电剖面法

第六章电剖面法电剖面法是用以研究地电断面横向电性变化的一类方法。一般采用固定的电极距，并使电极装置沿剖面移动，这样便可观测到在一定深度范围内视电阻率沿剖面的变化。根据装置形式的不同，剖面法又分二极装置、三极装置、联合剖面装置、对称四极装置、偶极装置等。（1）二极装置这种装置的特点是供电电极B和测量电极N均置于无穷远处接地二级装置取AM中点作为观测结果的记录点（3）三极装置：只将供电电极B置于无穷远，而将AMN沿测线排列进行逐点观测。三极装置通常取MN的中点作为观测结果的记录点。（3）对称四极装置：这种装置特点是AM=NB，记录点取在MN的中点。取AM=MN=NB=a时，这种对称等距排列，成为温纳装置，Ｋ＝２∏ａ。（４）联合剖面装置由两个三极装置联合组成，其中电源负极置于无穷远，电源的正极可向Ａ极，也可向Ｂ极（５）中间梯度法：此方法是装置将供电电极A和B固定在相距很远的地方，测量电极MN在AB中段的1/3的范围内逐点测量。不同的装置形式所能解决地质问题不一样。相对于电测深法而言，电剖面法更适合于探测产状陡立的高、低阻体，如划分不同岩性的接触带、追索断层及构造破碎带等。第六章电剖面法第一节联合剖面法第二节其它电剖面法第三节电剖面法的应用实例第一节联合剖面法一、两种岩石直立接触面上ρs曲线二、良导脉状体上联合剖面ρs曲线三、低阻球体上联合剖面ρs曲线四、联合剖面法的干扰分析及校正联合剖面法是由两个三极装置组合而成，其装置形式如下图所示。在每一测点分别用两个三极装置进行观测，所得视电阻率分别用sA及sB表示，从而在一条剖面上便可获得两条视电阻率曲线。联合剖面法电极装置示意图图中公共电极C被置于远离测线并大于五倍AO的距离上，称为“无穷远”极，即相对于观测地段而言，其影响可以忽略。一、两种岩石直立接触面上联合剖面ρs曲线1．两种岩石直立接触面的点电源电场下图是在半空间地表求解直立接触面两边电场分布的“镜像法”示意图。镜像法示意图考察点M1、M2处的电位表达式便可写成（6.1.2）据界面上电位连续和电流密度法线分量连续的边界条件，并考虑在分界面r=r1=r2,则有：（6.1.1）解上面的方程的：（6.1.3）式中，为反射系数，为透射系数。将求出I1与I2代入（6.1.1）式后，便可以得到M1和M2处电位的具体表达式：2.两种岩石直立接触面上的联合剖面s曲线设，且ＭＮ→０，讨论中利用定性分析公式：镜像法示意图（1）三极排列AMN在界面左侧并远离界面时，电性界面的影响可以忽略，相当于均匀半空间的情况，因此jMN→j0，所以，MN=1，在远离界面时，s曲线出现1渐近线。（2）三极排列AMN向右移动并逐渐接近直立界面时，由于21，电流线被低阻介质吸引，使jMNj0，因而s1并且当MN位于界面附近（尚未过界面）时，s出现极大值。（3）当MN跨越界面时，MN由1变为2，根据电流密度法线分量连续的边界条件，在界面两侧无限靠近的两点，电流密度相等。由于21，故s曲线过界面时产生跃变。（4）当A与MN分别位于界面两侧时，由于界面的屏蔽作用一定，故SA曲线出现了一段长度等于极距AO的水平直线段。即当考察点（O）位于无源介质一侧时，代替界面积累电荷影响的虚电源和实源（A）相重合，由于极距AO固定，所以二者（实、虚源）在考察点的影响也就不变。（5）当电极A过界面并当三极排列AMN向右远离界面时，由于1高阻介质的排斥作用逐渐减小，jMNA逐渐趋于j0A，因而三极排列向右远离界面时，s曲线出现2渐近线。（6）当两种岩石垂直接触面上有浮土时，浮土的存在将使s曲线变缓，并使整条曲线s值下降。其中，电极排列靠近高阻一侧的s曲线，在界面附近变化仍较明显，具有阶梯状特征。根据经验，该曲线极大值的1/3位置处对应隐伏界面的位置。对于良导脉状体的联合剖面s理论曲线，目前尚没有严格的解析计算公式。右图给出了应用面积分方程作模拟计算得出的几种不同倾角良导脉状体的s曲线。二、良导脉状体上联合剖面s曲线在脉状体上方，联合剖面sA和sB曲线具有完全不同的特征，在模型顶部出现联合剖面法曲线的正交点。当两个三极排列（AMN，MNB）位于模型左侧时，低阻体对电流线的吸引，使A极在MN间产生的电流密度jMNj0，sA0。同时使B极在MN间所产生的电流密jMNj0。因而sB0。当电极排列越靠近模型，这种作用便越强烈，因而在模型左侧便出现sAsB情况。当电极排列位于模型右侧时，由于低限体对电流线的吸引，出现与左侧相反的情况。当电极排列越远离模型，这种作用便逐渐减弱。综合两条曲线在模型两侧的变化，便出现以联合剖面正交点为其主要特征的异常变化规律。当低阻体的产状变化时，如=450曲线仍以正交点为主，只是出现了不对称的现象，并且交点向倾向一侧位移。当=00时，曲线对称，异常仍以正交点为主。在高阻脉状体上，联合剖面将出现s反交点。三、低阻球体上联合剖面s曲线等轴状地质体（如充水溶洞等）可以用球体模型来模拟。图是根据解析计算公式算出的良导球体上方联合剖面的理论曲线。计算时，假设良导球体的电阻率2=0，以球体半径a作为长度单位，球心埋深h0=1.6a。曲线特征分析方法与上面相同。1．在良导球体上联合剖面出现正交点；2．当极距很大时，球体附近的电场相当于均匀电场。四、联合剖面法的干扰分析及校正1．比值参数的概念及应用联合剖面装置是由两个三极装置组合而成的，因此它提供了较其它电极装置更为丰富的地质信息。下述比值参数不仅具有以某种形式再现联合剖面异常的特点，而且，不同的比值参数还具有不同的抑制干扰和分解复合异常的能力。（１）比值（F）参数在联合剖面法的实际工作中，地表覆盖层中局部电性不均匀体的存在将导致sA和sB曲线的同步跳跃，致使联剖曲线的异常特征难以辨认。我们可计算比值（F）参数以减弱或消除其影响，其计算公式为地表电性不均匀对联剖曲线的影响及校正（ａ）ＦＡ、ＦＢ曲线；（ｂ）ρｓＡ、ρｓＢ曲线（2）比值()参数比值（）参数是联合剖面资料处理中又一种以比值参数突出地质异常的方法，通常将由比值（）参数所绘制的曲线称为歧离带变化率曲线，其计算公式为右图为低阻直立薄板上方联合剖面曲线与比值（）曲线，显然，在低阻直立薄板上方形成了（）参数的单蜂异常，在模型两侧出现负值，远离模型异常迅速下降并逐渐趋于背景值。直立低阻脉上联合剖面ρs曲线及λ曲线右图由于两个低阻脉异常的叠加，联合剖面s曲线仅出现一个反映二者共同存在的交点，而比值（）曲线则出现了两个明显的与模型对应的单峰异常，可见（）参数具有一定的分解复合异常的能力。平行低阻脉上联合剖面异常ρ2=ρ3=1/20ρ12.地形对联合剖面曲线的影响及校正与水平地表的情况相比，地形起伏不仅使测点的空间位置发生改变，而且使电场的分布发生了很大变化，从而使联合剖面曲线的分布规律变得复杂，直接影响和降低了电法勘探的地质效果。所以，研究和分析地形起伏对电阻率曲线的影响规律，从而寻找一些有效的地形改正方法，一直是电剖面法资料解释中的一项重要研究内容。（1）地形起伏所引起的视电阻率异常特征野外地形有一定的走向，可以把它看作二度地形，在剖面上可以把它近似地视为由一系列的角域地形来计算。所谓角域地形是由两个半无限平面所限定的空间，其中充满了某种电阻率的导电介质。两种角域地形联合剖面曲线(a)左坡脚α=30°；右坡脚β=30°，顶角φ=120°(b)左坡脚α=-30°；右坡脚β=-30°，顶角φ=120°总结角域地形的异常特点如下：A．地形异常主要发生在角域顶点附近。B．在正地形上出现低阻反交点，在负地形上出现高阻正交点。C．在坡面上，地形异常主要表现在sA与sB的分离，即出现歧离带。（2）地形改正方法在地形起伏的剖面上所测得的s曲线，实际上包括了由地质体或构造所产生的异常和纯地形所产生的异常，二者叠加使曲线复杂化。为了消除或减弱地形影响，目前在实际工作中广泛采用了“比较法”。该方法是将野外实测的视电阻率曲线除以相应点位上的纯地形影响值，这样便得到经过比较法地形改正后的视电阻率曲线，即：ρ0是模拟地形介质的真电阻率；ρs改是消除或减弱地形影响后的视电阻率值；ρs地形是纯地形影响值；ρs实测是视电阻率；地改前，野外实测曲线仅在山坡下的构造破碎带上出现平行低阻异常带；地改后，出现低阻正交点。地形改正效果十分明显。第二节其它电剖面法对称四极排列是电剖面法中又一种电极装置形式。其供电电极AB和测量电极MN均对称于测点布设且保持极距固定，沿剖面逐点观测U和I，然后按下式计算电阻率一、对称剖面法下图为对称剖面法电极装置示意图。对称剖面法电极装置示意图根据场的叠加原理容易证明，对称四极剖面法的测量结果和相同极距联合剖面法的测量结果存在以下关系，即上式表明，对称剖面曲线等于相同极距联合剖面曲线的平均值。这样，我们便无须专门去计算对称剖面法的理论曲线，只要取联合剖面曲线的平均值便可得到相应地电断面上对称剖面的理论曲线。对称四级剖面和联合剖面曲线的关系由图可见，对称剖面曲线的异常幅度和分分辨能力均不如联合剖面曲线。但由于对称四极装置不需要无穷远极、野外工作轻便、效率高。在水文及工程地质调查中多用于面积性的普查，探测基岩的起伏、构造破碎带及高阻岩脉等。在合适的条件下还可以圈定岩溶的分布范围及追索古河道等。对称四极剖面装置主要是根据工作地区基岩顶板的平均埋藏深度或疏松覆盖层的平均厚度来确定。为了在同一剖面上研究两种不同深度上的电性特征，通常可采用两种供电极距（A1B1和A2B2）的“联合对称四极剖面法”。为此，应使A2A1MNB1B2之电极距与覆盖层的平均厚度（Ｈ）满足关系A1B1＝（２～４）ＨA2B2＝（６～１０）Ｈ测量电极ＭＮ，则应满足关系MN≤１／３AB右图表示横穿古河道的一条剖面曲线，当河道内的砂、砾石分布均匀时，s曲线两翼的形态和古河道两岸的岩性分布有关，极大值一般对应于河床的中心位置。横穿古河道的对称四极剖面ρs曲线1—砂砾石；2—坚硬砂岩利用对称四极剖面法探测山谷边缘的地层结构1—松散沉积物；2—砂岩；3—泥岩；4—石灰岩上图是对称四极剖面法在山谷边缘进行视电阻率测量的结果，地层分布主要有松散沉积物、亚粘土、泥岩及石灰岩等，地层结构复杂，由于松散沉积物的电阻率高于泥岩电阻率，极距AB=100m的对称四极测量结果主要反映这两种岩性的接触关系。在松散沉积物变厚的地段，s曲线均出现了抬升。由此可见，当条件较好时对称剖面法在地质填图方面常可取得较好的地质效果。二、中间梯度法中间梯度排列也是电剖面法中常用的一种电极装置形式，其主要特点是供电极距很大，这样，在供电电极AB中部的1/21/3地段，电场呈均匀分布。我们就把测线选在AB中部，然后采用较小的测量极距MN来逐点观测UMN和I并按下式计算视电阻率，即：中间梯度装置由于中间梯度法供电电极是固定的，故当测量电极逐点移动时，装置系数将随之而变化。此外，由于A、B供电极距大，在AB连线的中部以及连线两侧1/6AB范围内的电场均近似于均匀电场，因此，当A、B固定的情况下，可以在AB连线相邻的1/6范围内进行中间梯度法测量。这种一线多极、多线测量的方式，可以大大提高工作效率。中间梯度法主要用来寻找陡倾的高阻体，如石英脉、伟晶岩脉等。这是由于陡立高阻体对均匀电场有较强的畸变作用。图是我国东北某地矿区采用中间梯度法所得的s剖面平面图。图中两条连续的s高峰值带就是由石英脉引起的。1.高密度电阻率勘探系统高密度电阻率法是根据水文工程及环境地质调查的实际需要而研制的一种电探系统，该系统包括数据采集和资料处理两部分。现场测量时只需将全部电极设置在一定间隔的测点上，测点密度远较常规电阻率法大，一般从1m10m。三、高密度电阻率法然后用多芯电缆将其连接到程控式多路电极转换开关上，电极转换开关是一种由微机控制的电极自动换接装置，它可以根据需要自动进行电极装置形式、极距及测点的转换。测量信号用电极转换开关送入微机工程电测仪，并将测量结果依次存人随机