虽然早在电法勘探发展的初期，激发极化现象就已经被人们所发现，但是，将它成功应用于找矿或解决某些水文地质问题却是近几十年的事。直到目前为止，对激发极化法的物理-化学机制还缺乏明确、统一的认识。这里，简要说明IP（induced polarization）效应，更深入的细节可以参阅相关文献，如Kelleret al.（1966），Summer（1976），Telford et al.（1990），Zhdanov et al.（1994）。
8.1.1 激电（IP）成因
IP效应主要有两种产生机理，薄膜极化和极极化。薄膜极化效应主要是由存在于岩石或沉积物中的粘土矿物引起，这一点体现在与工程和环境有关的勘探；极极化效应是由岩石中的导电矿物引起，如部分电解电流（通过地下水）和部分电子（通过导电矿物），这种效应在金属硫化矿物勘探中非常有意义的，如硫化物浸染。下面我们以某些人们所公认的假说为基础，分别就电子导体和离子导体的激发极化机理作一概略介绍。
（1）电子导体激电场的成因
在电场的作用下，发生在电子导体和围岩溶液间的激发极化效应是一个复杂的电化学过程，所产生的过电位（或超电压）是引起激发极化效应的基本原因。
处于同一种电化学溶液中的电子导体，在其表面将形成双电层，双电层间形成一个稳定的电极电位，对外并不形成电场，这种在自然状态下的双电层电位差是电子导体与围岩溶液接触时的电极电位，称为平衡电极电位。
在电场作用下，当电流通过电子导体与围岩溶液的界面时，导体内部的电荷将重新分布，自由电子逆电场方向移向电流流入端，使其等效于电解电池的 “阴极”；在电流流出端则呈现出相对增多的正电荷，使其等效于电解电池的 “阳极”。与此同时，围岩中的带电离子也将在电场作用下产生相对运动，并分别在 “阴极” 及 “阳极” 附近形成正离子和负离子的堆积，从而使双电层发生变化，见图8.1。在电流的作用下，导体的 “阴极” 和 “阳极” 处，双电层电位差相对于平衡电极电位的变化称为过电位或超电压。显然，超电压的形成过程就是电极极化过程，在供电过程中，超电压随供电时间的增加而增大，最后趋于饱和值；当切断供电电流后，堆积在界面两侧的异性电荷将通过导体和围岩放电，超电压也将随时间的增加而逐渐减小，最后完全消失。这时，导体和围岩溶液间又恢复到供电之前的均匀双电层状态。
图8.1电子导体的激发极化效应
上述发生在电子导体与围岩溶液界面上的电化学过程是经过简化了的模型。实际上，超电压的形成是一个十分复杂的电化学过程，除电极极化外，在 “阴”、“阳” 极处发生的氧化-还原过程也是形成电子导体激发极化的因素之一。
对于致密块状导体而言，它和围岩溶液间所产生的激发极化现象发生在固相和液相介质的界面上，称其为 “面极化”。而对浸染状结构的矿体而言，虽然激发极化现象仍然发生在无数导电颗粒与围岩溶液的界面上，因此，就单个导电颗粒来说，这也是一种面极化现象。但从宏观角度来看，激发极化效应分布于整个极化体中，是无数小极化单元激发极化效应的总和，我们把它称为 “体极化”。
（2）离子导体激电场的成因
实践表明，除电子导体之外，一般岩石（即离子导体）也能产生比较明显的激电效应。虽然关于离子导体激发极化场的成因至今尚无统一的解释方法，但大多数学者认为，离子导体的激发极化效应与岩石-溶液界面上的双电层结构有关。自然界中，大多数造岩矿物，其表面总呈现出负的剩余电价力，因而吸附周围溶液中的正离子，并在和溶液的接触面上形成了具有分散结构的双电层，如图8.2a。双电层的固相岩石表面一侧为占有固定位置的负离子，它们吸引溶液中的正离子，使液相一侧靠近界面处的正离子不能自由活动，构成了双电层的紧密区，其厚度约为10-8m。离界面稍远处的正离子，由于受到的吸引力较弱，可以在平行界面方向自由移动，构成了双电层的扩散区，厚度约为10-7～10-6m。
薄膜极化效应是离子导体激发极化的主要原因。当岩石颗粒间的孔隙直径和双电层扩散区的厚度相当时，则整个孔隙皆处于双电层扩散区内，其中过剩的阳离子吸引负离子而排斥阳离子，故在外电场作用下，扩展区的阴离子移动较慢，或者说其迁移率v-较小。我们称这样的岩石孔隙为阳离子选择带或薄膜。
图8.2 离子导体激电场的成因
当电流通过宽窄不同而彼此相连的岩石孔隙时，由于窄孔隙（即薄膜）中阳离子的迁移率v＋大于阴离子的迁移率v-；而宽孔隙中阴、阳离子的迁移率几乎相等，于是窄孔隙里的载流子大都为阳离子。电流将大量阳离子带走，结果在窄孔隙的电流流出端形成阳离子的堆积；在电流流入端形成阳离子的不足。由于窄孔隙对阴离子有一定的阻挡作用，因此，在阳离子堆积和不足的两端，同样造成阴离子的堆积与不足。这样，沿孔隙方向便形成了离子浓度梯度，它将阻碍离子的运动，直至达到平衡为止（图8.2b）。
当断去外电流之后，由于离子的扩散作用，离子浓度梯度将逐渐消失，并恢复到原来状态。与此同时，形成扩散电位，这便是一般岩石（或离子导体）上形成的激发极化现象。
8.1.2 激电（IP）效应与观测
IP探测可在时域或频域中进行。在时域，IP效应是衡量电流切断后残余电压衰减效应（图8.4c），时域IP的单位为极化率，通常用毫伏/瓦特（mV/W）或微秒（μs）表示，图8.3给出了一些常见矿物和岩石的IP值，请注意，硫化矿（电极极化效应）的IP效应比砂岩和粉砂岩中的粘土矿物（薄膜极化效应）大。
在频域（图8.4b），观测视电阻率值从低频到高频（通常为1～10 Hz）的变化情况，单位用百分频率效应表示；另一种在频域衡量IP效应的方法是观测输入电流与电位之间的相移情况，所用的单位是毫弧度。
一种用IP方法获得解释电阻率随频率变化的数学模型是Cole-Cole模型（Pelton et al.，1978），定义为
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图8.3 部分岩石和矿物的IP值
图8.4 Cole-Cole模型
式中:ρ为直流（DC）电阻率；m为极化率；ω是角频率（2πf）；τ是时间常数；c为指数或松弛常数。
虽然DC电阻率和极化率确定在非常低和非常高的频率下物质的特性，振幅和相位曲线在中间频率的变化受时间和松弛常数影响。
时间常数因子τ有一个较大的范围，从0.01 s到几千秒；松弛常数因子c的区间为0.0～1.0，通常为0.2～0.7之间。起初，用IP谱（SIP）观测导电性矿物之间的区别来指导探矿工作（Van Voorhis et al.，1973；Zonge et al.，1975；Pelon et al.，1978；Vanhalla etal.，1992），最近，有人企图利用SIP方法（Vanhala et al.，1992）对环境调查，如检测污染物，图8.4为简化的电子模拟电路Cole-Cole模型和典型的频域和时域响应曲线。下面，我们以体极化为例来讨论岩石、矿石在直流电场作用下的激发极化特性。
8.1.2.1 激发极化场的时间特性
激发极化场的时间特性与极化体与围岩溶液的性质有关。图8.5表示体极化岩、矿石在充、放电过程中电位差与时间的关系曲线。在开始供电的瞬间，只观测到不随时间变化的一次场电位差△U1，随着供电时间的增长，激发极化电场（即二次场）电位差△U2先是迅速增大，然后变慢，经过2～3 min后逐渐达到饱和。这是因为在充电过程中，极化体与围岩溶液间的超电压是随充电时间的增加而逐渐形成的。显然，在供电过程中，二次场叠加在一次场上，我们把它称为总场或极化场，总场电位差，用△U来表示。当断去供电电流后，一次场立即消失、二次场电位差开始衰减很快，然后逐渐变慢，数分钟后衰减到零。
图8.5 岩石、矿石在充、放电曲线
8.1.2.2 激发极化场的频率特性
频率域激发极化法是在超低频电流作用下，根据电场随频率的变化特征来研究岩、矿石的激电效应的。图8.6是一块黄铁矿标本的激电频率特性曲线，由图可见，在超低频段n·10-1～nHz）范围内，交流电位差△U（或者说由此而转换成的复电阻率）将随频率的升高而降低，我们把这种现象称为频散特性或幅频特性。由于激电效应的形成是一种物理化学过程，需要一定的时间才能完成，所以，当采用交流电场激发时，交流电的频率与单向供电持续时间的关系是:频率越低，单向供电时间越长，激电效应越强，因而总场幅度便越大；相反，频率越高，单向供电时间越短，激电效应越弱，总场幅度也越小。显然，如果适当地选取两种频率来观测总场的电位差，便可从中检测出反映激电效应强弱的信息。
图8.6 黄铁矿标本的激电频率特性曲线
8.1.2.3 激发极化法的测量参数
（1）视极化率（ηs）
视极化率是时间域激发极化法的一种基本测量参数。当地下岩石、矿石的极化率分布不均匀时，用某一电极装置测量得到的视极化率，实际上就是电流作用范围内地形及各种极化体激发极化效应的综合反映，其表达式为
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式中:△U（T）供电时间为T时测得的极化场电位差；△U2（t）为断电后t时刻测得的二次场电位差。
ηs用百分数表示，它的大小和分布反映了地下一定深度范围内极化体的存在和赋存状况。
由式（8.2）可见，视极化率与供电时间T和测量延迟时间t有关，因此，当提到极化率时，必须指出其对应的供电时间T和测量时间t。为简单起见，我们将视极化率定义为长时间供电 ( T→ ∞ ) 和无延迟 ( t →0 ) 时的测量结果, 即
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（2）视频散率（Ps）
视频散率是频率域激发极化法的一种基本测量参数，其表达式为
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式中:△U（fD），△U（fG）分别表示超低频段（n×10-2～n×102 Hz）低频和高频供电电流所形成的总场电位差。和ηs一样，它也是电流作用范围内地形及各种极化体激发极化效应的综合反映由于时间域激电法和频率域激电法在物理本质上是一致的，因此，在极限条件下，即△U（fD→0）和△U（fc→∞）时，两种方法会有完全相同的测量结果。
（3）衰减度（D）
衰减度是反映激发极化场衰减快慢的一种测量参数，用百分数来表示。二次场衰减越快，其衰减度就越小。其表达式为
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式中:△U2以为供电30s、断电后0.25s时的二次场电位差； 
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（4）激发比（J）
由视极化率与衰减度组合的一个综合参数，称为激发比。该参数在激电找水工作中也得到广泛应用。其表达式为
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由于△U1》△U2，故式中△U用△U1代替。在含水层上，一般ηs和D均为高值反映，取二者乘积，可使异常放大，反映更为明显。