嘉山臺地電場地淺層電測深曲線探究

孫亮亮 趙桂寶 潘潔 李伸亮 尹天杰

摘 要：本文利用萬用表等工具自制對稱四極觀測裝置，利用十字測深法得到視電阻率，并通過相關(guān)工具繪制出嘉山臺大地電場淺層電測深曲線圖。探究不用專業(yè)電測深儀器做電測深的方法，方便臺站人員日后對場地淺層電性的測量研究。測量所得數(shù)據(jù)可用于對比分析，通過對場地淺層電測深數(shù)據(jù)變化的研究，嘗試新的數(shù)據(jù)異常核實(shí)方法。

關(guān)鍵詞：電測深 對稱四極觀測 大地電場

中圖分類號：P315 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）04（a）-0074-03

安徽省嘉山地震臺位于安徽省明光市澗溪鎮(zhèn)，為省屬地震臺。距市區(qū)約30km，所在地行政上屬明光市澗溪鎮(zhèn)祝崗村，有309省道通至市區(qū)，供電、用水、通訊方便。臺站占地面積約8000m2，但大多處于山坡，平坦地不足其中一半。2007年臺站進(jìn)行了優(yōu)化改造，新建了330m2的現(xiàn)代化辦公樓，極大地改善了職工的工作和生活條件。現(xiàn)有地電阻率、大地電場、鉆孔體應(yīng)變3種前兆觀測手段。電測深曲線用于確定大地電性層分布和其與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系，確定大地電性層的電阻率值、埋深和厚度。電測深資料對于大地電場觀測有重要意義，但由于專業(yè)電測深儀器費(fèi)用高且不方便，本文嘗試通過簡單自制工具來測量電測深數(shù)據(jù)，以期達(dá)到成本低、操作簡便的效果。

1 大地電場手段簡介

1.1 觀測概況

安徽省嘉山地震臺于2007年1月新建地電場項(xiàng)目。場地選在澗溪鎮(zhèn)祝崗村，布極中心點(diǎn)距臺站約430m，共分南北長、東西長、北東長、南北短、東西短、北東短六道測線。2006年12月ZD9A-Ⅱ地電場儀試運(yùn)行，2007年1月1日正式運(yùn)行。經(jīng)過多年來的觀測運(yùn)行，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，相關(guān)系數(shù)很好。嘉山地震臺大地電場觀測儀器采用的是ZD9A-Ⅱ數(shù)字化地電場儀，采樣率為1次/min，觀測穩(wěn)定可靠。

1.2 線路架設(shè)

電場觀測采用三角形布極，共有NS、EW和N45°W三個(gè)方向，每個(gè)方向又分長、短二類極距，其中NS向、EW向長、短極距分別為240m、l60m。N45°W向長、短極距分別為339m、226m。A1、B1、A2 、B2電極均為兩道測線共用，O/O'分別為長、短極距中心共用電極。

嘉山臺外線路采用架空的方式，測量線通過配線盤裝避雷裝置后與測量儀器相接，測量線與電極引線之間則采用空氣開關(guān)或閘刀連接，接頭置于接線盒內(nèi)以達(dá)到防水、防氧化的效果。線路架設(shè)在農(nóng)田中，測量數(shù)據(jù)及相關(guān)系數(shù)易受降雨、雷電和大風(fēng)影響。大地電場場地內(nèi)地埋管線、電線接地或者地電暴等因素會影響場地電性，通過淺層電測深數(shù)據(jù)變化的研究可以排除相關(guān)因素干擾。

1.3 電極埋設(shè)

電極為蘭州地震研究所研制生產(chǎn)的固體不極化電極，電極埋深為2.5m以上。電極埋設(shè)條件較差，測區(qū)內(nèi)地下水位不穩(wěn)定，埋設(shè)時(shí)共用電極O（O'）表層出水，南短極（B2）>2m為巖石層，南長極（B1）>1m出水，西短極（A2）和西長極（A1）表層為巖石層，西長極（A1）且在村莊口出，西短極（A2）在農(nóng)戶菜地中。

2 電測深法原理與方法

電測深法可以分為電阻率測深和激發(fā)極化測深兩類。本文所采用的resistivity sounding即為電阻率測深。它的原理是先在地面的點(diǎn)（即測深點(diǎn)也是MN極的中點(diǎn)），隨后通過改變供電電極（AB極）極距的大小，測量該點(diǎn)的在不同AB極距下的視電阻率ρs值，隨著供電極距不斷加大，供電電流在地下的分布范圍也增大，實(shí)際上也就增大了勘探深度。通過多組測量數(shù)據(jù)可以反演得出這個(gè)測深點(diǎn)下不同深度的地質(zhì)斷面情況，然后繪制電測深視電阻曲線就可以得出測點(diǎn)下沿垂向地質(zhì)電性層。

地電斷面是按電性不同所劃分的地質(zhì)斷面。通過對電測深曲線類型及其變化規(guī)律研究和分析，再加上參考地質(zhì)資料就可以初步反演出地電斷面的結(jié)構(gòu)及其分布狀況。地表的電性差異、但產(chǎn)狀近于水平的地質(zhì)等問題一般采用電測深法來解決。大量研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，即使是如斷層、溶洞等非水平產(chǎn)狀的地質(zhì)問題，也可以通過電測深法來研究，具有一定的地質(zhì)效果。

和電剖面法一樣，電測深法也可以因地制宜（地質(zhì)條件及施工需求）地采用不同的電極裝置類型，不同的電極裝置具有不同的勘探能力。在電磁探測、水文工程、礦物探測及環(huán)境地質(zhì)背景調(diào)查中，大多廣泛采用對稱四極測深，此外還有三極測深、環(huán)形測深及五極縱軸測深等方法。

電測深法多采用對稱四極排列，稱為對稱四極測深法。在AB極距離短時(shí)，電流分布淺，ρs曲線主要反映淺層情況；AB極距大時(shí)，電流分布深，ρs曲線主要反映深部地層的影響。ρs曲線是繪在以AB/2和ρs為坐標(biāo)的雙對數(shù)坐標(biāo)紙上。當(dāng)?shù)叵聨r層界面平緩不超過20°時(shí)，應(yīng)用電測深量板進(jìn)行定量解釋，推斷各層的厚度、深度較為可靠。對稱四極觀測裝置可用于十字測深法測量場地淺層電性。

4 測量原理與過程

按以下裝置做淺層十字測深（NS、EW測向）。

1.5V電池串聯(lián)16個(gè)，按圖2供電測量，供電時(shí)間2—10s（讀出供電電位差ΔV和電流I）。電極用鐵棒（已除銹）。

萬用表測量供電電位差，供電前先測量MN之間的自然電位差，供電電位差要減去自然電位差；萬用表串聯(lián)供電線測量供電電流。每個(gè)供電極距測5組數(shù)據(jù)以上，按計(jì)算公式算出視電阻率，取平均值。

5 測量結(jié)果

由所得數(shù)據(jù)運(yùn)用Origin75專業(yè)畫圖工具分別繪制電測深曲線圖。

5 曲線類型判斷

曲線類型判斷依據(jù)如下（見圖6、圖7）

HA：ρ1>ρ2<ρ3<ρ4；

HK：ρ1>ρ2<ρ3>ρ4；

由此判定，嘉山臺大地電場電測深曲線NS向類型基本屬于HA型，電測深曲線EW向類型基本屬于A型，該臺初步推斷地下電性層可能有3～4層，即可能存在3～44層地質(zhì)構(gòu)造面。

6 本次探究的不足

（1）本次測深實(shí)驗(yàn)受各種因素影響，樣本數(shù)取樣過少且AB/2只取10m以內(nèi)，對研究結(jié)果的判定造成一定影響。

（2）未對電測深曲線進(jìn)行反演，無法得知臺站大地電場場地詳細(xì)的地質(zhì)構(gòu)造。

參考文獻(xiàn)

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