高密度電阻率法不同裝置比較

孫 鑫 吳會(huì)敏

（黑龍江省第六地質(zhì)勘察院，黑龍江 佳木斯 154000）

1 高密度電法簡(jiǎn)介

高密度電阻率法是在常規(guī)電法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型物探方法，其工作原理與常規(guī)電法一致，以巖土介質(zhì)的導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)，通過(guò)觀測(cè)和研究人工建立的地下穩(wěn)定電流場(chǎng)的分布規(guī)律從而來(lái)解決地下地質(zhì)問(wèn)題。高密度電阻率法裝置從是否帶有無(wú)窮遠(yuǎn)極來(lái)看可分為兩大類(lèi)：（1）不帶有無(wú)窮遠(yuǎn)極的裝置，主要有溫納裝置，斯隆貝爾裝置，偶極-偶極裝置，微分裝置，溫納-斯隆貝爾裝置;(2)帶有無(wú)窮遠(yuǎn)極的裝置，主要有聯(lián)剖裝置、三極裝置、二極裝置。

與常規(guī)電法相比，它具有以下特點(diǎn):(1)電極布設(shè)是一次完成的,這不僅減少了因電極設(shè)置而引起的故障和干擾，而且為野外數(shù)據(jù)的快速和自動(dòng)測(cè)量奠定了基礎(chǔ)。(2)能有效地進(jìn)行多種電極排列方式的掃描測(cè)量，因而可以獲得較豐富的關(guān)于地電斷面結(jié)構(gòu)特征的地質(zhì)信息。(3)野外數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化或半自動(dòng)化，不僅采集速度快(大約每一測(cè)點(diǎn)需2～5s)，而且避免了由于手工操作所出現(xiàn)的錯(cuò)誤。(4)可以對(duì)資料進(jìn)行預(yù)處理并顯示剖面曲線(xiàn)形態(tài)，脫機(jī)處理后還可以自動(dòng)繪制和打印各種成果圖件。(5)與傳統(tǒng)的電阻率法相比，成本低、效率高，信息豐富，解釋方便，勘探能力顯著提高。

解決的中心問(wèn)題主要是：從理論上分析高密度電阻率法在不同裝置不同地質(zhì)情況下的勘測(cè)特點(diǎn)，以及利用數(shù)值模擬來(lái)驗(yàn)證高密度電法在在不同排列勘探時(shí)的有效性和準(zhǔn)確性。

通過(guò)比較高密度電阻率法的裝置選擇及結(jié)果解釋?zhuān)U述了各種裝置的特點(diǎn)，適用條件，說(shuō)明了如何在有限地條件下，獲得最佳的探測(cè)效果。并且結(jié)合具體模型更進(jìn)一步比較不同裝置對(duì)于相同模型的響應(yīng)結(jié)果，并做出初步解釋。

2 高密度電阻率法的基本原理及測(cè)量系統(tǒng)

高密度電阻率法仍然是以巖土導(dǎo)電性的差異為基礎(chǔ)，研究人工施加穩(wěn)定點(diǎn)流場(chǎng)的作用于地下傳導(dǎo)電流部分的分布規(guī)律，推斷地下具有不同電阻率的地質(zhì)體的賦存情況.高密度電法本質(zhì)屬直流電阻率法。和常規(guī)電阻率法一樣它通過(guò)A、B電極向地下供電流I,然后在M、N極間測(cè)量電位差ΔV,從而可求得該點(diǎn)(M、N之間)的視電阻值p=-K△V/I。根據(jù)實(shí)測(cè)的視電阻率剖面進(jìn)行計(jì)算、分析,便可獲得地層中的電阻率分布情況,從而可以劃分地層,確定異常地層等。

高密度電法數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由主機(jī)、多路電極轉(zhuǎn)換器、電極系統(tǒng)3部分組成.多路電極轉(zhuǎn)換器通過(guò)電纜控制電極系統(tǒng)各電極的供電與測(cè)量狀態(tài)。主機(jī)通過(guò)通訊電纜、供電電纜向多路電極轉(zhuǎn)換器發(fā)出工作指令,向電極供電并接收、存貯測(cè)量數(shù)據(jù).數(shù)據(jù)采集結(jié)果自動(dòng)存入主機(jī),主機(jī)通過(guò)通訊軟件把原始數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)。下圖就是其工作流程圖：

3 高密度電阻率法裝置比較

本文運(yùn)用二維正向建模程序RES2DMO D，建了簡(jiǎn)單三層模型的反演成圖

3.1 簡(jiǎn)單三層模型的反演成圖

圖1 簡(jiǎn)單三層模型（mod-1）的模型圖

在圖中可以看到，表層是大約2.2m的黑土覆蓋層，其電阻率大約為190Ω·m，它下面是厚度約為8米灰?guī)r層，電阻率約為300Ω·m，第三層是基巖層，假設(shè)它是花崗巖，那么它的電阻率大約就是10000Ω·m。這就是模型的大概情況。

3.2 溫納陣列的反演成圖

圖2 mod-1溫納陣列的反演圖

從上圖中可以看到，在60個(gè)電極，一米電極距的條件下，這個(gè)陣列的勘測(cè)深度大約為7.7m，完全不能探測(cè)到基巖層，而對(duì)于一，二層的劃分則比較好。

3.3 偶極—偶極陣列的反演成圖

圖3 mod-1模型偶極—偶極陣列反演圖

圖5就是偶極—偶極陣列的反演圖，從圖中可以看到，同樣是60個(gè)電極，1m電極距，此陣列的勘測(cè)深度就比溫納陣列的測(cè)量深度要淺（大約只有4.0m，（同樣沒(méi)有探測(cè)到第三層），但是在劃分地層上與溫納陣列相近。

3.4 溫納—斯隆貝爾陣列的反演圖

圖4 mod-1模型溫納-斯隆貝爾陣列反演圖

圖6中看到這個(gè)陣列在地層的劃分上有非常好的分辨率，且較前面兩種方法都要好。但在相同電極數(shù)和電極距的情況下，其勘探深度只有大概3米的范圍。

3.5 單極—單極陣列的反演圖

圖5 mod-1模型單極—單極陣列反演圖

圖3-7中可以看到單極—單極陣列較前面的三種陣列，它具有更廣泛的探測(cè)距離（大約探測(cè)到13m的深度）。然而它的分辨率卻是最低的，在地層的劃分上，該陣列的影像模糊且變形較大。

4 結(jié)語(yǔ)

本文建立了簡(jiǎn)單三層模型分別采用溫納裝置，偶極—偶極裝置，溫納—斯隆貝爾裝置，單極—單極裝置就進(jìn)行了正反演，分析反演圖可以看出：

4.1 若是用來(lái)為地下介質(zhì)劃分層次的話(huà)，上述四種陣列方法都可用，并且以偶極—偶極陣列方法和溫—斯陣列方法為上。

4.2 面對(duì)橫向上電性差異較大的地質(zhì)情況時(shí)，四種陣列方法里對(duì)地下介質(zhì)狀況刻畫(huà)效果最好的是偶極—偶極陣列方法，其次是溫納、溫—斯陣列方法，單極—單極陣列方法最差；面對(duì)縱向上電性差異較大的地質(zhì)情況時(shí)，四種陣列方法里對(duì)地下介質(zhì)狀況刻畫(huà)效果最好的是偶極—偶極陣列方法，其次是溫納、溫—斯陣列方法，單極—單極陣列方法最差。

4.3 需要注意的是，雖然在面對(duì)地下高阻異常時(shí)單極—單極陣列方法也有不錯(cuò)的勘探效果，但這是在一定條件下的特定效果，當(dāng)圍巖電阻率不變，異常體電阻率變?yōu)?90Ω·m時(shí)，單極—單極陣列方法的勘探效果就變得很差。即只有當(dāng)電阻率差異達(dá)到一定水平后，單極—單極陣列方法的勘探效果才能有所體現(xiàn)。

4.4 當(dāng)調(diào)查地區(qū)地質(zhì)條件較好，工作要求有較高水平分辨率和較豐富的數(shù)據(jù)時(shí)，建議使用偶極—偶極陣列。當(dāng)電極設(shè)備有限，測(cè)量極距較小，需要較深的數(shù)據(jù)覆蓋時(shí)，建議使用單極—單極陣列。當(dāng)調(diào)查地區(qū)地質(zhì)條件未知，或同時(shí)要求較高的水平和垂直分辨率，建議用溫納—斯隆貝爾裝置的水平數(shù)據(jù)重疊測(cè)量。

4.5 溫納裝置在垂向變化率上具有較高的分辨率（水平構(gòu)造），而溫納—斯隆貝爾陣列在橫向和縱向結(jié)構(gòu)都有較好的分辨率。偶極-偶極裝置對(duì)電阻率的水平、垂向變化較敏感，單極-單極裝置的分辨率是最低的。

4.6 在同類(lèi)裝置中，溫納裝置具有最高的信號(hào)強(qiáng)度，但是溫納陣列探測(cè)深度較淺。而溫納—斯隆貝爾陣列測(cè)深分辨率較高，到深部電壓信號(hào)比較大，抗干擾能力強(qiáng)。單極--單極裝置具有廣泛的橫向數(shù)據(jù)采集范圍和最深距離的測(cè)量。

[1]傅良魁.電法勘探教程[M].北京：地質(zhì)出版社，1983.

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