Question

井中高密度电法勘探电极布设

Answer 1

从理论上讲，任何用于常规地面高密度电法勘探的装置均可用于井中勘探，因此，可以有二电极、三电极和四电极装置。

6.1.1 二电极装置:单极-单极（pole-pole）

有两种可能的配置，两根电极都置于同一口井中（图6.1a），或两根电极置于两口不同的井中（图6.1b），图6.1c考虑到第三种可能性，一根电极置于地表。在所有的情况下，灵敏度最高的区域主要集中在电极附近，特别是如果两根电极置于不同的井孔中，而井孔相距甚远的情况下，如图6.1c。实际上，电极不扫描在它们之间的区域，这些区域将寄希望于震源和检波器布设在不同井孔中的井间地震勘探。注意，两根电极之间的区域一般呈负灵敏度值。

如果有n个电极（包括地面电极，如果有的话），总共有n（n-1）/2次可能的独立观测，大多数学者推荐供电后观测所有其他电极可能的读数，即观测所有可能的组合。这种装置的一个问题是存在两个无穷远极（C₂和P₂极）的物理位置，它们必须足够远才能满足单极-单极（pole-pole）近似足够精确，这意味着它们的位置至少是井中C₁和P₁电极最大分离距离的20倍。这些问题类似于地面常规单极-单极（pole-pole）装置所面临的问题。

虽然许多研究者用这种装置进行井间勘探（Dailey et al.，1991；Shima，1992；Spies etal.，1995），Sasaki（1992），Zhou和Greenhalgh（2000）发现，这种装置的分辨率比双极-双极（bipole-bipole）装置和单极-双极（pole-bipole）装置差。

对于地下阵列来说，单极-单极（pole-pole）装置是给出几何因子变化的有用例子，我们已经知道两根电极位于地下半空间的单极-单极（pole-pole）装置，其几何因子k为

高密度电法勘探方法与技术

式中:a为电极距，对于无限介质，两根电极的情况下，几何因子为

图6.1 井间探测单极-单极（pole-pole）装置可能的电极布设和2-D灵敏度剖面

高密度电法勘探方法与技术

对于地下半空间，两根电极情况下，几何因子为

高密度电法勘探方法与技术

式中:r为供电电极和电位电极之间的距离；r'为电位电极到供电电极镜像点的距离（图6.2）。

图6.2 地下两电极示意图

6.1.2 三电极装置:单极-双极（pole-bipole）

根据Zhou和Greenhalgh（1997）的文献，单极-双极（pole-bipole）装置有六种可能的单独配置（忽略地面电极），这六种配置有两种基本的组合:(1)供电电极和一根电位电极在同一口井中，而另一根电位电极在另一口井中（图6.3a）；(2)供电电极在一口井中，而两根电位电极在另一口井中（图6.3b）。Zhou和Greenhalgh（1997）建议供电电极和一根电位电极在同一口井中，而另一根电位电极在另一口井中的配置（C₁P₁-P₂配置），在图6.3a中可看出，在两口井之间，这种配置有较高的灵敏度值，这意味着，它提供了两口井之间物质有关电阻率的重要信息。负灵敏度值区域被限制在第一口井的C₁与P₁电极之间和第二口井中的P₂电极外侧。

第二种配置（供电电极在一口井，两根电位电极在另一口井中）在C₁和P₁电极之间有很强的灵敏度值，在C₁和P₂之间有很强的正灵敏度值。在这两大地带，有一个小灵敏度值区，即装置不提供有关该区域的电阻率重要信息；这种装置另一个缺点是P₁-P₂双极某些位置，观测的电位值很小，甚至为零。

图6.3c为三根电极在同一井孔中的灵敏度图，井孔附近聚集了很强的负灵敏度值和正灵敏度值。Sugimoto（1999）建议，这样的观测也可以提供有关两口井之间的构造倾角信息。图6.3d为供电电极在地面的灵敏度模式图，C₁和P₁电极之间的灵敏度值比较小（可能是由于这两根电极之间的距离较大所造成），而P₁和P₂电极之间的灵敏度为适度的正值。

总之，许多学者对此阵列积极评价，与单极单极（pole-pole）相比较，它提供了更好的分辨率和较低的大地噪声（因为两根电位电极在调查区域内）。在理论上，虽然该装置的分辨率略低于双极-双极（bipole-bipole）装置，但观测电位值较高。

6.1.3 四电极装置:双极-双极（bipole-bipole）

Zhou和Greenhalgh（1997）列出了这种装置可能的4种独立配置，其中有两种基本的组合配置。在第一种布设中，供电正极C₁和电位电极P₁位于同一口井中，而供电负极C₂和电位电极P₂位于第二口井中（图6.4a）。对于C₁P₁-C₂P₂装置（Zhou et al.，1997），在两口井之间的区域有较大的正灵敏度值，这对两口井间物质成像来说，该装置是非常有利的，在C₁与P₁电极（和C₂与P₂电极）之间局限于沿着井孔的区域存在较强的灵敏度负值，图6.4c为此类布设，但是，随着同一井孔中的两电极距减小到两井孔距的一半，两井孔间不再是较大的灵敏度正值。

图6.3 单极-双极（pole-bipole）装置电极不同布设方式2-D灵敏度剖面

图6.4 双极-双极（bipole-bipole）装置电极不同布设方式2-D灵敏度剖面

在第二种基本配置（图6.4b）中，C₁C₂供电双极布设在一个井孔中，而P₁P₂电位双极布设在另一口井中，两口井之间也同样有一较大区域的正灵敏度值，但是，它两侧是两个较大的负灵敏度值区域。因此，C₁C₂-P₁P₂布设对井孔间的不均匀性的响应比第一种布设复杂，当双极长度减小，正灵敏度区域明显减小，这些特点使得这种布设在井间探测是不可取的。另一个缺点，C₁C₂-P₁P₂布设与C₁P₁-C₂P₂配置相比较，正信号强度较微弱。

总之，Zhou和Greenhalgh（1997，2000）建议C₁P₁-C₂P₂配置，Sasaki（1992）发现双极-双极（bipole-bipole）装置的分辨率比单极-单极（pole-pole）装置和单极-双极（pole-bipole）装置的高。图6.5为可能的实地勘探观测序列，一系列的小极距（如半井间距）观测从顶部开始，接下来，重复进行大极距观测。由于在图6.5a和图6.5b所示的布设是对称的，观测也应该对称安排。图6.5c和6.5d为两个其他可能的观测序列。

图6.5 双极-双极（bipole-bipole）装置可能的测量序列

注意，井孔的长度必须与井孔间的距离是可比的，否则，如果在同一井孔中的两电极距必须比两井孔距小，读数很可能受井孔附近的物质影响，而不是井孔之间的物质，在这种情况下，唯一的办法可能是包括地面-地面和地面-井中观测。