歐澤文，聶小力，羅敏玄

（中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局長(zhǎng)沙自然資源綜合調(diào)查中心，湖南 長(zhǎng)沙410600）

0 引言

高密度電法采集系統(tǒng)可選取直流電法中采用的任意裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，而對(duì)于不同的地質(zhì)背景，不同的勘探目標(biāo)，不同裝置的應(yīng)用效果將會(huì)存在差異。因此，如何根據(jù)不同的工區(qū)條件及勘探目標(biāo)選擇最合適的測(cè)量裝置顯得尤為重要［1］。本文針對(duì)打井找水和隱伏斷裂勘探兩個(gè)目標(biāo)任務(wù)，選用野外工作中的溫納裝置和偶極裝置實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)同一地電斷面分別進(jìn)行測(cè)量，在保證供電及測(cè)量參數(shù)一致的情況，用相同的數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并反演，對(duì)比二者的反演結(jié)果，給出了各裝置的優(yōu)缺點(diǎn)，并從多個(gè)方面對(duì)比了兩種裝置的不同之處。

1 裝置介紹

1.1 溫納裝置

溫納裝置是一種電極按A、B、M、N依次等間距布置的對(duì)稱四極裝置。由于測(cè)量電極在供電電極內(nèi)部，所以測(cè)得的一次場(chǎng)電壓VP值較大。即使地面干燥，接地電阻較大或供電電流較小時(shí)也具有較高的信噪比，且地形起伏干擾也較小［2］。但是溫納裝置的測(cè)量極距MN隨AB的增大而增大，故在深部測(cè)量時(shí)它的分辨率也隨之降低。其視電阻率ρs及裝置系數(shù)k的表達(dá)式為：

其中：

溫納（Wenner）裝置中，AM＝MN＝NB＝a，其裝置系數(shù)為：

1.2 偶極裝置

偶極裝置與溫納裝置不同，電極按照A、B、M、N的順序依次排列。同樣設(shè)置AB＝BM＝MN＝a時(shí)，溫納裝置與偶極裝置在相同電極數(shù)情況下所測(cè)得的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)是一致的［3］。但是由于測(cè)量電極位于供電電極外部，因此測(cè)得的一次電位為負(fù)值且幅度較小，同時(shí)信號(hào)強(qiáng)度也極易受到地下異常體的影響，且供電條件的改變也會(huì)影響信號(hào)的強(qiáng)度，因此偶極裝置對(duì)差異較小的地質(zhì)體也能有明顯的異常反應(yīng)，但需要較強(qiáng)的供電電流，地形起伏的干擾也較大。其 及裝置系數(shù)K表達(dá)式為：

其中：

如果取AB＝MN，則：

偶極裝置常取OO′中點(diǎn)為記錄點(diǎn)（其中O為AB中點(diǎn)，O′為MN中點(diǎn)）。OO′＝（n＋1）a。

2 野外工作情況

為更全面地研究溫納裝置和偶極裝置的應(yīng)用效果，分別從打井找水和隱伏斷裂勘探兩個(gè)方面來展開對(duì)比。高密度儀器采用重慶地質(zhì)儀器廠的DUK－4型高密度電法儀，G401線點(diǎn)距5 m，G801線點(diǎn)距10 m，供電時(shí)長(zhǎng)0.5 s，停供時(shí)長(zhǎng)0.2 s。供電高壓500 V。

2.1 打井找水中的應(yīng)用

工區(qū)位于潘新鎮(zhèn)南約1 km處祁家村內(nèi)，出露地層為第四系晚更新統(tǒng)，上古界泥盆系南灣巖組一段（Dn1）黑云變粒巖、黑云斜長(zhǎng)片巖。根據(jù)地質(zhì)情況并結(jié)合水文地質(zhì)條件將找水目標(biāo)定為第四系的松散空隙水。因此布置剖面G401，方位28°，垂直地下水滲透方向及查明地下水流通路徑，測(cè)量裝置使用溫納和偶極裝置。

數(shù)據(jù)處理采用儀器設(shè)備配套的二維高密度電法分析軟件和瑞典高密度（Res2Dinv）反演軟件。首先通過二維高密度電法分析軟件刪除測(cè)量過程中的明顯故障電極，再根據(jù)一次電位大小，供電電流大小以及Vp誤差等參數(shù)，人工剔除數(shù)據(jù)質(zhì)量較差的數(shù)據(jù)點(diǎn)，最后整合測(cè)地工作中獲取的點(diǎn)位高程信息，對(duì)高密度電法剖面做相應(yīng)地形校正，最后通過瑞典高密度反演軟件進(jìn)行反演，得到兩種裝置電阻率剖面圖（圖1、圖2）。根據(jù)高密度剖面解譯成果顯示，電阻率普遍在100Ω·m以下，其下電阻率增高，電阻率約1 000Ω·m，第四系覆蓋層厚度約20 m，為坡積物層、沖積物層和風(fēng)化層等，含水性較好，地下10～40 m有一低阻異常帶，推測(cè)為含水層，含水層較厚，多為孔隙水，具備開采價(jià)值，為此布置鉆孔進(jìn)行驗(yàn)證。下部電阻率較高，推測(cè)為下覆基巖，且有一定的傾斜角度，與以往調(diào)查結(jié)果基本吻合。

圖1 G401溫納裝置電阻率剖面圖

圖2 G401偶極裝置電阻率剖面圖

2.2 隱伏斷裂勘探中的應(yīng)用

工區(qū)位于羅山縣周黨鎮(zhèn)北約3 km處楊柳村內(nèi)，區(qū)內(nèi)出露中古元界龜山巖組一段白云石英片巖、絹云石英片巖，中古元界龜山巖組二段斜長(zhǎng)角片巖、夾斜長(zhǎng)角片麻巖，中古元界龜山巖組三段斑點(diǎn)狀二云石英片巖、含斑黑云石英片巖、夾角閃片巖，白堊系下統(tǒng)陳棚組灰紫色安山玢巖、凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)鈣質(zhì)頁巖。為探明隱伏的角礫巖帶具體空間展布，設(shè)置了一條北東南西主測(cè)線G801，方位為28.9°，點(diǎn)距10 m，測(cè)量采用溫納裝置和偶級(jí)裝置。

在斷裂帶內(nèi)，斷層面及破碎的巖塊造成的空隙使得斷裂帶與上、下盤圍巖通常存在電性差異，在電法勘探中表現(xiàn)為高阻異?；虻妥璁惓?。一般來說，如果斷裂帶區(qū)域內(nèi)有地表水或地下水，地表水會(huì)順著破碎的巖塊空隙下滲，地下水也容易在斷裂帶內(nèi)大量富集，這就會(huì)導(dǎo)致斷裂帶內(nèi)的視電阻率下降，明顯低于圍巖，出現(xiàn)低阻異常；如果斷裂帶內(nèi)區(qū)域內(nèi)不含水，斷裂和破碎的巖塊會(huì)大大降低巖石的導(dǎo)電性，使得其視電阻率明顯高于上、下圍巖，出現(xiàn)高阻異常［4］。斷裂帶的這種電性特征為高密度電法勘探提供了良好的物理前提。

實(shí)驗(yàn)線G801對(duì)同一斷面按照不同的跑極方式分別采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過室內(nèi)的處理和反演，得到兩種裝置電阻率剖面圖（圖3、圖4）。由電阻率剖面圖可以看出左側(cè)區(qū)域電阻率在1 000Ω·m以上，推測(cè)為基巖區(qū)，右側(cè)電阻率小于100Ω·m，推測(cè)第四系覆蓋區(qū)。對(duì)比兩種裝置可以看出它們所反映的巖性分界面對(duì)應(yīng)良好，均位于剖面420 m位置處，傾向陡。

圖3 G801溫納裝置電阻率剖面圖

圖4 G801偶極裝置電阻率剖面圖

3 應(yīng)用效果對(duì)比

可以從實(shí)際應(yīng)用效果中看出：兩種不同裝置電阻率剖面圖有所不同，溫納裝置和偶極裝置能夠明顯分析出電阻率的分布規(guī)律。溫納裝置所表現(xiàn)出來的測(cè)量電極距大，具有較高信噪比，其垂向分辨率相對(duì)較高，對(duì)地質(zhì)體電性垂向分布特征反映較好，但是橫向分辨率不夠；偶極裝置對(duì)地質(zhì)體在水平方向上電性變化反應(yīng)相對(duì)更為靈敏，水平分辨率相對(duì)較高，而該裝置測(cè)量電極MN始終是一個(gè)電極間距，信噪比相對(duì)較低。溫納裝置垂向信噪比高，在打井找水中有較高的性價(jià)比，偶極裝置橫向信噪比高在反演圖中能明顯根據(jù)高低阻判斷出隱伏斷裂帶的位置。

4 結(jié)論

通過本次野外實(shí)際探測(cè)，得出溫納裝置在探測(cè)等軸狀低電阻率局部不均勻地質(zhì)體的效果不佳，只可以對(duì)地下地質(zhì)異常體的位置、走向進(jìn)行大致的分析和判斷。其主要優(yōu)點(diǎn)是對(duì)垂向視電阻率異常分辨率較高，抗干擾能力強(qiáng)。常用來解決垂向視電阻率的變化問題，特別是劃分層位，確定覆蓋層厚度及基巖面，抗干擾能力強(qiáng)且耗時(shí)較少，但其數(shù)據(jù)量有限。通常該裝置解決垂向變化（如水平層狀結(jié)構(gòu)）問題比較有利，而對(duì)水平變化較大（如狹窄垂向結(jié)構(gòu)）相對(duì)較差，在打井找水中有著事捷功倍的效果。

通過本次野外探測(cè)，認(rèn)為偶極裝置對(duì)于電阻率變化有著最大的靈敏度和分辨率，特別是對(duì)等軸狀低電阻率異常地質(zhì)體分辨率較好，可以較準(zhǔn)確判斷地下異常體的中心位置、范圍、形狀、埋深等，解釋結(jié)果也較為準(zhǔn)確，可以應(yīng)用于實(shí)際探測(cè)中，適合用于地下管道，地下隧道，溶洞，隱伏斷裂勘探。

在實(shí)際工作中需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡仉姉l件，具體情況具體分析，先做試驗(yàn)，選取最適合當(dāng)?shù)氐仉姉l件的裝置及方法，從而取得最佳的物探效果。