双频地电场理论

时间:2008-04-29 19:11

地球物理学是以地球为对象的一门应用物理学。这门学科自本世纪初就已自成体系,到了60年代后,发展极为迅速。它包含许多分支学科,涉及海洋、大陆、空间三界,是天文、物理、化学、地质学、数学、现代信息理论和计算机科学之间的一门边缘学科。

如果狭义地理解,地球物理学指的就是固体地球物理学。这一般又可分为两大方面:研究大尺度现象和一般原理的叫普通地球物理学,利用由此发展出来的方法来勘探矿产资源的,叫勘探地球物理学。后者因工业上的需要,发展极快,已自成体系。近年来,地球物理学又在环境保护、灾害预测等方面获得广泛应用,由此发展成新的分支即环境地球物理学。

用通俗的语言来说,地球物理学就是用一定的仪器,在地表、井中、空间观测特定的物理场分布,通过信息数据处理的手段,由电子计算机或人工描绘出地下介质的分布特征,再用地质学的语言,给出地下物质的结构、构造和分布特点,从而了解地球内部结构、矿产资源分布以及预测自然灾害的发生。因此,地球物理学不仅与国民经济建设、而且与人民日常生活都是息息相关的。

在勘探地球物理学方面,按所利用的地球物理场性质的不同,又可划分为重力勘探方法,电、磁场勘探方法,地震勘探方法,放射性勘探方法以及激发极化勘探方法。总的来说,地球物理场的测量、处理既可以在时间域(空间域)进行,也可以在频率域进行,两者之间通过傅立叶变换相联系,因此是等价的,但具体方法技术上又存在差异。

激发极化法(又简称激电法)是利用地下岩矿石之间电化学性质差别进行资源调查、评价的一种勘探地球物理方法。这种方法最早可以追溯到本世纪20年代,但在40~50年代发展最为迅速。最初的测量、处理都是在时间域进行的,也即测量不同岩矿石随时间变化的充、放电曲线。在50年代,西方学者J. R. Wait首次在频率域研究岩矿石电化学性质随频率的变化关系,并提出了新的测量方法即变频方法。这种方法在野外是这样进行的:首先由发送机向地下供某一频率的正弦电流波,在测点由接收机测量由该电流引起的激发极化电位差△V1并将其归一化为1;然后发送机改变供电频率,例如增高9 倍,并保持发送电流强度不变,再测量由高频电流产生的激发极化电位差△V2。用下式计算表示地下介质激发极化性质的百分频率效应(PFE):

由于在各测点上的PFE可能不同,从而指示地下介质的分布特征。

通过上述过程可以看出,变频法在每个测点上要供两次电,测量两次电位差,并要进行低频电位差的归一化,因此测量速度慢、效率低,而且不同台套仪器不能同时开展工作。另外,归一化过程要求仪器的线性化程度较高,成本增加,且需要稳流。这些因素都不同程度地影响了它的测量精度。

在变频法中,原则上要求供电电流为单频正弦波。但由于技术上的原因,实际应用的多为正反向供电的方波电流。由傅立叶分析可知,方波电流中不仅包含了基频(和方波同频率)正弦波,而且还包含了3,5,7,9等奇次谐波电流。如果以基频正弦波强度为1

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