在激电法理论和实践中，为使问题简化，将岩、矿石的激发极化为分理想的两大类。第一类是“面极化”，如致密的金属矿或石墨矿均属此类。其特点是激发极化都发生在极化体与围岩溶液的界面上。第二类是“体极化”，如浸染状金属矿和矿化（包括石墨化）岩石及离子导电岩石的激发极化都属此类。其特点是极化单元（微小∙∙的金属矿物或岩石颗粒）成体分布于整个极化体中。应该指出，“面极化”和“体极化”之差别只具有相对意义，因为微观地看，所有激发极化都是面极化的；即使宏观地看，地下实际存在的极化体也不会是理想化的面极化体或体极化体，只不过可能更接近某一种典型极化模式罢了（傅良魁，1983，1991）。
（一）面极化特性
图1⁃1⁃14 面极化特性的测量装置简图
为讨论致密金属矿和石墨的（面）极化特性，首先来看一些实验资料。在图1⁃1⁃14所示薄水槽中，放置待测的致密矿石标本，其上顶露出水面。通过位于薄水槽两端的板状电极A和B，向槽中供入稳定电流，以在其中形成均匀稳定电流场。标本在外电流激发下，电流流入端成为阴极，产生阴极极化；电流流出端成为阳极，产生阳极极化。在标本一端的边缘及其相邻近的水溶液中分别放置测量电极M和N，用毫伏计测量外电流场激发下标本与水溶液界面上的过电位ΔΦ。图1⁃1⁃15给出了石墨（a）和黄铜矿（b）标本在不同外电流密度j0的激发下，阳极过电位ΔΦ+（实线）和阴极过电位ΔΦ-（虚线）随充电时间T和放电时间t的变化曲线。图中的过电位是用外电流密j0作了归一化的值ΔΦ/j0。
1.时间特性
图1⁃1⁃15表明，石墨和黄铁矿过电位充、放电曲线的总趋势是相同的：刚开始充电时，过电位随时间很快地增大；随着充电时间的延长，其增大的速度逐渐变慢，最后趋于某一饱和值。放电曲线与充电曲线成倒像相似：在断电后，最初过电位随时间很快下降；随着放电时间延长，过电位衰减的速度也逐渐变慢，直到最后慢慢衰减到零。对比图中不同电流密度j0的充、放电曲线可看到，外电场的电流密度j0越大，过电位充电达到饱和值的时间越短。对于野外工作通常采用的小电流密度（j0＜1 μA/cm2），充、放电两分钟，甚至五分钟尚不能达到饱和值或使放电至零。这表明面极化的充、放电过程均较慢。
2.非线性
从图1⁃1⁃15还可看到，当激发电流密度j0较大时（对石墨j0≥40 μA/cm2，对黄铜矿j0≥5 μA/cm2），不同电流密度的归一化过电位充、放电曲线互不相重，并且阴极和阳极过电位曲线也彼此分开。这表明在大电流密度激发下，过电位与电流密度不成正比，即为非线性关系，而且阴、阳极极化互不相同。对石墨而言，当j0从小变大时，开始出现阳极过电位大于阴极过电位（简称阳极优势）；而当继续增大j0或当j0相当大而延长充电时间时，便逐渐变为均势，并进而变成阴极过电位大于阳极过电位（即阴极优势）。黄铜矿的情况则不同，当j0从小变大时，阴、阳极过电位的关系总是阴极优势，而且阴、阳极过电位之差，较石墨的大得多——黄铜矿的
对其他致密金属矿石标本所做的观测表明，磁铁矿和磁黄铁矿的非线性特征与石墨的相似；而方铅矿、闪锌矿和黄铁矿等硫化金属矿物的非线性特征与黄铜矿的相同。这从物性上提供了利用非线性观测区分这两类矿物的激电异常的可能性。
图1⁃1⁃15 致密矿石标本阳极（实线）和阴极（虚极）过电位的充、放电曲线
（a）石墨标本；（b）黄铜矿标本
实验资料还表明，在电法勘探通常采用的小电流密度（j0≤1μA/cm2）条件下，归一化过电位ΔΦ/j0不随电流密度大小变化，即过电位与电流成线性关系。对于一定的充、放电时间（T，t），过电位ΔΦ与垂直面极化体表面的电流密度法向分量jn有如下正比关系：
ΔΦ=-k·jn（1⁃1⁃15）
这里负号表示过电位增高的方向与电流方向相反；系数k为单位电流密度激发下形成的过电位值，是表征面极化特性的参数，称为面极化系数。从电学观点看，k可理解为激电效应在电子导体⁃溶液界面上形成的阻抗与面积之积（过去称为“面阻抗”），单位为Ω·m2（1Ω·m2=10
表1-1-12 几种矿物在0.1N Na2SO4溶液中的面极化系数k值
pH=7，j0=1μA/cm2，T=60s，t=0.5s。1N=1mol/L（单元为
表1⁃1⁃13列出了当溶液浓度由小变大（电阻率ρ水相应变小）时，铜的面极化系数的变化情况。它表明k大致与溶液电阻率ρ水成正比地减小。若引入系数：
地电场与电法勘探
表1-1-13 当改变溶液浓度时铜的面极化效应与溶液电阻率ρ水的关系
则λ基本上不随溶液浓度变化，约为1m。可以将（1⁃1⁃16）式改成与（1⁃1⁃15）式相似的形式：
ΔΦ=-λ·En（1⁃1⁃17）
可见，过电位与界面溶液一侧的电场强度法向分量（En=jn·ρ水）成正比，λ为其比例系数。它等于单位外电场激发下的过电位值，故也可作为表征面极化特性的参数，有时，也称λ为面极化系数，单位为m。
（二）体极化特性
体极化是分布于整个极化体中的许多微小极化单元之极化效应的总和，故不能像研究面极化那样，用测量极化单元界面上的过电位来表征它的激电效应。为了考察体极化介质的激电效应，可以利用图1⁃1⁃16（a）的所示的测量装置。将待测的体极化标本置于盛有水溶液的长方形小盆中，标本与盆底和盆边之间用石蜡或橡皮泥绝缘，使标本两侧之水溶液被分隔开。在小盆两端各放一块小铜板A和B作供电电极，通过它们向盆内供入稳定电流。在标本两侧水溶液中紧靠标本处，放置不极化电极M和N，用毫伏计观测其间的电位差。
图1⁃1⁃16（b）是用这种装置对一块黄铁矿化岩石标本测得的电位差随时间的变化曲线。电位差随时间的变化，是由于激发极化产生的电位差ΔU2（T）（简称二次电位差）在供电后从零开始逐渐变大（充电过程）及断电后二次电位差ΔU2（t）逐渐衰减到零（放电过程）的结果。在无激电效应时，电流流过标本由于欧姆电压降形成的电位差，称为一次电位差ΔU1，它在稳定电流条件下，不随时间而变。在标本被激发极化后，供电时间为T时观测到的电位差实为ΔU1和ΔU2（T）之和，称为总场电位差：
ΔU（T）=ΔU1+ΔU2（T）（1⁃1⁃18）
图1⁃1⁃16 测量体极化标本激电性质的装置（a）和一块黄铁矿化岩石标本的测量结果（b）
a—实测ΔU（T）充电曲线；b—换算的ΔU2（T）充电曲线；c—实测ΔU2（t）放电曲线
由于刚供电时（T=0）二次电位差为零，即ΔU2（0）=0，故由（1⁃1⁃18）式有
ΔU（0）=ΔU1（1⁃1⁃19）
因而
ΔU2（T）=ΔU（T）-ΔU（0）（1⁃1⁃20）
图1⁃1⁃16（b）中的虚线b，便是按（1⁃1⁃20）式换算出的ΔU2（T）充电曲线。
对比图1⁃1⁃16和1⁃1⁃15可以看出，体极化的充、放电速度比面极化的快得多。
1.极化率参数
对星散浸染状矿石或矿化、石墨化岩石标本的实验观测结果表明，在相当大范围内改变供电电流I（测量电极处电流密度高达100 μA/cm2）时，在观测误差范围内（＜10%）ΔU2与I成正比，且 ΔU2与供电方向无关。因此，在地面电法通常采用的电流密度范围内，体极化效应实际上是线性的。为此引入一个称为极化率η（T，t）的新参数，来表征体极化介质的激电性质，η值的计算公式为
地电场与电法勘探
式中ΔU2（T，t）是供电时间为T和断电后t时刻测得的二次电位差。极化率是用百分数表示的无量纲参数。由于ΔU2（T，t）和ΔU（T）均与供电电流I成正比（线性关系），故极化率是与电流无关的常数。但极化率与供电时间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和测量时间T和t。为简单起见，如不加说明，一般便将极化率η定义为长时间供电（T→∞）和无延时（t→0）的极限极化率。考虑到刚断电一瞬间（t→0）的二次电位差等于断电前一瞬间（T）的二次电位差，即
地电场与电法勘探
故有
地电场与电法勘探
对于长时间充电情况，即T→∞，则有
地电场与电法勘探
此外，还可定义所谓“初始极化率”为
地电场与电法勘探
当延时t→0时
地电场与电法勘探
对于长时间充电情况（T→∞）则有
地电场与电法勘探
对比（1⁃1⁃23）和（1⁃1⁃26）式，可得两种极化率之间的关系式：
地电场与电法勘探
2.极化率的影响因素
除充、放电时间（T和t）之外，体极化岩（矿）石的极化率还与岩（矿）石的成分、含量、结构及含水性等多种因素有关。我国物探工作者对大量矿化岩（矿）石标本作了系统观测，研究了多种因素对岩（矿）石极化率的作用规律。结果表明在诸多因素中，影响地下矿化岩石或矿石极化率的主要因素是岩（矿）石中电子导电矿物的含量和岩（矿）石的结构、构造。
在其他条件相同时，岩（矿）石的极化率随电子导电矿物的体积百分含量ξV之增高而变大，并大致服从以下实验统计公式：
地电场与电法勘探
在同类岩（矿）石中，β和m为常数。但在不同结构、构造的岩（矿）石之间，β和m的变化范围很大（β可从n×10-1变到n×102，m的变化范围为0.3～3.6）。因此，在评论价激电异常时，必须充分考虑异常地段岩（矿）石的结构、构造；否则，笼统地取β和m的平均值（如取β=2.6和m=1），并利用公式（1⁃1⁃29）由极化率来反算电子导体（金属矿物）含量ξV时，便可导致推断解释的严重错误。
岩（矿）石结构、构造对极化率的影响，主要表现在以下三方面：首先是电子导电矿物的颗粒度。在电子导电矿物含量保持不变的条件下，导电矿物颗粒越小，极化率越大。这是因为激电效应乃是一种面极化作用，而导电矿物颗粒越小，极化单元表面积的总量便越大，因而激电效应越强。其次是电子导电矿物的形状和排列方向。当导电矿物颗粒有一定延伸方向并成定向排列时，则沿导电矿物颗粒延伸方向的极化率大于其余方向的极化率，即为非各向同性。对于定向排列的细脉状、网脉状或片理、层理结构发育的岩（矿）石，不同方向的极化率可以相差几倍，甚至更大。最后是岩（矿）石的致密程度。在其他条件相同时，极化率一般是随岩（矿）石致密程度增高而变大，只有极少数非常致密的岩（矿）石例外。
3.无矿化岩石的激发极化特性
不含电子导体的无矿化岩石（统称岩石）的激发极化性质，在很多方面与浸染状矿化岩石相似也属于体极化，所不同的如下。
（1）岩石的极化率通常很低，一般不超过2%，个别达到4%～5%。为了建立数量概念，表1⁃1⁃14列出了某些无矿化岩石、矿化岩石和矿石的极化率值。
表1⁃1⁃14 岩、矿石极化率值
1—明显不含浸染状电子导体矿物的岩石；2—含浸染状硫化矿物的岩石；3—石墨化岩石；4—浸染状硫化矿；5—块状硫化矿。图表中梯形下底边基线端点为极化率的极小值和极大值，梯形上顶基角位置是不同作者得到的极化率的平均值。
（2）岩石的充电和放电速度较矿化岩石更快。其中，矿物颗粒细小（如由粘土矿物组成）的岩石，充、放电速度尤其快；而颗粒较粗（如砂或砂砾组成）的岩石，充、放电速度则较慢。岩石激电效应的上述时间特性，对评价激电异常和利用激电法找水均有实际意义。
大量实测资料表明，地下体极化岩、矿石的极化率主要决定于其中所含电子导电矿物的体积百分含量 ξ 及其结构。一般说来，含量 ξ 越大，导电矿物颗粒越细小，矿化岩（矿）石越致密，极化率就越大。完全不含电子导电矿物的岩石，其极化率通常很小，一般不超过1%～2%，少数可达3%～4%。激电效应随岩、矿石中电子导电矿物含量增高而增强的物性，是电法成功应用于金属矿普查找矿的物理⁃化学基础。
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