激电法的应用范围很广,无论在金属和非金属固体矿产勘查,还是在寻找地下水资源和地热田方面,都获得了成功的应用。由于激发极化法自身的优点,因此获得了广泛的应用。在金属和非金属固体矿产勘查方面,主要用于普查硫化多金属矿,在寻找无磁或弱磁性黑色金属矿、贵金属矿、稀有金属矿和放射性矿床等方面,也发挥着越来越大的作用。在水文地质调查中,激发极化法主要应用在两个方面：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。
（一）金属和非金属固体矿产勘查
在过去相当长的时期内,激电法主要用于普查硫化多金属矿。由于这类矿床往往不含磁性矿物,且矿石多呈浸染状结构,磁法和其他电法的找矿效果欠佳,故激电法成为寻找铜、铅、锌、钼等有色金属矿的主要方法。近年来,激电法在寻找无磁或弱磁性黑色金属矿、贵金属矿、稀有金属矿和放射性矿床等方面,也发挥着越来越大的作用。这些矿种或者因其本身具有一定的激电效应（如某些赤铁矿和软锰矿等）,或者因其与具有激电效应的蚀变矿化（特别是黄铁矿化和石墨化）共生,因而能用激电法直接或间接找到。此外,硫铁矿和石墨这两种非金属矿也是激电法的有利找矿对象；不过,大多数电法勘探方法（电阻率法、自电法及各种电磁法）也都能成功地用来寻找这类良导电矿。
激电法用于勘查上述固体矿产的主要优点是能找到百分含量不高的浸染状矿,这是其他任何电法所不能比拟的。此外,在其他电法工作中令人头痛的地形不平和导电性不均匀等干扰因素,而在激电法中不会形成假异常。当然,这绝不是说激电法就没有干扰因素了。恰好相反,激电法的主要问题之一就是不够工业品位的非矿矿化（主要是黄铁矿化和石墨化）也能产生明显的激电异常,形成找矿的严重干扰。因此,如何评价激电异常,查明引起异常的地质原因、评价其在直接找矿或间接找矿中的意义,就成为激电法研究中的一项重要任务。
1.河南某金、银矿激电法的找矿效果
河南某金、银矿产于一个规模很大的多金属矿带中。金和银矿物（自然金、金银矿、碲金矿、针碲金银矿、自然银和辉银矿等）与黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿等共生,形成以金、银为主的多金属矿床。金、银工业品位很低,对矿石物性无显著影响,但其伴生的硫化金属矿物使矿石具有低电阻率和高极化率,因而有利于用电法找矿。
图2-26是破山异常带250线的物探地质综合剖面图。中梯装置的ηs曲线宽缓圆滑,表明引起异常的极化体埋藏较深（该区矿体氧化带深达50 m）；20～40号点ηs曲线平缓上升,58～60号点较快下降,正确地反映了矿体产状倾向西南。自然电位曲线西南一侧陡,而东北一侧缓,也同样反映矿体倾向西南。联剖在矿体上出现视电阻率的正交点和视极化率的反交点,表明了矿体的低阻、高极化性质。图中还给出了正负极极化法的Δηs曲线（即中梯装置正向供电和反向供电测得的视极化率之差Δηs＝
图2-26 破山异常带250线物探地质综合剖面
1—银矿体；2—测深点。Pzω—古生界歪头山组；AH—斜长角闪片岩。中间梯度装置：AB＝900 m,MN＝400 m；联合剖面装置：AO＝BO＝200 m,MN＝20 m
2.陈庄铁矿频谱激电法找深部矿
淮北陈庄铁矿是在厚层低阻浮土覆盖下的矽卡岩型含铜磁铁矿床。矿体长750m,宽200m,平均厚度600m,顶深80～100m,延伸230m。矿体为强磁、低阻和高极化体,而围岩呈弱磁、高阻和低极化。找寻这样的矿体本不需要耗费较大的激电法,布置频谱激电法的目的是为了探索在低阻覆盖层下进行深部找矿的可能性。采用偶极-偶极装置做观测。AB＝MN＝α＝80m,n＝1～6。图2-27示出了根据频谱激电法观测资料和反演结果绘成的拟断面图。为了对比,在该图的下部同时绘出了钻探控制的地质断面。可以清楚地看到,视充电率（即视极化率）ms、视相位φs和视频散率Ps等激电强度参数,对矿体的反映十分模糊、微弱,不能确定为异常。视电阻率ρs则反映了基岩起伏,对矿体无显示。只有时间常数τs出现了与矿体对应的强度大、形状规则的异常。τs≥1s的等值线指示了矿体的位置,其向下开口,表明矿体有较大的延伸。
这个例子证实了前面的理论预见：可望利用τs异常找到激电强度参数没有明显反映的深部矿体。
3.江苏盘龙岗铜矿的发现
江苏盘龙岗位于已探明的安基山铜硫矿的同一成矿带上,1983年用中梯装置（AB＝1000m,MN＝50m）做时间域激电普查时,在该处发现了一个近东西走向,宽约250m,长度大于1100m的激电异常。ηs异常极大值达17%。为查明异常源的性质和划分矿化富集地段,1984年垂直该异常布置了两条频谱激电（SIP）法剖面,对该异常做检查评价。SIP采用偶极装置,α＝400m,n＝1～6。工作成果示于图2-28。图上激电强度参数（ms和ρs）的异常范围从110点到150点,与先前的时间域激电（ηs）异常范围一致；而τs的高值异常（最大值为2s）集中在110～130点之间,范围小得多。根据本区岩、矿SIP物性测量结果及与邻区安基山已知矿上SIP法观测结果对比,推断本区τs＝0.5～2s对应的激电异常是以黄铁矿化为主的硫化金属矿化所引起的。其中,τs≥1s等值线圈定的范围为矿化相对富集地段,可能形成工业矿体。根据这种推断,设计了两个验证钻孔（ZK1901和ZK1902,见图2-28下部地质断面图）。钻探结果打到了三层铜矿,累计厚度分别为18.09m（ZK1901）和46.29m（ZK1902）。应用SIP法对盘龙岗时间域激电异常的检查评价,特别是圈定矿化富集带的成功,证实了可直接利用τs异常按结构区分极化体和找矿的理论预见。
图2-27 陈庄铁矿Ⅰ线频谱激电地质综合剖面
偶极—偶极装置；α＝800 m,n＝1～6；1—第四系；2—大理岩；3—闪长玢岩；4—矽卡岩；5—铁矿体；6—地质界线；7—断层；8—实测和推断古侵蚀面
（二）激发极化法在找水中的应用
1.衰减时（S）法找水
在激电法找水中,多年来还成功地应用了衰减时法。所谓衰减时是指二次场衰减到某一百分比时所需的时间,也就是说,若将断电瞬间二次场的最大值记为100%的话,则当放电曲线衰减到某一百分数,比如说50%时所需的时间即为半衰时。这是一种直接寻找地下水的方法,对寻找第四系的含水层和基岩孔隙水具有较好的应用效果。
图2-28 盘龙岗剖面频谱激电地质综合剖面
偶极装置：α＝40 m,n＝1～6。1—T2z周冲村组；2—T1s上青龙组；3—T1x下青龙组；4—P2l龙潭组；5—P1q栖霞组；6—S2f坟头组；7—δομ石英闪长玢岩；8—γδπ花岗闪长斑岩；9—黄铁矿化花岗闪长斑岩；10—δμ闪长玢岩脉；11—断层
图2-29 衰减时法找水实例
研究表明,离子导体上二次场的衰减过程是多种因素所产生的衰减特性的综合,衰减曲线中段与离子导体有密切关系。实际工作中,利用衰减时法找水一般均采用测深装置,并取每一极距所测得的半衰时绘成衰减时S-AB/2曲线,如图2-29所示。在不含地下水的地段测得的衰减时曲线称为衰减时的背景值,如图中的Ⅱ-17所示。衰减时的增高则表明该极距所对应的深度可能含有地下水,如图中Ⅱ-29所示。因此,对衰减时曲线的研究,一方面可以区分有水区和无水区,另一方面还可以圈定含水区的位置。
2.在黄土分布区寻找地下水
黄土多分布在干旱、半干旱地区,大气降水量较小,故地下水补给较差。另外,由于黄土本身孔隙较小,透水性和给水性能极弱,加之黄土分布区地形切割破碎,不利于地下水富集,所以黄土区多为贫水区,但在相对有利的地段仍可找到能开发利用的地下淡水。
黄土区的地下水特征与地貌条件、节理发育程度以及地下水位埋深等因素有关。在黄土塬上往往形成中间厚、四周薄的透镜状含水层。在面积较大、切割微弱的黄土塬凹地,水位埋藏浅,富水性较好。反之水位埋藏较深,水量亦较小。在某些黄土塬下部还存在第四纪早期的砂砾石承压含水层。在黄土丘陵区,地下水的富集程度与地形、地貌有关。在地表水系上游分支较多,下游宽而长且江水面积较大的川地含水层厚度较大,水量也较丰富。
在黄土地区,物探找水的主要方向是在大面积的黄土层中寻找含淡水的透镜体及砂砾石含水层。但由于黄土层的电阻率较低,厚度较大,而相对高阻的含水层规模较小,电阻率异常反映不明显,所以单纯使用电阻率法往往不能很好地反映含水层的存在。故在黄土区找水多采用激电法配合。目前激电法常用的参数有极化率（η）、充电率（m）、衰减时（S）、激发比（J）、衰减度（D）等。
图2-30为灵宝市V号剖面的电探成果图。在47～48点附近D、J、η的等值线均由浅至深有规律地增加,并在深部出现高值半封闭圈。47点的ρs测深曲线为D型,对含水层反映不明显。J、η、D曲线在AB/2＝150～200m处均出现明显的上升,表明该处存在良好的砂砾石含水层；在AB/2＝100m处,三曲线略有起伏变化,反映为弱含水特
征。经钻孔验证该处含水层顶板埋深110m,含水层总厚度大于50m,单井出水量60t/h。
图2-30 灵宝市V号剖面电探成果图
（三）应引以为戒的找矿实例（李金铭,2004）
对激电异常评价和异常解释时,前人的失误曾造成漏矿或未取得找矿效果。如由于对斑岩型矿床产生的激电异常缺乏地质认识,而出现的漏矿问题。由于极距选择不当,而未取得找矿效果的问题。由于不重视电阻率资料,而将极化体产状判断错误的问题等。
为了在今后的找矿工作中不犯前人曾出现过的失误或错误,下面我们举几个应引以为戒的实例,供参考。
1.有矿没异常的实例（汤宝义,1987）
肯德可克位于柴达木盆地的西南缘山区,是昆仑东西向构造带与祁漫塔格北西西向构造带的复合部位（图2-31）。在这个成矿有利的构造部位,已初步查明近十处中小型铁及多金属矿产地,成为青海省西部重要的金属矿产资源基地之一。肯德可克是这个基地中最大的一个矿区。
图2-31 肯德可克区域构造示意图
为了进一步查明这一矿区的矿产分布,根据岩、矿石的物性差异,青海省第一地质大队曾先后投入了磁法、联合剖面法（ρs）、激电法（ρs、ηs）、自电法等多种方法。结果表明,磁法的效果最佳,而电法投入的三种方法在经钻探验证,已证明是由多金属矿体引起的磁异常带上（图2-32）,均未观测到电法异常。
图2-32 肯德可克ΔZ等值线平面图
1—ΔZ等值线（单位：nT）；2—石炭系灰岩,大理岩；3—下古生代泥质硅岩系；4—铁帽；5—地质界线；6—钻孔及编号；7—勘探线及编号
为彻底查清其原因,对测定的大量岩矿石电性参数又进行了分析（表2-4）。从表上看,铅锌矿的电性参数值虽不优于含炭质的岩石,但对它的直接围岩——灰岩、大理岩及变泥质硅质岩等其电性差异还是明显的,在矿体上应该有异常显示。可见不是电性差异的问题。然后他们对地形干扰进行调查,对此也被否定。最后,在了解矿区地下水文的过程中,发现地表下5～120m左右的深度范围内,是常年冻结层。在对新取的岩心做检查时看到,沿裂隙面普遍有结冰现象,证实冻结层确实存在。显然,如此厚的高阻屏蔽层,电法是不易发挥作用的。在冰点下,氧化还原作用难以发生,没有氧化还原带,因而自然电场法也不会有异常出现。所以,诸如ZK1605孔在7m处便见到了浸染状铅矿体,但地表未出现电法异常；地形平坦的15线剖面上,ZK1507孔在约40m处见致密块状磁黄铁矿,而地表也未出现电法异常。
表2-4 肯德可克矿区岩、矿石电性参数测定结果表
在山下覆盖薄乃至出露地表的石墨化F1断层及其附近,虽有多处异常,但皆为非矿干扰。至此,说明了电法对深部矿体未能发挥作用的重要原因在于冻结层的高阻屏蔽,而其他原因皆属次要。
可见电法在该矿区因有常年冻结层的影响,限制了该方法效能的正常发挥,未能取得应有的效果。在高寒山区（或类似地下有高阻屏蔽层的地区）,在投入电法工作之前除对岩矿标本进行物性测定外,还必须在现场进行方法的有效性实验。
2.错把电缆干扰当成矿异常的实例（潘佩璋,1985）
木吉村铜钼矿位于太行山北段东麓涞易复背斜西北翼,涞源酸性杂岩体西部边缘中段岩体之凹入部位。地层有震旦系雾迷山组燧石条带状白云岩,分布在西部及南部；寒武系砂砾岩、石英砂岩、鲕状及竹叶状灰岩以及杂色页岩,分布在中部及东部。地层产状为单斜构造,走向北东,倾向西北。成矿母岩为闪长玢岩,分布在矿区中部。
激发极化法的任务主要是和磁法、化探一起,在已知矿区外围寻找和圈定金属矿体,以期扩大矿区远景。工作比例尺为1：10000,测网密度：磁法和激电为200 m×40 m,化探为100m×20m。工作面积为31km2。激电采用中间梯度排列,AB＝600m,MN＝40 m。在剖面上还做了激电测深,最大AB/2一般为500～750m,少量为325m及1000m。矿区地段供电时间为2min（单向供电）,观测精度ηs平均相对误差为3.6%,ρs平均相对误差为2.5%。
本区地形属高山区,矿区为一北北西向延伸的山间河谷地带,地势较为平坦,河谷两侧地势升高,坡度较陡,覆盖层极薄。河谷地带除部分耕地外就是河床砂砾,接地条件较差。异常区还有一个三线建设的钢铁厂,地表干扰因素较多,尤其是通信电缆的干扰更为严重。
图2-33 ηs剖面平面图
1—第四系；2—中侏罗统安山岩；3—下奥陶统灰岩；4—上寒武统竹叶状灰岩；5—中寒武统鲕状灰岩；6—震旦系雾迷山组含燧石结核白云岩；7—闪长玢岩；8—断层及编号；9—矿体在地面投影范围；10—剖面线及编号；11—ηs异常曲线（1cm＝20%）；12—钻孔及编号；13—地下电缆位置
图2-34 58线综合剖面图
1—第四系；2—下寒武统页岩、砂岩；3—震旦系雾迷山组白云岩；4—地下电缆位置；5—ηs等值线
图2-33所示为激电法的ηs平剖图。由图可见,以70线附近为界,异常被分为南北两段。北段异常沿河谷分布,轴向北北东,曲线圆滑,梯度小,ηs强度一般为5%～10%,最大18%。这一带为一片河床覆盖,东西两侧为寒武系灰岩,北部有闪长玢岩出露,这些岩石极化率都很低,如地表的闪长玢岩的极化率仅3.3%。异常南段处于起伏的山地,轴向北北东,曲线正负跳跃,梯度较大。这一带地表为厚度不大的寒武系底部地层分布,下部为震旦系雾迷山组白云岩。这些岩石极化率也很低。总之,地表所分布的岩性均不能产生明显的激电异常。
异常北段经钻探验证被确认为是矿异常,因当时异常南段尚未封闭于是又向南继续追索。结果出现了如图2-33所示连续不断的正负跳跃异常,同时没有磁异常与之对应。当时认为极化体与北部不同,可能是一个无磁性的金属矿化带。这时虽然发觉了地下电缆的存在,并看出异常走向与电缆分布完全吻合（图中电缆东南方的几个尖峰系工矿管道干扰）,开始怀疑电缆在起作用,但对其所能产生的干扰程度认识不足,觉得小小的电缆只能会引起范围窄小、正负突变的尖峰,而不可能产生范围宽阔的异常。58线在剖面中间有尖峰异常,向两侧则反映为宽缓的背景异常。认为前者是电缆的干扰,后者应该是深部极化体的异常,分析测深剖面也得出上述结论。基于这种认识,在58线做了钻孔验证,结果至孔深265m全为白云岩,证实原推断是错误的（图2-34）。
验证的失败,进—步促使他们在电缆上做文章。1973年进行了系统的激电法模拟试验,证实电缆果然能产生范围广、强度大、形态各异的异常,且ηs形态与剖面相对于电缆走向的夹角以及供电点A、B相对于电缆的位置有关。当电缆位于相邻两个电极排列交接处时,则产生类似58线的假二极叠加异常,如图2-35中的1、2曲线与58线异常曲线十分相似,充分说明电缆虽小,却能产生较强的激电干扰异常。
当剖面方向垂直于电缆,且A、B与之对称时异常则消失,如图2-35中曲线3。
图2-35 电缆模拟试验ηs曲线
3.测线方向选择不当的实例（华连章等,1985）
众所周知,测线方向应与探测目标的走向垂直。当走向变化较大时,测线应与其平均走向垂直。正演结果表明,当测线与极化体走向斜交时,激电异常走向将向基线方向偏移,偏移大小与极化体相对围岩的电阻率有关。
吉林某金属矿区,在用中梯装置进行1：25000比例尺的激电普查时,由于测线选为南北向,结果在ηs平面等值线图上出现了三个近东西向局部异常（图2-36中的虚线）。DHJ-Ⅱ-2号异常南侧为DHJ-Ⅱ-3,北侧为DHJ-Ⅱ-1。
从平剖图上看三个异常之间的曲线没有明显的下降,而是断续相延连成一片,构成了一个局部异常区,它们总的分布趋势是：北东向延展,强度由南西向北东递减。结合路线地质观察,发现地层和黄铁矿化蚀变带的走向为北东40°左右。分析其地质环境和分布特征,认为三个异常是同源的。
图2-36 不同测线方向中梯激电异常分布形态对照图
1—1980年普查ηs等值线及异常编号（测线方向为0°）；2—1981年详查ηs等值线及异常编号（测线方向为310°）
为进一步查明DHJ-Ⅱ-2等异常的分布方向,他们首先布置了南北向和东西向的十字剖面,结果表明异常为北东走向的可能性较大。据此将测线方向改为北西布置了1：10000详查。
经过详查,显现出一个十分规则的北东向异常（图2-36中的实线）,编号为DHJⅡ-2X。异常长1000m,宽250～300m,ηs强度为12%～25%,形态规整,南端分开,北端收敛,中间略向南东突出。
另外,在山东某金属矿区,在用中梯装置进行激电测量时,也出现过类似问题。图2-37所示ηs平面等价值线图中的实线为开始因测线方向选择不当,而出现的两个近东西向异常。图中虚线则为纠正测线方向后的异常。由图可见,此时异常已由原来的两个变成了一个,并且走向也变为近南北向了。
以上两例说明,合理选择测线方向,对正确指明极化体走向是十分重要的。
图2-37 山东福山铜矿不同测线方向中梯装置ηs平面等值线图（据山东物探队）
1—测试NW SE；2—NESW
本项目重点
本项目重点是时间域激发极化法,它是野外工作中最常用方法,应重点掌握不同装置下的典型ηs曲线异常特征,难点在于分析曲线部分,其他部分以了解方法原理和应用为主。
思考题
1.何谓激发极化? 激发极化现象说明了什么?
2.电子导体和离子导体的激发极化机制目前有几种假说? 它们的基本内容是什么?
3.解释下列名词并说明二者的异同点。
（1）电极电位与超电压；（2）面极化与体极化；
（3）极化率与频散率；（4）电阻率与等效电阻率
4.写出下列视参数的表达式,并说明其间的关系。
（1）视极化率ηs；（2）视频散率Ps；（3）视激电率Gs
5.分析并比较体极化和面极化岩、矿石在稳定电流场激发下的激发极化特性,并说明其在按结构区分极化体方面的应用。
6.在同一工区进行激电工作时,用不同的供电时间（T）或不同的延迟时间（t）行不行? 用不同的供电电流（I）行不行? 为什么?
7.何谓岩、矿石的幅频特性曲线? 试说明频率域激电和时间域激电之间的关系。
8.为什么说均匀电流场中面极化球体的二次场等效于一个位于球心的水平电流偶极子的场? 其偶极矩包含哪些成分?
9.在均匀体极化条件下,视极化率测量结果与极化体和装置形式、极距大小及相对位置无关,皆等于真极化率值。故测量标本极化率时,只要标本极化性质均匀,测量结果与标本及测量装置的形状、大小和相对位置无关。那么,能否将标本放于水中或埋于土中测量其极化率? 为什么?
10.试由中梯装置在球体主剖面上的近似公式ηs≈M
11.对于纵向中梯装置,在球形极化体上改变测线方向时,ηs平面等值线图有什么变化?
12.何谓等效电阻率? 何谓等效电阻率法?
13.试根据等效电阻率法原理说明为什么高阻极化体的Gs异常与高阻体的ρs异常具有相同的特征。
14.如何利用联剖视极化率
15.根据高阻和低阻脉状极化体上的横向中梯及纵向中梯的ηs异常特征,分别绘出在高阻和低阻脉状体上作环形测量的ηs极形图,并与ρs极形图对比。
16.在均匀大地表面当采用AB＝1000m,MN＝40m的激电中梯测量时,为保证ΔU2不小于3 mV,需多大供电电流? 已知ρ围岩＝500Ω·m,η围岩＝2%；当ρ围岩＝250Ω·m,η围岩＝1%时,所需电流将如何变化?
17.为什么岩石极化率均匀时地形不会产生η的假异常? 视激电率会产生由地表不平引起的假异常吗? 为什么?
18.在均匀水平大地条件下,极化率与装置无关。
19.何谓频散率或称幅频率效应? 写出其表达式,并说明式中各量的含义。
20.计算当AO＝100m、MN＝10m时,若测得ΔUMN＝100mV、I＝100mA,已知ηs＝5%,求ρs等于多少?
21.绘出时间域激电法的充电、放电曲线。
22.激发极化法有什么优点和缺点?
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