 所示，直流激电法测量电路，激电法测量操作过程如下，首先，闭合控制电源的通、断开关K。，并保持一段时间，随后，断开开关K。，并在上述两过程中记录电压表V 示数△U。

在此过程中，不同的地下岩石具有不同且相对规律的导电性，分别表现为“绝缘体”，“离子导体”或“半导体”，其中大多数在岩体内和岩石空隙中的固体物质属于“绝缘体”，填充在岩石孔隙中的电解液为“离子导体”，而矿石导电性类似“半导体”，且通过电子，以及岩石颗粒吸附的离子来导电，激发极化现象则发生在“半导体”和“导体”之间，即矿石和电解液之间的边界层，该边界层在充放电过程中表现出的电学性质类似于“电容”，但电容值极大。

图1 直流激电法原理图Fig.1 Principle diagram of the DC IP method

根据上述性质，在图1 中当开关K。闭合后，MN 区域的岩石通电并立刻形成人工电场，（一次电场），且在该电场激发下岩石内部和四周会出现电荷分离和极化的现象，形成随时间逐渐增长的极化电场（二次电场）。当开关K。断开后，一次电场会突然消失，而二次电场则会随时间逐渐减小至消失。

上述激发极化法得到的测量电压随时间变化的曲线，如图2。

图2 直流激电法△U/t 图Fig.2 The DC IP method △U/t

图2 中，定义充电过程的电压变化曲线为充电曲线和放电过程的为放电曲线，即图中存在一点使得两曲线关于该点中心对称。△U1和△U2分别表示一次电场和二次电场产生的电压，△U 表示总电场电压，即△U1和△U2之和。同时，我们定义视极化率表示被测岩石产生激发极化现象的程度，它等于二次电场产生的最大电压△U2与总电场产生的最大电压△U 的比位，即表示为

3 影响岩、矿石极化率的因素

自然界中，有的岩石含较多的电子导电矿物，但极化率并不太高，有的岩石只含微量电子导体，极化率却很高，这说明影响极化率的因素很复杂。

影响矿化岩矿石极化率的主要因素有：岩矿的结构构造，电子导体含量的多少，电子导体成分，离子通道的大小与连通情况等，其中以岩矿结构构造和离子通道情况影响最大。实际工作中遇到一些岩石如：硅质岩、硅化大理岩、橄榄岩、角岩等的极化率很高。肉眼虽见不到金属矿物颗粒，但镜下能看见有雾状分布的石墨或黄铁矿，磁铁矿，如含量仅有3%～4%,极化率可高达60%～70%, 有的含量极微,而极化率可达10%左右。