高密度电阻率法

高密度电阻率法 高密度电法 研究专家 单位 姓名 中国地质大学(武汉) 师学明 中国地质大学(武汉) 王传雷 河海大学 周杨 (了解更多信息点击) 技术原理 在地表水平、地下半空间被导电性均匀、各向同性的岩石所充满的特定条件下，若通过 地面的点电流源A(+)和B(-)向地下供入电流强度I时，根据点源电场的基本公式，很容易写 出地面任意两点M和N处的电位U、U从而可以根据公式推出电阻率ρ。AM、AN、BM、，MN BN 分别为各电极间的水平距离。 图2.1.1-1 电源电场电流分布图 I,,,11U,,,,N,,,ANBN2,,................................................................................................(2-1) I,,,11U,,,,M,,,AMBM2,,................................................................................................(2-2) I,,,1111UUU,,,,,,,,，MNMN,,,AMANBMBN2,,...........................................(2-3) U2,,MN,,,1111I,,，AMANBMBN.....................................................................(2-4) 各个电极位置的几何关系通常用装置系数K表示，即 2,K,1111,,，AMANBMBN.....................................................................................(2-5) 则电阻率 U,MNK,,I...................................................................................................................(2-6) 电测深法(electrical sounding)包括电阻率测深和激发极化测深。resistivity sounding简称电测深法。它是在地面的一个测深点上(即MN极的中点)，通过逐次加大供电电极，AB极距的大小，测量同—点的、不同AB极距的视电阻率ρ值或极化率ηs，研究这个测深点下S 不同深度的地质断面情况。保持测量电极MN的位置固定，在不断增大供电电极距的同时，逐次进行观测。但是，在实际工作中，由于AB极距不断加大，若MN的距离始终保持不变，则Δ,将逐渐减小，以至于无法观测。因此，随着 AB 极距的加大，需要适当地加大 MN ,, 距离，以保证顺利进行观测。 电测深法分为直流电测深法和电阻率断面法。 直流电测深法是研究指定地点岩层的电阻率随深度变化的一种物探方法"该方法是在地面上以测点为中心,从近到远逐渐增加观测装置距离进行测量,根据视电阻率随极距的变化可划分不同的电性层,了解其垂向分布,计算其埋深及厚度。 电阻率断面法是研究岩层电阻率在一定深度范围内的水平方向上物性变化的一种探测方法。该方法是在供电和测量电极保持一定距离,按一定的探测深度,沿着测线方向逐点进行观测,获得电阻率曲线,以此反映一定深度内电性层的变化情况, 高密度电法的基本工作原理是基于以上电法基础之上的。通过高密度电法测量系统中的软件,控制着在同一条多芯电缆上布置连结的多个(30—120)电极,使其自动组成多个垂向测深点或多个不同深度的探测断面,根据控制系统中选择的探测装置类型,对电极进行相应的排列组合,按照测深点位置的排列顺序或探测断面的深度顺序,逐点或逐层探测,实现供电和测量电极的自动布点、自动跑极、自动供电、自动观测、自动记录、自动计算、自动存储。通过数据传输软件把探测系统中存储的探测数据调入计算机中,经软件对数据处理后,可自动生成各测深点曲线及各断面层或整体地电断面的图像。 图2.1.1-2 电源电场电流分布图 1) 布置方案 在工区开展勘测工作之前，首先是综合工程要求、测区条件、勘测目标的性质，可能分布的深度与广度等诸方面情况，制定出一个全面的勘测方案，确定需要布设几条测线，以及各测线布设的地点、方位、长度、基本电极间距、测量装置模式等等。对于现有的高密度电法存在多种装置模式，主要介绍如下: a) 温纳装置布极方式 温纳装置方式(WN)又称为对称四极装置方式。A、M、N、B等间距排列，其中 B是供电电极，M、N是测量电极，AM=MN=NB=n•a。为一个电极距，电极间距按隔离系数由小到大的顺序等间隔增加，四个电极之间的间距也均匀拉开。该测量方式为剖面测量方式，所得断面为倒梯形(跑极方式见图3)(n为电极隔离系数(即: 深度层位)，下同) A M N B 图2.1.1-3 温纳装置跑极方式 b) β装置布极方式 β装置方式为特殊的偶极-偶极装置方式。A、M、N、B等间距排列，其中A、B是供电电极，M、N是测量电极，AB=BM=MN=n•a为一个电极距，电极间距按隔离系数由小到大的顺序等间隔增加，四个电极之间的间距也均匀拉开。该测量方式为剖面测量方式，所得断面为倒梯形(跑极方式见图2.1.1-4) A B M N 图2.1.1-4 β装置跑极方式 c) 微分装置布极方式 微分装置模式(F)，四电极的排列顺序是A，M，B，N，相邻电极之间的间距相等，其中A、B是供电电极，M、N是测量电极，即:AM=MB=BN=n•a为一个电极距，电极间距按隔离系数由小到大的顺序等间隔增加，四个电极之间的间距也均匀拉开。该测量方式为剖面测量方式，所得断面为倒梯形(跑极方式见图2.1.1-5) A M B N 图2.1.1-5微分装置跑极方式 d) 二极剖面布极方式 二极剖面装置供电电极B、测量电极N布设在无穷远处，测线电缆上参与电极转换只有A与M，AM=n•a 为一个电极距，电极间距按隔离系数由小到大的顺序等间隔增加。该测量方式为剖面测量方式，所得断面为倒梯形(跑极方式见图2.1.1-6) B ? A M N ? 图2.1.1-6二极剖面装置跑极方式 ? e) 三极滚动装置布极方式 三极滚动装置模式是测深方式，供电电极B布设于无穷远，测线电缆上参与电极转换的 是A，M，N。测量时在M，N 定位于某两个电极的情况下，由近到远地逐步移动A电极，获得一组测深数据;然后再改变M，N的X座标定位，再移动A获得下一组测深数据，每组测点数Dn=n. A N M B ? 图2.1.1-7三极滚动剖面装置跑极方式 装置特点 ? 温纳装置的特点是,具有最小的装置系数值;最大的信号强度系数;对介质垂向变化反应灵敏;探测深度中等;抗噪能力最强，所以也是在高噪音背景条件下进行观测的首选装置。 其弱点是水平分辨率差;剖面测量的数据成图为倒梯形;底边水平覆盖范围最小;长剖面接续测量时，滚道次数与电极数目需要加大，从而增加了野外观测时间。 β装置对垂向电性变化最灵敏，适用于测量垂向电性变化大的地质剖面。但是β装置受地形的影响较大。微分装置能较好的反应覆盖层的厚度，对于已知界面有较好的分辨能力。二极装置成像剖面的水平覆盖范围最大;探测深度大;布极方式灵活。其缺点是，垂向分辨率差，两个无穷远电极(B N)设置时要特别注意降低接地电阻，加大供电电流以消除地噪声和保证电位测量精度。三极滚动模式的特点是,装置系数大于温纳装置，小于偶极—偶极装置，信号强度也介于两者之间;分辨率比温纳装置强。测量数据的剖面成图是矩形的，采集数据量最大。这种装置测量具有两个特点，其一，所采集数据点的排列结果是矩形剖面;其二，随着M，N，A电极沿测线的前移，测线始端的电极与电缆将不断闲置下来，那么就可以在不中断测量的前提下，把它们搬迁到测线末端，实现了无缝接续的长剖面测量，操作比较方便。 应用前提: