频谱激电法及其研究现状.共30页文档
频率域激电法
1
x
RRa aRRb bRRc
(3.8)
由(3.7)式经过相当推演后，可将等效网络阻抗写成
ZiZ0 1m11i1c
(3.9)
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将阻抗Z(iω)和Z(0)对测量装置作归一化，计算电 阻率 KUKZ，则可得体极化条件下复电阻 率的表达式：I
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我们考察矿化岩石（体极化体）内一个小单元[图
3-1(a)]其中脉石矿物（1）实际上为绝缘体；离子
导电（裂隙水）通道（2）概括为两条：a——未被
电子导电矿物粒（3）堵塞的通道和b——被电子导
电矿物粒堵塞的通道。a通道只有纯电阻Ra；而b通 道除离子导体和电子导体内部的纯电阻Rb之外，还 串联有电子导电颗粒表面极化的等效阻抗ZIP。根
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图2.3
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岩石颗粒-溶液界面上双电层的结构
图2.4 岩石颗粒表面双层变形引起的激电效应
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• 在外电流作用下，岩石颗粒表面双电层分散区之 阳离子发生位移，形成双电层形变(图2.4，b)；
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• 1950年以前，所有的IP测量都是在时间域进行的。 1950年根据实验室的测量结果，科列特和赛格尔 提出了用不同频率的交流测量方式。维特大大地 扩展了这种方法的可能性，并在当年进行了成功 的实验
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谱激电法
• 电磁耦合是激电法特有的一种干扰，目 • 前识别和去除电磁耦合方面有了很大进 展，谱激电法在去除电磁耦合方面效果 尤其突出。 • 不仅如此，还可以利用分离出的电磁耦 合响应研究构造或用于其他目的，例如" 直接"找油气，变害为利。
• 3）具有较大的探测深度和克服低阻覆盖 层影响的能力 • 一般电磁法受低阻覆盖层屏蔽影响大， 不利于探测低阻覆盖层下的深部矿体。 • 相比之下，偶极装置的激电法克服低阻 覆盖层影响，寻找深部矿体的能力要比 其他方法都强。 • 能证实这个优点的一个极有说服力的例 子是各种电法勘探方法在澳大利亚Elura 矿床上的试验研究对比。
• 实、虚分量和振幅、相位的频谱特性 • 见图2-4和图2-5 • 虚分量频谱： • 特征：a、恒为负值，其幅值与m成正比； • b、在低频和高频时幅值均趋于零， 在中间某个频率时取得负极值（峰值）；
• C、曲线对称于峰值频率轴，该对称轴与 m值、c值均无关系； • d、在高频和低频时其斜率均分别趋于各 自的渐近值，此渐近值随c值的增大而增 大。
• 该等效电路阻抗 ZS（ ω ）的表达式为
R ZS 1 R( jX )C
• 上式可改写为： •
R ZS C 1 ( j )
• 式中： XR1/ C 称为时间常数（单位为s）
• 对矿化岩石来说，可以把它的一个基本 结构单元简化成下图2-2a所示的结构， 其中包括被金属硫化物阻塞的溶液孔隙 通道和未被阻塞的溶液孔隙通道。 • 此基本结构单元可以用2-2.b所示的等效 电路来模拟。
（二）、激电法测量中的参数
在时间域测量时，测到 的是视极化率： U（t） 2 （T，t）＝ 100 ％ s U（T） 在频率域测量时，测到 的是视频散率： Ps f D，f G）＝ （ U（f D） U（f G） － U（f D）
频率域激电法应用
频率域激电法应用1.引言1.1 概述概述频率域激电法（Frequency Domain Electromagnetic Method）是一种非侵入性的地球物理勘探方法，通过测量地下电磁场的频率响应，来获取地下介质的相关信息。
频率域激电法广泛应用于矿产勘探、工程地质、环境地质等领域。
在频率域激电法中，通过将电磁驱动信号输入至地下，通过接收对应的电磁响应信号，可以获取地下介质的电磁特性参数。
这些电磁特性参数包括地下介质的电导率、磁导率等，并且这些参数与地下介质的物理性质密切相关。
与传统的直流激电法相比，频率域激电法具有诸多优势。
首先，频率域激电法能够提供更为丰富的地下信息，可以较为准确地刻画地下介质的电磁特性参数。
其次，频率域激电法具有较高的测量分辨率和深度探测能力，能够较为准确地确定地下界面和异常体的位置以及形态。
此外，频率域激电法还具有较好的时间效率和成本效益，适用于大范围的地质勘探工作。
因此，本文将主要探讨频率域激电法在地质勘探中的应用。
首先，将介绍频率域激电法的基本原理和测量方法，以及激电源和接收器的选择。
然后，将详细介绍频率域激电法在各个领域中的应用案例，包括矿产勘探、工程地质和环境地质等。
最后，将总结频率域激电法的优势，并展望其在未来的发展前景。
通过对频率域激电法的深入了解和应用，我们可以更好地了解地下介质的性质和结构，为矿产勘探、工程规划和环境评估等提供可靠的地质信息支持。
希望本文的讲解能够对读者对频率域激电法的理解和应用有所帮助，推动该方法在地球科学领域的进一步发展。
1.2文章结构文章结构部分的内容应该对读者介绍文章的组织结构和各个章节的主题。
下面是对文章结构部分的一个例子：1.2 文章结构本文将按照以下结构进行介绍和探讨频率域激电法的应用。
首先，在引言部分概述了整篇文章的内容和目的，接着在正文部分讲解了频率域激电法的基本原理以及它在地质勘探中的应用。
最后，在结论部分对频率域激电法的优势进行了总结，并展望了它在未来的发展方向。
频谱激电测量仪器关键技术研究及实现
频谱激电测量仪器关键技术研究及实现摘要:频谱激电测量仪器在通信、无线电、雷达等领域起着重要作用。
为了更好地研究和分析信号的频谱特性，关键技术的研究和实现至关重要。
频谱分析算法可以提供准确的频谱信息，频谱显示技术可以直观地展示频谱特性，数据传输与处理技术可以高效地处理信号数据。
关键词：频谱激电测量仪器；关键技术；研究及实现引言频谱激电测量仪器是一种重要的工具，用于分析和研究信号的频谱特性。
本文对频谱激电测量仪器关键技术进行了研究和实现。
具体包括频谱分析算法、频谱显示技术和数据传输与处理技术。
1.频谱激电测量仪器的原理频谱激电测量仪器是一种用于分析和测量信号频谱特征的仪器设备。
其工作原理基于傅里叶变换理论，将时域信号转换为频域信号，以便更好地理解信号的频谱成分。
在频谱激电测量中，首先需要对信号进行采样。
通过采样，可以在一定时间范围内获取信号的离散数据点。
然后，采集到的数据点被输入到频谱激电测量仪器中进行处理。
接下来，采取不同的频谱分析算法对信号进行处理。
常见的算法包括快速傅里叶变换（FFT）、自相关分析算法等。
这些算法能够将时域信号转换为频域信号，并显示出信号在不同频率上的能量分布情况。
最后，通过频谱显示技术将分析得到的频谱信息以直观的方式呈现出来。
常见的显示技术包括实时频谱显示技术、颜色表达和渐变技术以及信号追踪和标记技术等。
2.频谱采样技术2.1快速傅里叶变换算法快速傅里叶变换（FFT）是一种高效的频域分析算法，常用于频谱激电测量仪器中的信号处理。
它可以将时域采样信号转换为频域信号，并提供频谱信息，如信号的频率和幅度。
FFT算法通过对时间序列信号进行加窗和蝶形运算来实现快速计算，从而大大提高了计算效率和精度。
2.2基于混频与取样的频谱采样技术基于混频与取样的频谱采样技术常用于宽带信号的频谱测量。
该技术基于混频原理，将输入信号与局部振荡器混合后进行取样。
通过调整局部振荡器的频率，可在不同频段上对信号进行测量。
频率域激电法
频率域激电法的应用
金属矿床勘探
频率域激电法能够有效地探测和定位金属矿床，尤其是导电性较好 的铜、铁等金属矿物。
解决地质问题
频率域激电法可以用来解决各种地质问题，如断层、破碎带、岩溶 等地质构造的探测，以及土壤污染调查和地下水研究等。
频率域激电法
目 录
• 引言 • 频率域激电法的基本原理 • 频率域激电法的测量系统 • 频率域激电法的应用实例 • 频率域激电法的优缺点分析 • 频率域激电法的发展趋势与展望
01 引言
背景介绍
频率域激电法是一种地球物理勘探方法，主要用于寻找金属矿床和解决地质问题。
它利用人工或天然电磁场在地下导电介质中产生的电化学作用，通过测量电场和电 流的分布来推断地下地质结构。
频率域激电法能够提供高分辨率的地质信息，有助于识别和区分不同 的地质构造和矿体。
抗干扰能力强
由于采用电磁波作为探测信号，频率域激电法不易受到地形变化、地 表覆盖物等因素的干扰，能够更好地反映地下电性分布。
信息量大
频率域激电法可以获取丰富的地质信息，包括电阻率、极化率、相位 差等参数，有助于更全面地了解地下地质情况。
操作简便
频率域激电法设备轻便，便于携带和移动，同时操作简便，降低了对 操作人员的技术要求。
缺点分析
成本较高
频率域激电法需要使用专业的仪器和设备，相对于其他物 探方法，其成本较高。
解释难度较大
频率域激电法的解释需要综合考虑多个参数和地质因素， 对于一些复杂的地质构造和异常体，其解释难度较大。
对环境要求高
工程地质勘查
在工程地质勘查中，频率域激电法可用于评估岩土体的工程性质，如 岩土体的稳定性、含水性等，为工程设计和施工提供依据。
频谱激电法(SIP)在隐伏金属矿勘查中的应用
数： Ｐ （ 视复电阻率 ） 、 ｍ （ 视充电率 ） 、ｒ （ 视时 间常数 ） 、 ｃ （ 视频率相关 系数 ） 。这 ４ 个激电谱参数反映 了地下岩 体 的导 电和 电极 化 特 征 ，通过 它们 可 以 推 断 出 地 下 隐 伏 金属 矿体 。
在Ｓ Ｉ Ｐ法 观 测 的复 电 阻率 频 谱 中 ，同 时 包 含 了激 电 （ Ｉ Ｐ ） 和 电磁 （ Ｅ Ｍ） 效应 ， 实测 的视 电阻率 是频 率 ｆ 的复 变 函数 Ｐ （ ｆ ） ， 并且 可表 示 为 ２个 ｃ ｏ ｌ ｅ － ｃ ｏ ｌ ｅ 模 型之 和 ：
１ １ ， １ ］
表 １数 据采 集 频 率 （ ｆ ／ Ｈ ｚ ） 表
ｐ ． （ １ ｅ ｏ ） ｛ ｌ － ｍ １ ｛ 卜 赢
｝ ｝ ｍ ２ ｛ 卜
｝ （ １ ）
数据采集后 ，须在 Ｓ Ｉ Ｐ Ｐ ｒ ｏ 软件 中进行预处理 。将 Ｓ Ｉ Ｐ数 据 按发 射盒 子 、主 机盒 子和 辅 助盒 子 的采集 数据 依
扫频 观 测 地 下 岩 体 的 径 向 电场 ，属 于 高 密 度 几 何测 深 方 距 ＭＮ＝ ａ ＝ １ ０ ０ ｍ， 每个 排列 １ ２ 道． 采 用 固定 Ａ、 Ｂ发射 极 ， 法。观测频谱 中包含近场区 电磁谱 （ Ｅ Ｍ） 和激 电谱 （ Ｉ Ｐ ） ， 接收 道 与发射 极保 持一 定的 隔离 系数 ｎ （ ｎ ＝１ ～１ ２ ） 布极，
观 测 视 复 电阻率 频 谱 ，在 地面 采 用偶 极一 偶 极 排列 装 置 ，
２ 频谱激 电法勘查 工作程序
目前 ， 我 国多采用 加拿 大凤凰 公 司 Ｖ ８ 多功能 电法 仪 ，
一
个 排 列包 括一 个 Ｖ ８ 主机 盒 子和 一个 辅助 盒子 ， 每 个盒
第二章 频谱激电(复电阻率)法
ρ (iω ) = ρ 0{1 − m[1 −
1 1 + (iωτ )c
2.2.3 进行野外观测数据的处理和绘制相应的图件
数据处理： ： （1）数据转录：将野外观测数据录入计算机中，并按一定的格式分别写成数据 文件（C 文件——标定数据文件和 E 文件——实测数据文件）；进而将不同增益 挡的几个 C 文件组合在一起，形成 M 文件——标定文件。
98
（2）底数校正：用标定数据（M 文件）对实测数据（E 文件）进行仪器和观测 装置底数校正，校正后的结果记入 L 文件中。 （3）去藕校正：用两个 Cole-Cole 模型或改进的 Cole-Brown 模型拟和野外实测 数据，确定代表激电效应的视频谱参数： ：零频视电阻率ρs0，激电视充电率 ms， 即激电视极化率ηs，视时间常数τs 和视频率相关系数 cs；进而由经“去藕”分离 出的电磁效应， 获得两个新的电磁效应参数： 剩余电磁效应 （REM） 参数ϕm / ϕm0 和电磁视电阻率ρω。 图件绘制： ： （1）绘制频谱曲线图 （2）绘制小频谱图（按顺序将各测线、各测点和各电极距系数的小频谱曲 线绘出和排列在一起） （3）绘制拟断面图（通常，每条测线都绘制出上述六个参数的（共六幅） 拟断面图）
§2.1
频谱激电法的基本原理
频谱激电法 SIP（复电阻率法 CR）是用常规电阻率法的电极装置，在超低 频段上（f = 10-2 - n 102 Hz )，观测视复电阻率频谱：
∆U ρ s (iω ) = K % I
频谱激电法-SIP
5.2 复电阻率（CR ）法工作方法及质量评述5.2.1 CR 法方法原理复电阻率（CR ）法概述复电阻率（英文缩写CR ）法是一种高密度剖面测深方法，它采用电偶源的多道偶极—偶极排列，扫频观测径向电场的振幅—相位谱，研究被探测目标的电极化效应和近区电磁场效应所引起的谱参数异常，利用可极化物质体积含量和粒度分布与各谱参数的相关性，结合地质成矿规律，建立异常模式，判断成矿的相对有利部位，以便指导钻探。
复电阻率法用常规电阻率法的电极装置，通过供电极A 、B 向地下供入一定频率f 的交变电流I ~，并观测两个测量电极M 、N 之间同一频率的交流电位差U ~∆，传统的视电阻率表达式为：I U K i s ~~)(∆=ωρ 式中，K 为装置系数；ω=2πf 为角频率。
对均匀岩石、矿石，由激电效应引起的复电阻率随频率的变化可以由下式表示：⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--=c i m i )(1111)(0ωτρωρ 式中，0ρ为频率为零时的电阻率；m 为充电率，c 为频率相关系数，τ为时间常数。
上式也被称为“柯尔—柯尔(Cole —Cole)”模型。
除激电效应外，电磁耦合频谱的低频部分也可用“柯尔—柯尔”模型来描述。
因此，当同时存在激电效应和电磁效应时，实测的复电阻率频谱可表示成两个或两个以上“柯尔—柯尔”模型之和，如下式：⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--=21)(111)(1111)(22110c c s s i m i m i ωτωτρωρ 式中，1m 、1c 、1τ和2m 、2c 、2τ分别表示激电效应和电磁效应的频谱参数。
理论和实验资料表明，激电效应的时间常数1τ、频率相关系数c与导电矿物连通程度、颗粒度均匀性有关。
因此，可以根据1 、1c的1大小,按结构区分引起激电异常的极化体。
CR法测得的频谱中包含了由导电性引起的近场区电磁谱(SEM)和由电极化性引起的激电谱(SIP)。
两种谱在频带上占据不同的位置,可用Cole—Brown模型反演拟合分离。
频谱激电法的发展与展望
频谱激电法的发展与展望杨振威;郑伟;李晓斌;王华峰【摘要】从频谱激电法的发展概况﹑仪器系统、数学模型、反演方法及应用等方面，介绍了频谱激电法的研究现状。
介绍了频谱激电法目前常用的仪器系统：SIP⁃FUCHSII和V8，数据模型主要有：Cole－Cole、常相位角模型CPA、普通化的Cole－Cole模型和理论模型SNP。
反演方法简要介绍了几种常用算法，反演算法也由一维、二维发展到三维。
列举了频谱激电法近年来在矿产资源、水资源调查等多个领域的应用概况，展望了频谱激电法的发展方向：（1）同时考虑激电效应和电磁效应的三维电磁场正演计算技术是研究的前沿和热点；（2）频谱激电法对有机污染的探查成为未来应用研究的新领域。
%This paper mainly describes the research progress of spectral induced polarization method in the aspects of the system of in⁃struments such as SIP⁃FUCHSII,V8, characteristics of the electrode arrangement and the methods of inversion. The data models include Cole-Cole model, CPA model, common Cole-Cole model and theoretical model SNP. The inversion methods include fromleast square inversion from 1D to 2D and even 3D. The applications of the spectral induced method in many fields in recent years are enumerated. In the end, the research direction of SIP is predicted:( 1) 3D electromagnetic forward based on EM effect and IP effect simultaneously is the research focus and frontier in the future;( 2) the detection of organic pollution used by SIP will become the new application field in the future.【期刊名称】《物探与化探》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】7页(P22-28)【关键词】频谱激电法;仪器;反演;SIP-FUCHSII;V8;数据模型;三维电磁场正演计算;有机污染【作者】杨振威;郑伟;李晓斌;王华峰【作者单位】河南理工大学资环学院，河南焦作 454000;河南理工大学资环学院，河南焦作 454000;河南理工大学资环学院，河南焦作 454000;山东省地球物理地球化学勘察院，山东济南250013【正文语种】中文【中图分类】P631频谱激电法作为一种重要的地球物理勘探方法，具有电性参数多的特点，在金属矿勘探领域起着重要的作用，近年来，该方法也被应用于石油地震勘探、水文地质调查等领域。
罗延钟 时间域激电法和频谱激电法
时间域激电法TDIP和 频谱激电法SIP
中国地质大学电法科研组 罗延钟
时间域激电法TDIP（1）
• 时间域激电法是1950年代在 电阻率法基础上发展起来的 • 电阻率法通过供电电极A,B向 地下供入稳定电流I，同时观 测测量电极M,N之间的电位 M 差ΔU；然后计算视电阻率
频谱激电法SIP（复电阻率法CR） 的基本原理 I M 什么是SIP(复电阻率法CR)? A U B 电极装置：与常规电阻率法相同 N 供电电流：超低频交流电（f = 10-2 - n 102 Hz ) 观测内容：交变供电电流强度 I U (i) MN极间交变电位差 A ( ) U s 计算参数： s ( i ) K
• 在445－470点范围内获得1 号异常，其特点是： • 中等偏高的s（n·102 m） • 中等偏弱的ms（约10％） • 中等s（0.5－1 s） • 中等偏小的cs（0.25）。 • 这与试验剖面上3、4、6、7 和8号异常的特征相近。 • 异常出现在较深部位 （a=60米，n=5-8），且向 下未封闭，估计极化体埋藏 较深（大于200米）。推断 在200米以下可能有铜矿化 体。 • 从反映深度能力较强的s异 常在深部向西扩展，故推断 此矿化体是向西倾斜的。 • ZK1502和ZK1503钻探结果， 在100-249米以下普遍黄铁 矿化，并见到三层铜矿体， 累计厚度8米 。
根据视极化率的变化来推断地下极化体－－时间域激电法
我国激电法发展历史
• 时间域激电法试验研究结论“有矿就有异常” 因而成为金属矿勘查的最重要方法之一。 • 时间域激电法的主要问题是： 1. 装置笨重； 2. 存在大量非矿异常。 • 为解决装置笨重问题，发展了频率域激电法 但又产生新问题：3. 电磁耦合干扰。 • 为解决激电法两大问题 1. 电磁耦合； 2. 激电异常区分 发展了一种新的激电法－－频谱激电法。
频谱激电法资料
表 4.1 极化 变化情况 下的反演 果
率
结
理论曲线和反演曲线的拟合情况
图4.1 归 一 化 复 电 阻 率 的 反 演 实 分 量 频 谱 拟 合 曲 线
结论：在时间常数、相关系数及零频电阻率一定的时 候，极化率变化。理论曲线和反演曲线拟合很好，由此 说明反演理论上的正确性和可行性，可以有效提取谱参
• 国内
频谱激电法在我国是从 80 年代初期开始进行频谱激电 法理论研究的 。张赛珍等人从电子导体的激发极化的 电、化学机理出发，研究了各种过电位充、放电的特性 和频谱特性；1988年罗延钟从理论上证明了采用ColeCole 模 型 ，描述激电复电阻率频谱的合理性。
近些年来，激发极化法中分离激电效应与电磁耦合效应 以及对激电异常的评价所面临的两大难题还没有完全解
频谱激电谱参数物理意义及反演方法研究
START
内容
➢ 第一章 频谱激电简介 ➢ 第二章 本文研究的内容 ➢ 第三章 频谱激电谱参数的物理意义 ➢ 第四章 频谱参数最优化反演算法 ➢ 第五章 频谱激电谱参数反演分析 ➢ 第六章 结论与建议
第一章 频谱激电简介
• 发展历史
• 国际 频谱激电法(SIP)是上世纪70年代国际上发展起来的一种 新的激电分支方法 ，此 法观测视复电阻率， 故又称复电 阻率法(CR)。它的岩石复电阻率等效 模 型 最 为 著名的 是在20世纪70年代初期，K.S.Cole和R.H.Cole最早提出的 Cole-Cole 模型：
最小二乘问题（3-1）的法方程：
（3-2）
式中， 常数，故（3-2）式乃是关于 阶线性方程组。写成矩阵方程形式： （3-3）
是 的n
式中，系数矩阵：
是
阶矩阵，称为雅克比矩阵，其元素：
频谱激电谱参数物理意义及反演方法研究共41页文档
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。—
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
频谱激电法及其的研究的现状
p（6）） = pQ< \ -m 1--!———'
Klein and Sill发现GCC模型是模拟从人造含黏土砂岩中得到的SIP实睑数据最好的模
型， 4.理论模型: 3晰模型
$N9是一个物理概念模型, 模型比^<0^模型参数少, 对于二维三维的51卩 计 算更容易, 但是还需要对各种不同类型岩土进行实验来证明其适用性和 正确性。
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1实分量
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二.柯尔-柯尔模型的频谱特性
虚分景, /.、
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三.谱激电法研究现状 _______ ・谱激电法资料处理 1. 正反演研究一一热点，反演主要集中 于去除电磁感应的复电阻率反演和包 含 电磁效应的复电阻率反演 2. “电磁耦合”效应处理一~多个ColeCole模型进行处理，近年来出现了 基于 Maxwell方程的复电阻率正反演，但并未 受到重视 •应用研究现状 目前谱激电法只是在世界上少数国家 （中国、美国、芬兰、澳大利亚、 加拿 大等）进行激电异常评价时得到应用，
为了识别“矿”与“非矿”异常（评价激电异常源）, 人们进行了多 方而的理论 和丈验研宂。尤其对激也频谱（二次场衰减曲线）的研宂是这 方而研宂的主流、
频谱激电法及其研究现状
频谱激电法及其研究现状频谱激电法（Spectral Induced Polarization，简称SIP）是一种地球物理勘探方法，可以用于研究地下岩石、土壤等介质的电荷传输和贮存特性。
通过测量和分析地下介质对不同频率电场的响应，可以获取有关介质中孔隙结构、电荷分布和电荷运动等信息。
频谱激电法的基本原理是利用交流电场在储存电荷的介质中的传输和衰减特性。
当交流电场通过介质时，电场强度会引起介质中的离子极化，并在电极表面形成极化电荷。
在频率较低的交流电场作用下，介质中的离子极化反应缓慢，导致电荷传输不易，称为电荷分离（或电荷耗散）过程。
而在频率较高的交流电场作用下，介质中的离子极化反应快速，导致电荷传输较为容易，称为电荷累积（或电荷储存）过程。
频谱激电法通过测量介质对不同频率电场的电阻率和电荷衰减情况，可以提取出介质的频谱响应曲线。
通常采用复电阻率（复阻抗）来表征介质的频谱响应，其中实部表示电阻率，虚部表示电势相位。
通过分析频谱响应曲线的变化，可以获得介质的复杂电荷分布和电荷传输特征，进而获得关于介质孔隙结构、含水含盐度、粒度分布、骨架电阻等物化特征的信息。
频谱激电法在地下水资源勘探、地下储层评价、环境地质调查等领域具有重要应用价值。
相对于传统的直流电法和电阻率法，频谱激电法能提供更多的物理信息，对介质微观特征的灵敏度更高，可以获得更丰富的地质工程和环境地球物理信息。
这也使得频谱激电法成为当前地球科学研究中的热点和前沿领域。
目前，频谱激电法的研究主要集中在以下几个方面：1.理论研究方面，包括基于电化学和介观物理原理的频谱激电法模型建立、复杂介质的频谱响应机理解析等。
通过理论模型的建立和分析，可以深入理解频谱激电法的物理机制，提高数据解释和解释效果。
2.实验研究方面，包括频谱激电法实验装置的研制、实验参数的优化、实验数据的采集和处理等。
通过实验研究，可以验证理论模型的可行性，提供可靠的实验数据支持。
3.应用研究方面，包括频谱激电法在地下水资源勘探、地质灾害预测、地下水污染调查等方面的应用。
《频率域激电法》课件
详细描述：频率域激电法的应用在一定程度上降低了矿 产资源勘探的成本，减少了传统勘探方法所需的钻孔数 量和勘探周期，提高了勘探效率。
在工程地质勘察中的应用
总结词
全面了解地质结构
抗干扰能力强
由于信号传输过程中具有稳定 性，频率域激电法在复杂环境 下仍能保持较高的测量精度。
测量速度快
通过预先设定频率，频率域激 电法能够快速完成大面积的测 量工作，提高工作效率。
适用范围广
频率域激电法不仅适用于金属 矿勘探，还可应用于非金属矿 、油气田、水文地质等领域。
频率域激电法的缺点
成本较高
智能化与自动化
随着人工智能和自动化技术的发展，频率域激电法的测量和数据处理 过程将更加智能化和自动化，提高工作效率。
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数据处理方法
频率域激电数据处理
01
数据滤波：提取有效信号，抑制干扰和噪 声
03
02
傅里叶变换：将时域信号转换为频域信号， 便于分析频率特征
04
反演计算
基于测量数据，通过反演算法计算地下电 性参数分布
05
06
确定地质异常体的位置和规模
结果解释与推断
结果解释
识别地质构造、矿体等异 常体
根据反演结果，推断地下 地质体的空间分布和规模
02
频率域激电法的基本原 理
电磁感应原理
变化的磁场产生电场
这是电磁感应的基本原理，当导体回 路中的磁场发生变化时，会在回路中 产生感应电动势。
频率域激电法的应用
频谱激电法介绍罗延钟
图1 云南景谷第三系陆相沉积盆地油气藏的地质-电性模式断面图 （引自地质矿产部第一综合物探大队，1993年）
1、 生油岩 2、圈闭下部运移通道 3、无油藏圈闭 4、有油藏圈闭 5、圈闭上部逸散通 6、 极化扩散层 7、断层 8、视充电充等值线 9、盆地基底 10、电磁电阻率等值线
实测复电阻率频谱的反演
在野外实测到一个复电阻率频谱后， 用两个两个Cole-Cole模型之和:
a(i)去拟a0合{1实m测1[1频1谱(i，1 1)获c1 ]得m最2[1佳1拟(i合12)模c2 ]}
型的参数，称为“频谱的反演”。
实测振幅频谱曲线 实测相位频谱曲线
第二个Cole-Cole模型 第一个Cole-Cole模型
式中，a0频率为零时（包含IP效应）的视电阻率； m1, 1和c1分别为IP效应的充电率，时间常数和频率相关
系数；
m2, 2和c2分别为EM效应的充电率，时间常数和频率相
关系数。
同时存在IP和EM效应时的频谱曲线
• 用两个Cole-Cole模型拟和实测视复电阻率频谱的实例
实测振幅频谱曲线 实测相位频谱曲线
SIP(CR)的发展历史1
1. Pelton,W.H, Ward.S.H, Hallof,P.G. et al, 1978, Mineral discrimination and remval of inductive coupling with multifrequency IP: Geophysics, 43, 588-609.
SIP的观测仪器
• 凤凰公司的V系列仪器 IPV-3，V4，V6和V8。
• ZONGE公司的GDP系列仪器 GDP12，GDP16和GDP32。
频谱激电法-SIP
5.2 复电阻率（CR ）法工作方法及质量评述5.2.1 CR 法方法原理复电阻率（CR ）法概述复电阻率（英文缩写CR ）法是一种高密度剖面测深方法，它采用电偶源的多道偶极—偶极排列，扫频观测径向电场的振幅—相位谱，研究被探测目标的电极化效应和近区电磁场效应所引起的谱参数异常，利用可极化物质体积含量和粒度分布与各谱参数的相关性，结合地质成矿规律，建立异常模式，判断成矿的相对有利部位，以便指导钻探。
复电阻率法用常规电阻率法的电极装置，通过供电极A 、B 向地下供入一定频率f 的交变电流I ~，并观测两个测量电极M 、N 之间同一频率的交流电位差U ~∆，传统的视电阻率表达式为：I U K i s ~~)(∆=ωρ 式中，K 为装置系数；ω=2πf 为角频率。
对均匀岩石、矿石，由激电效应引起的复电阻率随频率的变化可以由下式表示：⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--=c i m i )(1111)(0ωτρωρ 式中，0ρ为频率为零时的电阻率；m 为充电率，c 为频率相关系数，τ为时间常数。
上式也被称为“柯尔—柯尔(Cole —Cole)”模型。
除激电效应外，电磁耦合频谱的低频部分也可用“柯尔—柯尔”模型来描述。
因此，当同时存在激电效应和电磁效应时，实测的复电阻率频谱可表示成两个或两个以上“柯尔—柯尔”模型之和，如下式：⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--=21)(111)(1111)(22110c c s s i m i m i ωτωτρωρ 式中，1m 、1c 、1τ和2m 、2c 、2τ分别表示激电效应和电磁效应的频谱参数。
理论和实验资料表明，激电效应的时间常数1τ、频率相关系数c与导电矿物连通程度、颗粒度均匀性有关。
因此，可以根据1 、1c的1大小,按结构区分引起激电异常的极化体。
CR法测得的频谱中包含了由导电性引起的近场区电磁谱(SEM)和由电极化性引起的激电谱(SIP)。
两种谱在频带上占据不同的位置,可用Cole—Brown模型反演拟合分离。
频谱激电法介绍
SIP（CR）找油气藏的机理
1、传统的提法寻找油气藏 上方的油气渗逸通道（地球化 学烟囱）
2、我们近年的成果探测油 气水生成、运移、聚集和逸散 所形成的复杂综合体
图1 云南景谷第三系陆相沉积盆地油气藏的地质-电性模式断面图 （引自地质矿产部第一综合物探大队，1993年）
1、 生油岩 2、圈闭下部运移通道 3、无油藏圈闭 4、有油藏圈闭 5、圈闭上部逸散通 6、 极化扩散层 7、断层 8、视充电充等值线 9、盆地基底 10、电磁电阻率等值线
• 时间域激电法的主要问题是： 1. 装置笨重； 2. 存在大量非矿异常。
• 为解决装置笨重问题，发展了频率域激电法 但又产生新问题：3. 电磁耦合干扰。
• 为解决激电法两大问题 1. 电磁耦合； 2. 激电异常区分 发展了一种新的激电法－－频谱激电法。
频谱激电法SIP（复电阻率法CR） 的基本原理 I M
新疆吉南地区SIP法找油气
• 油气藏埋深达3000 m； • 围岩电阻率仅几个Ωm； • 测量电极距 a =MN=500 m； • 最大隔离系数n=14； • 探测深度达3000 m； • 供电点流超过100 A。
吉南地区SIP法工作布置
吉吉
吉
待
南南
南
钻 1-1 1
2
井
井井
井
SY1线
SY2线
试验剖面成果
(i )
0{1
m[1 1
1
(i )c
]}
1
m
{1
m[1
1
1
(i
)c
]}
0—零频电阻率（包含IP）， —电阻率（不包含IP），m—充电率（极化率）