岩矿石频率特性的测试方法.doc

岩矿石频率特性的测试方法 实验室测量和研究岩石、矿石的激发极化性质，是开展激发极化法野外工作的前提和基础。频率域中测量岩石矿石的幅频特性和相频特性，一般采用图1.19的装置。 待测的标本事先加工成规则的形状，尺寸以6×6×10cm3左右为宜。先在水中浸泡若干小时，使其中孔隙的含水程度接近于天然条件。然后置于盛水的有机玻璃槽中，使水面与标本顶面平齐。标本两端与槽壁接触处用石蜡或橡皮泥封堵绝缘，强迫电流沿垂直标本两平行侧面的方向通过。除了有意研究激发极化的非线性外，一般应使电流密度保持在激电的线性范围内，即不大于10-2A/m2。 测量电极M、N必须用不极化电极。常用的是Cu-CuSO4琼酯胶体不极化电极。供电电极A、B可以采用裸铜线或铜板，也可用不极化电极。用裸铜线或铜板时要远离标本，防止电极极化对测量的影响。 频率特性分析仪是实验装置的主件。对它的要求主要是频率范围宽，可发送多种波形，至少有两个测量通道，而且这两个通道必须是隔离的，不共地的。一个通道测量电流在电阻R上产生的电位差，另一个接收通道测量MN间电位差的振幅和相对供电电流的相位（或者实分量、虚分量）。 发送通道GE经电流采样电阻R向A、B供电，通道CH1测量标本两端MN间的电位差的实、虚分量和，通道CH2测量采样电阻上的相应电位差并换算成供电电流的实、虚分量和。采样电阻R可以调节，以便与待测标本阻抗相匹配。数据采得后按下列公式计算： (1.4.11) 此处为单位虚数；Z的实部为 (1.4.12) 虚部为： (1.4.13) 振幅： (1.4.14) 相位： (1.4.15) 复电阻率： (1.4.16) 若采集的数据是电位差的振幅，电位差的相位和电流的振幅，电流的相位，则计算公式为 (1.4.17) (1.4.18) 上述测试装置在研究型实验室里不难做到，但野外一般都没有专用的频率特性测试仪。在野外条件下，就可以用野外实际使用的仪器来测定，例如，使用SQ-3C双频激电仪，便可测量0.077Hz到8Hz范围内的谱特性。这对于野外实际工作来说，是可以满足了。 §1.5 岩（矿）石激电的频率域特性及其影响因素 1.5.1 互阻抗与传递函数的概念 电阻率法中，采用第一节图1.1那样的装置测量大地的视电阻率并按下式进行计算 (1.5.1) 其中I是供给大地的电流，是测量电极MN间观测到的电位差，K是与各电极相对位置有关的系数，称为装置系数。 如前所述，当电流I不变时，在时间域激发极化法中，是充电时间t的函数，而在频率域中，则是频率f的函数。频率域中又有振幅、相位之分，并且二者都是频率的函数，在复数域中可以写出 (1.5.2) 因此频率域中视电阻率也是频率的函数并且是复变函数： (1.5.3) 式中是视复电阻率，是它的振幅，则是它的相位。 如果采用类似于图1.1的装置测量不同岩石、矿石的频率特性，按(1.5.1)计算得到的便是某种岩石、矿石的和。 (1.5.1)中的常数K与介质的激发极化性质没有关系，在研究激发极化性质时可以不考虑它。只有比值才是衡量介质激发极化性质的量，记为Z (1.5.4) 称为“互阻抗”。显然，Z是电压与电流之比，具有阻抗的量纲。在频率域中，和I都是频率的函数，Z自然也是频率的函数，同样可以表示为振幅、相位的形式。 (1.5.5) 如果把观测装置看作一个系统，则阻抗Z就是该系统的响应（电位差）与激励（电流I）之比，这在系统理论中称为传递函数（或传输函数）。 1.5.2 几种常见岩、矿石的频率特性 图1.20是用图1.19所示的装置测量和整理得到的黄铁矿、铅锌矿、黄铜矿、碳质页岩等四种岩（矿）石的幅频特性和相频特性。 图1.21是普通自来水和用沙、水泥做的人工标本