双频激电法的物理基础
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第一章前言双频激电法是在何继善院士发明的双频激电仪的基础上发展起来的一种频率域激电法,该方法曾在有色、地质、石油、煤炭、冶金等系统得到广泛应用,在普查找矿工作中发挥了重要作用.随着双频激电法在我国地质矿产普查领域的普及,根据国家地质调查局的意见,为了实施规范化管理,进一步提高双频激电法的找矿效果,特编写本工作手册。
本手册的部分数据是依据2000年及2001年双频激电示范区的工作,结合我们以前在实际应用中所取得的成果得来的.1.1 双频激电法的应用范围随着双频激电法在全国有色金属系统、冶金系统、地质系统、化工系统、基建工程兵部队和水电系统等地质队、物探队的推广使用,应用地区遍及全国各地,其中包括气候恶劣、气温变化很大的新疆、青海、甘肃,气候潮湿的福建、广东、广西,地形起伏剧烈的云贵高原,天气寒冷的东北三省及风沙严重的内蒙地区。
矿种涉及锡、铜、铅、锌、钨、锑、金、银、锰、铁等金属矿产和硫、磷、硼、煤等非金属矿产,并能解决工程、水文地质问题。
1。
2 工作设计的编写工作设计是保证完成工作任务的作战方案和措施,没有设计和设计未经上级主管部门审查批准不得施工.一般临时性零星突击工作、方法试验及矿点踏勘检查可不编写设计.在接到任务后,应进行现场踏勘,收集工作区的各种有关资料,结合现场实际情况,组织编写工作设计。
新测区和新矿种的设计由于物探资料较少,依据不够充分,应酌情在方法试验的基础上进行编写.矿区外围及面积较大的普查、详查工作应编写总体设计,根据总体设计逐年编写年度工作设计.设计一经审批,不得更改.在施工中发现设计有不符合实际的地方,应由施工单位提出修改意见,报上级有关部门审批,未经批准不得任意更改。
工作设计书应由物探技术人员本着文字简练、图件准确美观精神编写,主要内容参照国家地质调查局有关文件.附件3。
1.3 工作报告的编写工作报告是总结物探工作的地质效果,进一步指导找矿的重要资料,必须认真严肃编写。
报告应在野外工作结束,野外实测资料处理解释后并进行综合研究的基础上组织有关技术人员编写并及时上交主管部门或任务委托方。
矿用聚焦双频激电法-回复矿用聚焦双频激电法(Focused Dual-Frequency Induced Polarization Method)是一种用于矿物勘探的地球物理勘探方法。
本文将逐步回答关于该方法的问题,以帮助读者了解其原理、应用和前景。
第一步:介绍矿用聚焦双频激电法的基本原理矿用聚焦双频激电法是一种电法勘探方法,通过向地下传输恢复时间较长的低频和恢复时间较短的高频电流信号,来利用地下矿体或岩石中的极化效应,检测和识别矿物化、断裂带、矿化度变化等地质构造。
该方法的原理是基于电极分离波分析技术,通过在地表上放置电极和发送高频和低频电流信号来实现。
第二步:解释矿用聚焦双频激电法相对于其他地球物理勘探方法的优势与其他传统的地球物理勘探方法相比,矿用聚焦双频激电法具有以下几个优势。
首先,该方法对地下目标的探测深度范围广,并且能够突出显示目标的电极化特征,有效提高了勘探效果。
其次,该方法利用了低频和高频信号相结合的双频模式,可以准确地定位目标区域。
此外,该方法还能够通过分析信号的恢复时间来判断地下矿体的类型和矿化度。
第三步:探讨矿用聚焦双频激电法的应用领域矿用聚焦双频激电法在矿物勘探中有着广泛的应用。
首先,该方法可以用于寻找各种类型的矿体,包括金属矿、非金属矿和油气矿。
其次,该方法可用于地下水资源的勘探,可以帮助确定地下水的类型、储量和水质。
此外,矿用聚焦双频激电法还可以用于地质灾害的监测和预警,如地下水倒灌、滑坡等。
第四步:解释矿用聚焦双频激电法的操作流程和数据分析方法在使用矿用聚焦双频激电法进行勘探时,需要按照以下流程进行操作。
首先,选择目标区域并摆放电极。
然后,根据目标类型选择适当的高频和低频电流信号,并设置适当的测量参数。
接下来,采集地下电流信号数据,并记录每个测量点的位置和测量条件。
最后,对采集到的数据进行处理和分析,包括信号恢复时间分析、成像和解释等。
第五步:展望矿用聚焦双频激电法的未来发展矿用聚焦双频激电法作为一种新型的地球物理勘探方法,具有广阔的应用前景。
双频激电法原理及应用一、课程说明课程编号:010344Z10课程名称:双频激电法原理及应用/Dual-frequency Induced Polarization Method课程类别:专业教育课程(专业选修课)学时/学分:16/1先修课程:电法勘探适用专业:地球物理学教材、教学参考书:1、《双频道激电法》何继善著高等教育出版社20052、《电法勘探教程》傅良魁等主编北京:地质出版社19833、《频率域激电法原理》罗延钟张桂青编著北京:地质出版社19834、《谱激电法》刘崧编著武汉:中国地质大学出版社19985、《激发激化法方法技术指南》李金铭主编北京:地质出版社2004二、课程设置的目的意义本课程是地球物理学专业的一门应用性专业课,本课程设置的主要目的是通过学习双频激电法的理论、原理、方法和应用,让学生了解双频激电法的特点,完善学生的激电法知识体系,同时接触目前该领域所存在的一些未能解决的问题,为学生以后的学习和工作奠定基础。
三、课程的基本要求对应的专业培养要求1.知识要求②掌握电法、磁法、重力、地震、等地球物理探测技术的原理和方法,了解地球物理的发展动态,具备宽广的科技视野和创新意识。
④深入了解能源与资源探测及相关法规,熟悉地球物理专业及仪器设备的行业技术标准与规范。
2.能力要求①熟悉现代地球物理学技术及其相关学科的发展动态及国家发展战略;了解地球物理专业的新技术、新方法。
具备常规地球物理勘探方法及数据解释的基本能力,熟练使用相关仪器设备。
能应用地球物理勘探基本知识从事矿产资源勘查与开发、地质灾害勘察,工民建、水利、电力、交通等。
毕业时具有一定的独立工作和组织生产能力和深厚的科学素养。
3.素质要求②具有对个人、团队和国家利益负责的职业精神。
具有改革创新的进取精神。
具有面对挑战和挫折的乐观主义精神。
具有坚持原则、勇于承担责任、正直诚实的道德品质。
具有良好的市场、质量和安全意识。
具有环境保护、生态平衡和可持续发展的社会责任感。
磁法电法实验报告学生:陈康学号:20101002352班级:076102指导老师:李永涛实验一:磁法实验1.原理:GSM-19T 是轻便的、高灵敏度的、可手持,拖带和基站使用的磁力/梯度仪器。
它主要应用在:地球物理、土木技术、考古的勘探,地磁观测站、火山和地震等的长期监测。
GMS-19T是进行地磁场测量的第二代标准,分辨率为0.01 nT,在全温度范围内,绝对精度达到0.2 nT。
系统特点:1) 微处理器控制,存储量(32 Mbytes)。
2)与基点站保持同步,并对磁场的偏差自动进行日校正。
3)采集的数据与计算机之间的数据读取采用RS-232-C串行口。
4)在线实时传输(RTT)和后操作传输。
5)梯度方式对两个磁场的间隔测量和同时测量进行精密的控制。
6)兼容磁力和梯度仪的VLF测量,要选择VLF测量时需要选择VLF(超低频)传感器。
GMS-19系列磁力仪包括几个模式,各有自己的特点和选择。
而且每种方式和选择可以用不同的方法,从而得到不同的组合结果。
这个手册的目的是介绍主要的方式、特点和选择;理解了之后,这些组合就变得容易了。
2.实验步骤:①极化:在传感器中所富含质子的液体被通过很强的射频电流而被极化。
GMS-19在这种情况下,极化与测量间隔被同时的快速采样,射频发射保持到采样率增到最大5Hz。
②暂停:暂停允许电子瞬间消失,大于噪声电平的质子旋进信号缓慢衰减。
③计算:质子旋进频率被测量并转换成磁场强度单位。
④存储:其测量结果与日期、时间、测量坐标一起存储到存储器里。
在基站方式,只有时间和总的场强被存储。
3.实据统计及实验分析:2 5 3649674.3830 149808.3235 3649561.5240 149594.3245 3649524.932 5 3549673.0830 249776.8235 3549570.9840 149595.445 3549537.792 5 3449667.4930 349733.6735 3449578.6840 249635.1445 3449546.742 5 3349663.6230 449718.6935 3349581.0840 349649.1245 3349555.912 5 3249662.2930 549715.9935 3249578.2440 449677.8745 3249564.332 5 3149657.8730 649714.5635 3149578.440 549701.0945 3149571.372 5 3049652.2330 749713.2935 3049617.6740 649699.8945 3049576.372 5 2949637.3230 849710.7835 2949647.8640 749697.3245 2949581.092 5 2849634.3630 949703.5835 2849634.3540 749697.3645 2849584.382 5 2749654.4930 1049678.8735 2749622.8640 849695.5245 2749589.182 5 2649657.230 1149564.1835 2649621.1340 949690.6245 2649594.992 5 2549633.8630 1249639.5835 254962140 1049685.8145 2549604.172 5 2449608.2230 1349697.1935 2449622.1940 1149679.745 2449612.042 5 2349604.230 1449692.4635 2349622.440 1249676.7345 2349619.452 5 2249642.5130 1549685.6535 2249623.640 1349676.2345 2249624.322 5 2149678.7130 1649683.4335 2149624.0940 1449690.9345 2149628.722 5 2049696.9430 1749688.6835 204962840 1549710.9145 2049634.512 5 1949702.3230 1849708.35 1949635.40 1649647.45 1949638.39 91 65 92 5 1849698.9730 1949758.6735 1849640.3340 1749641.1845 1849644.92 5 1749693.430 2049853.1735 1749647.2240 1849642.0745 1749649.332 5 1649690.2230 2149833.9535 1649654.0240 1949640.8545 1649654.322 5 1549689.4530 2249069.7935 1549661.1340 2049637.545 1549658.782 5 1449689.8130 2349581.9735 1449666.6640 2149631.8845 1449664.272 5 1349691.1930 2449612.4735 1349670.440 2249627.7745 1349671.262 5 1249693.3630 2549630.1635 1249670.6540 2349622.2445 1249678.792 5 1149694.430 2649639.5135 1149670.7740 2449616.3645 1149685.872 5 1049695.0830 2749639.5735 1049671.3340 2549612.945 1049692.582 5 949701.4730 2849642.8735 949677.3940 2649609.0845 949699.812 5 849706.7330 2949639.4835 849687.2140 2749604.4645 849708.162 5 749713.7130 3049637.2135 749700.1340 2849598.7645 749713.452 5 649718.2130 3149643.1935 649705.6940 2949591.0545 649674.962 5 549726.7330 3249656.6935 549703.8440 3049583.0645 549573.062 4 4973230 33 496354 49740 31 49545 4 4965 .39 79.68 06.4576.4155.982 5 349737.9730 3449711.3235 349718.840 3249572.6345 349692.282 5 249756.630 3549780.1335 249774.1640 3349569.3745 249695.812 5 149798.2335 149835.2440 3449562.0545 149709.122 5 049836.0335 049824.3240 3549553.7945 049669.67图形结果:实验分析:本次实验的地点是物探楼后的小树林,由于规模较小,且周围存在建筑物、人群放的汽车、自行车等金属物品等,因此对结果造成了一定影响。
双频激电法何继善著中国教育出版社出版谨以此书献给中国工程院成立十周年和在崇山峻岭中艰苦跋涉为祖国寻找宝藏的地质、和地球物理工作者前言电法勘探是包括很多方法的一种地球物理勘探方法,其中,人工场源的电法勘探,究其本质可以归纳为电阻率法、电化学方法和探地雷达法三大类。
而在电阻率法和电化学方法中,按测量方式又可分为时间域方法和频率域两种。
,作为一种重要的电化学方法,是寻找金属矿最为有效的一种地球物理勘探方法。
与电阻率类方法相比,其优越性表现为:只有电子导体才能引起明显的激电异常,非极化岩石的不均匀性或地形不会引起假异常。
时间域激电法装备笨重,野外工作成本高,限制了它的大量应用,频率域的本质优点是轻便和抗干扰能力强。
然而,由于历史的原因,最早是以变频法开始进行频率域激电工作,它的精度低,速度慢,在一定程度上妨碍了频率域激电的推广应用。
研究激电效应随时间变化规律的称为时间域激电,研究激电效应随频率变化规律的称为频率域激电。
时间域激电法的充放电时间特性本身就说明激电现象必然存在频率依从关系,这也就是说就方法原理而言,频率域激电法与时间域激电法是等效的。
但在实际应用中,由于二者所用技术不同,又有诸多差异。
早在1934年,斯密施——罗斯(Smith-Rose)在用交流电测量岩石电性时,就已经发现岩石的等效电导率是一个复量。
然而,由于技术的原因,在1950年以前所有激电法都是采用时间域测量。
1958年苏联专家柯马罗夫(ВАКомаров)来华讲学,将时间域激电方法法带到了中国。
那是单向长脉冲(一般为2分钟)供电、供电时测总场电位差、断电后测二次电位差,因而是时间域激电法。
因为当时我国只有这样一种技术,人们笼统地称它为激电法,而没有在前面加形容词。
引入变频激电法后,为了区别,人们将变频激电法又称为交流激电法,而将前者称为直流激电法。
后来的“直流”激电用了双向短脉冲供电,明显是交流了,再叫直流激电显得很不合适。
因为它是研究二次电位的时间依从关系,将它规范为“时间域激电”是必要的。
《双频激电法原理及应用》教学大纲课程名称:双频激电法原理及应用课程类型:理论课学时:16学时一、课程目标:1.了解双频激电法的基本原理和工作方式;2.掌握双频激电法在物理实验中的应用;3.培养学生的实验设计、数据处理和结果分析能力。
二、课程内容:1.双频激电法的基本概念和原理(2学时)a.双频激电法的定义和概念;b.双频激电法的基本原理;c.双频激电法的优缺点。
2.双频激电法的仪器与材料(2学时)a.双频激电法的仪器和设备介绍;b.双频激电法所需的材料和试剂。
3.双频激电法的实验操作(4学时)a.实验室安全注意事项;b.实验前的准备工作;c.实验步骤和操作要点;d.实验数据的记录。
4.双频激电法实验结果的处理与分析(4学时)a.实验数据的处理方法;b.数据分析和结果的展示;c.结果分析与讨论;d.实验误差的分析与修正。
5.双频激电法的应用(4学时)a.化学分析中的双频激电法应用;b.环境检测中的双频激电法应用;c.材料表征中的双频激电法应用;d.医学诊断中的双频激电法应用。
三、教学方法:1.理论讲授:通过课堂教学,讲解双频激电法的基本原理和应用领域,引导学生对理论知识的理解和掌握。
2.实验操作:组织学生参与双频激电法的实验操作,让学生亲身体验实验过程,培养实验操作的技能和观察能力。
3.讨论与研究:组织学生分析实验结果,进行讨论和研究,培养学生的问题解决能力和创新思维。
4.实践应用:组织学生进行实践应用,例如在实验室中应用双频激电法进行物质分析等,并指导学生撰写实验报告。
四、评估方法:1.实验报告:学生按照课程要求撰写实验报告,包括实验目的、原理、操作步骤、数据处理和结果分析。
2.课程考核:通过考试的方式检测学生对课程知识的掌握情况,考察学生的理论基础和实验操作能力。
五、参考教材:1.杨文林,等.化学分析实验(第六版).高等教育出版社.2.张伟,等.双频激电法及其应用.科学出版社.3.《物理化学实验指导书》.化学工业出版社.。
双频激电方法技术手册青海省有色地勘局八队物探项目部2013-3目录第一章前言 (1)第二章频率域激电的方法技术 (2)第三章野外工作方法和技术 (5)第四章岩矿石物性参数的测定 (8)第五章内业资料整理 (9)第六章野外观测质量的评价 (9)第七章人员组织与设备配置 (11)附录A:双频激电仪的技术要求与使用规定 (11)附录B:幅频率的标本测定法 (14)附录C:设计书编写提纲 (15)附录D:报告书编写提纲 (16)附录E:双频激电常见问题解答 (17)第一章前言双频激电法是在何继善院士发明的双频激电仪的基础上发展起来的一种频率域激电法,该方法曾在有色、地质、石油、煤炭、冶金等系统得到广泛应用,在普查找矿工作中发挥了重要作用。
随着双频激电法在我国地质矿产普查领域的普及,根据国家地质调查局的意见,为了实施规范化管理,进一步提高双频激电法的找矿效果,特编写本工作手册。
本手册的部分数据是依据2000年及2001年双频激电示范区的工作,以S-2型双频激电仪为例,结合我们以前在实际应用中所取得的成果得来的。
1.1 双频激电法的应用范围随着双频激电法在全国有色金属系统、冶金系统、地质系统、化工系统、基建工程兵部队和水电系统等地质队、物探队的推广使用,应用地区遍及全国各地,其中包括气候恶劣、气温变化很大的新疆、青海、甘肃,气候潮湿的福建、广东、广西,地形起伏剧烈的云贵高原,天气寒冷的东北三省及风沙严重的内蒙地区。
矿种涉及锡、铜、铅、锌、钨、锑、金、银、锰、铁等金属矿产和硫、磷、硼、煤等非金属矿产,并能解决工程、水文地质问题。
1.2 工作设计的编写工作设计是保证完成工作任务的作战方案和措施,没有设计和设计未经上级主管部门审查批准不得施工。
一般临时性零星突击工作、方法试验及矿点踏勘检查可不编写设计。
在接到任务后,应进行现场踏勘,收集工作区的各种有关资料,结合现场实际情况,组织编写工作设计。
新测区和新矿种的设计由于物探资料较少,依据不够充分,应酌情在方法试验的基础上进行编写。
双频激电法在河南某铜矿勘查中地应用【摘要】在河南某铜矿勘查中采用双频激电法 , 应用大比例尺中梯扫面快速圈定异常分布特征 ,发现三块双频激电异常区 , 并在主要异常部位进行了工程验证 , 取得了良好地效果 .【关键词】双频激电;视幅频率;视电阻率双频激电法是由中国工程院院士、中南大学何继善院士研究提出地一种频率域激发极化法 , 主要用来寻找铜、多金属等硫化矿床以及相应地伴生有色金属、稀有金属和其他矿床 , 也可以寻找磁铁矿、有极化效应地赤铁矿、镜铁矿和锰矿等黑色金属矿床 .1地质简况矿区属秦岭山系外方山余脉 ,地势总体北高南低 , 属中山区.矿区中部最高地形标高525.1m,西北部河床最低标高305m,相对高差220.1m,属浅切割地形.区内植被一般,通视条件较好.水系属淮河流域,为沙河地支流,属于季节性河流,往东注入昭平台水库.矿区内出露地层 ,自老至新为:中太古界太华岩群雪花沟组上段<ar2x1 )、中段<ar2x2)、下段<ar2x3)、中太古界太华岩群水底沟组<ar2s )、中元古界熊耳群鸡蛋坪组 vpt2j1 )、第四系<q)矿区内断裂构造发育 ,褶皱构造不明显 . 断裂构造带主要呈北西〜南东向延伸,大多数与岩层产状基本一致,产状为200° -240 ° / 50° -70 °;其断裂带内角砾成分因其围岩不同而不同,主要有黑云斜长片麻岩角砾、斜长角闪片麻岩角砾 .矿区出露地主要为燕山晚期第一次侵入花岗岩和第二次侵入花岗岩,主要由黑云母角闪石英二长岩、巨斑状花岗岩组成 . 岩石多呈肉红色 , 具半自形中细粒粒状、似斑状结构 , 块状构造 . 斑晶多为斜长石,含量20-25%,晶粒粒度一般5-20mm基质由钾长石、斜长石、石英及少量黑云母组成,微量矿物有磷灰石、榍石等.矿区内共发现含矿构造带2条:fl及f2含矿构造带.含矿构造带宽度在 0.4-3.00m 不等, 一般 1-1.5m 左右, 地表走向长度在数十 M至百余M不等,倾角较陡,一般为50° -80 ° ,普遍含矿,铜品位在0.13-0.79% 之间, 普遍伴生金 , 多数金品位较低 .2地球物理特征表 1 矿区标本测试结果对矿区内主要成矿地区采集地 78块标本进行物性测试 <表1), 得到了以下物性资料: <1)岩石电性特征:未明显矿化岩石标本地视幅频率较高 , 其平均值为 1.66%.矿化岩石标本地极化率较高,fs为2.93%,其中成矿构造岩石地fs为3.14%•岩矿石标本和含矿性及极化率也具有正相关关系 . 不同地段矿化岩石地 fs 值因其硫化物含量和结构构造不同而呈现较大地变化 . 矿化地区电阻率较小, 非矿化地区电阻率较高 , 但电阻率差异不大 . 本区矿化地质体与围岩有较大地极化率差异 , 可形成明显地激电异常 .<2 )极化场特征:本区地区域背景值中等 ,第四系地背景值为 1.42%.3原理及工作方法双频道激发极化法是中国工程院院士、中南大学何继善院士根据我国有色金属矿产资源多分布在山区 , 其交通不便、地形复杂、工业电干扰严重地特点 ,而常规地双频激电法由于其装备笨重 , 工作效率低 ,难以面积性推广应用地情况下而首次提出地一种新型频率域激发极化法 , 其核心是发送机将高低两种频率地电流合成为特殊波形地双频电流同时发送到大地 .一般高频电流地频率为 4hz, 低频电流地频率为 4/13hz, 即高、低两种频率电流地频比为 13. 接收机同时接收双频电流经过大地介质传导后 , 在介质中产生地高频电位差<3 ug),低频电位差<8 ud),并根据公式fs= ■x 100%和p s=k■ k分别计算视幅频率fs和视电阻率p s.本次工作采用 sq-3c 型双频道轻便型激电仪<一发双收配置) , 以中间梯度装置类型进行测量.其中ab供电极距1400M,mn40M线距100M点距20M供电电源选用36个12v4a地蓄电池串联.根据实地野外实验后 , 确定采用 4hz、4/13hz 发射频率组进行发射 , 测量地物理参数为视幅频率fs、视电阻率p s、高频电位差8 ug、低频电位差8 ud及供电电流i.在野外施工中常常需要避免或者减小接地电阻和电磁耦合对测量中地影响 . 对于接地电阻地改善 , 其关键点在于增加电极与土壤地接触面积 , 常用地方法为使用多根电极并联或者使用锡箔纸代替电极 , 这样可以大大增加接触面积 , 同时在接地电极附近浇上盐水效果会更佳 . 在野外测量过程中常出现负值情况 , 多数情况下与电磁耦合现象分不开 . 在野外施工中 , 采用导线尽量铺设在干燥处 , 供电导线与测量导线之间需间隔一定距离尽量减少供电电极地接地电阻等方法来减小电磁耦合对测量过程地干扰.4应用效果为了了解该区土壤地球化学测量中主要异常元素 cu 地赋存状态及规模,在该区采用双频道激电法 ,开展了 1:1万地面积性测量工作,并且在异常部位进行了质量检查重复测量 , 以保证工作精度和施工质量.图 1为 90号测线质量检查对比曲线 .图 1 90 号测线质量检查对比曲线图 2 矿区双频激电视福频率 fs 等值线平面图图3矿区双频激电视电阻率p s等值线平面图在视福频率 fs 等值线平面图<图 2)上,以不同背景 ,不同异常下限圈定激电异常 3 处,编号为 jd1 、jd2 、jd3.jd1 异常:位于矿区西北角 , 以2.34%等值线圈定地异常为南北走向地拉长椭圆状异常;向北未封闭 , 异常规模中等 . 视福频率 fs 值在2.34%-3.24%之间,宽度范围100-400M,长度600M,但在视电阻率p s等值线平面图<图3)上,有一个长度300M,宽80M地极低阻区, 视电阻率p s 在 72-258 之间, 属于高极化低阻区 , 而两边是高阻区, 视电阻率p s 在 885-2962 之间, 差距非常明显 , 因此存在矿化带地可能性非常大 .jd2 异常:位于矿区北部中间 , 以 2.10%等值线圈定地异常为南北向地拉长椭圆状异常 .视福频率 fs 值在 2.34%-3.32%之间, 面积较小,长度为400M,宽度在100-200M,电阻率值在127-509之间,属高极化中阻区 .jd3 异常:位于矿区东北角 , 以2 .86%等值线圈定地异常 , 向东北未封闭,规模比较大 .视福频率 fs 值在 2.86%-5.59%之间,面积比较大,长度800M,宽度在250-550M,电阻率值中等,存在两块低阻区,第一块在北边,长300M,宽度200M,结合地质资料认为,是由fl含矿构造带引起;第二块在南边,长200M,宽度200M,结合地质资料认为 , 是由 f2 含矿构造带引起 .08 横勘探线与 90 号物探测线基本重合 , 根据物探剖面并结合地质剖面 <图4)和钻孔资料,圈出矿体一个vii -1 ),矿体长约100m, 宽约65.3m,标高220m,cu品位在0.33〜0.898%之间,平均品位为 0.51%,同时看出物探剖面有很明显地低阻、高极化异常 , 该位置与地质剖面地铜矿脉对应较好 , 且倾向与推测倾向吻合 .5结论通过对本区进行双频激电扫面工作及综合研究 , 发现 3块双频激电异常区 , 并在主要异常部位进行了工程验证 , 取得了良好地效果 , 证明了双频激电法在查明隐伏或深部金属硫化物矿体地规模、赋存状态、矿体空间定位预测 ,指导山地工程 , 加快找矿进程 ,节约勘探成本中发挥了极其重要地作用 .【参考文献】[1]何继善.双频激电法[m].北京:高等教育出版社,2006 : iii —ix .[2]柳建新 , 刘春明, 等. 双频激电法在西藏某铜多金属矿带地应用[j].地质与勘探,2004,40<2 ) : 59-61.[3]李生路, 关承英, 李军锋, 等.双频激电法在小秦岭下蒿坪金矿勘查中地应用 [j]. 武汉大学学报:工学版 ,2008,41<5 ): 129-132.[4]王昌勇, 严鸿,严永帮, 等.双频激电法在西藏楚多曲地区地应用效果[j].物探与化探,2009,33<5 ) : 541-544.[ 责任编辑:尹雪梅 ]。
双频激电法的物理基础§1.1 双频激电法导论1.1.1 从变频激电到双频激电在频率域研究激发极化,至少要用两个不同频率的电流来激发,见图 1.7。
为了获得明显的激发极化效应,必须使一个电流的频率充分低(记为L f ),这时地下介质得到充分的激发,测得的()L f V ∆中含有足够的IP 电位(即二次电位),相当于时间域里的()t TV ∆-∆;另一个电流的频率充分高(记为()H f V ∆),使得地下的介质来不及产生激发极化,测得的()H f V ∆接近于1V ∆。
为了与时间域的名词术语相区别,在频率域中,是用视幅频率(记为F s )来表征激发极化的,定义为()()()()%100%⨯∆∆-∆=L H L s f V f V f V F (1.1.5)视幅频率F s 的含义是,激发极化总场电位差振幅因频率不同而引起的变化的百分率。
视幅频率F s 不但与地下介质的性质有关,还与频率对(L f 、H f )的选择有关。
如果L f 和H f 十分接近,显然0→s F ,得不到地下介质的激发极化信息。
由于F s 是由频率变化而引起的一个无量纲的百分率,西方地球物理学家称它为“百分频率效应”(Percent Frequency Effect , 缩写为PFE )。
比较(1.1.1)和(1.1.5)两式,不难看出,视幅频率F s 与视极化率s η的物理意义是等效的。
因为()L f V ∆相当于时间域的()t TV ∆-∆,()H f V ∆相当于1V ∆,所以 ()()()()()()()()()s off on L H L s t T V t V t T V T t V t T V V t T V f V f V f V F η=∆-∆→∆=∆-∆→∆=∆-∆∆-∆-∆=∆∆-∆=0221 (1.1.6) 当然,这是指0→L f ,∞→H f 和∞→on t ,0→off t 的极限情况。
一般来说,L f ,H f 的选择和on t ,off t 的选择都不可能达到极限情况,故一般F s 和s η在数值上并不相等,但二者的变化规律相同。
所以我们只说“等效”而不说“相等”。
早期的频率域激电,为了向地下供两种频率的电流,是采用分两次供电的办法。
即第一次供低频电流,第二次供高频电流,分别测量()L f V ∆和()H f V ∆,然后按(1.1.5)式计算视幅频率F s 。
由于工作中要改变频率,这一方法的创始人J. R.Wait 给它取了一个名字,叫“变频法”。
频率域激电不需要测断电后的二次电位,只需测供电时的总场电位,使用的供电电流比时间域小很多,因而供电装置轻便,野外易于移动,效率高。
但是分两次供电、两次测量,增加了占用的时间,也增加了供电、测量之间的联系,又降低了效率,并且两次测量是在不同时间作的,受各种偶然因素影响大,观测精度不易提高。
为了克服变频法的上述缺点,而充分发挥频率域激电的优点,笔者发明了双频激电法。
双频激电法的中心思想是把两种频率的方波电流叠加起来,形成双频组合电流(见图1.8),同时供入地下,接收来自地下的含有两个主频率(也含其它频率成份)的激电总场的电位差信息,经过仪器内部的放大、选频、检波等一系列步骤,一次同时得到低频电位差()L f V ∆和高频电位差()H f V ∆,同样按(1.1.5)式计算视幅频率F s 。
双频激电的原理示于图1.8。
双频激电不需要在断电后测量2V ∆,要求的供电电流比时间域小几十倍,因而装置轻便,效率高;双频激电也不需要变频,一次观测可同时获得()L f V ∆和()H f V ∆两个数据,进一步提高了效率。
又因双频同时供电,同时测量,一些偶然因素对()L f V ∆和()H f V ∆的干扰相同,计算F s 时因相减而抵消,从而提高了精度。
我国许多矿产资源埋藏在山区。
双频激电在全国各省、市、自治区(除台湾省外)得到了推广应用,找到一大批金、银、铜、铅、锌、锰、镍、钼等各种矿产,这与它装备轻便,野外效率高,抗干扰能力强等特点是分不开的。
在下面的章节中我们将对这些特点分别加以论述、分析和比较。
§1.2 激发极化现象的物理——化学解释前已谈到,在外电流作用下地下岩石、矿物将发生激发极化,激发极化现象与地下介质的电学(电化学)性质有着本质的联系,使得激发极化法成为地球物理勘查的基本方法之一。
金属矿石、石墨等电子导体,地下水、岩石等离子导体,具有各不相同的激发极化性质和特点。
观察它们的激发极化效应便能达到勘查这些目标并且区分它们的目的。
激发极化的物理现象,反映了外电流引起的地下介质中电荷的分化和转移。
这种分化转移是非常复杂而又多种多样的。
目前把激发极化的机制,总的分为两类:电子导体(对于地下介质而言,严格地说应是半导体,但一般文献中都笼统地将它们称为电子导体。
)的激发极化和离子导体的激发极化。
前者是指电子导体和周围溶液界面上的电荷分化和转移,后者则是指岩石颗粒与溶液界面上的电荷分化转移。
不论哪种激发极化机制,除了介质本身的内在因素外,外电流的激发是一个重要的条件。
为了便于理解这两种不同的机制,我们把地下介质简化成图 1.9所示的极化岩石单元模型。
单元的上面部分表示纯离子通道,下面的部分表示电子导体和离子导体的共同通道。
在实际的地下介质中,离子通道和共同通道并不像图中这样互相隔离,而是彼此混和交织在一起。
图上这样画只是为了叙述和理解的方便。
1.2.1 电子导体的激发极化首先研究共同通道。
为了看清在电子导体和周围溶液界面上发生的电荷分化和转移,我们把这一小部分放大绘于图1.10,电子导体界面上的激发极化又称为面极化。
埋藏的电子导体长期受地下溶液浸泡。
这些溶液是成份复杂的离子溶液,它是在久远地质年代多种地质作用形成的。
导体的金属成份或多或少被离子溶液溶解,成为带正电荷的金属离子,游移于溶液中,而把带负电荷的成份(主要是电子)留在了导体内,形成初步的正负电荷分离。
又由于电荷之间的引力,导体中的负电荷与溶液中的正电荷大多分布在导体——溶液界面的两侧。
在发生溶解的同时也发生电荷的中和,或者说再交换,使金属离子还原成金属。
当这种分化与中和达到动态平衡,就在导体与溶液界面上建立起一个稳定的双电层,正、负电荷之间产生一个稳定的电位差,称为平衡电极电位或双电层电位,记作εr (见图1.10(a ))。
虽然双电层产生的电位差是稳定的,但如果没有外电流的激励,这一电位差在宏观上并不显示出来。
一则因为双电层的厚度只有纳米的级次,电场范围很小,二来不同颗粒和不同界面的电位差互相抵消,故整体上仍为中性。
从导体上分离出来的金属正离子在溶液中并非固定不动。
由于热运动,它们力图向远离界面的地方扩散。
又由于负电荷的吸引,正离子不能扩散得太远。
因此双电层中的正离子大多数紧密排列在界面附近,称为“紧密层”。
只有少部分扩散到较远的地方,称为“扩散层”,离界面越远,正离子浓度越小(图 1.10(b ))。
包括扩散层在内,双电层总的厚度大约十来个纳米。
在外电流(其电流密度记为J o )激励下,双电层的电荷将发生转移和重新分布(图1.10(c ))。
导体内的负电荷向电流流入端转移,形成所谓“阴极”,并与受电场力驱动来的正离子发生电荷交换;相反,在电流流出端,聚积了过多的正电荷,形成所谓“阳极”。
而在导体外的溶液中,“阴极”附近发生正离子的聚积,“阳极”附近出现负离子的聚积(图1.10(c ))。
这就打破了双电层的平衡,使原来均匀分布的双电层的电荷分别向两极转移。
致使两极附近双电层的电位差超过了没有外电流时的平衡电极电位εr ,构成一个附加的原电池。
人们把这个电位称为“过电位”(over voltage ),记作V o 。
很明显,过电位就是外电流激励下电子导体两极电荷转移形成的电位差εd 超出双电层平衡电极电位εr 的那一部分,可写作r d o V εε-= (1.2.1)式中给εd 和εr 加上绝对值符号,是因为电荷的转移改变了阳极双电层的极性,而且阴极和阳极过电位的符号相反。
上述面极化的物理解释,只涉及到过电位产生的一个方面。
另一方面各种地质作用长期形成的地下溶液是一种成分复杂的离子溶液,含有大量H +一类的正离子和Cl -、OH -一类的负离子。
在电场力驱动下,正、负离子分别向导体的两极运移和聚积,并且发生电荷的交换。
在阴极,H +获得电子而析出氢气,在阳极,Cl -、OH -失去电子而析出氯气和氧气。
形成中性的气体薄膜,阻止电流的流通和进一步的电荷 交换,增加了界面上的欧姆损耗。
地下导体处在离子溶液的包围中,过电位一旦建立起来,必然要通过周围溶液放电,把聚积起来的电荷运回原处,恢复双电层的平衡,或者说把聚积的能量释放出来。
外电流维持不变时,这一放电电流与外电流混和在一起,难以区分。
表现为在图1.1MN 间观察到的总电位差随时间渐渐增大,如同出现了一个附加原电池一样。
显然,当过电位的形成和放电达到动态平衡时, MN 间电位差的增大达到一个稳定值,不再变化。
像图1.2中充电曲线a 的尾部那样。
上述过电位是由电子导体表面双电层及其附近的电荷在外电流作用下转移并发生电化学反应形成的。
这种转移和化学反应的速度有限,达到动态平衡需要一定的时间。
使得在时间域观察到过电位相对外电流有一定的迟缓性,出现图1.2曲线a 的形状。
而在频率域,则表现为MN V ∆相对外电流时间滞后,相位ϕ为负值。
供电回路切断之后,尽管供入地下的外电流立即消失,然而过电位放电的电流依旧存在。
但过电位本身是外电流激发而形成的,切断外电流便取消了激发的动力,自然不可能再形成新的过电位。
这时在MN 间观察到单纯由过电位放电引起的电位差,也就是“纯净”的激发极化电位差。
随着放电的进程,这一电位差不断衰减,衰减的速率先快后慢。
经过一段时间,形成过电位的积累电荷释放完毕,双电层恢复平衡,激发极化电位差随之消失。
这就是我们从图1.2中放电曲线b 看到的现象。
值得指出,石墨和某些含碳高的岩石具有相当低的电阻率(纯石墨的电阻率顺解理面测量时为10-8Ω·m 级次,垂直解理面方向的为10-6-10-2Ω·m 级次),属于电子导体。
石墨晶体中,碳原子的四个外层电子中有三个与周围的原子以共价键结合,构成一种含六边形结构的面层(如图1.11所示),而第四个电子则比较自由地运动于层与层之间,故为电子导体。
人们常常观察到石墨或含碳岩石具有强烈的激发极化效应,属于面极化。
它们的低电阻和高极化往往引导地球物理人员产生错觉,干扰了对某些地质目标的分辨。
但是天然条件下石墨和含炭岩石的化学性质非常稳定,并不能溶解到溶液中形成离子。
前述“导体——溶液界面上双电层的形成和电荷的转移”的说法解释不了石墨和含碳岩石的激发极化。