Question

电阻率剖面法的常用装置类型与特点

Answer 1

在电法勘探中，为了解决不同的地质问题，常采用不同的装置。所谓装置乃是指一定的电极排列形式和移动方式。常用的电阻率装置类型主要有二极装置、三极装置、联合剖面装置、对称四极装置以及中间梯度装置等。这些装置都是长期电法勘探实践中形成的，地下目标体对电场的影响一般可以通过这些装置测得的反映地面电场变化的视电阻率建立与地下目标体简单直观的对应关系。

1.2.1.1 剖面法常用装置类型及特点

(1)二极装置(AM)

如图1.2.1 a所示，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。这里所指的“无穷远”具有相对概念：若B极在M点产生的电位或A极在N点所产生的电位相对于A极在M点所产生的电位可忽略不计时，便可认为B极或N极位于“无穷远”。因此，二极装置实际上是一种测量电位的装置。ρ_s表示式为

电法勘探

其中装置系数

K_AM=2πAM

二极装置通常取AM中点作为记录点，电极距L=AM。

图1.2.1 电阻率剖面法常用装置

a—二极装置；b—三极装置；c—联合剖面装置；d—对称四极装置；e—偶极装置；f—中间梯度法装置

(2)三极装置(AMN、MNB)

如图1.2.1 b所示，当只将供电电极B置于“无穷远”，而将AMN排列沿测线进行逐点观测时，便称为三极装置。ρ_s表示式为

电法勘探

其中装置系数

电法勘探

上述装置是将B极置于无穷远，称为三极正装置，记为AMN∞或AMN；反之，若将A极置于无穷远，称为三极反装置，记为∞MNB或MNB。ρ_s表示式和对应的装置系数分别为

电法勘探

电法勘探

无论是正装置还是反装置，均取MN中点为记录点。

(3)联合剖面装置(AMN∞MNB)

如图1.2.1 c所示，它由两个对称的三极装置联合组成，故称联合剖面装置。其中电源负极接到置于“无穷远”处的C极，正极可分别接至A极或B极。其ρ_s表达式与三极装置的相同，但记为

电法勘探

电法勘探

其中装置系数分别为

电法勘探

联合剖面装置仍取MN中点作为记录点，且K_A=K_B。

(4)对称四极装置(AMNB)

如图1.2.1d所示，这种装置的特点是AM=NB，记录点取在NM 的中点，其ρ_s表达式为

电法勘探

其中装置系数

电法勘探

当取AM=MN=NB=a时，这种对称等距排列称为温纳(Wenner)装置。其装置系数为

K_W=2πa

当MN=a，AM=NB=na，称为温纳-施仑贝尔格热装置，其装置系数为

K_WS=πn(n+1)a

(5)偶极装置(ABMN)

如图1.2.1 e所示，这种装置的特点是供电电极AB和测量电极NM均采用偶极，并分开有一定的距离。由于4个电极都在一条直线上，故又称轴向偶极。其ρ_s表达式为

电法勘探

其中装置系数

电法勘探

如果取AB=MN，则

电法勘探

当取AB=MN=a及BM=na(n为正整数)时，则

K_OO′=πan(n+1)(n+2)

式中：a称为偶极长度；n称为电极的间隔系数。

偶极装置常取OO′中点为记录点(O为AB中点，O′为MN中点)，OO′=(n+1)a。

(6)中间梯度装置

如图1.2.1 f所示。中间梯度法的装置是将供电电极A和B固定在相距很远的地方，测量电极MN在AB中段1/3的范围内逐点观测。在半无限介质的条件下，AB中部1/3范围内电场可近似地认为是均匀的。由于在测量中AB固定不变，MN沿剖面移动，所以其视电阻率曲线反映了地电断面沿水平方向的分布情况。中间梯度法虽然在测量过程中，不是整个装置都移动，只有MN移动，这里仍将中间梯度法归入到电阻率剖面法中。ρ_s表达式为

电法勘探

其中主测线上装置系数为

电法勘探

此外，中间梯度装置的MN极还可以在离开AB连线一定距离(AB/6 范围内)且与之平行的旁测线上进行观测，其装置系数的一般表达式为

电法勘探

式中：x为MN中点的横坐标；y为纵坐标。

坐标原点取在AB中点处。

除上述几种常用的装置外，根据不同地质条件和不同地电条件，还可以将电极排列成其他的装置类型，这里就不一一列举了。

1.2.1.2 几种常用装置视电阻率表达式之间的关系

根据电场叠加原理，不同装置测量得到的视电阻率之间存在一定的关系。

(1)三极与对称四极的关系

因

ΔU^AB=ΔU^A+ΔU^B

故

电法勘探

根据式(1.2.3)和式(1.2.4)，可得

电法勘探

在均匀介质情况下应有

=

=

，于是

电法勘探

将式(1.2.9)代入式(1.2.8)，经整理可得

电法勘探

式(1.2.10)即为三极与四极之间

与

和

的联系公式。对于对称四极装置而言，因K_A=K_B。于是式(1.2.10)简化为

电法勘探

式(1.2.11)表明，对称四极剖面法的

值，恰等于联合剖面法

和

的平均值。

(2)偶极与三极的关系

由于偶极装置的MN极在AB极的外面，且B极与MN的距离比A极更近些，故有

ΔU^OO′=ΔU^B-ΔU^A

按上述同理可得

电法勘探

(3)三极与二极的关系

三极与二极之间ρ_s也有一定联系关系。当将三极装置看作是由2 个二极装置组成时，经适当推导可得到

电法勘探

可见，尽管剖面法的装置类型很多，但其间之视电阻率却有一定的内在联系。明确了上述各装置之间的关系，无论做理论计算或进行异常解释都是有用的。

实际上，所有装置的视电阻率都可用二极装置的视电阻率合成，但各装置的特点是不一样的，地质效果也不同。

实际应用中，常常将视电阻率符号的上标省略，如中梯装置的

亦记为ρ_s，装置系数统一记为K。