3电阻率法(3) 电阻率测深法.ppt

§1.4电阻率测深法,电阻率测深法的全称为“垂向电阻率测深法”，也可简称为电测深法它用逐步改变供电电极大小的办法来控制勘探深度，由浅入深，了解一个测点地下介质电阻率的垂向变化可以将在一个测点上做电测深测量与做一条测线的电剖面测量做一个类比，前者用于了解该测点地下介质电阻率的垂向变化，后者则是了解沿测线方向地下介质电阻率的横向变化这两种方法相辅相成，使电阻率法成为一种能够详细研究地质构造的空间分布状态的方法§1.4电阻率测深法通过在测点上固定MN，逐次改变供电极距，以扩大人工外电流场的有效作用空间，观测到主要以地下垂向电阻率分布为特征的变化情况，分析的电阻率测深曲线，达到探测地下垂向地体分布的目的该方法基于地表水平、地下水平成层、层内介质导电性均匀各向同性的地电模型它是目前正演理论和反演理论最完善的电法勘探方法电测深法在地质勘探中能解决下列问题： （1）确定覆盖层厚度，了解基岩起伏和基岩风化壳发育深度等 （2）寻找层位稳定的煤层、含水层，确定其顶底板埋深 （3）详细研究具有明显电阻率差异的断层破碎带、陡立岩性接触界线的产状（走向、倾向） （4）查找埋藏不深、规模较大、电性差异明显的地下局部不均匀体，如矿体、局部的砂层透镜体、古河道、充水溶洞和人工洞穴、古墓等。

根据研究深度的不同，电阻率测深法在一个测点上需要观测十多个、甚至二三十个视电阻率数据，因此，其工作效率远低于电剖面法一般不将其用于普查，而用于详查 理论上，只要电极距足够大，直流电阻率测深法的探测深度可以无限地大但由于野外施工方面的困的探测，实际上常用来进行难，直流电阻率测深法不适合于进行深度大于500m的探测如果要求的勘探深度大于500m，一般都要采用电磁测深方法原理示意图,,电阻率法是通过观测地表的电场来了解地下介质电性分布的，要探测到一定深度的地层的存在，必须使其明显地影响地表电场的分布，也就是要求其对观测点处的电场有明显的扰动，而要做到这一点，就要求流入相应深度的电流份额足够多因为在电阻率法中都是使用点电流源，因此需要考察距离点电流源不同距离时透入某一给定深度以下供电电流所占比例的变化规律在相距2L的两个异性在相距点电流源AB之间的中垂面上任意一点上的电流密度为,,式中y为观测点距离连线的以下水平距离；z为深度;I为供电电流强度透入给定深度z以下的相对电流强度为,,,在研究地下介质电阻率的垂向变化时希望尽量减少横向电阻率变化的影响如前所述，移动测量电极MN对地下介质电阻率的横向变化反映非常明显，而移动供电电极AB对地下介质电阻率的横向变化反映则远没有那么明显。

为了减少横向电阻率变化的影响，应该采用一种测量电极MN基本保持不动，主要移动供电电极AB的装置在实际工作中，一般采用对称四极测深装置，在施工条件限制时，也可采用三极测深装置，其他装置则很少使用野外测量工作布置如图1-41所示，供电电极AB和测量 电极MN都以测点O为中心对称布置在一条直线上最初的供电电极距仅数米，逐步取一系列的递增值，每个数量级距离供电极距改变约5-6次，各供电极距AB/2在对数轴上应均匀分布（大致按照相同的倍数增大），每一个供电极距与前一个供电极距的比值大约为1.2-1.5左右选择供电极距时，要求最小的极距应能反映地表浅层电阻率，最大的极距则能满足勘探深度要求，并保证测深曲线尾支的完整，不妨碍解释最后一个电性层从勘探深度方面考虑，供电电极距AB/2应从最小勘探深度的一半变到最大勘探深度的5倍左右测量电极MN开始是固定的，例如取0.5m直到（随着供电电极距的加大）电压过小时，才取另一增大值，例如3m，以此的大类推，一般MN大小大约为AB的1/3-1/30在改变MN时一般要求有2个供电极距以2组MN极距观测因为增大测量电极距MN会降低勘探深度，因此增大测量电极距MN时，曲线通常会出现脱节现象。

另外还有一种特殊的对称四极测深装置，它是始终保持MN=AB/3，称为wenner装置，西方国家用得较多实际上取MN=AB/5或者MN=AB/7也都是可以的这种装置的是电阻率曲线是光滑的，没有脱节问题测深结果通常在模数为6.25m的双对数坐标纸上绘成以AB/2为横坐标，视电阻率为纵坐标的视电阻率曲线,水平层状地电条件下的点电流场 1. 边值问题,鉴于点源场对水平层状介质的轴对称性，引入柱坐标系的电位为U（r,z）,场源A点以外的边值问题为：,,,,,,,,,2.点源电位 由分离变量法,,,,通解,,考虑到,,,,由边值条件： 有,第一层内的电位表达式：,,利用韦伯—莱布尼兹公式,第二层以下至n-1层的电位表达式,第n层内的电位表达式，由,,,利用衔接条件求取2（n－1）个待定函数 ，由于电测深研究位于地面上的电位分布，即仅需要给定层数n后的 B1（m）式如,,,n=2,其中,n=3,其中,二.视电阻率函数、电阻率转换函数及其递推关系,（1）ρs表达式与电阻率转换函数由,,Z=0:,,,,由,,,便得到对称四极装置的视电阻率公式：,,定义：,,有,,同理,得到:二极装置的视电阻率公式,偶极装置的视电阻率公式,,,三极装置的视电阻率公式,,此外，定义B(m)为核函数。

可见，T1（m）或Ｂ（m）均为地电函数，与r 无关，而J1(m)为装置函数２）电阻率转换函数的递推关系 若将n=2和n=3时的B1(m)式代入Ｔ１(m)式，则有：,,,,,推广到n层条件下T1（m）式有：,引入双曲函数,,有,利用归纳法，可得到层间的Ｔ(m)的递推关系：,,由此可知：当给定n，ρ１，ρ２．．．ρn-1,ρn和 h1，h2，．．．Hn-1可递推出Ｔ1(m) 应该指出:电阻率转换函数T1与ρs具有类似性，以下为四层电性曲线所示三.水平层状地电条件下的ρs曲线的特征 1.电测深曲线类型 n层有N=2n-1种类型2.电测深曲线的性质 （1）曲线首支,,,,,,（2）曲线尾支 ①ρn有限情况,,,② ρn→∞情况 μn→∞,,,,——趋于饱和ρn值,,从而,对上式两端取对数：,,,可见：曲线尾支成450上升③ρn→０情况μn →０，Hn-1→0，,,,曲线尾部趋于零3）电测深曲线中段 随AB/2增大，第二层，第三层，…第n-1层依次对中段开始影响（对电流场的排斥或吸引作用）．若H2≥AB/2≥H1时，对电流场影响为主 ：μ21,则随AB/2增大而增大 即K、A前半支特征 。

以下各层的影响依次类推3.电测深曲线的等值现象 由位场理论可知，一定地电断面的分布，所对应的电测深曲线应是唯一确定的，但由于量测存在一定的误差，从而出现了某些不同参数的地电断面对应着同一条ρS电测深曲线 —— 称之为等值现象为此，实测一条ρ s曲线可能对应一组不同的地电断面 等值现象可能出现在三层及其以上地电条件下的第二层至n-1层内，但必须是属于相对薄层1）同层等值现象 定义：一条n层电测深曲线可能对应一组（ρi,hi）的n层地电断面的现象，称之为同层等值现象 ρs式表明： n层电测深曲线决定于T1（m）函数，可见，同层等值现象是由于T1（m）等值造成的又可分为：S等值和T等值 ① S等值现象 （三层为例）S等值现象发生在低阻薄层之中，即：μ3»1，γ2=h2/h1«1 ，相应的为H型和A型电测深曲线由T1函数：,,利用关系式：,有：,式中：,由此可见：只要第二层S2保持不变，即h2与ρ2按同比例增减，ρs曲线形状将视为不变分析： 从物理实质讲：很薄的低阻层ρ2内的电流视为平行层面流动，若保持流经第二层内的总电流强度不变，则第一、三层的电流分布宜不变， 不变则ρs不变 推广到n层条件下S等值现象，有：,,② T等值现象 （三层为例） T等值现象发生在高阻薄层之中，即：μ3«1，γ2=h2/h1«1 ，相应的为K型和Q型电测深曲线。

由T1函数：,,利用关系式： 有：,,,由此可见：只要第二层T2保持不变，即h2与ρ2按反比例增减，ρs曲线形状将视为不变 分析：从物理实质讲：很薄的高阻层ρ2内的电流视为垂直层面流过，若保持垂直流经第二层的总电流强度不变，则第一、三层的电流分布宜不变， 不变则ρs不变 推广到n层条件下T等值现象，有：,（2） 混层等值现象 定义：地电断面的电性参数和层数不同，但二者电测深曲线的偏差却在观测误差范围之内的现象，称之为混层等值现象 产生该现象的原因是地下相邻地层的电性总体变化规律相同，但层位数目和层的厚度则不同三.电阻率测深曲线的解释实测电测深曲线的解释，先要进行定性解释，即将实测曲线进行类型识别，初步判断反映的电性层数，电性的相对大小；而后，进行定量解释出每层的厚度和电阻率值；结合工区内的前人地质、物探资料，每一电性所对应层位赋予地质属性 1.定性解释首先依据电测深曲线的相对变化，确定曲线类型，由类型确定所反应的地下电性层数，原则上曲线的拐点为不同电性层的分界线如：D、G型反映二层地电分布；A、Q、K、H型反映三层地电分布；依次类推2.定量解释 定量解释的任务是：推断、计算出实测异常形态的地电分布参数。

既,,解释方法主要有量板对比法、数值反演法、S法及其它经验法 （1）量板对比法这是一种将实测待解释的曲线绘在双对数透明纸上，与类型相同的理论曲线（量板）进行对比，找到重合或最接近的量板曲线，根据量板曲线的参数，求出地电层参数的方法① 二层电测深曲线的解释以上分析可知：,,若将其绘制到双对数坐标纸上，ρs用ρ1归一化，AB/2用h1归一化，有,,故,,可绘制出以μ2为参变量的理论曲线 可见:与绘制到双对数坐标纸上实测ρs曲线相比，仅发生了原点位移（lg ρs ， lg h1）二层理论曲线 -------量板,解释方法：将实测待解释的曲线绘在双对数透明纸上，放在曲线类型相同的理论制作的量板曲线上，采取保持两者坐标相互平行的方式，通过移动进行对比找到完全重合或最接近的量板曲线，利用量板曲线的原点在实测曲线坐标系中的坐标O1（h1,ρ1）和相应参变量μ2 解释步骤：第一步：判断实测曲线类型：G、D，并绘在对数透明纸上第二步：选择与实测曲线相同类型的量板，实测曲线覆盖在量板上面，保持二者坐标相互平行，并找到与实测曲线最吻合的量板曲线第三步：确立在实测曲线坐标系中的量板原点位置O1（h1,ρ1），并查出μ2值。

第四步： 从而解释出地电参数② 三层及多层电测深曲线的解释在三层及多层电测深解释中，三层曲线仍可类似于二层曲线情况，采取三层量板进行解释，但解释过程中需要对比大量的三层量板曲线，常有很大的不便，为此三层及三层以上的曲线解释均以二层量板为基础，利用等效层的概念，制作所谓的“辅助量板”，使二者结合起来进行解释，被广泛应用 （a）代替层代替层的概念，主要起源于三层曲线的首支或尾支与二层首支或尾支十分相近，其相近重合段的长度与γ２成正比我们将尾支重合后的二层量板原点在三层实测曲线的坐标仍定义为O2（h12,ρ12）所对应的参变量μ3可视为ρ3／ρ12， ρ12为一、二层对曲线尾支的影响，视为一层电性介质存在的等效电阻率—代替层电性参数，三层曲线第一、二层视为一等效代替层，在尾支按二层对待代替层——是指在电测深曲线分析中将两层以上的地层用一层代替，使其对电流场影响相等效其参数h12,ρ12为等效地电参数与实际地电数ρ1，ρ2，h1和h2有关b）辅助量板三层曲线的解释，可引入代替层的概念，由二层量板解释对于代替层不能简单的用厚度h12=h1+h2，,,,,电阻率 ρ12也不能简单用下式表示：,其h12 、ρ12与三层曲线类型有关。

即 H型代替层参数：,,,,,A型代替层参数,,,Q型代替参数,,,,K型代替曲线,,,利用以上关系式，在h12/h1为横轴、ρ12/ρ1为纵轴的坐标系中，绘制以为参变量μ2和γ２的列线图—辅助量板c）辅助量板解释方法：（以三层K型为例） 第一步：用二层G型量板对比曲线首支，确定出O1 ，μ2若已知ρ2，最好计算出μ2 。