Question

高密度电法基本勘探原理

Answer 1

2-D高密度电法勘探通常采用很多根电极（25根或更多）连接到一条多芯电缆上（Griffiths et al.，1993），通过一台微型计算机与一台电极转换开关装置连接，每次自动选择相关的4根电极进行数据观测（图3.1）。目前，2-D电阻率法勘探技术和设备得到相当快的发展，必要的数据采集设备可以从一些国际商业公司购买到，部分典型系统的价位一般在6万～7万美元。

图3.1为由一条多芯电缆连接数根电极沿一条直测线进行2-D探测的典型排列示意图，通常，两相邻电极采用相同的电极距，多芯电缆连接一个电极转换开关和一台便携式计算机，采用的观测序列、使用的装置类型和其他采集参数（如使用的电流）输入到一个计算机程序可读取的文本文件中，不同的仪器采用不同的控制文件格式，需要参考相对应的系统操作手册。读取控制文件后，计算机程序自动选择适合每次观测的电极。某些仪器系统内置了微处理系统，此时，便携式计算机就不需要了，在地形比较恶劣的条件下，这对开展勘探工作是非常有利的。

野外实地勘探时，大部分工作是电缆敷设和插电极，随后，计算机自动采集数据，大部分勘探时间花费在等待仪器采集数据上。

为了获得一张较理想的2-D剖面，探测的覆盖面必须是2-D，例如:如图3.1所示，由20根电极建立的温纳（Wenner）装置，两相邻电极之间的间距为 “a”（电极距），第一步将所有电极距可能为 “1a” 的温纳（Wenner）装置进行观测，对于第一步观测，用到的电极序号为1，2，3，4，注意，电极1作为第一根供电电极C₁，电极2作为第一根电位电极P₁，电极3作为第二根电位电极P₂，电极4作为第二根供电电极C₂。第二次观测，电极序号为2，3，4，5，对应于C₁，P₁，P₂和C₂。沿测线依次类推，直到最后一次使用电极距为“1a” 的电极序号为17，18，19，20。对于一个由20根电极组成的观测系统，间距为“1a” 的温纳（Wenner）装置来说，可能的观测次数为17次，即20-3。

图3.1 2-D高密度电法勘探电极排列和拟断面观测序列示意图

电极距为“1a” 的观测序列完成后，接下来进行电极距为 “2a” 的序列观测，第一次观测用到的电极为1，3，5，7，选择了相邻电极距为 “2a” 的电极，接下来用到的电极为2，4，6，8，沿着测线依次类推，直到最后一次使用电极距为 “2a” 时的电极序号为14，16，18，20。对于一个由20根电极组成的观测系统，间距为 “2a” 时，可能的观测次数为14次，即20-2×3。

对于电极距为“3a”，“4a”，“5a” 和 “6a”，有相同的重复观测过程，要想获得较好的结果，数据采集应该系统，尽可能所有的观测方式均要进行，这样将有利于提高视电阻率反演获得的解释模型质量（Dahlin et al.，1998）。

注意，当电极间距增加时，每层观测的数量要减少。观测序号可以从每个电极距获得，对于一个沿测线的电极序号，依赖于所使用的装置类型。在2-D勘探中，与其他常规观测装置相比较，温纳（Wenner）装置可能的观测序号是最少的。

偶极-偶极（dipole-dipole）装置勘探做法与温纳（Wenner）装置相类似，对于由20根电极构成的观测系统，首先是电极距为 “1a” 的观测次数为19，随后是电极距为“2a”的观测次数为18，紧接着电极距为“3a” 的观测次数为17，等等。

对于偶极-偶极（dipole-dipole）、温纳-斯伦贝格（Wenner-Schlumberger）和单极-偶极（pole-dipole）装置（图1.6）来说，数据观测做法稍微不同，举个例子，对于偶极-偶极（dipole-dipole）装置来说，数据采集通常开始于电极距为“1a” 的C1-C2（也可以是P₁-P₂）电极，对于第一个观测序号付给 “n” 因子（C₁-P₁两电极的距离与C₁-C₂偶极长度的比值）的值为1，当 “n” 等于2，保持C₁-C₂电极对间距固定为 “1a”，当 “n”等于2时，C₁电极到P₁电极的距离为C₁ -C₂电极对长度的两倍。随后的数据观测，极距因子 “n” 通常增加到一个最大值6，此后，精确观测电位值就非常困难了，因为电位值比较小。为了增加探测深度，C₁-C₂偶极对之间的间距增加到 “2a”，相应的观测序列和“n” 也随着改变，如果有必要，C₁-C₂（连同P₁-P₂）电极对的大极距处可以重复观测。一种相似的探测技术是温纳-斯伦贝格（Wenner-Schlumberger）装置和单极-偶极（pole-dipole）装置可以采用不同的 “a” 极距与 “n” 因子组合。

一种用来扩大水平覆盖区域的探测技术，尤其是对于观测电极有限的系统，是滚动采集技术，观测序列完成以后，电缆沿测线向前移动数个单位电极距，在测线末端，没有被覆盖的部分，电缆上的所有电极将重复观测数据（图3.2）。另外，还有一种称为 “长测线多排列连接” 的处理技术将在后文讲解。

图3.2 采用2-D滚动勘探方法扩大探测覆盖面积