电阻率法野外测量中的几个问题

一、电阻率法野外测量中的几个问题

1.接地电阻

在电阻率法测量中都必须用A、B、M、N电极与大地相接,以使供电回路及测量回路连通,才能进行供电与测量。一个电极的接地电阻可以理解为电流由电极流入地下受到的阻力。严格地说,它是指从电极表面到大地无穷远处之间的大地电阻。在野外测量中,总是希望接地电阻尽可能小些,A、B电极接地电阻小,可在一定的供电电压下供入较大的电流,现在计算一个半球形电极的接地电阻。设电极半径为r0,它本身的电阻率很小,可看作等电位体。以电极A中心为球心,画出一系列的半球面,每相邻两球面半径之差为dr,整个大地的电阻便为这一系列半球层电阻的总和。

如图1-12所示,A电极在测量电极M、N处产生的电位差为

图1-12 一个半球形电极接地的情况

过M、N两个等位面所夹半球层的电阻为

其中,dr=rAM-rAN=MN,在MN很小的情况下,rAM≈rAN

对上式积分就可得到A极的总接地电阻RA

可见RA与电极半径成反比,与大地的电阻率成正比。现计算从电极表面r0到某一半径r的球层的电阻R':

例如,当r=5r0时,R'=0.8RA;当r=10r0时,R'=0.9RA

由此可见,接地电阻主要由电极周围附近[r=(5~10)r0]介质的电阻决定。为了减小接地电阻,除了在电极周围浇水及将电极适当打深之外,常采用多根电极并联的办法(电极间距离大于电极入土深度两倍)。

2.电机极化、极化补偿、不极化电极

在野外测量中,测量电极M、N的金属棒与土层中的水溶液接触,产生电化学作用,在电极表面与毗邻的水溶液中形成双电层。这个双电层的电位大小与金属棒性质和溶液性质有关。也就是说,每一个金属棒打入土中就具有一定的电极电位。尽管在实际工作中经常采用化学性质较稳定的铜棒作测量电极,但因其化学纯度不可能没有差异,所插入的土层成分、温度等也不尽相同,因此M、N电极间经常存在一定数量的电极电位差(称为极化电位差),在测量回路中产生干扰电流。故在直流电法仪器中要设置“极化补偿器”,在A、B没有供电之前,使用“极化补偿器”产生与电极电位大小相等方向相反的电位差,将电极电位补偿掉。当然,在A、B供电以后,当ΔUMN较大时,在测量回路中会产生电流,在这部分电流的作用下,M、N极也会产生次生极化,使电极电位差发生变化。因此使用“极化补偿器”并不能完全消除与测量电极本身有关的干扰电位差,而应该采用不极化电极,以更好地消除使测量电极间产生电极电位差和极化电位差的条件。

不极化电极的结构见图3-29。通常,不极化电极在自然电场法、激发极化法工作中,是必不可少的,在电阻率法中有时也使用。