高密度电阻率法不同装置比较

孙 鑫 吴会敏

（黑龙江省第六地质勘察院，黑龙江 佳木斯 154000）

1 高密度电法简介

高密度电阻率法是在常规电法基础上发展起来的新型物探方法，其工作原理与常规电法一致，以岩土介质的导电性差异为基础，通过观测和研究人工建立的地下稳定电流场的分布规律从而来解决地下地质问题。高密度电阻率法装置从是否带有无穷远极来看可分为两大类：（1）不带有无穷远极的装置，主要有温纳装置，斯隆贝尔装置，偶极-偶极装置，微分装置，温纳-斯隆贝尔装置;(2)带有无穷远极的装置，主要有联剖装置、三极装置、二极装置。

与常规电法相比，它具有以下特点:(1)电极布设是一次完成的,这不仅减少了因电极设置而引起的故障和干扰，而且为野外数据的快速和自动测量奠定了基础。(2)能有效地进行多种电极排列方式的扫描测量，因而可以获得较丰富的关于地电断面结构特征的地质信息。(3)野外数据采集实现了自动化或半自动化，不仅采集速度快(大约每一测点需2～5s)，而且避免了由于手工操作所出现的错误。(4)可以对资料进行预处理并显示剖面曲线形态，脱机处理后还可以自动绘制和打印各种成果图件。(5)与传统的电阻率法相比，成本低、效率高，信息丰富，解释方便，勘探能力显著提高。

解决的中心问题主要是：从理论上分析高密度电阻率法在不同装置不同地质情况下的勘测特点，以及利用数值模拟来验证高密度电法在在不同排列勘探时的有效性和准确性。

通过比较高密度电阻率法的装置选择及结果解释，阐述了各种装置的特点，适用条件，说明了如何在有限地条件下，获得最佳的探测效果。并且结合具体模型更进一步比较不同装置对于相同模型的响应结果，并做出初步解释。

2 高密度电阻率法的基本原理及测量系统

高密度电阻率法仍然是以岩土导电性的差异为基础，研究人工施加稳定点流场的作用于地下传导电流部分的分布规律，推断地下具有不同电阻率的地质体的赋存情况.高密度电法本质属直流电阻率法。和常规电阻率法一样它通过A、B电极向地下供电流I,然后在M、N极间测量电位差ΔV,从而可求得该点(M、N之间)的视电阻值p=-K△V/I。根据实测的视电阻率剖面进行计算、分析,便可获得地层中的电阻率分布情况,从而可以划分地层,确定异常地层等。

高密度电法数据采集系统由主机、多路电极转换器、电极系统3部分组成.多路电极转换器通过电缆控制电极系统各电极的供电与测量状态。主机通过通讯电缆、供电电缆向多路电极转换器发出工作指令,向电极供电并接收、存贮测量数据.数据采集结果自动存入主机,主机通过通讯软件把原始数据传输给计算机。下图就是其工作流程图：

3 高密度电阻率法装置比较

本文运用二维正向建模程序RES2DMO D，建了简单三层模型的反演成图

3.1 简单三层模型的反演成图

图1 简单三层模型（mod-1）的模型图

在图中可以看到，表层是大约2.2m的黑土覆盖层，其电阻率大约为190Ω·m，它下面是厚度约为8米灰岩层，电阻率约为300Ω·m，第三层是基岩层，假设它是花岗岩，那么它的电阻率大约就是10000Ω·m。这就是模型的大概情况。

3.2 温纳阵列的反演成图

图2 mod-1温纳阵列的反演图

从上图中可以看到，在60个电极，一米电极距的条件下，这个阵列的勘测深度大约为7.7m，完全不能探测到基岩层，而对于一，二层的划分则比较好。

3.3 偶极—偶极阵列的反演成图

图3 mod-1模型偶极—偶极阵列反演图

图5就是偶极—偶极阵列的反演图，从图中可以看到，同样是60个电极，1m电极距，此阵列的勘测深度就比温纳阵列的测量深度要浅（大约只有4.0m，（同样没有探测到第三层），但是在划分地层上与温纳阵列相近。

3.4 温纳—斯隆贝尔阵列的反演图

图4 mod-1模型温纳-斯隆贝尔阵列反演图

图6中看到这个阵列在地层的划分上有非常好的分辨率，且较前面两种方法都要好。但在相同电极数和电极距的情况下，其勘探深度只有大概3米的范围。

3.5 单极—单极阵列的反演图

图5 mod-1模型单极—单极阵列反演图

图3-7中可以看到单极—单极阵列较前面的三种阵列，它具有更广泛的探测距离（大约探测到13m的深度）。然而它的分辨率却是最低的，在地层的划分上，该阵列的影像模糊且变形较大。

4 结语

本文建立了简单三层模型分别采用温纳装置，偶极—偶极装置，温纳—斯隆贝尔装置，单极—单极装置就进行了正反演，分析反演图可以看出：

4.1 若是用来为地下介质划分层次的话，上述四种阵列方法都可用，并且以偶极—偶极阵列方法和温—斯阵列方法为上。

4.2 面对横向上电性差异较大的地质情况时，四种阵列方法里对地下介质状况刻画效果最好的是偶极—偶极阵列方法，其次是温纳、温—斯阵列方法，单极—单极阵列方法最差；面对纵向上电性差异较大的地质情况时，四种阵列方法里对地下介质状况刻画效果最好的是偶极—偶极阵列方法，其次是温纳、温—斯阵列方法，单极—单极阵列方法最差。

4.3 需要注意的是，虽然在面对地下高阻异常时单极—单极阵列方法也有不错的勘探效果，但这是在一定条件下的特定效果，当围岩电阻率不变，异常体电阻率变为190Ω·m时，单极—单极阵列方法的勘探效果就变得很差。即只有当电阻率差异达到一定水平后，单极—单极阵列方法的勘探效果才能有所体现。

4.4 当调查地区地质条件较好，工作要求有较高水平分辨率和较丰富的数据时，建议使用偶极—偶极阵列。当电极设备有限，测量极距较小，需要较深的数据覆盖时，建议使用单极—单极阵列。当调查地区地质条件未知，或同时要求较高的水平和垂直分辨率，建议用温纳—斯隆贝尔装置的水平数据重叠测量。

4.5 温纳装置在垂向变化率上具有较高的分辨率（水平构造），而温纳—斯隆贝尔阵列在横向和纵向结构都有较好的分辨率。偶极-偶极装置对电阻率的水平、垂向变化较敏感，单极-单极装置的分辨率是最低的。

4.6 在同类装置中，温纳装置具有最高的信号强度，但是温纳阵列探测深度较浅。而温纳—斯隆贝尔阵列测深分辨率较高，到深部电压信号比较大，抗干扰能力强。单极--单极装置具有广泛的横向数据采集范围和最深距离的测量。

[1]傅良魁.电法勘探教程[M].北京：地质出版社，1983.

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