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高密度电阻率法和激发极化法在抗旱找水定井位中的应用
高密度电阻率法和激发极化法是两种广泛应用于抗旱找水定井位的地球物理勘探方法。
这些方法可以帮助人们识别地下水资源的位置和大小，以便更有效地进行井位的定位和钻探。
高密度电阻率法是一种非侵入性的地球物理测量方法，可以用于确定地下层的电性阻抗。
通过对地球物理场测量数据的分析和处理，可以确定地下不同结构的电阻率分布情况，从而推测出地下水的位置及分布情况。
该方法具有测量精度高、信息量大等特点，可以有效地帮助人们确定地下水资源的分布情况和井位的选择。
激发极化法则是一种基于地下极化现象实现的测量技术。
这种方法先将电流通过电极注入地下，在经过一段时间的作用后，再通过电极接收反馈信号。
通过分析信号的振幅、相位及其与时间的关系，可以获得地下储水层的电性参数，从而推断地下水体存在的位置及分布情况。
与高密度电阻率法相比，它更具有定量化、灵敏度高等优点。
总体而言，高密度电阻率法和激发极化法都是非侵入性的测量方法，可以在不破坏地下环境的情况下迅速确定地下水资源的存在及其分布情况。
在抗旱找水定井位中，这些技术能够快速提供有关地下水体的准确信息，帮助人们选定最优的井位位置和钻探深度，以提高抗旱寻水工作的效果和效率。
因此，高密度电阻率法和激发极化法成为了当前抗旱工程中越来越受到重视的技术手段。
激发极化法电测深在地下水探测中的应用【摘要】本文介绍了激发极化法电测深探测地下水的方法原理,通过该方法在陕南某地地下水探测中的实际应用,总结了在地下水探测中地下含水层的一般激电特征，并对激发极化法电测深在地下水探测时应注意的问题进行了分析。
【关健词】激发极化法电测深地下水探测方法原理激电特征0 引言随着我国工农业经济的发展及人民生活水平的不断提高，工农业用水、生活用水需求量越来越大，对地下水的开采量也不断增加，地下水资源日趋紧张，因此，必须寻找更多的地下水资源，才能满足工农业经济发展及人民生活水平不断提高的需求。
激发极化法电测深是重要的探测地下水资源地球物理探测方法之一，本文就是通过该方法在陕南某地地下水探测中的实际应用，总结出探测区地下水的激电特征，结合探测区水文地质资料，分析地下水补给、运移、富集、地层结构、构造等水文地质条件，分析含水地层的厚度变化及其水量等情况，以便对地下水资源作出正确评估，为国家的经济建设服务。
1方法原理激发极化法电测深基本原理是基于岩石的激发极化效应，是岩石颗粒含水后在外电场作用下的一种电化学反映，因此，它必然和岩石中的水有关，如果没有水，也就没有激发极化效应。
但激发极化效应也并非与岩石的含水量成正比，而是与一定的颗粒结构有关系，饱含水分的粘土就没有强的激发极化效应。
实践表明，古河道、古洪积扇、岩溶溶洞水、砂岩裂隙水、粘土和充水的断层破碎带等有开采价值的含水层，都有明显的极发激化效应。
激发极化法电测深一般测量四个参数：视电阻率ρs、激化率ηs、激发激化比j、衰减度d等。
其中ηs、j、d它们都是用来反映激发极化效应特征的参数。
当激电测深未反映这些含水层时，激发极化参数值一般都有很小，而当反映含水层时，这些参数(ηs、j、d)往往相对背景值同时增大，增大倍数与水量大致成正比，因而进行激发极化法电测深时，综合考虑这些参数随极距变化，来判断地下有无地下水及地下水富集情况。
2应用实例地上水探测区位于陕西省汉中盆地东北部，地处秦岭褶皱系南缘、康县－略阳华力西褶皱带内，地质条件简单，属内陆湖盆沉积及阶地冲积层；出露地层主要为第四系中下更新统（q1-2）为洪积及湖泊沉积层，有砾石层及粉砂土和砂质粘土。
有关地下水地球物理勘查技术问题的分析[摘要]：地下水地球物理探测技术的发展在水源探测中有里程碑式的意义，本文将着重论述地下水探测技术的种类，地下水地球物理探测所需要注意的几个问题[关键词]：音频大地探测技术激发极化法电磁技术资料解释中图分类号：tn917.74+3 文献标识码：tn 文章编号：1009-914x（2012）29- 0039 -01地球物理勘查技术是地下水勘查工作中的一种主要的技术手段，可以准确的进行含水层和隔水层的划分，地层结构和岩性结构的确定，地下水质的判别，地质构造的探测，进行地层沉积规律，地下水运移特征的研究。
在地下水调查与评价、开发及合理利用中发挥着重要的作用。
（一）地球物理勘查技术产生的背景近几年来，随着经济的发展，掠夺式的资源开采使环境的承载能力越来越低，有限的自然资源已经不能满足人们日益增长的物质需求，在倒挂式的经济增长模式的倒逼下，寻求一种人与自然和谐相处的方式迫在眉睫。
地下水资源的污染破坏在这些环境问题中显得尤为突出，如何保护地下水资源，如何针对地下水资源渐受威胁的同时迅速的做出有效的应对之策，这不仅需要人力的大量投入更需要技术的科学运用。
地下水地球物理勘查技术应运而生。
要解析地下水地球物理勘查技术就必须了解地下水的物理、化学特性及其动态特征。
地下水物理性质主要指水温，颜色，透明度，嗅和味。
化学性质由溶解和分散于地下水中的气体，离子。
分子，胶体物质和悬浮固体的部分，微生物及这些物质的含量所决定。
地下水中溶解的化学成分同一般天然水中的化学成分基本相同。
它不同于地表水的是它含有极小量的溶解氧。
影响地下水水质的主要因素是土壤岩石的成分，渗透性和地下水的埋藏深度。
地下水存在于土壤和岩石的缝隙中，与土壤和岩石长期接触，不同地区土壤和演示的性质不同，地下水化学成分的地区差异很大。
一般，浅层地下水由于受渗透地壳壳层的大量降水多次冲刷土壤和岩石，所含盐类贫乏，矿化度低。
干旱地区的浅层地下水，通过岩石毛细血管的蒸发作用，矿化度增高。
□06o激发极化电测深法在地下水资源调查中的应用马森(山西省煤炭地质115勘査院，山西太原037003)摘要：冲洪积扇顶部适宜开展激发极化电测深地球物理勘查工作，基本可以查明山前地带含水层的厚度 变化、水位埋深及基底埋深情况，为判定山区平原地下水的补排关系、计算山前侧向补给量提供依据。
关键词：激发极化；含水层；电阻率中图分类号：P641 文献标识码：A文章编号：2096-7519 (2021) 01-6-41引言激发极化电测深法（简称“激电法”）是发展较早且较 成熟的物探方法之一，是以地壳中岩、矿石的导电性差异 为物质基础，通过观测与研究人工建立的地中电流场（稳 定场）的分布规律达到找矿目的和解决其他地质问题的电 法勘探方法实践证明，激电法无论在普査金属、非金属 矿产和研究地质构造方面还是在水文、工程地质调査以及 勘査能源等方面，均取得了良好的地质效果，发挥着重要 作用。
2工作原理激电法是在同一测点上逐次扩大电极距，使探测深度逐 渐加大，这样便可得到观测点处沿垂直方向由浅至深的视 电阻率变化情况。
一般常用的方法是对称四极电测深，它是以测点为中心，AB极距对称于测点向两旁按一定倍数增 加，MN分段固定，对每一个AB极距均可测出一个电阻率值 和极化率值，对每一测点的电测深结果，用双对数坐标纸 绘制电阻率、极化率曲线，其横坐标以极距为自变量，纵 坐标以视电阻率为因变量，测深曲线反映的是某个测点下 垂向地质情况的变化。
3应用实例本次的工地位于华北某市，根据水文地质条件，该市所 在地区可划分为山区和平原两大地下水系统，山区地下水主 要赋存于岩溶裂隙和基岩裂隙中，平原区地下水主要赋存 于河流冲洪积作用形成的广大平原区，其含水层的水文地 质特征不尽相同。
为了査明山前地带含水层的厚度变化、水位埋深及基底埋深情况，在该市A、B、C、D4个区的山前冲洪积扇顶部共布置测线28条，完成物理点1179个。
3.1仪器的主要性能参数本次施工所使用的仪器是重庆奔腾数控技术研究所生产的WDJD-3A多功能直流激电仪。
论各类电法在测定地下水方面的应用[摘要]随着地球物理方法的不断进步和完善，它所使用的范围也越来越广。
特别是电法勘探，在工程、水文、环境方面应用得越来越多。
本文就电法勘探在水文方面的应用进行了综合的阐述和分析，以期它能更好的在测定地下水方面发挥自己的作用。
[关键词]电法勘探、测定地下水流速流向、充电法，自然电场法，激发极化法中图分类号：g4 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）12-0018-02一、电测深法寻找松散沉积层孔隙水在松散沉积物孔隙较大，连通性好，具有较强的透水性能，可构成良好的孔隙含水层。
图1为某山前冲洪积扇上电测深综合剖面图。
图1a为ab/2=100m 的对称四极视电阻率ρs剖面曲线，图中1～7号点视电阻率ρs值大于100ω.m，为冲洪积扇上、中部的反映；12～18号点视电阻率表现为明显的低阻特征（10～20ω.m），为扇缘潜水溢出带部位。
18号点以后剖面进入平原地带，视电阻率值又升高到20ω.m以上.图1b为等视电阻率断面图，1～7号点位高阻带，等值线密集，这是冲洪积扇的上中部.表层是干燥的砂砾石。
7～12号点，等值线逐渐变稀，反映为潜水溢出带.12号点以后，视电阻率在40ω.m以下，表层低至5ω.m，为冲洪积平原部位（图1）。
二、充电法测定地下水流速和流向首先把食盐（或其他电解质）作为指示剂投入井中，盐被地下水溶解后便形成一良导的并随地下水移动的盐水体。
其次，对良导盐水体充电，见图2。
具体工作方法如下：1、一待测井口为中心，布置夹角为45°的辐射状测线；2、将充电电极a置于井中含水层中部，另一供电电极b打在离井口尽量远处，以大于a电极设置深度的10～20倍为宜；3、固定的测量电极n，置于推测的地下水逆流方向上，距井口距离大致等于两倍含水层的深度。
充电时，测量电极m逐次在各方位的辐射半径上移动，寻找与n电极的等位点，量取各等位点至井孔中心的距离，并作记录；4、在投盐前，测量一次正常等位线。
甘肃科技Gansu Science and Technology第35卷第19期2019年10月Vol.35 No.19Oct. 2019瞬变电磁法和激发极化法在勘查地下水中的应用范鹏举(甘肃省地质调查院，甘肃兰州730000)摘要：利用瞬变电磁法和激发极化法结合已知钻孔资料、地震资料，较好地查清了可采煤层350 %顶板以上含水层的结构和分布形态，并总结了该区不同深度、不同岩性的含水层的电性参数特征％为今后此项工作的开展奠定了有益的基础％关键词：瞬变电磁法；激发极化法;地下水中图分类号:P642.231地质、水文地层条件本测区地形低洼,坡度小,易于积水,不易排泄，形成了 的天然积水条件，木得那水区又与可采煤层露头毗连，所以地面水与地下水水力联系密％另可采煤层露头，且夏季涨水，铁北地形低洼易形成季节性水泡子，逐步补给地下水。
再者人工河和废河区，当水位上 ，河水有较大的水压，向第四纪地层 ，补给井田地下水。
由于测区位于扎煤盆地区北部，区内构造简单，本为一单 构造，有一些以 层 层为主的断层，不发育，无火成岩侵入％地层倾角小，平均6•左右，并由地表至深 ，由于地层倾角不协调性，使得深 的煤层在向倾端收敛的 ％ ，层 合的构造格架对地下水运移有着密的联系，是控制本区水文地质条件的主要因素。
这些地质条件是本次物 探的地质基础。
测区地表为第四系(Q)，岩性以泥沙、粉砂、砾砂为主,厚度在10~25m 。
以下地层为晚侏 罗系(J3)扎7诺 群，分伊敏 磨拐河组，两组整合 ，其中煤系地层厚1100%左右，上 为伊敏组，厚度370+380%，下部为大磨拐河组，厚度380+400%,煤层顶板为厚度180%的巨厚岩组成:石炭一二叠系(C-P)；前寒武系(！)。
2工作方法根据测区地质情况,我们采用瞬变电磁法及激发极化法。
瞬变电磁法(TEM)亦称时间域电磁感应法，是利用不接地回线地下发送一次脉冲磁场, 在一次场间歇期间利用另一回线接收测量由地下介质产生的感应电场即二次场随时间的变化。
电阻率法和激发极化法在地下水勘查中的应用梁建刚;刘黎东;高学生;苏永军;孟利山【摘要】依据提供的物性参数的不同，广泛应用于找水工作的电法手段可分为电阻率法和激发极化法两大类，其中电阻率法提供电阻率参数，主要解决与赋水有关的构造问题（如赋水层位或断裂构造）。
方法上有常规电法、电磁法，可根据地区赋水部位的不同选择适当的方法。
激发极化法则利用含水层的激发极化效应进一步确定目标层位或构造的赋水性。
电阻率法和激发极化法相互配合，在找水工作中相得益彰。
%The electrical methods is widely used in groundwater prospecting which can be divided into resistivity method and in-duced polarization method according to the parameter supplied.The resistivity method supplies resistivity parameter,solving the structure problem of water bearing,for example layer and crack structure.Furthermore,it includes conventional electrical method and electromagnetic method.Appropriate method can be selected due to difference water bearing position.The induced polarization method can further determine water-bearing according to the induced polarization effect of water-bearing layer. Cooperation of resistivity method and induced polarization method make groundwater prospecting smooth.【期刊名称】《物探化探计算技术》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】6页(P415-420)【关键词】电阻率法;激发极化法;方法组合模式;高密度电法;EH4 电导率测深;找水【作者】梁建刚;刘黎东;高学生;苏永军;孟利山【作者单位】中国地质调查局天津地质调查中心，天津 300170;铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300145;中国地质调查局天津地质调查中心，天津300170;中国地质调查局天津地质调查中心，天津 300170;中国地质调查局天津地质调查中心，天津 300170【正文语种】中文【中图分类】P631.3+22截至目前，物探方法找水除核磁共振法外都属于间接找水[1-3]，所以物探找水工作必须与水文、地质工作紧密结合。
山区找水中激发极化法的运用问题1 前言如今，水井施工需要较高的成本，如果有废孔出现，会造成较大的损失，为了减少损失，促使预见性得到强化，就可以应用激发极化法，来降低施工成本，提升施工质量。
实践研究表明，激电法属于间接找水，除了水会影响到它的异常响应之外，还有诸多的影响因素。
针对这种情况，为了将找水工作中激电法的作用给充分发挥出来，提升找水效果，就需要基本了解和正确认识含水岩石的激发极化性质和一些主要的影响因素和异常的解释方法，这样方可以结合当地具体的水文地质条件和地球物理特征，对施工方案合理布置，顺利的开展工作，这样方可以提升效果。
2 激发极化现象经过长期的实践研究表明，在测量过程中，人们如果采用电阻率法，就会发现，将稳定电流供入地下时，随着时间的改变，会改变测量电极间的电位差，并且经过几分钟时间之后，会达到一个饱和值，趋于稳定。
将供电电流断开之后，在一瞬间会较快的降低测量电极间的电位，之后随着时间的推移，会缓慢的降低，经过几分钟的衰减，会与0比较的接近，我们用激发极化现象来称呼这些在充电放电过程中，随着时间缓慢变化的附加电场现象；这种光化学反应，主要是电流作用到了岩石、矿石以及所含水溶液。
激发极化法则是充分考虑了不同岩石、矿石激电效应的差异，在人工电场作用下，对激发极化电场进行研究，以便对水源进行查找，或者是对其他的地质问题进行有效的解决。
在我国已经开始广泛应用激发极化法，在找矿找水以及解决工程地质问题中效果较为显著。
通过一些观测资料我们可以得知，含水岩石即使不含电子导体，在外电场作用下，也会有较为明显的激电效应产生，虽然如今还没有统一解释本反应的成因，但是大多都认为是在外电场作用下，迁移和堆积了固液两相界面上双电层扩散层中的离子；双电层形变以及薄膜极化解释等，都是常见现象。
通过观测，岩石含水情况会直接影响到激电二次场的强弱和衰减快慢，因此，在找水中就可以应用激电法。
一是双电层形变：吸附负离子的特性是岩石颗粒所具备的，尤其是黏土矿物颗粒，负离子吸引自己周围的正离子，因此就有一个双电层形成于每一个颗粒的表面。
激发极化法电测深在地下水探测中的应用发表时间：2019-05-23T15:30:36.627Z 来源：《基层建设》2019年第4期作者：于春友[导读] 摘要：利用激发极化法，在地下水探寻中采集的多种参数及结合现场水文地质资料进行综合分析，从而进一步提高精度，实现寻找地下水的目的。
黑龙江省第一地质勘查院黑龙江牡丹江 157011摘要：利用激发极化法，在地下水探寻中采集的多种参数及结合现场水文地质资料进行综合分析，从而进一步提高精度，实现寻找地下水的目的。
基于此，本文结合激发极化法电测深探测地下水的方法原理,通过该方法在陕南某地地下水探测中的实际应用,分析在地下水探测中地下含水层的一般激电特征，并对激发极化法电测深在地下水探测时应注意的问题进行简要分析。
关健词：激发极化法电测深；地下水探测；方法原理；特征1引言随着我国工农业经济的发展及人民生活水平的不断提高，工农业用水、生活用水需求量越来越大，对地下水的开采量不断增加，地下水资源日趋紧张，因此，必须寻找更多的地下水资源，从而进一步满足工农业经济发展及人民生活水平不断提高的需求。
而激发极化法电测深是重要的探测地下水资源地球物理探测方法之一，下文通过该方法在陕南某地地下水探测中的实际应用，总结出探测区地下水的激电特征，结合探测区水文地质资料，分析地下水补给、运移、富集、地层结构、构造等水文地质条件，分析含水地层的厚度变化及其水量等情况，以便对地下水资源作出正确评估，进一步为国家的经济建设服务。
2探寻地下水的方法概述现阶段探寻地下水所使用方法较多，如：激发极化法、电阻率法、甚低频法、电磁法、α射线法、核磁共振法等。
而激发极化法相对于其它方法来说，是一种比较简便、快捷、探测成果直观，精度高，采集参数多等特点，而被广泛运用于地下水的探测及其它地质勘探中。
传统物探专业技术人员，采用激发极化法找水，通常只注重一次场ρS、二次场的半衰时TH、衰减度D参数，而忽略了极化率M和偏离度r参数。
激发极化法在矿井地下水勘探中的应用研究张彬;陈小玮;张海荣【摘要】为了摸清矿井周围地下水赋存规律,解决矿井涌水问题,以鸟山矿风井为例,采用激发极化法对井筒周围地下水进行勘测,并结合工程地质资料对勘测结果进行解释,得到矿井具体的含水层埋深、厚度以及涌水量结果.与实际情况对比表明,激发极化法由于不受纯地形起伏及围岩电阻率不均匀性的影响,因此在矿井地下水勘探方面具有良好的可靠度.用测水结果指导井筒施工,不仅可为矿井建设提供安全保障,还加快成井速度.激发极化法还可以对已完成注浆的井筒进行效果检查,评定注浆堵水的质量,具有普遍推广意义.%In order to determine the occurrence of groundwater around the mine and solve the problem of mine water inrush, Niaoshan coal mine air shaft is used as an example to survey the groundwater around the shaft by applying the induced polarization method. By combining engineering geological data, the survey results are interpreted to obtain the depth and thickness of the aquifer and water inflow. Compared with the actual results, the induced polarization method is quite reliable in the mine groundwater exploration because it is not affected by pure undulating terrain and surrounding rock resistivity heterogeneity. By using the exploration results to guide shaft construction, it not only provides security for mine construction, but also accelerates well completion. The induced polarization method can also be used to check the effect of the shaft where the grouting is completed and assess the quality of the grouting. Therefore this method has the potential of application in broader area.【期刊名称】《广西大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(037)005【总页数】4页(P1004-1007)【关键词】激发极化法;矿井水害;矿井地下水勘探;注浆效果检查;水文地质【作者】张彬;陈小玮;张海荣【作者单位】辽宁工程技术大学土木与交通学院,辽宁阜新123000;辽宁工程技术大学土木与交通学院,辽宁阜新123000;辽宁工程技术大学土木与交通学院,辽宁阜新123000【正文语种】中文【中图分类】P631.324激发极化法(激电法)最早被用于固体矿产勘查。
文章编号:1004 5716(2004)02 0075 04中图分类号:P631 324 文献标识码:B激发极化法探测地下水若干问题的探讨马延君,王俊君,卢玉环(内蒙古煤田地质局104队,内蒙古赤峰024076)摘 要:从激发极化找水的基本原理入手,探讨了用激发极化法探测地下水应注意的几个问题。
关键词:激发极化法;原理;探测水从20世纪50年代起,美国、前苏联和其它一些国家的学者,对含水岩石的激发极化效应与温度、溶液浓度、深度、岩石的颗粒度、粘土含量等的关系以及用来勘查地下水的可能性进行了理论、实验和试验研究,取得了一些有意义的成果。
在美国、前苏联、加拿大等国家的一些地区,利用激发极化法勘查出了有意义的地下水源,使用的激电参数主要是极化率。
在我国激发极化法寻找地下水源也得到了广泛的应用,我们单位使用的是山西平遥水利电探仪器厂研制生产的JJ 3A 型积分式激电仪,可以观测电阻率、极化率、激发比和衰减度等参数。
现在这种仪器已逐渐转向微机化。
在使用中发现,尽管时域激电法使用视极化率、视衰减度和视激发比等参数在不同的水文地质环境中能够反映出地下含水层或含水体的存在,但对时域激电这些视参数实测资料的解释没有严格的理论依据,限制了激电法探测地下水的有效性和准确性。
其原因是在于对时域激电的极化率、衰减度和极化比测深曲线的变化特征与目标层的对应关系,时域极化场的时间特性,测深资料的解释方法理论没有做深入的研究。
1 激发极化找水的基本原理1 1激发极化现象图1 激发极化装置示意图在水槽放上小焦炭块和小石块的混合物,用水淹没,如图1所示,设置两个供电电极A 、B 和两个测量电极M 、N ,当接通供电电极A 、B 向水槽内供电,水槽内形成电流场,在测量电极M 、N 间形成电压降,这就是在测量电阻率法时测量到的电位差,不切断电源保持供电电流时间的延长而逐渐增加,开始时增加得快些,后来逐渐减慢,几分钟后达到饱和,断开供电开关,供电电流被切断,由它产生的电压降也随之消失,M 、N 间的电位差迅图2 供电前后电位差变化示意图即减小。
但是在供电期间随着供电时间的延长而逐渐增加的电位差仍然存在,它是逐渐衰减的,数分钟后逐渐衰减完毕。
在供电期间和断电以后M 、N 间电位差的变化情况如图2所示。
供电后由于供电电流在M 、N 间产生的电位差称为一次场电位差,以 V 1表示,随着供电时间的延长增加的电位差是由于介质的极化而产生的,称为二次场电位差,它是时间的函数,以 V 2(T )表示,在M 、N 间观察到的电位差是两者的和,称为极化场电位,用 V (T )表示, V (T )= V 1+ V 2(T )。
断电以后,一次场电位差 V 1消失了,二次场电位差 V 2(t )并不立即消失,而是逐渐衰减的,数分钟后衰减完毕。
这种在外电流场的激发下,地质体被极化而产生的持续几秒钟、几分钟的瞬变现象叫做激发极化效应。
我们所测量的各种参数之间的关系如:极化率 = V 2/ V 1 100%;衰减度D= V 2/ V 2 100%,式中的 V 2为供电30s,断电0.25s~ 5.25s 内二次场电位差的平均值,即V 2=( 5.250.25 V (t )/dt )/5,激发比J = D = V 2/ V 1 100%。
1 2 激发极化现象的成因产生激发极化现象的机制是复杂的,它不是由单一的某种原因产生的,而是多种不同的机制综合的结果。
最早提出的是 电容假说 ,两个导体中间用绝缘介质隔开就构成一个电容,许多颗粒两边的离子溶液就相当于电控器的两个极板,地下存在着许多这样的小电容,供电时它们被充电,断电后它们放电。
这种电容的充放电现象是激发极化现象的原因之一,但不会是主要的,薄膜假说总第93期2004年第2期西部探矿工程WEST -CH INA EXP LORA T ION ENGI NEERIN Gseries N o.93Feb.2004可能是其激发极化效应的主要成因,在地下的砂砾石含水层中,砂料之间有的地方挨得很近,整个窄孔隙处于扩散区内,其中充满了正离子,负离子很少,在间隙较大的宽孔隙中则是正常溶液,在那里正负离子的电荷是平衡的,所谓的 薄膜 就是指的窄孔隙,薄膜极化现象的产生是:在外电场的作用下,在正常溶液中,正离子沿着电场方向移动,负离子逆着电场方向移动,形成电流。
在窄孔中情况有些不同,由于在扩散区中负离子很少,所以在电流的流入端,由于流走的负离子得不到充分的补充,所以负离子的浓度变小;在电流的流出端,逆着电流方向而来的负离子由于受到带负电的粘土排斥,很难通过窄孔隙,所以在那里形成了负离子的堆积。
至于正离子,它的情况则有些不同,在窄孔隙中的扩散区,正离子也能平行于界面移动,所以窄孔隙两端正离子浓度的变化须视具体情况而定。
这样,总的说来,在电流流入端,由于负离子缺少,带正电;在电流流出端,由于负离子堆积,带负电;这就产生了激发极化。
这种现象的发现,使人极易联想到是否可用于找水,所以我们在使用的激发极化法找水的仪器是在这种情况下而产生的,大量的实验和野外工作结果表明,含水岩石的激发极化效应受多种因素影响,有岩石本身的结构因素,如孔隙度或颗粒度、粘土含量等,环境因素如温度或含水量、孔隙液浓度或矿化,人为因素有极化电流密度、供电时间等。
2 求时域视参数的理论计算公式由麦克斯韦方程组: H = J+ D/ t E =- B /t D = B =0电磁场各分量的关系方程: D = E B = H J= E 用褶积表示:D (t)= t- ( ) E(t- )d = (t) E (t)(1) B (t)= t - ( ) H(t- )d = (t) H (t)(2) J(t)= t - ( ) E(t- )d = (t) E(t)(3)上述三式是在电磁场各分量的关系方程中各分量存在非瞬时联系的情况下表示的,它实质在于,在t 时刻确定的方程左边的电磁分量取决于在t 时刻以前的整个时间间隔内方程右边相应分量的状态,对于极化介质,由于介质电阻率随时间而变,使得介质中电流密度与电场强度具有非瞬时关系,即:J(t)= t 0 ( ) E(t- )d 在频率域内上式变为:J( )= ( ) E ( ) E( )= ( ) J( )由于极化效应的存在,使得介质电阻率的增大这一现象可用下式表示:( )= + ( )即极化介质的电阻率为两部分之和, 表示无极化时介质的电阻率, ( )为极化效应的存在导致电阻率发生变化的部分。
又据皮尔顿等提出的复电阻率表达式:( )= ( )+(0)- ( )1+(iw )c = + ( )可知 ( )=(0)- ( )1+(iw )c设G[ ( )]为表达电磁场某分量的函数,即在频率域内由于极化效应的存在,G[ ( )]可表示为:G [ ( )]=G [ + ( )](4)假设在某域内有几种分布均匀,各向同性的极化介质,即: ( )=[ 1+ 1( ), 2+ 2( ), n + n ( )]将G[ ( )]在 =[ 1, 2, n ]附近展开为台劳级数,则G [ ( )]=G ( )+k=11k!([ ( ) ])k G( )在水文地质环境中,岩石的极化效应都很弱,即 ( )很小,因此取前两项即可。
G [ ( )]=G ( )+ n i=11( )G( ) i 假设供电波形函数f(t)的付氏变换为F( ),则时域内场分量为g (t)=F -1{G[ ( )] F ( )}=F -1[G( )F ( )]+ ni=1F -1[ i ( )G( )iF ( )]=g 0(t) f(t)+ ni=1g 0i (t) f(t)式中:g 0(t) G ( )的反付氏变换;g 0j (t) i ( )= G( )i的反付氏变换。
在时域电法中,由于仪器在激发电流关断的瞬间与观测衰减电压的时间之间提供了一个250ms 的时间延迟,避开了感应场或电磁耦合。
因此上式可表示为V (t)=V 0( )f(t)+ n i=1 V 0( )i(t) f(t)(5)式中:V 0( ) 不极化时的电位,即一次电位;i (t) 第i 种极化介质的时域脉冲响应; i (t) f(t) 极化介质的f(t)时域响应。
如果下半空间只有一种极化介质:V (t)=V 0( )f(t)+ V 0( )(t) f(t)(6)由柯尔 柯尔模型可知,在频率域中 ( )=1+(iw )c(7)取c=1时,对(7)式进行付氏反变换,即求得 ( )的时域脉冲响应: (t)=( / )e -t/设激发波形f(t)为一宽度为T 的方波,即输入大地的电流I (t)如图3(a)所示,用数学方式表示f(t)为:图3 输入电流波形及地面电位图(a)输入大地电流的波形图;(b)地面电位图f(t)=u(t-T )式中u(t)为单位跃阶函数。
根据褶积运算:76西 部 探 矿 工 程Feb.2004N o.2(t) f(t)=(t- )d =(1-e -t/T) t T(e t -1)e -t t >T 在一个电源供电的情况下V 0( )=ip 2 r , V 0( ) =I2 r所以:V(t)=Ip 2 r +I 2 r(1-e -t/T) t TI 2 r(e T-1)e -t t>T 图3(b)为地面电位图。
从图中可以看出当t >T 时,V (t )=V 2(t)极化二次电位。
因此对于有限宽供电脉冲极化二次电位的一般计算表示式为:V 2(t)=ni=1V 0( )i i (t) f(t) t>T (9)或者V 2(t)= n i=1V 0( )i i (T +t) f(T +t) t>0(10)当利用柯尔 柯尔模型表示介质的时域极化响应时,在有限宽供电脉冲的激发下,时域极化二次电位为:V 2(t)= ni=1 V 0( ) i i1-m i (0)m i (t)-m i (T +t)(11)或V 2(T ,t)=V 2( ,t)-V 2( ,T +t)(12)式中:m i (t)-m i (T +t) 第i 种极化介质在有限宽供电脉冲激发下的时域响应;m i (t)、m i (T +t) 断电后t 和T +t 时刻在无限宽供电脉冲激发下的柯尔 柯尔模型时域响应;V 2(T ,t)、V 2( ,t) 有限和无限宽脉冲供电时在断电后的极化二次电位。
时域激电视参数的计算:根据视电极化率的定义公式: s (T ,t)=V s (t)V (T )将极化场二次电位表达式代入上式,得:s (T ,t)=1 V (T ) n i=1 V ( ) i i 1-m i (o)m i (t)-m i (T +t)= n i=1 i s (t)s (o) i i 1-m i (o) m i (t)-m i (T +t) (13)式中: s (o)、 s (T ) 供电过程中在O 和T 时刻的视电阻率。
