9第八章其它电探方法x教学提纲

第三节激发极化法在进行电阻率法测量时，人们常发现：在向地下攻入稳定电流的情况下，仍可观测到测量电极间的电位差随时间而变化（一般是变大），并经相当时间（一般几分钟）后趋于某一稳定的饱和值；在断开供电电流后，测量电极间的电位差在最初一瞬间很快下降，而后随时间相对缓慢下降，并在相当长时间后（通常约几分钟）衰减接近于零。即：当采用某一电极排列向大地供入或切断电流的瞬间，在测量电极之间总能观测到电位差随时间的变化，在这种类似充、放电的过程，由于电化学作用所引起的随时间缓慢变化的附加电场的现象称为激发极化效应（简称激电效应）。激发极化法就是以岩、矿石激电效应的差异为基础从而达到找矿或解决某些水文地质问题的一类电探方法。由于采用直流电场或交流电场都可以研究地下介质的激电效应，因而激发极化法又分为直流（时间域）激发极化法和交流（频率域）激发极化法。二者在基本原理方面是一致的，只是在方法技术上有较大的差异。处于同一种电化学溶液中的电子导体，在其表面将形成双电层，双电层间形成一个稳定的电极电位，对外并不形成电场。这种在自然状态下的双电层电位差是电子导体与围岩溶液接触时的电极电位，又称为平衡电极电位。供电前的均匀双电层在电场作用下，当电流通过电子导体与围岩溶液的界面时，导体内部的电荷将重新分布，自由电子逆电场方向移向电流流人端，使其等效于电解电池的“阴极”，在电流流出端则呈现出相对增多的正电荷，使其等效于电解池的“阳极”。供电时的极化现象与此同时，围岩中的带电离子也将在电场作用下产生相对运动，并分别在“阴极”及“阳极”附近形成正离子和负离子的堆积，从而使电流的流人端及流出端的双电层发生了变化。在电流的作用下，导体的“阴极”和“阳极”外双电层电位差相对于平衡电极电位的变化称为过电位（或超电压）。显然，超电压的形成过程就是电极极化过程，在供电过程中，超电压随供电时间的增加而增大，最后趋于饱和值，当切断供电电流后，堆积在界面两侧的异性电荷将通过导体和围岩放电，超电压也将随时间的增加而逐渐减小，最后完全消失。这时，导体和围岩溶液间又恢复到供电之前的均匀双电层状态。2.离子导体激电场的成因实践表明，除电子导体之外。一般岩石（即离子导体）也能产生比较明显的激电效应，虽然关于离子导体的激发极化场的成因至今尚无统一的解释方法，但大多数学者认为离子导体的激发极化效应与岩石溶液界面上的双电层结构有关。自然界中大多数造岩矿物，其表面总呈现出负的剩余电价力，因而吸附周围溶液中的正离子，并在和溶液的接触面上形成了具有分散结构的双电层。双电层的固相岩石表面一侧为占有固定位置的负离子，它们吸引溶液中的正离子，使液体一侧靠近界面处的正离子不能自由活动，构成了双电层的紧密区，离界面稍远处的正离子，由于受到的吸引力较弱，可以平行界面方向自由移动，构成了双电层的扩散区。薄膜极化效应是离子导体激发极化的主要原因。当岩石颗粒间的孔隙直径和双电层扩散区的厚度相当时，则整个孔隙皆处于双电层扩散区内，其中过剩的阳离子吸引负离子而排斥阳离子。故在外电场作用下，扩散区的阳离子移动较快，与此同时，由于孔隙中过剩阳离子的吸引，因而阴离子的移动较慢，我们称这样的岩石孔隙为阳离子选择带或薄膜。当电流通过宽窄不同而彼此相联的岩石孔隙时，由于窄孔隙(即薄膜)中阳离子的迁移率大于阴离子的迁移率，而宽孔隙中阴、阳离子的迁移率几乎相等，于是窄孔隙里的载流子大都为阳离子。电流将大量阳离子带走，结果在窄孔隙的电流流出端形成阳离子的堆积；在电流流入端形成阳离子的不足。由于窄孔隙对阴离子有一定的阻挡作用，因此在阳离子堆积和不足的两端，同样造成阴离子的堆积与不足。这样，沿孔隙方向便形成了离子浓度梯度，它将阻碍离子的运动，直至达到平衡为止。断去外电流之后，由于离子的扩散作用，离子浓度梯度将逐渐消失，并恢复到原来状态。与此同时，形成扩散电位，这便是一般岩石（或离子导体）上形成的激发极化现象。岩矿石的激发极化效应可以分为面极化与体极化，就其形成机理来说，二者并无差别，因为从微观来看，所有的激发极化都是面极化的。以体极化为例讨论岩、矿石在直流电场作用下的激发极化特征。二、激发极化特性及测量参数1.激发极化场的时间特性激发极化场（即二次场）的时间特征与被极化体与围岩溶液的性质有关。在开始供电的瞬间，只观测到一次场电位差△U1，随着供电时间的增长，激发极化电场（即二次场电位差△U2）先是迅速增大，然后变慢，经过2~3分钟后逐渐达到饱和。这是因为，在充电过程中，极化体与围岩溶液的超电压是随充电时间的增加而逐渐形成的。显然，在供电过程中，二次场叠加在一次场上，我们把它称为总场电位差，并用△U来表示。当断去供电电流后，一次场立即消失，二次场电位开始衰减很快，然后逐渐变慢，数分钟后衰减到零。2.激发极化的频率特性交流激发极化法是在超低频电场作用下，根据电场随频率的变化来研究岩矿时的激电效应。图是一块黄铁矿人工标本的激电频率特征曲线，由图可知，在超低频段（0.n~nHz）范围内，交流电位差（或者说由此而转换成的复电阻率）将随频率的升高而降低，我们把这种现象称为频散特性或幅频特性。由于激电效应的形成是一种物理化学过程，需要一定的时间才能完成。所以，当采用交流电场激发时，交流电的频率与单项供电持续时间的关系是：频率越低，单项供电时间越长，激电效应越强，因而总场幅度越大；相反，频率越高，单项供电时间越短，激发效应越弱，总场幅度也越小。显然，如果适当的选取两种频率来观测总场的点位差后，便可从中检测出反应激电效应强弱的信息。3.频发极化法的测量参数（1）视极化率是直流（或时域）激发极化法的一种基本测量参数。当地下岩矿石的极化率分布不均匀时，用某一种电极装置的测量结果实际上就是各种极化体激发极化效应的综合反映。其表达式为：△U—极化场的电位差；△U2—断电后某一时刻的二次场电位差（2）视频散率视频散率是交流激发极化法的一种基本测量参数。该参数是通过选用两种不同的电流供电时所测总场电位差来进行计算的，其表达式是：其中：△Uf1、△Uf2分别表示超低频段两种频率供电电流所形成的总场电位差。也是地下一定深度范围内各种极化体激发极化效应的综合反映。由于直流激电和低频交流激电二者在物理实质上是完全一样的，因此在极限条件下，即△U（f1→0）和△U（f2→∞），两种方法有完全相同的测量结果。（3）衰减度（D）衰减度是反映激发极化场（即二次场）衰减快慢的一种测量参数，用百分数来表示，二次场衰减越快，其衰减度就越小。衰减度表达式为：△U2为供电30S、断电后0.25s时的二次场电位差；为断电后0.25s至5.25s内二次电位差的平均值。即：由视极化率与衰减度组合的一个综合参数J，称为极化比。该参数在激电找水工作中也得到广泛应用。表达式是：原则上讲，电阻率法的各种电极装置都可用于激电法，不过，这些装置在激电法中的特点和效能各不相同，故应根据激电法的地质任务、工区地电条件和仪器、设备情况，合理选用装置类型。现对激电法中几种常用装置的特点和效能作些对比性的讨论，以供选择装置时参考。三、激发极化法装置的选取（一）中间梯度装置中梯装置的一个主要优点是，敷设一次供电导线和供电电极A、B，便能在相当大的面积上测量，特别是还能用几台“远点启动”的接收机同时在该面积上观测，因而具有较高的生产效率。此外，它在A、B间的中间地段测量，接近水平均匀极化条件，故对各种形状、产状和相对导电性的极化体均可得到相当大的异常，而且异常形态较简单，易于解释。中梯装置的特点是供电电极距较大(n·10-2—n·103m)，这导致它的两大缺点：① 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 较大的供电电流强度，这使得它的装备比较笨重。②电磁耦合干扰较强，但在时间域观测中选用几百毫秒或更长的延时可有效地降低这种干扰。故在时间域激电法中，中梯装置应用最广。（二）联合剖面装置联剖装置能得到2条ηs曲线，将2条曲线配合起来作推断解释，能较准确确定极化体位置（根据“反交点”）和判断极化体倾向。但联剖ηs曲线较复杂，对相邻极化体的分辨能力较差，且对近地表小极化体的干扰反映较灵敏，地形对异常的畸变也较明显和复杂。此外，从工作方法和技术看，电极距对联剖异常的影响较大，恰当地选用电极距对联剖装置很重要，有时甚至需要几种电极距作测量，这会使生产效率降低；联剖需要敷设一条“无穷远线”，这不仅使装置笨重，生产效率低，而且电磁耦合干扰问题较大。故联剖不用作普查找矿的基本装置，仅在详查中为解决特定问题（如确定极化体位置和产状等），才在少数剖面上布置激电联剖测量，而且多在时间域激电法中采用。（三）对称四极测深装置激电法中经常遇到水平宽度和走向长度都有限的局部极化体，激电测深通常只能提供极化体埋深的 资料 新概念英语资料下载李居明饿命改运学pdf成本会计期末资料社会工作导论资料工程结算所需资料清单 。利用激电测深确定局部极化体的下延深度和电参数，目前尚无有效方法。当地电断面较复杂（如断面中存在两个或多个相邻近的极化体），其他装置对异常的分辨能力很差时，布置剖面性的激电测深，并绘制ηs等值线断面图，能较好地反映断面中极化体的分布和产状。在实际生产中，一般只在已发现异常的中心布置个别激电测深点（常作十字测深，即A、B分别沿异常走向和垂直异常走向布极，作两次测深观测），主要任务是确定极化体埋深和判断极化体与围岩的相对导电性。此外，在激电找水工作中，经常使用测深装置。激电测深装置的电磁耦合干扰也比较严重，故很少用于频率域测量。（四）偶极装置偶极装置的激电异常幅度较大，对覆盖层的穿透能力较强。在采用多个偶极间隔系数工作时，兼有剖面法和测深法双重性质，对极化体形状和产状的分辨能力较强。此外，在各种电极装置中，这种装置的电磁耦合干扰最小。偶极装置的缺点是：异常形状较复杂，常需用多个偶极间隔系数作测量，绘出拟断面图，异常才好解释。在用同样大的电极距工作时，它要求的供电电流较大。此外，在野外工作中，需要逐点移动供电电极A、B。这些都使偶极装置的生产效率较低和成本较高。在我国，偶极装置主要用于电磁耦合问题比较突出的频率域激电法。（一）激发极化法在水文地质调查中的应用不同岩、矿石的激发极化特性主要表现在二次场的大小及其随时间的变化上。在金属矿的普查勘探中，主要采用了表征二次场大小的参数，如极化率及频散率等。但在水文地质调查中，我们更重视表征二次场衰减特性的参数，如衰减度，激发比、衰减时等。激发极化法在水文地质调查中的应用主要有两点：一是区分含碳质的岩层与含水岩层所引起的异常，二是寻找地下水，划分出富水地段。四、激发极化法应用实例1．用视极化率判别水异常激发极化法在岩溶区找水时，由于低阻碳质夹层的存在，常会引起明显的电阻率法低阻异常，这些异常与岩溶裂隙水或基岩裂隙水引起的异常特征类似，给区分水异常带来困难。由于碳质岩层不仅能引起视电阻率的低阻异常，同时还能引起高视极化率异常，而水则无明显的视极化率异常。因此，借助于激发极化法可识别碳质岩层对水异常的干扰。在剖面的77号点附近，有一电阻率同步下降的“V”字型低阻异常，测深曲线呈KH型，曲线未产生畸变，视极化率很小，仅为1％。可见这是一个低阻低极化率异常推断此异常和碳质岩层无关，为岩溶裂隙所引起。后经验证，在27～75m处见地下水。第四节交变电磁场法一、交变电磁场的基本知识交变电磁场法简称电磁法，它是以岩、矿石的导电性、导磁性及介电性的差异为基础，通过研究场的空间和时间分布特性从而来解决有关地质问题的一类电探方法。电磁法的种类很多，从场源形式上可以分为人工场源及天然场源两种，其中人工场源又可分为连续波场、瞬变脉冲场及辐射场。连续波场是向大地发射连续的正弦波电磁场，在发射的同时，观测场的空间分布。也可以改变发射频率、从而研究异常场随频率的变化，因此，这种形式的电磁法又称为频率域电磁法。频率域电磁场法其频率一般低于105HZ，当场的频率超过105HZ时，电磁场以波动形式传播，这种情况主要利用岩矿石对电磁波的反射、透射及吸收特性来研究地质问题，这种形式的电磁法称为辐射场法。二、频率测深法频率测深是电磁法中用以研究不同深度地电结构的重要分支方法，它是通过改变电磁场频率的方法来达到改变探测深度的目的。近年来，利用人工场源所进行的频率测深，在解决各类地质构造问题上获得了较好的地质效果。由于它具有生产效率高、分辨力强、等值影响范围小以及具有穿透高阻电性屏蔽层的能力，因而受到勘探地球物理界的普遍重视。人工场源频率测深的激发方式有两种，其中一种是利用接地电极，将交变电流送人地下，当供电偶极，距离不很大时，由此而产生的电磁场就相当于水平电偶极子的场，另一种激发方式是采用不接地线框，其中通以交变电流后在其周围便形成了一个相当于垂直磁偶极子的电磁场。三、甚低频电磁法甚低频（VLF）电磁法是一种被动源电探方法，它利用超长波通讯电台所发射的电磁波为场源，通过在地表、空中或地下探测场的参数变化，从而来达到找矿或解决有关水文工程地质问题的目的。甚低频电磁法电磁场空间分布示意图四、无线电波透视法1.基本原理及工作方法无线电波是一种频率很高且具有一定能量的电磁波，它可以在真空及各种介质中传播，由于介质的性质不同，它们对电磁波吸收的程度也不一样。真空中不吸收电磁波，空气或高阻岩石对电磁波的吸收作用很弱，低阻矿体和充水溶洞对电磁波的吸收作用较强。无线电波透视法就是通过研究钻孔或坑道间电磁波的传播规律（或者说被介质吸收的情况）从而来圈定矿体、充水溶洞等地质对象的分布范围和产状。探地雷达（GroundPenetratingRadar简称GPR）是用频率介于106～109Hz的无线电波来确定地下介质分布的一种方法。其探测范围已扩展为3050m，探测的分辨率可达数厘米，深度符合率小于±5cm。五、地质雷达探地雷达不仅具有很强的抗干扰性、极高的采样率，而且由于数据处理技术的高度开发，其探测成果己具有崭新的高精度表现能力。目前，地质雷达已在地基调查、洞穴探测、考古研究等领域获得了广泛的应用。LTD型探地雷达一.基本原理探地雷达，它所发射的电磁波只能在岩层内传播，由于岩层的强烈吸收作用其衰减较大，因而探测距离较小。地质雷达所用的电磁波有一较宽的频谱，频段远大于一般的地面电磁法，106～109Hz。天线接收发射天线脉冲天线超高频的、宽频带的短脉冲电磁波地下介质反射电磁波一系列的反射脉冲或子波仪器发射接收地质雷达探测原理图及反射波型二、地质雷达的现场测量方式（1）剖面法剖面法是发射天线（T）和接收天线（R）以固定间距沿测线同步移动的一种测量方式。（2）多次覆盖应用不同天线距的发射—接收天线在同一测线上进行重复测量．然后把测量 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 中相同位置的记录进行叠加，这种记录能增强对深部地下介质的分辨能力。（3）宽角法宽角法观测方式是发射天线固定在地表某点，接收天线沿地表某点逐点移动，此时的纪录是电磁波通过地下各不同层介质的数度分布。二、探地雷达的应用地质雷达是一种高分辨率探测技术，可以对浅层地质问题进行详细地质填图，层埋藏物进行无损探测。地质雷达接收的是来自地下目的物的反射信号，现有的地质雷达设备一般都配有图像记录仪，可在现场实时显示地下断面的二维图像。目前地质雷达的图像识别方法主要采用目视判读，得出关于地下目的物的形状、大小及其空间位置。地质雷达在地基调查、地下空洞探测、考古研究、地下管线探测以及着眼于土木建筑物维护的有关调查等得到广泛应用。洞穴图像模型界面雷达检测无空界面图像空洞雷达检测空洞图像