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。測量所得數據可用于對比分析，通過對場地淺層電測深數據變化的研究，嘗試新的數據異常核實方法。

關鍵詞：電測深 對稱四極觀測 大地電場

中圖分類號：P315 文獻標識碼：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，為省屬地震臺。距市區約30km，所在地行政上屬明光市澗溪鎮祝崗村，有309省道通至市區，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年臺站進行了優化改造，新建了330m2的現代化辦公樓，極大地改善了職工的工作和生活條件。現有地電阻率、大地電場、鉆孔體應變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構造的關系，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，但由于專業電測深儀器費用高且不方便，本文嘗試通過簡單自制工具來測量電測深數據，以期達到成本低、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月新建地電場項目。場地選在澗溪鎮祝崗村，布極中心點距臺站約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地電場儀試運行，2007年1月1日正式運行。經過多年來的觀測運行，數據穩定，相關系數很好。嘉山地震臺大地電場觀測儀器采用的是ZD9A-Ⅱ數字化地電場儀，采樣率為1次/min，觀測穩定可靠。

1.2 線路架設

電場觀測采用三角形布極，共有NS、EW和N45°W三個方向，每個方向又分長、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或閘刀連接，接頭置于接線盒內以達到防水、防氧化的效果。線路架設在農田中，測量數據及相關系數易受降雨、雷電和大風影響。大地電場場地內地埋管線、電線接地或者地電暴等因素會影響場地電性，通過淺層電測深數據變化的研究可以排除相關因素干擾。

1.3 電極埋設

電極為蘭州地震研究所研制生產的固體不極化電極，電極埋深為2.5m以上。電極埋設條件較差，測區內地下水位不穩定，埋設時共用電極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（即測深點也是MN極的中點），隨后通過改變供電電極（AB極）極距的大小，測量該點的在不同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，實際上也就增大了勘探深度。通過多組測量數據可以反演得出這個測深點下不同深度的地質斷面情況，然后繪制電測深視電阻曲線就可以得出測點下沿垂向地質電性層。

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

和電剖面法一樣，電測深法也可以因地制宜（地質條件及施工需求）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、礦物探測及環境地質背景調查中，大多廣泛采用對稱四極測深，此外還有三極測深、環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，電流分布淺，ρs曲線主要反映淺層情況；AB極距大時，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為坐標的雙對數坐標紙上。當地下巖層界面平緩不超過20°時，應用電測深量板進行定量解釋，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16個，按圖2供電測量，供電時間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；萬用表串聯供電線測量供電電流。每個供電極距測5組數據以上，按計算公式算出視電阻率，取平均值。

5 測量結果

由所得數據運用Origin75專業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層地質構造面。

6 本次探究的不足

（1）本次測深實驗受各種因素影響，樣本數取樣過少且AB/2只取10m以內，對研究結果的判定造成一定影響。

（2）未對電測深曲線進行反演，無法得知臺站大地電場場地詳細的地質構造。

參考文獻

[1] 姚文斌.電測深數值計算和解釋入門[J].地震出版社，1989.

[2] 肖爭光.對稱四極電測深法在物探找水工作中的應用分析[J].世界有色金屬，2016（24）：225-226.

[3] 王本安.對稱四極電測深法在巖土工程勘察中的應用[J].中國西部科技，2015（5）：48-49.