铜和石墨混合物的法拉第与非法拉第谱激发电位特征：弥散粒状与细脉矿物结构对比

《Geophysical Journal International》：Faradaic and Non-Faradaic Spectral Induced Polarization Signatures of Copper and Graphite Mixtures: Disseminated Grain Versus Veinlet Mineral Structures

　　

摘要

利用频谱感应极化（SIP）表征电子导电矿物一直是矿产勘探的一个长期目标。需要更全面地了解矿物结构（例如浸染状颗粒与微脉状形态）和矿物类型如何影响 SIP 信号，因为电子导体 - 流体界面的极化机制及其对 SIP 特征的影响仍未得到完全理解。我们通过将固定浓度的电子导体与非极化砂混合，制备了浸染状颗粒和微脉状形态的合成铜（Cu）和石墨（Gr）样品，并对其进行了实验室测量。通过在多个电流密度下测量来评估依赖于电流密度的 SIP（复阻抗）响应，并通过随时间变化的测量来研究非平衡状态。与电流密度无关的 SIP 响应被解释为非法拉第过程主导的证据，并可能伴有轻微的法拉第贡献。相反，依赖于电流密度的复阻抗响应被解释为涉及电解质 - 电子导体界面氧化还原反应的法拉第极化过程贡献增加。微脉状 Cu 样品表现出强烈的依赖于电流密度的 SIP 响应和延长的平衡过程，而微脉状 Gr 以及浸染状颗粒 Cu 和 Gr 样品的电流密度依赖性可忽略不计。所有表现出可忽略电流密度依赖性的样品均符合 Pelton-Cole 模型，而表现出强烈电流密度依赖性的样品只能用更灵活的德拜分解模型拟合。Gr 样品在特定频率下的相位响应显示出依赖于流体电阻率的峰值，这与机理模型一致，而 Cu 样品则偏离了预测行为。岩心测量结果与合成样品的观察结果一致，含 Cu 岩心的 SIP 响应表现出对电流密度的明显依赖性，而含 Gr 岩心则显示出可忽略的电流依赖性。观察到的相位和复电阻率对电流密度、矿物类型和结构的依赖性，与法拉第和非法拉第极化过程相对重要性差异一致。这些结果表明，区分依赖于电流密度的法拉第响应与与电流无关的非法拉第响应可能会改善利用 SIP 测量区分矿物学和结构特征的能力，尽管由于现场尺度应用的电流密度相对于本实验室研究使用的较低，因此现场应用将受到限制。