作为地球物质的基本组成单位,矿物岩石既是地质作用的产物,又是地质过程的记录者。因而,岩石学研究始终在地球科学研究中占据着重要的地位。目前,岩石学研究关注较多的是岩石的化学特征,而对于其物理特征相比较而言关注不够。岩石电磁学既是研究地球内部结构和属性的重要方法之一,也是研究浅地表岩体和岩石样品电磁属性的重要手段,同时还是岩石学和地球物理学研究的基础。因而,岩石电磁学研究一直是岩石学和地球物理学研究的热点,在地质勘探、矿床研究、资源开发、环境工程等领域应用广泛。经过近200年的发展,岩石电磁学领域取得了诸多重要进展,也有部分基础和技术问题如探测技术与精度问题、电磁属性的认知与成因分析问题、岩石电磁学正反演问题等有待深入研究或补充。本论文在回顾岩石电磁学及相关学科的发展历程、研究现状的基础上,选择了其中两个基础问题:常温常压岩石电磁学属性及成因机制、岩石物理属性与化学特征的相互关系为主要研究内容,以罗布莎超基性岩和上扬子黑色页岩为研究对象,以解决罗布莎矿床学基础问题和黑色页岩的勘探开发问题为应用目标,开展的主要研究工作和取得的成果如下:1.常温常压下岩石的宽频复阻抗特征及测量方法研究。岩石的复阻抗随着测量频率的变化特征是地球和行星物质的基本物理属性之一,也是地球电磁学研究和应用的基础。论文开展了岩石复阻抗特征的方法技术研究,认为干(本文特指未经浸泡处理)岩石的复阻抗测量结果更能代表浅地表岩石电学特征,针对传统方法测量高阻抗的技术难题提出一种新的高阻抗岩石复阻抗测量—阻抗匹配法。在宽频复阻抗测量时,发现部分岩石样品包括蛇纹石、富有机质页岩、砂岩、铬铁矿等出现了低频段电阻率随频率降低的折返现象。研究表明,这种折返现象不是岩石的固有属性,而是源于样品和测量电极之间的极化反应,论文在此基础上分析了极化效应的特征和克服极化效应的有效测量方法。2.罗布莎超基性岩岩石电磁学特征与成因分析及其在岩体地质和铬铁矿矿床学中的应用研究。罗布莎岩体电磁异常的分布特征和成因对于研究罗布莎地幔橄榄岩的内幕、赋矿特征、构造演化以及欧亚和印度板块间的大地构造运动都有非常重要的意义。论文研究了罗布莎岩体的岩石电磁特征与成因问题。通过高磁异常研究认为罗布莎岩体高磁异常分布在宽度为100～400 m的狭窄条带范围内,大部分区域没有高磁特征。通过岩体样品磁性特征、微结构和矿物成分分析,认为地质作用特别是构造运动引起岩体橄榄岩蚀变和蛇纹石化并析出磁铁矿是罗布莎高磁异常的主要成因。论文深入研究并解决了罗布莎岩体电性异常特征与成因问题,分析了超基性岩的化学特征对岩石物理电磁学属性的影响,认为Ca、Si等元素含量、蛇纹石、辉石、橄榄石含量、烧失量对岩石的电阻率有重要影响,同时认为岩体电性异常特征主要受岩体变质程度和内部构造的影响,岩体的蛇纹石化是导致低阻的主要原因。在罗布莎岩石电磁学研究的基础上,提出了罗布莎岩体的找矿模式并在实践应用中成功发现了目前国内规模最大的铬铁矿床,实现了罗布莎近30年来矿产勘探的最大突破。论文还回答了长期困扰罗布莎矿床学研究的三个基础问题:①大矿的空间赋存位置问题:论文研究认为大规模的铬铁矿主要赋存在较大规模的新鲜岩体与变质岩体的过渡带中;②深部(400米以下)有没有工业矿产的问题:论文研究认为400以下存在较大规模的工业矿产并已被钻孔证实;③大平台与中央含矿带的关系问题:论文研究认为中央含矿带穿过大平台并且存在较好的勘探前景。3.上扬子黑色页岩的岩石电学特征、成因及其在水力压裂监控中的应用研究。页岩气研究是当今地学研究一个热点,而上扬子地区黑色页岩中的富有机质页岩是我国页岩气研究热点中的热点。论文以滇黔北志留系龙马溪组(含奥陶系五峰组)和寒武系牛蹄塘组富有机质页岩为研究对象,通过岩石化学特征与岩石电磁学特征的相关性研究,梳理和总结了滇黔北富有机质页岩电性特征,剖析了滇黔北有机质页岩电性特征的成因问题,认为滇黔北富有机质页岩的电阻率主要受总有机碳含量(TOC)、黄铁矿和石英、长石等脆性矿物含量的影响,三种指标的增高都会导致岩石电阻率降低,同时对页岩气赋存和开发有利。基于多项基础研究成果,提出了岩石电磁学可在页岩气勘探和"甜点"圈定中发挥重要作用的新观点。黑色页岩不仅是页岩气等矿产资源的重要储层,也是有害废弃物和碳封存的理想目的层。水力压裂是开发页岩气和实现废弃物封存的重要手段。论文针对传统压裂监控方法的不足,在研究岩石电性的时移特征的基础上提出了一种水力压裂致裂范围地面探测的新方法——时移音频大地电磁测深法(AMT),并以理论模型正演和实测测试结果论证了该方法应用的可行性。通过试验数据分析了自然条件下AMT时移电阻率变化规律,最大间隔的22个AMT时移电阻率变化均小于6%,AMT时移电阻率变化稳定,具备时移监控的前提。数值模拟证明水力压裂能形成超过30%地面观测时移电阻率变化,野外试验结果表明水力压裂引起的时移电阻率变化大于100%实测、最大约450%。根据研究结果,提出时移AMT可以作为一种水力压裂监控的新方法。