激发极化法工作原理方法及应用效果探讨_蔡运胜

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反演处理的必要性
实测视电阻率和视极化率数据受体积效应的影
响， 原始电测深结果是叠加异常的特征。 测量装置 始终在地面上进行， 依靠不断增大的供电极距即空 ， “穿透 ” 过程中 间几何关系来加大向下探测的深度 深部大极距时的探测结果始终包含着其上部小极距 时的异常信息， 异常叠合在一起。 实测电测深的视 在 电阻率和视极化率异常用等值线拟断面图表示 ， 拟断面图上人为规定的实测数据的坐标位置不尽合 理， 纵坐标与极距有关， 不确切因素更多。 所以， 实 测视电阻率和视极化率拟断面图是一个“不确切混 合” 异常图， 需要经过有效反演计算， 把异常信息分 离开来， 才能还原为异常地质体的空间真实形态 。 根据电参数性质的不同， 电阻率参量主要用来反映 地层岩性的分界面、 断层、 褶皱带等地质构造分布情 ； 况 而极化率参量异常则反映出空间极化体 （ 矿化 体） 的分布特征、 产状、 形态等。 反演处理最明显的特征， 一是原始电测深反演 计算得到断面上电阻率和极化率 （ 充电率 ） 的“真 ” 参数的分布， 将原来在垂向上叠加在一起的异常信
与地表圈定的矿化 部位发现了明显的高极化异常， 体分布范围完全一致。为了探寻矿化体深部的延伸 和产状， 为钻孔验证提供依据， 在穿过中梯异常部位 。 布设了激电测深剖面 使用法国 VIP － 10000 型直 流激电仪， 供电周期 T = 16 s， 最大供电极距 AB /2 = 2 000 m。在测深拟等值线断面图上 （ 图 2 ） ， 视充电 率 M s 随着深度增大， 场值逐渐升高， 等值线呈缓倾 斜状， 局部有扭动变化， 当 AB /2 = 1 000 ～ 2 000 m 时， 在 114 ～ 120 号测点下方出现较高的充电率异 M s = 12． 5 ～ 16． 5 ms； 视电阻率拟断面上出现高 常， 中间梯级带倾斜角度较陡， 低分界的两种电性特征， 深部与高极化异常位置对应的是相对高阻区 。 “层析法” 反演断面图与原始观测拟断面图有 较大的不同， 首先是在地表浅部和 100 ～ 200 m 深度 上有明显的局部高极化异常出现， 而深部原始观测 “消失” 了； 电阻率断面上整体电性分 的高极化异常 布特征依然存在， 只是浅部的局部异常变复杂了， 分 ， 辨率提高了 有效显示出接触带内电性不均匀体的 分布特征。这里需要说明， 为什么反演后高极化异 常出现在上部， 而原来的深部异常消失了， 是因为激 ， “体积效应” 发 极化法测量装置始终在地表 使浅部
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直流激电法
基本原理和方法
在稳定电流（ 或直流脉冲 ） 的激发下， 电流场中
研究电场随时间变 岩石和矿石产生激发极化效应， 化（ 充电和放电过程 ） 的特性， 称为直流激发 极 化 法， 又称时间域激电法。 大多数直流激电仪同时观测视电阻率和视极化 率（ 视充电率） 两个参数。 直流激电法野外工作装置有中间梯度、 对称四 极、 三极或联剖、 偶极—偶极、 二极等， 是根据工作要 求进行电极间的不同排列形式。又根据观测目的不
f G ） 表示在低频 f D 和高频 f G 上分别测得 参数 P （ f D ， 总场电位差幅值的相对变化。 欧美国家也称其为 “百分频率效应” 。 野外双频、 三频激电仪测量时， 多选用二极或中 间梯度装置形式进行（ 电磁感应耦合作用较小 ） ， 由 多进行普查扫面测量， 用以快速发现和 于设备轻便， 圈定极化异常体的平面分布范围， 在评价和解剖异 常时用得相对较少。 2． 2． 2 复电阻率频谱测量 激电效应引起的复电阻率频谱满足 Cole － Cole 模型： ρ s（ iω） = ρ s0 1 － m 1 －
勘探方法。长期以来， 在多金属硫化物类矿床勘查、 地下水资源探测以及在识别构造圈闭或岩性圈闭的 含油气层等方面， 发挥着重大作用， 取得了较好的效 果。 激发极化法按场源种类， 可分为直流激发极化 法和交流激发极化法。下面就两种方法的工作方法 原理、 观测参数、 资料整理、 反演处理以及应用效果 进行介绍与探讨。
+ 中图分类号： P631． 3 24
文章编号： 1674 － 7801 （ 2012 ） 02 － 0212 － 07
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引言
激发极化法是一种传统、 有效、 成熟的地球物理
同分为剖面法和测深法， 剖面法追索和圈定异常地 质体的平面分布范围； 测深法则探测和评价异常体 如形态、 产状、 延伸等。 纵深分布特征，
物探电法工作选择在有化探异常和地质认为重 点地段进行大功率直流激电法中间梯度扫面测量 ， 以期快速发现并圈定出多金属矿化蚀变带的分布范 围， 进而进行激电测深深部评价与钻探验证 。 电法仪器用加拿大 IPR － 12 型激电仪， 供电极 测量极距 MN = 20 m、 点距 20 m。 距 AB = 2 000 m、 通过扫面发现多个高极化异常， 初步推断有望异常， 位于测区东部的Ⅳ号激电异常， 场值高、 形态呈条带 状沿北东方向展布， 与前人认定的北东向含矿、 控矿 构造基本一致， 决定在异常中心部位处布设了 20 多 个测深点（ 间距 25 m ） 。 测深剖面上地表出露岩性 有英安岩、 中性火山碎屑岩， 硅化—低硫化现象普 遍。在激电测深原始观测拟断面图上 （ 图 1 ） ， 随着 供电极距增大， 视充电率值逐渐升高， 浅部曲线形态 相对规则， 当极距 AB /2 为 340 ～ 1500 m 时， 深部出 范围较大， 中心幅值 现接近闭合的高充电率异常， 14 ～ 15 mV·V － 1 。视电阻率拟断面图上， 中间区段 12 ～ 21 号 测 点 下 方 是 中 阻 区，场 值 100 ～ 180 Ω·m， 两侧为低阻， 当极距 AB /2 ＞ 750 m 时， 出 现大范围的平缓中阻异常区， 推测是深部基底岩性 的反映。
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野外测量及反演结果实例
内蒙古呼盟陈旗某金银多金属矿区 工作区属于草原牧场， 地形条件为缓起伏丘陵
地貌， 地表基本都是第四系松散沉积物覆盖 ， 局部低 凹处浮土层较厚且潮湿， 在地势较高的丘陵顶上有 零星风化破碎岩石分布， 前人地质调查采样有 Au、 Ag、 Pb、 Cu 等异常， Ag 等 竖井和探槽工程揭露 Au、 多金属矿 （ 化 ） 体赋存在北东走向的断裂带中。 区 域地质资料表明， 该区地层主要由晚侏罗世和白垩 纪火山岩组成， 包括英安岩、 少量安山岩和凝灰岩， 不整合覆盖于石炭纪火山岩、 变质沉积岩和早侏罗 世花岗质岩类的基底上。
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交流激电法
基本原理和方法
交流激发极化法是在交变电流的激发下 （ 也称 “频率域” ）， 观测电场随频率的变化 （ 频率特性 ） 而 表现出来的激发极化效应。 通常， 保持交变电流的 珓 幅值 I 不变， 当逐渐改变电流的频率 f 时， 测量电极 珟 MN 间 的 电 位 差 Δ U 随 之 而 改 变， 在超低频段上 （ n × 10 － 2 ～ n × 10 2 Hz ） 电场随频率变化的现象， 与 介质的介电极化和电磁耦合无关， 只是岩 （ 矿 ） 石的 激电极化结果。 U和珓 I 值并用装 在交流电场的作用下， 测得 Δ珟 置系数 K 进行归一化， 得出交流电法的视电阻率计 算公式（ 与直流电法形式相同） ： U MN （ ω） Δ珟 珓 （ 1） ρ s （ ω） = K 珓 I（ ω） 珓 由于激发极化的影响， ρ s 通常是 f （ ω = 2 πf ） 的 珓 U 相对 珓 I有 即复数 （ 复电阻率 CR ） ， ρ Δ珟 复变函数， s、 了相位移 ， 这便是交流激电效应的原理、 作用以及 “频率特性” ， 交流激电法电阻率、 激电效应“混在了 。 一起”
(
(
1 1 + （ iωτ）
c
))
（ 3）
式中： ρ s（ iω） 为介质与频率有关的复电阻率， ρ s0 为 频率等于零时即与频率无关的直流电阻率 ， 表征导 电性的好与坏。 m 为介质的充电率， 对应于时间域 的极化率， 反映极化效应强与弱， 是频谱变化幅度的 强度参数。c 是介质的频率响应系数 （ 无量纲 ） ， 是 该参量可以区分 表征激电谱变化陡缓的形状参数， c值 极化体的结构， 对于极化颗粒较均匀的极化体， c 值较小。 τ 为时间常数， 较大， 谱较陡； 反之， 是决 导电矿物的颗粒越大、 定频谱变化频段的位置参数， 相互连通性越好， τ 值就越大。 在频谱 激 电 测 量 中， 一般同时存在激电效应 （ IP） 和电磁效应 （ EM ） ， IP 效应类似一个阻容电路 的充放电过程， 表现为电容性， 而 EM 效应则表现为 电感性， 当同时存在两种效应时， 测量波形大致表现 为二者的叠加， 即近似为两个 Cole － Cole 模型之和： ρ s（ iω） = ρ s0 1 － m1 1 － － m2 1 －
图2
激电测深原始观测、 反演处理充电率、 电阻率等值线断面对比图
演电阻率 ρ 等值线
a—激电测深视充电率 M s 等值线； b—激电测深反演充电率 M 等值线； c—电阻率测深视电阻率 ρ s 等值线； d—电阻率测深反
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第3 卷
第2 期
蔡运胜等： 激发极化法工作原理方法及应用效果探讨
极化体影响往往会从上到下一直累加直到整个测深 拟断面， 因此， 必须进行反演剥离才能还原其真实面 目。后来钻孔验证结果也表明， 反演断面上的高极 化异常是由多金属硫化矿物富集结果引起的矿致异 常。
［收稿日期］ 2011 － 06 － 27 ［第一作者简介］蔡运胜， 1965 年生， 男， 学士， 教授级高工， 现主要从事地球物理勘查、 方法技术研究和管理等工作。
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息剥离开来， 二是计算出异常源的真实深度， 可与实 际地质剖面图件、 验证工程直接对应。 因此反演处 理后的电阻率和极化率（ 充电率） 断面图像的异常形 “视” 态与原始视电阻率和视极化率（ 视充电率） 的 参 数拟断面图的异常形态会有较大差别， 但仔细观察可 高品质的反演图像上依然存在着原始结果的 以发现， “痕迹” “影子” ， 或 因为它们以同一份实测数据作为 原始资抖， 二者之间存在着内在联系。
图1
激电测深原始观测、 反演处理充电率、 电阻率等值线断面对比图
率 ρ 等值线
a—激电测深视充电率 M s 等值线； b—激电测深反演充电率 M 等值线； c—电阻率测深视电阻率 ρ s 等值线； d—电阻率测深反演电阻
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矿
产
勘
查
2012 年
“层析法” 对测深资料进行了 反演处理， 在反演断 面图上充电率异常明显、 突出， 整体呈现中间高、 两侧 “马蹄状” ， 低的半圆形 局部高值异常密集， 形态各异， 显示了该区火山角砾岩发育、 黄铁矿等金属硫化物集 中的电性特征， 而且形态复杂多变， 极化体主要分布在 5 ～ 23 号测点下方的 50 ～ 350 m 深度范围内。电阻率 断面图上主要为低阻异常， 场值 50 ～ 100 Ω·m， 分析 认为与该区富含地下水有关， 深部仍有中高阻基岩的 17 反映。根据物探测深异常解释结果， 设计在剖面 13、 号点上布设钻孔进行验证， 验证过程中由于地下地质 钻进过程极其缓慢， 多根钻杆被毁坏。 情况异常复杂， 对照岩芯编录情况和元素化验分析结果， 证实与物探 测深异常反演解释结果完全一致。 1． 3． 2 内蒙古科右前旗某铅锌多金属矿区 工作区地形起伏， 地表部分区段被第四系浮土 出露地层主要有二叠系中下统大石寨组 、 寿山 覆盖， 沟组， 岩性为安山岩、 凝灰岩、 英安岩、 凝灰质砂岩和 、 ， 砂岩 粉砂岩等 部分地段被早侏罗世二长花岗岩侵 入， 在大石寨组地层和二长花岗岩体接触带部位 ， 矿 化和围岩蚀变发育， 主要有褐铁矿化、 黄铁矿化、 方 铅矿化和闪锌矿化等。激电中梯扫面结果在接触带
第3 卷 第2 期 2012 年 3 月
矿
产
勘
查
MINERAL EXPLORATION
Vol． 3 No． 2 March， 2012
激发极化法工作原理方法及应用效果探讨
1 2 3 3 蔡运胜 ， 尹洪岩 ， 张进国 ， 夏训银
（ 1． 天津华北地质勘查总院， 天津 300170 ； 2． 河南省有色金属地质矿产局， 郑州 450000 ； 3． 天津华北地质勘查局 519 物探大队， 保定 071051 ） 摘 要 文章论述了直流激电法 、 交流激电法的工作原理方法 、 观测参数、 资料整理等内容， 介绍了激电法异常反 演处理的必要性， 并列举实例进行对Leabharlann Baidu说明， 分析了频谱激电法的优点和不足， 建议应加强研究和改进 。 关键词 直流激发极化法 交流激发极化法 文献标识码： A 异常反演处理 视频谱参数