淺談激發極化法

孟建國

吉林省煤田地質物探公司， 吉林 長春1 30031

1 激發極化法概述

激發極化現象是一種由于在地下介質中通外電流，而引起的復雜電化學變化并形成一種極化電場的現象，由于此現象的存在，在一些特定地點，如礦石附近，我們可以探測到極化電場產生的電勢差，即激電壓差，得到的探測結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特點，這種物理探測方法被稱為激發極化法，簡稱激電法。激電法現被應用于金屬、石油等礦產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性。

根據激發電流不同，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，所需激發電流小等優點，直流激電法具有以下優點，更可能發現較小的地質目標，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△U。

在此過程中，不同的地下巖石具有不同且相對規律的導電性，分別表現為“絕緣體”，“離子導體”或“半導體”，其中大多數在巖體內和巖石空隙中的固體物質屬于“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，激發極化現象則發生在“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出的電學性質類似于“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

根據上述性質，在圖1 中當開關K。閉合后，MN 區域的巖石通電并立刻形成人工電場，（一次電場），且在該電場激發下巖石內部和四周會出現電荷分離和極化的現象，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生激發極化現象的程度，它等于二次電場產生的最大電壓△U2與總電場產生的最大電壓△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：巖礦的結構構造，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，其中以巖礦結構構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

應用激發極化法的前提條件是，被探測地質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模，被探測地質體的異常能從干擾體異常背景中區分顯示出來。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節，為此必須具備一定的地質條件和地球物理前提，這些條件是：

（1）被尋找的地質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極化法經常可以得到良好的地質效果。

（2）被尋找的地質對象如果埋藏較深，勘探能力不一定能達到。

（3）激發極化法測區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 資料整理與結果解釋

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

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

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

（3）熟悉和掌握激發極化法各種排列在各種情況下的異常特征。

（4）邊生產，邊解釋，根據解釋出現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].西安地質學院,長春地質學院,1989.