頻譜激電法及其研究現(xiàn)狀

1、報告人：日 期：2017.04.14頻譜激電法及其研究現(xiàn)狀頻譜激電法及其研究現(xiàn)狀報告提綱譜激電法譜激電法12復電阻率復電阻率Cole-Cole模型模型3譜激電法研究現(xiàn)狀譜激電法研究現(xiàn)狀報告提綱譜激電法譜激電法1一.頻譜激電法時間域視極化率：2100sUtTtU T（）（ ，）（ ）頻率域視頻散率：DGsDGDU fU fP ffU f（ ） （ ）（ ， ）（ ）一.頻譜激電法 這些參數(shù)都只與某一充、放電時間的激電響應的大小或某兩個頻率間激電響應的差異有關(guān)，信息量較少，不能滿足電磁耦合和激電異常的需要。許多非礦地質(zhì)體、礦化或石墨化巖石、無工業(yè)價值的礦化等，都會產(chǎn)生與礦體產(chǎn)生的激電異常十分相似的

2、異常，造成干擾。 為了識別“礦”與“非礦”異常（評價激電異常源），人們進行了多方面的理論和實驗研究。尤其對激電頻譜（二次場衰減曲線）的研究是這方面研究的主流。 一.頻譜激電法 在經(jīng)歷了“變頻法”、“相位激電法”等發(fā)展階段， Pelton等人（1978）首先提出了用柯爾柯爾參數(shù)描述激電性質(zhì)的激電法。 譜激電法譜激電法(SIP)：是利用常規(guī)電阻率法的電極裝置，通過向地下發(fā)射交變電流，在一個很寬的頻率范圍內(nèi)（10-2n102Hz之間）測量視復電阻率，根據(jù)測量得到的視復電阻率振幅譜和相位譜特征及空間分布尋找地電異常，從而解決地質(zhì)問題。sUKI （ ）視復電阻率： （ ）（ ） 式中：K為裝置系數(shù)優(yōu)點：

3、優(yōu)點：抗干擾能力強，獲取電性參數(shù)多，異常信息豐富缺點：缺點：儀器設(shè)備昂貴，所需人員多，工作效率低及生產(chǎn)成本高報告提綱復電阻率復電阻率Cole-Cole模型模型3二.柯爾柯爾（ColeCole）模型 當通過巖、礦石的供電電流密度不大時，巖、礦石的激發(fā)極化效應是線當通過巖、礦石的供電電流密度不大時，巖、礦石的激發(fā)極化效應是線性的并且在時間范圍內(nèi)可以用不變的參數(shù)來描述，是一個線性時不變系統(tǒng)。性的并且在時間范圍內(nèi)可以用不變的參數(shù)來描述，是一個線性時不變系統(tǒng)。 在頻率域，這一系統(tǒng)的輸入為供電電流強度I，輸出為復電位差U，傳遞函當數(shù)是復阻抗R)()()(IUR二.柯爾柯爾（ColeCole）模型 描述這種

4、線性時不變系統(tǒng)線性時不變系統(tǒng)的一種流行方法是利用等效電路等效電路模型，我們可以用如圖等效電路來模擬電子導體與電解液界面的上的激電面間阻電子導體與電解液界面的上的激電面間阻抗抗。R模擬直流時的面間阻抗（jX）C模擬頻變的面間阻抗圖1 等效電路圖二.柯爾柯爾（ColeCole）模型1()SCRZR j X1 ()SCRZj等效電路阻抗 ZS（ ）1/sCXR式中：為時間常數(shù)，（單位為 ）二.柯爾柯爾（ColeCole）模型 對礦化巖石來說，可以把它的一個基本結(jié)構(gòu)單元簡化成下圖所示的結(jié)構(gòu)，其中包括被金屬硫化物阻塞的溶液孔隙通道和未被阻塞的溶液孔隙通道。如圖等效電路圖 2 礦物巖石的基本結(jié)構(gòu)單元（a）

5、和等效電路（b）電阻R1：模擬未被阻塞的溶液孔隙通道中的溶液的電阻；電阻R2：模擬被阻塞的溶液孔隙通道中的溶液的電阻與金屬顆粒的電阻的和；復阻抗（jX）C和R3的并聯(lián)組合：模擬金屬離子溶液界面阻抗。二.柯爾柯爾（ColeCole）模型Pelton（1978）等人的柯爾）等人的柯爾-柯爾模型的等效電路柯爾模型的等效電路1/11211(0);1CRZR mXRmR令:二.柯爾柯爾（ColeCole）模型10111CZZmj等效電路的復阻抗：（ ）（ ） （）0-1111cjmj復電阻率柯爾 柯爾表達式：二.模型參數(shù)的意義01111cjmj 000mcZZmZ是極化率，數(shù)學表達式為 時間常數(shù)，其大小

6、與電子導體礦物顆粒的大小、形狀、連通性有關(guān)。表示復電阻率頻率變化程度參數(shù)，稱作頻率相關(guān)系數(shù)。反映電子導體礦物顆粒的形狀和尺寸的變化范圍的大小。是頻率為零時巖礦石的電阻率，相當于直流電測深情況下的地層電阻率；，影響極化率最重要的因素是極化體內(nèi)部電子導電礦物的含量、成分和結(jié)構(gòu)；二.柯爾柯爾頻譜特性(41)2()()() cos(41)sin(41)221jnccccjejncjncRjI 1() cos(41)2() sin(41)2CCRncInc 式中：01111cjmj二.柯爾柯爾模型的頻譜特性0022022221()1(1)1(1)1jmRjIRjImRIm Rm ImjRIRI02220

7、2Re()(1)1 (2)() sin(1)()212() cos()2ccccmRjmRIcmmc實分量虛分量02202Im()() sin212() cos()2cccIjmRIcmc 1222122202222221202( )Re()Im() (1)() 12(1)() cos(1) ()212() cos()2ccccAjjmRmImRIRIcmmc幅值二.柯爾柯爾模型的頻譜特性222Im()( )arctanRe()arctan(1)()() sin2arctan1 (2)() cos(1)()2cccjjmIm RImRcmcmm 相位二.柯爾柯爾模型的頻譜特性二.柯爾柯爾模型的

8、頻譜特性圖 4 歸一化視電阻率的虛分量和實分量頻譜0= 1m=0.01s0.5,cm，不同 值0= 1m=0.01s0.9,mc，不同 值虛分量頻譜：a、恒為負值，其幅值與m成正比；b、在低頻和高頻時幅值均趨于零，在中間某個頻率時取得負極值（峰值）；c、曲線對稱于峰值頻率軸，該對稱軸與m值、c值均無關(guān)系；幅值與0成正比；d、在高頻和低頻時其斜率均分別趨于各自的漸近值，此漸近值隨c值的增大而增大。二.柯爾柯爾模型的頻譜特性圖 4 歸一化視電阻率的虛分量和實分量頻譜0= 1m=0.01s0.5,cm，不同 值0= 1m=0.01s0.9,mc，不同 值實分量頻譜：a、恒為正值，其數(shù)值隨頻率增高單調(diào)

9、下降；b、低頻趨于0，高頻趨于0（1m）值；二.柯爾柯爾模型的頻譜特性圖 5 歸一化視電阻率的振幅和相位頻譜0= 1m=0.01s0.5,cm，不同 值0= 1m=0.01s0.9,mc，不同 值相位頻譜：a、恒為負值，其幅值隨m大而增大；b、在低頻和高頻時趨于0，在中間某個頻率值取得負極值；c、曲線對稱于峰值頻率軸；峰值與m、c均有關(guān)系。幅值與0無關(guān)d、在高頻和低頻時其斜率均分別趨于各自的漸近值，此漸近值隨c值的增大而增大。二.柯爾柯爾模型的頻譜特性圖 5 歸一化視電阻率的振幅和相位頻譜0= 1m=0.01s0.5,cm，不同 值0= 1m=0.01s0.9,mc，不同 值實分量頻譜：a、恒

10、為正值，其數(shù)值隨頻率增高單調(diào)下降；b、低頻趨于0，高頻趨于0（1m）值；c、從圖中可以看出當c一定時，振幅頻率隨頻率增高下降快慢與m成正比。當m一定時，隨c值增大，拐點附近振幅頻率斜率增大，頻譜變化范圍變窄。資料表明：資料表明：c：0.10.6；導電礦物顆粒不均勻者c小；反之，c較大，常用值為0.25；有較大的變化范圍：n10-2n 102 s導電礦物顆粒大，相互連通較好的稠密、浸染狀、塊狀和細脈狀， 值大。導電礦物連通越好， 值越大，可達100s；無礦化的純離子導電巖石和導電礦物成細粒，互不相連的巖礦石， 1s。二.柯爾柯爾模型的頻譜特性 根據(jù)頻譜之間的變化規(guī)律，我們在進行頻譜激電觀測時，可

11、以根據(jù)異常體特點，選擇性觀測相關(guān)參數(shù)，有些參數(shù)變化范圍微乎其微，而有些參數(shù)異常則十分明顯。根據(jù)這些參數(shù)特點我們可以更可靠的發(fā)現(xiàn)和篩選出異常體。報告提綱譜激電法研究現(xiàn)狀譜激電法研究現(xiàn)狀譜激電法研究現(xiàn)狀譜激電法研究現(xiàn)狀l 譜譜激電法數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)激電法數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究：研究：1）加拿大鳳凰地球物理公司研制生產(chǎn)的V8 S；2）德國Redic研究所研發(fā)的復電阻率探測系統(tǒng)，該儀器有4個系列： SIP-FUCHS-3(適用于寬頻巖石和沉積層復電阻率探測) SIP256C(適用于巖石和沉積層視電阻率的2-D和3-D探測) HVPA50/600(前兩個系列的集成) SIP-LAB-3（適用于實驗室測量和小范圍的

12、野外數(shù)據(jù)觀測適用于實驗室測量和小范圍的野外數(shù)據(jù)觀測）3）美國ZONGE公司生產(chǎn)的GDP系列。三.譜激電法研究現(xiàn)狀l 數(shù)據(jù)處理軟件數(shù)據(jù)處理軟件：中國地質(zhì)大學和地礦部第一物探大隊基于鳳凰V8儀器系統(tǒng)SIP模塊開發(fā)了SFIPX-SW處理軟件，該軟件系統(tǒng)基于激電譜的頻率相關(guān)系數(shù)和電磁譜頻率相關(guān)系數(shù)不同取值進行分析，能夠先分離電磁譜和激電譜，再進行反演解釋。l 模型研究：模型建立有兩種，一是以觀察或?qū)嶒灋橐罁?jù)建立起來的經(jīng)驗模型，而是根據(jù)理論知識建立起來的理論模型。目前經(jīng)驗模型CPA模型和Cole-Cole模型在一維到三維的SIP建模中應用較為廣泛。1. Cole-Cole模型2. 常相位角模型（常相位角

13、模型（CPA模型模型）3. 普通化的Cole-Cole模型(GCC)4. Madden and Cantwell模型，理論模型：SNP模型。三.譜激電法研究現(xiàn)狀1. Cole-Cole模型l Cole-Cole模型是目前流行的一種模型，是Cole-Cole在1941年開發(fā)出來用于描述復介電常數(shù)行為的。Pelton第一次將這種模型用于地球物理勘探。l Pelton等通過實驗發(fā)現(xiàn)此模型能夠被用于區(qū)分不同類別礦物和礦物顆粒含量大小用于區(qū)分不同類別礦物和礦物顆粒含量大小。三.譜激電法研究現(xiàn)狀2.常相位角模型（常相位角模型（CPA模型）模型） 11ci Binley對取自地下蓄水層的砂巖巖樣做了譜激電響

14、應實驗，并把測得的參數(shù)和樣品的水力特性進行了比較，認為CPA模型主要應用于在對非固結(jié)應用于在對非固結(jié)沉積地層的研究里。沉積地層的研究里。3.普通化的Cole-Cole模型(GCC）將Cole-Cole模型和CPA模型概況成一個單一等式就是普通化的Cole-Cole模型。Klein and Sill發(fā)現(xiàn)GCC模型是模擬從人造含黏土砂巖中得到的模擬從人造含黏土砂巖中得到的SIP實驗數(shù)據(jù)最好的模實驗數(shù)據(jù)最好的模型。型。三.譜激電法研究現(xiàn)狀4.理論模型：理論模型：SNP模型模型SNP是一個物理概念模型，模型比Cole-Cole模型參數(shù)少，對于二維三維的SIP計算更容易，但是還需要對各種不同類型巖土進行實驗來證明其適用性和正確性。 01111acmi -2*01-e112imil 譜激電法資料處理1. 正反演研究熱點，反演主要集中于去除電磁感應的復電