高密度电阻率法中几种装置实测效果比较.pdf

高密度电阻率法中几种装置实测效果比较 肖宏跃 1 ,雷 宛 1 ,雷行健 2 1 1 成都理工大学信息工程学院,成都 610059; 21 电子科技大学生命科学与技术学院,成都 610054 摘要高密度电阻率法具有数据采集密集、生产效率高、观测精度高和分辨率高的特点,已经成为 常规物探方法之一,本文介绍了四种高密度电阻率法装置的工作方式,并对同一测线的四种高密度 电阻率法装置勘探结果进行了比较,结果表明在该地电条件及在相同的剖面长度下,温纳装置较 其它装置具有更好的勘探效果,而偶极装置更适用于垂向电性变化大的地质情况。 关键词高密度电阻率法;装置;勘探效果 中图分类号P63113 22文献标识码B Abstract The of high2density Resistivity is of the characteristics of the dense data acquisition , high productivity , precise observation and high resolution , which is one of the convenient geophysical prospecting. The working of the installations for the four s of high2density resistivity is introduced , and the exploration results in the same line with the four s are compared. The results indicate taht under the same geoelectric conditions and the same length of section , the Wenner array is of the best exploration effect in the four s and the dipole2installation is prior to the vertical2resistivity2changing geologic condition. Key words of high2density resistivity; array; exploration effect 收稿日期 2006211227;修订日期 2007202209 作者简介肖宏跃1958 - ,女汉族 , 四川成都人,大 学本科,副教授. 0 前言 高密度电阻率法原理成熟,已有一批熟练掌握 此方法原理且已积累了丰富实践经验的工程技术人 员;另一方面计算机数据处理与成像技术,又把大 量烦琐的数据计算、成像处理变得极为快速准确, 极大地提高了探测效率和成功率,因此该探测方法 与其它物探方法相比推广应用速度极快,目前在金 属与非金属矿产、地质、构造、水文地质、工程灾 害地质、考古、岩溶洞穴景观资源等各领域得到了 广泛的推广应用,解决了诸多实际问题,产生了极 大的社会效益及经济效益。 1 高密度电阻率法的工作方法 高密度电阻率法属于电阻率法的范畴,它是在 常规电法勘探基础上发展起来的一种勘探方法,仍 然是以岩土体的电性差异为基础,研究在施加电场 的作用下,地下传导电流的变化分布规律。相对于 传统电法而言,高密度电阻率法的特点是信息量 大。利用程控电极转换器,由微机控制选择供电电 极和测量电极,实现了高效率的数据采集,可以快 速采集到大量原始数据。具有观测精度高、数据采 集量大、地质信息丰富、生产效率高等特点。一次 布极可以完成纵、横向二维勘探过程,既能反映地 下某一深度沿水平方向岩土体的电性变化,同时又 能提供地层岩性沿纵向的电性变化情况,具备电剖 面法和电测深法两种方法的综合探测能力 [1] 。 高密度电阻率法现场工作时是在预先选定的测 线和测点上,同时布置几十乃至上百个电极,然后 用多芯电缆将它们连接到特制的电极转换装置,电 极转换装置将这些电极组合成指定的电极装置和电 极距,进而用自动电测仪快速完成多种电极装置和 多电极距在观测剖面的多个测点上的电阻率法观 测。再配上相应的数据处理、成图和解释软件,便 可及时完成给定的地质勘查任务。其具体工作如图 1所示。 图1 高密度电阻率法勘探系统示意图 56 2007年第9期工程勘察 Geotechnical Investigation 接着AM、MN、NB增大一个电极间距,逐点向右 移动,得到另一条剖面线;这样不断扫描下去,得 到倒梯形断面见图 2 。 图2 温纳装置测量示意图 212 偶极装置ABMN 又称β装置 测量时, AB BM MN为一个电极间距, A、 B、M、N逐点同时向右移动,得到第一条剖面线; 接着AB、BM、MN增大一个电极间距,逐点同时 向右移动,得到另一条剖面线;这样不断扫描下 去,得到倒梯形断面见图 3 。 图3 偶极装置测量示意图 213 微分装置AMBN 又称γ装置 测量时, AM MB BN为一个电极间距, A、 B、M、N逐点同时向右移动,得到第一条剖面线; 接着AM、MB、BN增大一个电极间距,逐点同时 向右移动,得到另一条剖面线;这样不断扫描下 去,得到倒梯形断面见图 4 。 214 四极测深装置 测量时MN固定, AM NB , A、B沿剖面移 图4 微分装置测量示意图 动,得到一条滚动线; MN向右或向左移动一个电 极距并固定不动, A、B同样沿剖面移动,得到另 一条滚动线,这样不断下去得到矩形断面见图 5 。 图5 四极测深装置测量示意图 以上四种方法都适用于固定断面扫描测量,除 了四极测深装置得到的是矩形二维电性分布剖面以 外,其它三种装置得到的都是倒梯形的二维电性分 布剖面 [2 ,3] 。 3 数据处理 高密度电阻率法的数据处理是把所测得的视电 阻率,经数据格式转换、数据预处理、地形校正、 正演和反演计算,最后得到视电阻成像色谱图并对 其进行地质解释。 把格式转换好的视电阻率,经数据预处理消除 坏点,保留数据较一致的数据点。并根据现场试验 和与其它资料对比分析,选择正演、反演计算参 数。 把经预处理后的数据经地形校正,绘成测试原 始数据视电阻率成像色谱图见图 6 。 反演工作是由所测得的高密度电法原始数据色 谱图图6 ,推断该剖面下的地电断面,确定地下 岩石的真电阻率分布。反演采用最佳拟合法,给定 一个初始地电断面,在初始断面上计算视电阻率的 理论曲线,将理论曲线与实测曲线作对比拟合 , 通过修改参数获得最佳拟合效果,即高密度电法反 演成像色谱图见图 7 。 用反演得到地电断面图见图7 ,采用最小二 乘法进行正演计算,从而得到高密度电法正演成像 色谱图见图 8 。 当正演结果色谱图图 8 与 原始数据色谱图 66 工程勘察 Geotechnical Investigation 下 伏基岩为花岗岩,电阻率为900～5000 Ω m。 对4种装置在同一剖面上所得到的数据进行数 据处理,在原始、正演成像色谱图结果相同的前题 下,为了节省文章篇幅,只采用高密度电法反演成 像色谱结果图进行的各装置勘探效果比较,各装置 勘探结果如下。 411 温纳装置勘探结果 从温纳装置反演结果图图 9 看出,图像呈 现明显层状结构,电性界线明显。覆盖层为第四系 坡积物,成分为耕植土及块碎石土,电阻率表现为 不均匀的低阻晕团,电阻率明显低于基岩电阻率, 其值为100～900 Ω m;基岩电阻率呈现层状的高阻 反映,其值为900～5000 Ω m。 从横向上看,该剖面覆盖层厚度变化较大,剖 面0～240m处覆盖层较浅,厚度为12～22m;剖面 240～590m处覆盖层变厚,厚度为22～90m;最厚 位于剖面480m处,厚度90m。 综合以上分析可知,堆积体覆盖层深度变化范 围为12～90m。 412 微分装置勘探结果 从微分装置反演色谱结果图图 10 可以看 出层状结构比较明显,电性界线比较清楚,覆盖 76 2007年第9期工程勘察 Geotechnical Investigation 剖面覆盖层厚度变化较大,剖面 0～240m处,覆盖层厚度为10～1315m左右;而剖 面240～590m处,由于图无法全部显示900 Ω m的 地层,所以推断覆盖层厚度为9112～105m;最厚位 于剖面400m左右处,覆盖层的厚度约为105m。 413 偶极装置勘探结果 从偶极装置反演色谱图图 11 可以看出层 状结构一般明显,覆盖层的电阻率表现为不均匀的 低阻晕团,电性界线比较明显,电阻率明显低于基 岩电阻率;剖面0～240m处,覆盖层厚度为14～ 1714m左右;剖面240～590m处,由于图无法全部 显示900 Ω m的地层,所以推断覆盖层厚度为 8119m;最厚的覆盖层的厚度为8119m。 图11 偶极装置反演色谱图 414四极测深装置勘探结果 从四极测深装置反演结果图图 12 可以看 出层状结构较明显,覆盖层的电阻率没有表现出 低阻晕团,基岩则表现出高阻晕团,电性界线较明 显。由于采用与以上3种排列装置相同剖面长度, 但四极测深装置只能测量AB的中点,所以跑极长 度不够,剖面0～240m处及240～590m处所反映的 地层均不完整,所以图无法全部显示900 Ω m的地 层,只能按图形趋势推断覆盖层厚度约为7818m , 最厚的覆盖层的厚度约为7818m。 5 同一地测剖面上几种装置的勘探效果比较 4种装置勘探结果如表1所示。 4种装置勘探结果表1 装置 剖面0～240m处覆盖 层厚度m 剖面480m处覆盖 层最大厚度m 温纳12～2290 微分10～131591 偶极14～171470 四极-- 86 工程勘察 Geotechnical Investigation 2在4种装置相同的剖面长度下,只有温纳 反演出的结果最完整,将900 Ω m的地层完全显示出 来,层状结构最明显,比较完整地反映出了基岩及 覆盖层;微分装置和偶极装置也能大致反映出基岩 及覆盖层,但没有温纳装置完整,且层状结构及视 图效果不及温纳装置;四极测深装置由于跑极长度 不够,不能完整地反映基岩及覆盖层,效果最差; 3在地形起伏时,温纳装置仍能很好地反映 地层分布,微分和偶极装置则不是很好,说明温纳 装置受地形影响要小于微分和偶极装置,而受地形 影响最大的则是偶极装置; 4从对覆盖层的反映来看,效果最好的是温 纳装置,它完整地反映出了覆盖层的厚度,其次是 微分装置,在现有剖面长度下,效果最差的是四极 测深装置; 5温纳装置对于电性的水平方向变化比垂向 变化反映灵敏些,偶极装置对垂向电性变化十分灵 敏而对水平变化相对不灵敏,所以偶极装置用来测 量垂向电性变化大的地质剖面效果较理想。 5 结论 1当地形起伏不大时,各装置均能较好地显 示各地层;当地形起伏时,温纳装置能完整地显示 各地层,微分装置、偶极装置次之。 2对覆盖层厚度探测,温纳装置最准确,微 分装置、偶极装置次之。 3偶极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。 4在实际工作中还要结合当地的地电条件, 具体情况具体分析,先做实验,选取最适合当地地 电条件的装置及方法,从而取得最佳的物探效果 [4] 。 参考文献 [1] 雷宛,肖宏跃等.工程与环境物探[M].北京地质出版社, 2006. 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