影响电阻率剖面法勘探效果的有关问题探讨

　云南地质

ＣＮ５３－１０４１/Ｐ　ＩＳＳＮ１００４－１８８５　

影响电阻率剖面法勘探效果的有关问题探讨

王　超ꎬ何敏芳

(云南省有色地质局地质地球物理化学勘查院　云南昆明　６５０２１６)

　　摘　要:在电阻率法勘探中ꎬ影响勘探效果的因素很多ꎬ常见的有工作装置、导电性差异、电极距、地

形差异及探测目标体的埋深不同等问题ꎮ笔者在实际工作体会的基础上ꎬ就上述各种影响因素进行探讨ꎮ

关键词:电阻率剖面法ꎻ勘探效果ꎻ影响因素ꎻ

中图分类号:Ｐ６３１􀆰３＋２２　　文献标识码:Ａ　　文章编号:１００４－１８８５(２０１８)１－９０－５

电阻率法以地壳中不同岩石和矿石的导电性差异为基础ꎬ通过观测与研究人工建立的地下稳定电流场的分布规律以达到找矿和解决其它地质问题的一组电法勘探分支方法ꎮ

从电阻率法原理就可以了解到ꎬ电阻率法是以研究岩矿石的导电性差异为基础而进行探测的ꎮ所以说影响电阻率法勘探效果最主要因素就是目标体与围岩的导电性差异ꎮ在目标体与围岩存在导电性差异前提下ꎬ不同的工作装置和电极距大小对目标体的勘探效果有所不同ꎮ另外ꎬ工区的地形、目标体埋深和大小等对电阻率法勘探效果也有影响ꎮ因此ꎬ在电阻率法勘探过程中ꎬ需要了解影响勘探效果的各种因素ꎬ才能对所采集到的电法资料进行合理的解译ꎮ

在电阻率法勘探中ꎬ电阻率剖面法为最常见的方法ꎮ该方法是测量电极均沿测线方向逐点进行测量ꎬ以探测地下一定深度内地电断面沿水平方向的变化ꎮ由于变种方法较多ꎬ因此适应各种地电条件的能力强ꎬ应用范围较广ꎮ它不仅有效地寻找金属矿和非金属矿ꎬ还可进行地质填图ꎬ解决地质构造等问题ꎬ并且在水文地质和工程地质调查中ꎬ也得到了广泛应用ꎮ

１　电阻率剖面法工作装置对勘探效果的影响

在电阻率剖面法勘探中ꎬ常用的工作装置有二极剖面装置、三极剖面装置、联合剖面装置、中间梯度剖面装置和对称四极装置以及偶极装置ꎮ对于相同的地质勘查目的ꎬ不同的工作装置会产生不同的勘探效果ꎮ以三极剖面装置、对称四极剖面装置和偶极剖面装置(三者电极距相同)在球体上的视电阻率计算公式对同一低阻球体进行剖面视电阻率理论计算ꎬ计算结果见图１ꎮ

Ｆｉｇ１.ＤｉｆｆｅｒｅｎｔＥｑｕｉｐｍｅｎｔρｓＣｕｒｖｅｏｎＰｒｉｎｃｉｐａｌＳｅｃｔｉｏｎｏｆＳｐｈｅｒｅ

　收稿日期:２０１７－０３－２２

图１　球体主剖面上不同装置ρｓ曲线

　作者简介:王　超(１９７６~)ꎬ女ꎬ云南省昆明市人ꎬ物探工程师ꎬ主要从事地球物理勘查工作ꎮ

　１期王　超等:影响电阻率剖面法勘探效果的有关问题探讨

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极剖面装置对目标体反映的ρｓ异常相对不明显ꎮ另外ꎬ三极剖面装置产生的异常中心与异常体位置有一定的偏移ꎮ

从以上图１中可以看出ꎬ偶极剖面装置对目标体反映的ρｓ异常最明显ꎬ三极剖面装置次之ꎬ对称四

２　导电性差异对勘探效果的影响

阻率)ꎮ在不同装置的电阻率剖面法中ꎬ视电阻率ρｓ理论计算可用ρｓ＝ρ１×[１＋２×Ｍ×(μ２－１)/(２μ２＋

在电阻率法勘探中ꎬ导电性差异通常用μ２表示(μ２＝ρ２/ρ１ꎬρ１表示围岩电阻率ꎬρ２表示目标体电

电性差异μ２值有直接的关系ꎮ以视电阻率中间梯度装置为例ꎬ用主剖面的视电阻率公式在球体上对不同的μ２值进行理论计算ꎬ得到对应的视电阻率ρｓ曲线(图２)ꎮ

１)]通用公式表示(式中Ｍ表示不同电法装置中不同的表达式)ꎮ从公式中可以看出ꎬ视电阻率ρｓ与导

Ｆｉｇ２.ＭｅｄｉｕｍＧｒａｄｉｅｎｔＭｅｔｈｏｄＤｉｆｆｅｒｅｎｔμ２ꎬρｓＣｕｒｖｅｏｎＰｒｉｎｃｉｐａｌＳｅｃｔｉｏｎｏｆＳｐｈｅｒｅ

图２　球体主剖面上中梯法不同μ２值ρｓ曲线

限增大ꎬ二者最后均达渐近值或饱和值ꎮ对于联合剖面装置、对称四极装置和偶极装置的理论计算ꎬ也有类似特征ꎮ

以上计算结果表明ꎬ理想导电球体(μ２→０)的异常(ρｓ/ρ１)为绝缘球体(μ２→∞)异常幅值的两

以上情况表明ꎬ无论是高阻球体还是低阻球体ꎬ其ρｓ异常随着导电性差异增大而增大ꎬ但并不是无

倍ꎮ因此ꎬ用电阻率剖面法探测低阻目标体比找高阻目标体的能力更强ꎮ另外计算结果还表明ꎬ目标体与围岩的导电性差异不需很大ꎬ视电阻率的相对异常便已接近饱和值ꎮ经计算ꎬ只要目标体与围岩有一个级别以上的导电性差异ꎬ用电阻率法即可获得明显的异常ꎬ导电性差异再大ꎬ异常不再有显著增加ꎮρｓ异常与μ２的关系曲线见图３ꎮ

Ｆｉｇ３.ＲｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐＣｕｒｖｅｂｅｔｗｅｅｎρｓＡｎｏｍａｌｙａｎｄμ２ｏｎｔｏｐｏｆＳｐｈｅｒｅ

图３　球体顶部ρｓ异常与μ２的关系曲线

３　电极距对勘探效果的影响

电极距的大小(包括供电极距的大小和测量极距的大小)对电阻率法勘探效果有较大的影响ꎮ以下用对称四极装置剖面的视电阻率公式在低阻球体上对不同的供电极距(ＡＢ/２为供电极与测量电极中心的距离)和不同的测量极距进行理论计算ꎬ得到对应的视电阻率ρｓ曲线(图４)ꎮ

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云　　南　　地　　质３７卷

Ｆｉｇ４.Ｓｙｍｍｅｔｒｙ４￣ＥｌｅｃｔｒｏｄｅＳａｍｅＳｕｒｖｅｙＥｌｅｃｔｒｏｄｅＭｏｍｅｎｔꎬＤｉｆｆｅｒｅｎｔＳｕｐｐｌｙＥｌｅｃｔｒｏｄｅ

ＭｏｍｅｎｔρｓＣｕｒｖｅｏｎＰｒｉｎｃｉｐａｌＳｅｃｔｉｏｎｏｆＳｐｈｅｒｅ

图４　球体主剖面上对称四极同测量电极距、不同供电极距ρｓ曲线

电极距增大(测量电极距ＭＮ不变)ꎬρｓ异常越来越明显ꎬρｓ异常范围越来越窄ꎻ当供电极距(ＡＢ/２)ρｓ异常已经很明显ꎮ

从图４中可以看出ꎬ对于有一定埋深的球体ꎬ当供电极距(ＡＢ/２)较小时ꎬρｓ异常不明显ꎻ随着供

大于目标体埋深５倍时ꎬρｓ异常值接近饱和值ꎮ经计算ꎬ当供电极距(ＡＢ/２)为目标体埋深约３倍时ꎬ

Ｆｉｇ５.Ｓｙｍｍｅｔｒｙ４￣ＥｌｅｃｔｒｏｄｅＳａｍｅＳｕｐｐｌｙＥｌｅｃｔｒｏｄｅＭｏｍｅｎｔꎬＤｉｆｆｅｒｅｎｔＳｕｒｖｅｙ

ＥｌｅｃｔｒｏｄｅＭｏｍｅｎｔρｓＣｕｒｖｅｏｎＰｒｉｎｃｉｐａｌＳｅｃｔｉｏｎｏｆＳｐｈｅｒｅ

图５　球体剖面上对称四极同供电极距、不同测量电极距ρｓ曲线

４　地形对勘探效果的影响

工作区的地形起伏对电阻率法勘探效果有影响ꎮ以下用图示表示纯山脊和山谷两种地形对各种装置产生的ρｓ异常(图６)ꎮ

Ｆｉｇ６.ＲｉｄｇｅａｎｄＶａｌｌｅｙｖｓＤｉｆｆｅｒｅｎｔＥｑｕｉｐｍｅｎｔρｓＣｕｒｖｅ

图６　山脊和山谷地形对不同装置ρｓ曲线

从图６中可以看出ꎬ二极、偶极剖面装置对山脊的反映总体表现为高阻ꎬ对山谷的反映总体表现为低阻ꎮ而对称四极、中梯、三极剖面装置对山脊的反映总体表现为低阻ꎬ对山谷的反映总体表现为高阻ꎮ

　１期王　超等:影响电阻率剖面法勘探效果的有关问题探讨

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５　目标体埋深对勘探效果的影响

目标体的埋深对电阻率法勘探效果有较大的影响ꎮ以下用中间梯度装置主剖面的视电阻率公式在球体

(球体半径ｒ０＝１０ｍ)上对不同的ｈ０(ｈ０为球体的中心埋深值)进行理论计算ꎬ得到对应的视电阻率ρｓ曲线见图７ꎮ

Ｆｉｇ７.ＭｅｄｉｕｍＧｒａｄｉｅｎｔＭｅｔｈｏｄＤｉｆｆｅｒｅｎｔｈ０ρｓＣｕｒｖｅｏｎＰｒｉｎｃｉｐａｌＳｅｃｔｉｏｎｏｆＳｐｈｅｒｅꎬ

ρｓＡｎｏｍａｌｙａｎｄｈ０ＲｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐＣｕｒｖｅｏｎＴｏｐｏｆＳｐｈｅｒｅ

图７　球体主剖面上中梯法不同ｈ０值ρｓ曲线和球体顶部ρｓ异常与ｈ０的关系曲线

明显ꎬ反之越不明显ꎮ当球体埋深ｈ０接近ｒ０时ꎬ球体顶部(ρｓ/ρ１<１)异常值接近０值ꎬ(ρｓ/ρ１>１)异常值接近２值ꎻ当球体埋深ｈ０→∞时ꎬ球体顶部(ρｓ/ρ１<１ꎬρｓ/ρ１>１)异常值达饱和值１􀆰０ꎬ也就是说ꎬ当球体埋深过大时ꎬ无论是高阻或低阻球体ꎬρｓ异常值均接近正常场值(计算结果表明ꎬ球体的埋深ｈ０大于球体的半径ｒ０的两倍时ꎬ视电阻率的相对异常便已接近饱和值)ꎮ经计算ꎬ只要球体的埋深ｈ０小于球体的半径ｒ０的两倍时ꎬ可获得明显的ρｓ异常ꎮ对于联合剖面装置、对称四极装置和偶极装置的理论计算ꎬ也有类似特征ꎮ

从图７中可以看出ꎬ无论是高阻或低阻球体ꎬ在球体大小不变情况下ꎬ球体的埋深越小ꎬρｓ异常越

６　目标体大小对勘探效果的影响

目标体的大小对电阻率法勘探效果也有较大的影响ꎮ以下用中间梯度装置主剖面的视电阻率公式在低阻球体(球体埋深ｈ０＝４０ｍ)上对不同的ｒ０(ｒ０为球体的半径值)进行理论计算ꎬ得到对应的视电阻率ρｓ曲线见图８ꎮ

Ｆｉｇ８.ＭｅｄｉｕｍＧｒａｄｉｅｎｔＭｅｔｈｏｄＤｉｆｆｅｒｅｎｔＲ０ρｓＣｕｒｖｅｏｎＰｒｉｎｃｉｐａｌＳｅｃｔｉｏｎｏｆＳｐｈｅｒｅꎬ

ρｓＡｎｏｍａｌｙａｎｄｒ０ＲｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐＣｕｒｖｅｏｎＴｏｐｏｆＳｐｈｅｒｅ

图８　球体主剖面上中梯法不同ｒ０值ρｓ曲线和球体顶部ρｓ异常与ｒ０的关系曲线

显ꎬ反之越不明显ꎮ当球体半径ｒ０接近ｈ０时ꎬ球体顶部(ρｓ/ρ１<１)异常值接近０值ꎬ(ρｓ/ρ１>１)异常值接近２值ꎻ当球体半径ｒ０→０时ꎬ球体顶部(ρｓ/ρ１<１ꎬρｓ/ρ１>１)异常值达饱和值１􀆰０ꎬ也就是说ꎬ当球体半径过小时ꎬ无论是高阻或低阻球体ꎬρｓ异常值接近正常场值ꎮ

从图８中可以看出ꎬ无论是高阻或低阻球体ꎬ在球体埋深不变情况下ꎬ球体半径越大ꎬρｓ异常越明

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云　　南　　地　　质３７卷

７　结束语

通过对工作装置、导电性差异、电极距、地形、目标体埋深和大小对电阻率法勘探效果影响的分析、研究并结合作者在大量实际工作中积累的工作经验ꎬ得到以下结论和体会:

(１)对于相同的工作目的ꎬ不同的工作装置会产生不同的勘探效果ꎻ而不同的工作目的ꎬ则有不同(２)目标体与围岩的导电性差异大ꎬ用电阻率法可获得较好的勘探效果ꎬ但差异也不需很大ꎬ只要(３)理想导电球体的异常为绝缘球体异常幅值的两倍ꎮ因此ꎬ用电阻率剖面法探测低阻目标体比找(４)在采用电阻率剖面法进行地质勘探时ꎬ一要注意地形对电阻率法勘探效果的影响ꎬ二要注意同(５)供电极距的大小和测量极距的大小对对电阻率法勘探效果都有影响ꎬ所以在阻率法勘探工作中(６)在进行电法勘探工作前ꎬ最好先大致了解工区目标体埋深与目标体大小的关系ꎬ以便能提前判

的工作装置可以进行有效勘探ꎮ由于各种工作装置都有其优点和缺点ꎬ所以在选用工作装置时ꎬ要综合工区的地形、地质、交通等情况ꎬ选用有效、快捷的工作装置来进行勘探ꎮ目标体与围岩有一个级别以上的导电性差异ꎬ即可获得明显的异常ꎮ高阻目标体的能力更强ꎮ

样地形对不同装置有不同的影响ꎮ在进行资料解译时ꎬ要对电阻率剖面进行地形改正处理ꎬ消除由于地形起伏引起的异常ꎮ

最好在已知地段进行试验工作ꎬ以便确定最有效、最合理的供电极距和测量电极距ꎮ断勘探工作是否能达到预期的勘探效果ꎮ

参　考　文　献

[１]傅良魁.应用地球物理教程[Ｍ].北京:地质出版社ꎬ１９９１.[２]程志平.电法勘探教程[Ｍ].北京:冶金工业出版社ꎬ２００７.

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ＡＰＲＯＢＥＩＮＴＯＴＨＥＩＮＦＬＵＥＮＣＥＯＦ

ＳＥＣＴＩＯＮＭＥＴＨＯＤＯＮＴＨＥＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮＥＦＦＥＣＴ

ＷＡＮＧＣｈａｏꎬＨＥＭｉｎ￣ｆａｎｇ

(Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ￣ＧｅｏｃｈｅｍｉｃａｌＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬＹｕｎｎａｎＢｕｒｅａｕｏｆＮｏｎｆｅｒｒｏｕｓＧｅｏｌｏｇｙꎬＫｕｎｍｉｎｇ６５０２１６)

ｃｏｍｍｏｎｏｎｅｓａｒｅｗｏｒｋｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔꎬｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅꎬｅｌｅｃｔｒｏｄｅｍｏｍｅｎｔꎬｌａｎｄｆｏｒｍｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅａｎｄｄｅｐｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｏｂｊｅｃｔꎬｅｔｃ.Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒꎬｗｅｈａｖｅａｐｒｏｂｅｉｎｔｏｔｈｅｍｅｎｔｉｏｎｅｄａｂｏｖｅｖａｒｉｏｕｓｉｎｆｌｕｅｎｃｅｆａｃｔｏｒｓｂａｓｅｄｕｐｏｎｏｕｒｐｒａｃｔｉｃａｌｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ.

ＫｅｙＷｏｒｄｓ:ＲｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙＳｅｃｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄꎻＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎＥｆｆｅｃｔꎻＩｎｆｌｕｅｎｃｅＦａｃｔｏｒ

Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｔｈｅｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｏｆｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｍｅｔｈｏｄｔｈｅｒｅａｒｅｍａｎｙｆａｃｔｏｒｓｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔ.Ｔｈｅ