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岩、矿石的复电阻率振幅频谱和相位频谱包含有岩、矿石导电矿物的成分、结构、含量和颗粒大小等丰富的信息。系统地研究岩、矿石的复电阻率振幅频谱和相位频谱特性,对详细评价异常体具有重要的理论和实用价值。
实验用水泥、河砂、石墨、黄铜和铁块等材料人工合成导电矿物成分、结构、含量和颗粒大小不同的多相岩、矿石标本,使用GDP32II多功能电法仪的岩心测试设备、国产DJS-8直流激电仪、电压表和电流表等仪器和仪表,获得人工合成岩、矿石标本和天然标本的复电阻率振幅频谱、相位频谱、相对极化率和直流电阻率。再从系统理论出发,采用较成熟的Cole-Cole理论模型拟合标本的复电阻率振幅频谱曲线,获得标本的4个Cole-Cole模型参数(本文使用单个Cole-Cole理论模型):零频时的电阻率ρ0、极限极化率m、时间常数τ和频率相关系数c。研究岩、矿石的4个Cole-Cole模型参数随其导电矿物的成分、结构、含量和颗粒大小等因素变化而变化的规律。
实验结果表明,所有人工合成标本和天然标本的复电阻率振幅频谱曲线均能用单个Cole-Cole模型或多个Cole-Cole模型的组合较好地拟合,各类标本的Cole-Cole模型参数随其导电矿物的成分、结构、含量和颗粒大小等因素变化表现出一定的变化规律:含矿与不含矿标本的Cole-Cole模型参数有显著的区别,主要体现在ρ0、m和τ三个参数上;石墨标本的τ值和c值与浸染状标本的τ值和c值有较明显区别,本实验根据τ值和c值成功区分了浸染状标本与含石墨标本;导电矿物为浸染状的标本与导电矿物为块状的标本的极化率m均较大,但相同条件下后者的τ值能比前者的大3~6个数量级,表明τ值能较好地反映标本导电矿物的连通程度。在4个Cole-Cole模型参数中,时间常数τ提供了导电矿物成分、结构和颗粒大小等信息,有可能利用不同标本的τ值区分矿物成分;本实验内,导电矿物颗粒大小为中等尺寸和导电矿物为网状分布的人工标本其相位频谱曲线出现2个明显的峰值,而星散浸染状和致密块状人工标本的相位频谱曲线没有这一明显特征,表明相位频谱曲线在一定的频率范围内有可能提供矿物颗粒大小的信息。相位频谱曲线还提供了特征点频率及相位极值,实验利用这些参数最大限度地减少了参数反演的多解性,使反演的参数更接近实际值。复电阻率法比传统的直流电阻率法和直流激电法提供了更多的参数,在评价异常体的性质上有更大的优势。