高密度電阻率法不同裝置比較

孫 鑫 吳會敏

（黑龍江省第六地質勘察院，黑龍江 佳木斯 154000）

1 高密度電法簡介

高密度電阻率法是在常規電法基礎上發展起來的新型物探方法，其工作原理與常規電法一致，以巖土介質的導電性差異為基礎，通過觀測和研究人工建立的地下穩定電流場的分布規律從而來解決地下地質問題。高密度電阻率法裝置從是否帶有無窮遠極來看可分為兩大類：（1）不帶有無窮遠極的裝置，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)帶有無窮遠極的裝置，主要有聯剖裝置、三極裝置、二極裝置。

與常規電法相比，它具有以下特點:(1)電極布設是一次完成的,這不僅減少了因電極設置而引起的故障和干擾，而且為野外數據的快速和自動測量奠定了基礎。(2)能有效地進行多種電極排列方式的掃描測量，因而可以獲得較豐富的關于地電斷面結構特征的地質信息。(3)野外數據采集實現了自動化或半自動化，不僅采集速度快(大約每一測點需2～5s)，而且避免了由于手工操作所出現的錯誤。(4)可以對資料進行預處理并顯示剖面曲線形態，脫機處理后還可以自動繪制和打印各種成果圖件。(5)與傳統的電阻率法相比，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情況下的勘測特點，以及利用數值模擬來驗證高密度電法在在不同排列勘探時的有效性和準確性。

通過比較高密度電阻率法的裝置選擇及結果解釋，闡述了各種裝置的特點，適用條件，說明了如何在有限地條件下，獲得最佳的探測效果。并且結合具體模型更進一步比較不同裝置對于相同模型的響應結果，并做出初步解釋。

2 高密度電阻率法的基本原理及測量系統

高密度電阻率法仍然是以巖土導電性的差異為基礎，研究人工施加穩定點流場的作用于地下傳導電流部分的分布規律，推斷地下具有不同電阻率的地質體的賦存情況.高密度電法本質屬直流電阻率法。和常規電阻率法一樣它通過A、B電極向地下供電流I,然后在M、N極間測量電位差ΔV,從而可求得該點(M、N之間)的視電阻值p=-K△V/I。根據實測的視電阻率剖面進行計算、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。

高密度電法數據采集系統由主機、多路電極轉換器、電極系統3部分組成.多路電極轉換器通過電纜控制電極系統各電極的供電與測量狀態。主機通過通訊電纜、供電電纜向多路電極轉換器發出工作指令,向電極供電并接收、存貯測量數據.數據采集結果自動存入主機,主機通過通訊軟件把原始數據傳輸給計算機。下圖就是其工作流程圖：

3 高密度電阻率法裝置比較

本文運用二維正向建模程序RES2DMO D，建了簡單三層模型的反演成圖

3.1 簡單三層模型的反演成圖

圖1 簡單三層模型（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米灰巖層，電阻率約為300Ω·m，第三層是基巖層，假設它是花崗巖，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個電極，一米電極距的條件下，這個陣列的勘測深度大約為7.7m，完全不能探測到基巖層，而對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個電極，1m電極距，此陣列的勘測深度就比溫納陣列的測量深度要淺（大約只有4.0m，（同樣沒有探測到第三層），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距離（大約探測到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 結語

本文建立了簡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—單極裝置就進行了正反演，分析反演圖可以看出：

4.1 若是用來為地下介質劃分層次的話，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 面對橫向上電性差異較大的地質情況時，四種陣列方法里對地下介質狀況刻畫效果最好的是偶極—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；面對縱向上電性差異較大的地質情況時，四種陣列方法里對地下介質狀況刻畫效果最好的是偶極—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，雖然在面對地下高阻異常時單極—單極陣列方法也有不錯的勘探效果，但這是在一定條件下的特定效果，當圍巖電阻率不變，異常體電阻率變為190Ω·m時，單極—單極陣列方法的勘探效果就變得很差。即只有當電阻率差異達到一定水平后，單極—單極陣列方法的勘探效果才能有所體現。

4.4 當調查地區地質條件較好，工作要求有較高水平分辨率和較豐富的數據時，建議使用偶極—偶極陣列。當電極設備有限，測量極距較小，需要較深的數據覆蓋時，建議使用單極—單極陣列。當調查地區地質條件未知，或同時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據重疊測量。

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

4.6 在同類裝置中，溫納裝置具有最高的信號強度，但是溫納陣列探測深度較淺。而溫納—斯隆貝爾陣列測深分辨率較高，到深部電壓信號比較大，抗干擾能力強。單極--單極裝置具有廣泛的橫向數據采集范圍和最深距離的測量。

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