激发极化法—陈辉.pdf

地电场与电法勘探 陈 辉 核工程与地球物理学院 huich@ schoolhui@163.com 激发极化法 激发极化法(Induced Polarization Method，简称 激电法，IP)是以不同岩、矿石激电效应之差为 物质基础，通过观测和研究大地激电效应，来 探查地下地质情况的一种电法分支。 岩、矿石在外电场作用下产生这种电化学起 因的附加电场现象，称为激发极化效应(简称 激电效应) 一、激发极化法理论基础 1. 岩石和矿石的激发极化机理 岩、矿石激发极化单元模型 1. 岩石和矿石的激发极化机理 • 电子导体的激发极化机理 电子导体的激发极化模型 (a) 电荷分化成平衡双电层；（b）双电层结构；（c ）外电流引起的电荷转移 1. 岩石和矿石的激发极化机理 • 电子导体的激发极化机理 电子导体的激发极化过程 （a ）正常双电层（b）充电过程（c ）放电过程 1. 岩石和矿石的激发极化机理 • 离子导体的激发极化机理 岩石的孔隙和颗粒表面粘土矿物附近的电荷分布 情况 岩石颗粒-溶液界面的 1-砂砾；2-黏土；3-正离子（扩散层）；4-负离子层； 双电层结构 5-溶液中的自由离子；6-激发电场方向 1. 岩石和矿石的激发极化机理 • 离子导体的激发极化机理 宽窄孔带薄膜极化效应原理 2 稳定电流场中岩石和矿石的激发极化特性 在激电法理论和实践中，为使问题简化，将岩、 矿石的激发极化分为理想的两大类: “面极化”: 致密的金属矿或石墨；特点是激 发极化都发生在极化体与围岩溶液的界面上. “体极化”:浸染状金属矿和矿化（包括石 墨化）岩石及离子导电岩石；特点是极化 单元（微小的金属矿物或岩石颗粒）成体 分布于整个极化体中。 2 稳定电流场中岩石和矿石的激发极化特性 一、面极化特性 面极化特性测量装置简图 2 稳定电流场中岩石和矿石的激发极化特性 石墨标本阳极（实线）和阴极（虚线）过电位的 充、放电曲线 2 稳定电流场中岩石和矿石的激发极化特性 黄铜矿标本阳极（实线）和阴极（虚线）过电位的充、 放电曲线 2 稳定电流场中岩石和矿石的激发极化特性 实验资料还表明，在电法勘探通常采用的小电流 密度j 0 1µA /cm 2条件下，归一化过电位 ∆Φ/ j 0 不随电流密度大小变化即过电位与电流成线性关 系: ∆Φ=−k ⋅j n 负号表示 电位增高的方向与电流方向相反；系数k为 单位电流密度激发下形成的过电位值，是表征面极 化特性的参数，称为面极化系数。从电学观点看，k 可理解为激电效应在电子导体—溶液界面上形成的 面阻抗，k与充、放电时间及电子导体和周围溶液的 性质有关。 2 稳定电流场中岩石和矿石的激发极化特性 几种电子导电矿物在溶液中的面极化系数k值 矿物 石墨 黄铜矿 磁铁矿 黄铁矿 方铅矿 磁黄铁矿 K( Ω⋅m 2 ) 14.1 10.0 9.9 7.5 2.5 0.4 铜的面极化效应与溶液电阻率的关系 k ∆Φ 面极化系数 λ − ρ1 E