极化水平层上天然场源激电测深的理论研究

当 m 0 时, 随频率降低( 或周期加大) , 电阻率曲线 呈 G 型, 相位曲线呈 H 型, 并且随着 m 的增加, 曲
线变化幅度增大。由图还可看出, 相位曲线的极小
点始终与电阻率曲线的最大斜率点相对应。以上规
律说明, 所采用的计算方法是正确的, 计算结果也 是合理的。
3 中间为极化层的三层水平地层理论计算
下, 其最大值为 1. 43, 相对异常达 43% 。计算表明,
当极化层电阻率为 2= 5 ∋%m 时, 其最大相对异常
可达 70% 。
对图 4 的相位测深曲线而言, 此时含激电信息
的
&
* T
曲线虽与 只有导电 信息的
&T
曲线类型 相
同, 但在低频( 长周期) 段内,
&
* T
在 &T
背景上有反
映激电信息的正弦型异常存在。同理, 如将 &T 曲
m, 计算结果如图 5 所示。由图可见, 在 A 型电阻率
断面情况下, 无论是
* T
和

T
曲线 还是
&
* T
和 &T
曲线, 均无明显差别, 因此反映激电信息的 B T 和
( &T 参数之异常值都很小。说明 A 型断面对发现
极化层是不利的。
3. 4 ( K) 型断面( 1< 2> 3)
取 1= 3= 100 ∋%m, 2= 500 ∋%m, 计算结果
Dias 模型的复电阻率数学表达式为
( )=
0 1- m 1- 1+ i
1 ( 1+ 1/ !)
, ( 1)
式中, m 为最大充电率; o 为直流电阻率,
图 1 Dias 模型矿化岩石单元及等效电路 a ! 矿化岩石单元 ; b ! 等效电路
= rCdr ; = ( 1/ ∀) ( 1 - ∀) / ( 1- m ) ; != i + ( i ∀) 1/ 2; # = 2 #2,
( 2) 由于激电效应产生于低频和超低频段, 而天 然场源的穿透深度是随频率的降低而加大的, 因此 利用天然场源做激电测深, 有利于找深矿、大矿。
( 3) 对所论三层水平地层中间层为极化层的情 况研究表明, 电阻率断面类型的影响是不可忽视的。 相对于电阻率均匀的 ( O) 型断面而言, ( H ) 型断 面的激电异常最大, 反映极化层的能力最强; ( K) 型断面的激电异常最小, 反映极化层的能力最差; ( A) 型和 ( Q) 型断面则介于二者之间。
第 27 卷第 4 期 2003 年 8 月
物 探与化探
GEOPHYSI CAL & GEOCHEM ICAL EXPL ORAT ION
V ol. 27, N o. 4 Aug . , 2003
极化水平层上天然场源激电测深的理论研究
李金铭1, 陈清礼1, 杨冠鼎2, 陆桂福2
( 1. 中国地质大学, 北京 100083; 2. 中国地质科学院 地球物理地球化学勘查研究所, 河北 廊坊 065000)
为了解含激电信息的一维大地电磁激电测深与
电阻率断面类型的关系, 我们以三层水平地层只有
中间层为极化层的模型为例, 对 5 种电阻率断面进 行了理论计算。计算时取第一层厚度 h1= 200 m, 第 二层厚度 h2= 400m; m1= m3= 0, m2= 0. 5和 m 2= 0; = 0. 5 s, #= 9 s- 1/ 2, ∀= 0. 2。
小, 因此 Q 型断面对发现极化层也是不利的。
图 5 ( A) 型模型计算结果
图 6 ( H) 型模型计算结果
图 7 ( Q) 型模型计算结果
总之, 通过以上理论研究结果可以看出, 电阻率 之间。实际工作中, 为了从大地电磁资料中提取激
断面类型对天然场源激电测深异常的影响是不可忽 电异常, 可在极化带或矿化岩层以外的正常场上选
阻率表达式为
Z
0 1
=
|
Z
0 1
|
e- i∃/ 4,
= 1/ (
!0)
|
Z
0 1
|
2,
( 2)
式中| Z01| = !0 。由上式可知, 均匀大地的阻抗
相位为 ∃/ 4。
对于水平层状大地而言, 其视电阻率和复阻抗
傅良魁, 等. 被动源激发极化法( 学科生长点项目成果报告) . 中国地质大学( 北京) , 1995. 收稿日期: 2003- 02- 25
如图 6 所示。由图可见, 在当前条件下,
* T
和
T曲
线、&*T 和 &T 曲线皆近于重合, 因此 B T 和 ( &T
曲线几乎无异常反映。说明 K 型断面对发现极化
层更不利。
3. 5 ( Q) 型断面( 1> 2> 3) 取 1= 100 ∋%m, 2= 50 ∋%m, 3= 10 ∋%m, 计
算结果如图 7 所示。由图可见, 对 Q 型断面而言, 其激电信 息的显示 程度与 A 型 断面类 似, 异 常很
说明是否有极化层。如果将图中无激电信息的 T 曲线看作是在远离极化体的正常场( 只有导电层) 上
观测到的, 那么取各相应频点的视电阻率比值
B T=
* T
/
T , 则正如图中所示, 在低频( 长周期) 段
内有 B T > 1 的极大值异常。由于背景值 B T = 1,
所以反映激电信息 的异常十分清 晰。在当前 条件
3. 1 ( O) 型断面( 1= 2= 3) 图 3 为 ( O) 型水平极化层上的视电阻率和阻
抗相位大地电磁激电测深理论计算曲线, 取 1= 2=
3= 100 ∋%m 。由图可见, m 2= 0 时, 视电阻率 T
测深曲线为一条直线( T = 100 ∋%m) ; 而当 m 2= 0.
5 时,
* T
其中, 为时间 常数, # 为电化学系数, #= a/ r , a 为实数; ∀为受极化源影响的孔隙电阻比, ∀= r / ( r + Rs ) , 0 ∃ ∀< 1, = 2∃f 。
2 理论计算方法
由大地电磁理论可知[ 8, 9] , 在平面 电磁波场作
用下, 电阻率为 的均匀大地表面上之复阻抗和电
1 Dias 模型
该模型是近年由 C. A. Dias 提出的一种用来描
述矿化岩石激发极化效应的新的数学模型[ 7] , 它与
Cole Cole 模型相比虽大同小异, 但对激发极化效应
的描述更接近实际, 因此我们采用 Dias 模型进行激
发极化的理论计算。图 1 所示为该模型的矿化岩石
单元及其等效电路。
测深曲线则呈 K 型, 有极大值出现, 反映了
极化层的存在。当取 B T =
* T
/
T
的比值作图时
可以看出, 在异常以外的高频段( 短周期) 有 B T =
1, 在出现异常的 低频段( 长周期) 内则有 B T > 1。
由于比值曲线反映的是异常与正常的相对变化, 所
以它能更直接地指明极化层的存在。
图 2 不同 m 的 T 振幅和 &T 频谱曲线
比较好的, 方法是可行的。
5 结论
( 1) 通过以上理论研究和野外试验可以说明, 利 用天然场源做激电测深是可行的。实际工作中, 为 了从大地电磁测深资料中提取激电异常, 可在极化 带或矿化岩层以外的正常场上选定一个测深点作为 基点, 然后整理出极化区内观测剖面上各测深点与 基点相应频点的视电阻率振幅比和阻抗相位差作为 激电参数, 便可给出激电测深曲线并绘制拟断面图。
% 282 %
物探与化探
27 卷
m, 计算结果如图 4 所示。由图可 见, 此时 m 2 = 0
的 T 曲线和 m 2 = 0. 5 的
* T
曲线均为 H 型, 但在
低频( 长周期) 段有
* T
>
T , 说明在深部有极化层
存在。然而在实际工作中, 在 1 个测深点上只能得
到 1 条测深曲线, 因此很难根据这 1 条测深曲线来
和 ( &T =
&
* T
-
&T 作为激电参数, 便可给出激电测
深曲线和绘制拟断面图。
4期
李金铭等: 极化水平层上天然场源激电测深的理 论研究
% 283 %
4 铅锌矿上的试验结果
位于河北省境内的蔡家营铅锌矿是一个火山热 液型多金属矿床。区内矿石为低阻高极化, 与围岩 电性差异明显, 矿化岩石也有较高极化率。该区以 往曾做过时间域激电测量, 为便于对比, 本次选定 ( 矿带的 500 线作为试验剖 面, 采用 GM S05 仪 器观 测, 频率范围为 0. 25~ 256 Hz。图 8c 所示为时间域 激电中梯的视充电率( M s ) 和视电阻率( s ) 剖面曲 线, 图中 85~ 120 点的异常与主矿体相对应, 而 140 点附近的异常则与浅部矿体及其周围的黄铁矿化有 关。本区视电阻率值受覆盖层影响较大, 低电阻率 异常往往与覆盖层加厚有关。
图 3 ( O) 型模型计算结果
图 4 ( H) 型模型计算结果
由图 3 中的阻抗相位曲线可知, 对于 m 2= 0 的
情况, 相位 &T = 45&, 为一条 直线; 而当 m 2 = 0. 5
时,
&
* T
曲线则呈正弦型, 其过 45&直线的频点与
* T
曲线极大值频点相对应, 而其极小和极大值频点则
线看作是正常场的观测结果, 当取各相应频点的相 位差 ( &T = &*T - &T 时, 则会得到一条背 景值为
0&的呈正弦型变化的 ( &T 异常曲线。在当前条件
下, 最大异常可达 ∋ 5&。
3. 3 ( A) 型断面( 1< 2< 3)
取 1= 100 ∋%m, 2= 500 ∋%m, 3= 1 000 ∋%
视的。研究表明, 相对于电阻率均匀的 ( O) 型断面 而言, ( H ) 型断面的激电异常最大, 反映极化层的
定一个测深点作为基点, 然后整理出极化区内观测
剖面 上各测深点与 基点相应频点 的 B T =
* T
/
T
能力最强; ( K) 型断面的激电异常最小, 反映极化 层的能力最差; ( A) 型和 ( Q) 型断面则介于二者
摘 要: 采用 Dias 模型表征介质的激电效应 , 对三层水平地层中间层为极化层的天然电磁场源激 电测深之视电阻率
及阻 抗相位进行了理论计算。利用中间层充电率 m 2 0 和 m 2= 0 时相同频率的视电阻率振幅比和 阻抗相位差 作 为提 取激电效应的参数, 重点讨论了不同电阻率断 面类型 对激电 测深异 常的影 响。最后, 给出了 在一个 已知铅 锌
与
* T
曲线的最大斜率频点相对应, 说明
&
* T
曲线
反映了
* T
曲线的斜率变化。可见, 由相位曲 线也
能指明极化层的存在。 如取各相应频点的相位差 ( & = &*T - &T , 则
( & 曲线仍为正弦型, 但其背景值变为 0&, 因此, 它 能更好地指明极化层的存在。
3. 2 ( H) 型断面( 1> 2< 3) 取 1= 100 ∋%m , 2= 10 ∋%m, 3 = 1 000 ∋%
4期
李金铭等: 极化水平层上天然场源激电测深的理 论研究
% 281 %
的表达式为
T=
1 !0
|
Z1 |
2=
1 Ex !0 H y
2
,
( 3)
Z1 =
| |
E H
| |
e- i( e- i(
tt-
%)
E
%)
H
=
|
Z1 |
e-
i
%
T
,
( 4)
式中 &T 为阻抗相位, &T = arg Z = &E - &H , 说明 阻抗相位是电场相位与磁场相位之差。
矿上的试验结果。
关键词: Dias 模型; 极化水平层; 天然场源; 激电测深
中图分类号: P631. 3
文献标识码: A
文章编号: 1000- 8918( 2003) 04- 0280- 04
关于利用天然场源进行激发极化测量的可能性 问题, 20 世纪 70 年代以来, 国内外学者已做过一些 有意义的研 究探索和实际观测工作[ 1~ 6] , 。作者 根据大地电磁测深原理, 利用已知层状介质的理论 计算公式, 在三层水平地层中间层为极化层的条件 下, 将表征介质激发极化性质的 Dias 模型代入后, 对不同电阻率断面类型 ( O 型、H 型、A 型、K 型、Q 型) 的大地电磁测深视电阻率及阻抗相位曲线进行 了理论计算, 然后, 将有极化和无极化时, 相同频率 下的视电阻率振幅比和阻抗相位差作为提取激电效 应的参数, 分析、讨论了不同电阻率断面类型对激电 测深异常的影响。为了说明利用天然场源进行激电 测深的可行性和效果, 给出了我们在 1 个已知铅锌 矿上的试验结果。
当均匀大地或层状大地为导电极化介质时, 将
Dias 模型的复电阻率代替 以上公式中导电介 质的
电阻率后, 便可得到含激电信息的表达式。依此可
做激电测深的正演计算。
图 2 所示为均匀导电极 化大地改变充电率 m
时的计算结果。由图可见, 当 m = 0 时, 电阻率和相
位值均不随频率( f = 1/ T ) 而变, 即皆为 1 条直线;
( 4) 由于地下岩层特别是矿化岩层, 在低频和超 低频电流场作用下, 均能或多或少地产生激电效应, 因此在对大地电磁测深资料作解释时, 应注意激发 极化的影响。