Question

电阻率剖面法

Answer 1

电阻率剖面法又称电剖面法。其工作原理与电测深法相同，该方法在工作中是采用不 变的电极距，并使整个装置沿着观测剖面移动，逐点观测视电阻率ρ_S的变化。由于电极 距固定不变，勘探深度就保持在同一个范围内，因而ρ_S值沿剖面的变化可以把地下某一 深度以上具有不同电阻率的地质体沿剖面方向的分布情况反映出来。

根据电极排列方式的不同，电剖面法又有许多变种。目前常用的有联合剖面法、对称 四极剖面法、中间梯度法以及偶极剖面法等。图4-12所示是它们的电极排列方式。由于 电极排列方式的差异，各种电剖面法所解决的地质问题也不同。但总地来讲，电剖面法适 于探测陡倾的层状或脉状金属矿体和高阻岩脉，划分接触带，配合地质填图，也能为寻找 含水断裂破碎带等水文、工程地质工作服务。

图4-12 电剖面法常用的电极排列简图

（一）联合剖面法

联合剖面法是两个三极排列AMN∞和∞MNB联合进行探测的一种电剖面法。所谓三极排列是指一个供电电极置于无穷远的排列，如图4-12（a）所示。A，M，N，B四 个电极位于同一直线（即测线）上，以MN之间的中点为测点，且AO＝BO，MO＝NO。电极C是两个三极排列共同的无穷远极，一般敷设在测线的中垂线上，与测线之间的距 离大于AO的5倍（CO＞5AO）。

工作中将A，M，N，B四个电极沿测线一起移动，并保持各电极间的距离不变。在 每个测点上分别测出A与C极供电时的电位差 和电流强度I，B与C极供电的电位差 和电流强度I，然后按式（4-12）求得两个视电阻率 和 ，即

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式中：KA和KB分别为AMN∞和∞MNB两种排列的装置系数，根据计算可得

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因此，联合剖面法的剖面曲线图上有两条视电阻率曲线 和 ，具体如图4-13所示。

图4-13 直立良导低阻薄板上的联合剖面曲线与对称四极剖面曲线的对比图 —联合剖面曲线； —对称四极曲线

图4-13 是直立良导低阻薄板（或称薄脉）上的联合剖面曲线与对称四极剖面曲线的对比图。从联合剖面曲线看， 和 两支曲线在低阻板顶相交，板左侧 ，板右侧 ，且交点处视电阻率值小于围岩的电阻率，因此在良导薄板上联剖视电阻率曲线出 现低阻正交点。直立低阻板上两条ρS曲线对称，在倾斜薄板上两条ρS曲线不对称，倾向 一侧的视电阻率极小值小于反倾向一侧的视电阻率极小值，因此， 极小值与 极小值连 线的倾斜方向与低阻板倾向一致。

当薄板电阻率ρ₀大于围岩电阻率ρ₁时，可称为高阻薄板。模型实验表明，直立高阻 薄板顶端联合剖面曲线有一个高阻反交点（即板左侧 ，板右侧 ）。倾斜高阻 薄板的联合剖面曲线呈不对称状，反倾向一侧的视电阻率极大值大于倾向一侧的视电阻率 极大值，两条曲线极大值连线的倾斜方向与高阻板倾向一致。

联合剖面测量结果可绘成ρ_S剖面图（图4-13），也可绘成ρ_S剖面平面图，通过剖面平面图中相邻剖面上ρ_S曲线的对比，可以了解地质体沿走向的变化情况，如图4-14 所示。

实际工作中情况比较复杂。地表电性不均匀可以引起ρ_MN的变化；地形起伏可以影响 电流密度j_MN的分布；有时单纯地形影响就会引起与矿体相似的异常；相邻导电体的干扰 也可以造成异常的畸变。这些因素都将使ρ_S曲线大大复杂化。因此在进行资料解释之前，必须结合实际情况对实测曲线进行分析，消除一些干扰因素，辨认出由矿体引起的异常，才能进行正确的地质解释。

图4-14 某工区联合剖面法视电阻率剖面平面图

（二）对称四极法

对称四极法的电极排列如图4-12（b）所示。该方法在野外工作中始终保持A，M，N，B四个电极间距离不变，同时沿测线对称于M与N的中点O（即测点）向前移动，一般 ，这种方法测得的 值为

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将条件AM＝BN和AN＝BM代入装置系数公式，可得

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对称四极剖面ρ_S曲线见图4-13中的 。通过某些模型实验表明，对称四极 曲线 的异常幅度和分辨能力都不及联合剖面ρ_S曲线优越。但对称四极装置不需要笨重的无穷 远极，比较轻便，工作效率高，故多用于普查以及面积性的电阻率测绘等。

如果在对称四极装置的基础上，对称于O点再增加两个电极A′和B′，并且AB＞A′B′，这种装置称为复合对称四极剖面装置，见图4-12（c）。采用复合对称四极剖面法时，先 由大极距的A和B供电，M与N测量，求出 ；然后由小极距的A′和B′供电，M与N 测量，求出 。所以沿每条测线可得到两条不同勘探深度的视电阻率曲线。复合对称四极剖面法多用于探测覆盖层下基岩的起伏。图4-15（a）是基岩为高阻 的向斜构造；图4-15（b）是基岩为低阻的背斜构造。在上述两种情况下， 曲线（大 极距）具有相同的特征，即都有一极小值出现，所以单凭一条 曲线难以判别基岩起伏 情况。若用复合对称四极法就有可能解决这个问题。因为 曲线可以确定浅部的电性情 况，故在基岩为高阻的向斜上， 曲线低于 ；而在低阻的背斜上， 曲线位于 曲 线的上方。根据勘探目的和要求，复合对称四极法的极距选择，应力求大极距反映深部情 况，一般是AB/2≈（3～5）H（H是覆盖层的平均厚度）；小极距反映浅部情况，一般 A′B′/2≈（1～2）H。测量结果多用ρ_S剖面图表示。

图4-15 复合对称四极剖面法ρ_S曲线

对称剖面法的野外工作比较简单，生产效率高，表土不均匀和地形影响小。故常用于普 查阶段，以探测基底构造、基岩面起伏以及不同电阻率的岩层接触面等；在面积性工作中，常用于圈定某一深度范围内的视电阻率异常区，如岩溶分布范围与古河道的追索等。

图4-16是利用对称四极法追索古河道的例子。该图根据高阻异常特征清晰地反映了某地古河道的分布概貌。古河道是由一条主流和一条支流组成。古河道的视宽度由 剖 面曲线变化梯度最大的位置近似确定。如果曲线对称，说明古河床两岸也对称，极大值位 置对应古河床最深的中心部位。如果曲线不对称，可根据两翼曲线的陡缓来推断古河床两 岸坡度的陡缓。

图4-17是利用复合四极剖面法了解基岩起伏情况的例子。已知该区基岩深度大约为20～40m，因此选择小极距AB为40m，大极距AB为180m。由图可见，小极距的 有 一个高阻异常，推断这是浅部覆盖层中的高阻卵石透镜体的反映。大极距 曲线在小极 距曲线的上面，说明基岩的电阻率高于覆盖层电阻率。从大极距 曲线减去小极距曲线 即得出基岩起伏情况。

图4-16 对称四极法追索古河道的 剖面平面图

图4-17 某工区复合对称四极剖面法探测基岩起伏图

（三）中间梯度法

中间梯度法的装置特点见图4-12（d）。这种装置的供电电极距AB很大，通常选取AB为覆盖层厚度的70～80倍。测量电极距MN相对于AB小得多，一般选用MN＝ 。工作中保持A和B固定不动，M与N在A与B之间的中部约 的范围内同时移动，逐点进行测量。测点O为MN的中点。因为AB距离很大，在AB中 部测量范围内的电场可以认为是均匀电场。所以这种装置能最大限度地克服其他电剖面法 由于供电电极附近电性不均匀对视电阻率测量的影响。而且ρ_S曲线反映的必然是MN电 极附近地层电阻率的变化情况，这是该方法的优点。此外，这种装置在AB连线两侧 AB/6范围内的测线中部位置上，电场也近似于均匀电场。因此，在某一固定的A，B情 况下，又可以在相邻的AB/6范围内的测线中部进行中间梯度法测量。这种称为“一线布 置、多线测量”的方式，可以大大提高工作效率。

中间梯度法工作中，按下式计算ρ_S和K值：

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但必须注意，装置系数K不是恒定的，测量电极每移动一次要计算一次K值。

中间梯度法用于寻找陡倾的高阻岩脉（如石英脉、伟晶岩脉等）可以取得显著的效果。因为在有浮土的情况下，高阻岩脉的屏蔽作用比较明显，排斥电流线使之汇聚于浮土，使 JMN急剧增加而ρ_S曲线上升形成突出的高峰；至于低阻岩脉，效果不明显。图4-18是我国 东北某铅锌矿区使用中间梯度法所得的ρ_S剖面平面图。该区铅锌矿位于倾角接近70°的高 阻石英脉中。图中两条ρ_S高值带是由含矿石英脉引起的。右边1号矿脉是已知的，左边2 号矿脉是根据中间梯度法ρ_S曲线形态与1号矿脉ρ_S曲线对比而圈定的。

图4-18 用中间梯度法追索石英脉

（四）偶极剖面法

偶极剖面法的装置特点见图4-12（e）。这种装置供电电极AB和测量电极MN均采用偶极并分开有一定距离，由于四个电极都在一条直线（即测线）上，故又称轴向偶极。其ρ_S表达式为

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其中：

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如果取AB＝MN，则

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当令AB＝MN＝a，BN＝na（取n为正整数）时，则

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

偶极剖面法（简称偶极法）由于供电和测量均采用偶极装置，故又称双偶极或偶极— 偶极法，它一般采用轴向排列。该方法也是目前金属矿及其矿产资源调查中的一种常用方 法，尤其是与频率域激发极化法配合测量时，其应用更为普遍。

偶极法在各种金属矿上的异常反映是相当明显的，加之由于它的供电电极AB和测量电极MN是分开的，且所需导线均很短，因此它在减弱游散电流或电磁感应作用引起的 干扰方面，相对其他装置有明显的优越性。偶极法的主要缺点是，当极距较大时，在一个 矿体上往往可出现两个异常。故当有多个矿体存在或围岩电性不均匀时，曲线变得复杂，给解释带来困难。尽管如此，偶极法在实际找矿和填图工作中仍取得了较好的地质效果。

偶极装置的电极距OO′与联合剖面装置的电极距AO是相当的。因此，按照联合剖面 确定AO的原则，偶极的OO′应大于或等于3倍浮土厚度，而对于脉状矿体，则应取最佳 OO′＝L＋l（L和l分别为脉状体的走向长度和下延长度之半）。a的大小应为 不能取得太大，否则将会使异常减弱；但也不能取得过小，否则对围岩 电性不均匀将反映过于灵敏，使曲线呈锯齿状跳跃，并使观测电位差产生困难。

图4-19是偶极法进行地质填图的实测。图中为了查明某地覆盖层下花岗岩中破碎的 分布情况及确定古近-新近系中砂砾岩、泥岩与花岗岩的分界线，进行了偶极法的测量，为了便于对资料的解释，可将AB等于MN的所谓单边偶极ρ 曲线平移OO′后得到另一条单边 曲线。对于组成所谓的联合偶极剖面，这种“双边偶极”的作用与联剖相同，即可用两条曲线 的分布特征和交点性质来判断地下岩石的导电能力，从而较 准确地进行地质填图与找矿。

图4-19 用偶极法进行地质填图的实测ρ_s曲线

该区所用的电极距为AB＝MN＝10m，OO′＝30m。由图可见，在花岗岩破碎带上ρ_S 剖面曲线反映为低阻，并有明显的“正交点”。在古近-新近系砂砾岩、泥岩地层上，ρ_S更 低，形成一个明显的凹槽状。根据凹槽两侧 曲线上升最陡的地方，可较准确地 划定古近-新近系与花岗岩的分界线。而夹在古近-新近系与破碎带之间的花岗岩体上，ρ_S 表现为典型的宽高阻带，且有“反交点”存在。该区用“双边偶极剖面法”并根据ρ_S曲 线的特征进行的面积性地质填图取得了明显的效果。