电阻率测深法的基本原理和应用条件
电阻率测深法亦可称为电阻率垂向测深法,或简称为电测深法。它是研究指定地点近于水平产状的岩层沿铅垂方向分布情况的电阻率法。在这类方法中通常采用的是对称四极装置。对地面上某一点进行电测深法测量时,原则上保持测量电极距MN不变,而在同一测点使供电电极距AB按一定的规律不断增大;每改变一次极距,即测定一次ΔUMN和I(图2-35)。当AB很大,以致M、N之间的电位差减少到不便于准确读数时,可适当加大极距MN,由第一章关于勘探深度的概念得知,加大供电电极距可以增加勘探深度。因此,在同一测点不断加大供电电极距所测出的视电阻率值的变化,就反映测点下由浅到深的、电阻率有差异的岩层在不同深度处的分布情况。
对称四极电测深法的视电阻率计算公式仍是
图2-35 电测深原理图
图2-36 电测深ρs曲线
按传统的说法,当地下地质体呈水平状态展布时,可以根据电测深ρs曲线算出每一电性层的厚度和电阻率。所谓电性层,就是按岩石电阻率相同而划分的层。一个电性层可以是一种岩层,也可以由电阻率相同或相近的几种岩层组成。有时一种岩层也可能分为几个电性层,表示电性层分布的剖面,称为地电剖面(断面)。地电断面中划分的界线可能同岩层或地质体的界线吻合,也可能不一致。
电测深法的应用条件是:地面水平;岩层面水平或倾角不大(<20°);地电断面层次不多;被探测的各层有一定厚度、宽度及延伸规模;各层之间电性差异明显,并已知一定数量的中间层电阻率;各层内电性均匀、稳定;电性分界面与地质分界面一致;被探测的目的层或地质体上方没有明显的高阻或低阻屏蔽层。但是实际地形地质情况往往比较复杂,不可能完全满足上述理论条件。电测深只能解决接近上述理论条件的地质问题。为了克服这种局限性,在工作中可以采取一些技术措施来扩大电测深法的应用领域。但对于非理想条件下电测深解释的理论研讨尚不够成熟。近年来,利用电子计算机对电测深资料进行数学处理,为进一步完善和发展电测深法开辟了广阔的前景。
在工程物探中,电测深法能用于下列问题的研究:
(1)查明基岩起伏和河谷深槽情况,确定覆盖层厚度和基岩风化深度。
(2)探寻含水层,确定其顶底板埋深和地下水面位置,圈定咸水和淡水分布范围。
(3)探测浅层地质构造问题,如探测断层破碎带、陡立岩性接触界线,了解其产状和分布方向、范围;构造凹陷和隆起等。
(4)探测浅层的大规模的电性局部不均匀体,如河床覆盖层中局部的砂砾石透镜体、古河道及人工洞穴、古窑、充水溶洞等。
(5)探寻天然建筑材料,如砂、砾石、黏土,并估算其储量。
为了用电测深法解决上述地质问题,在实际工作中,常根据地质任务和测区地质资料,选择一个电性标准层,以便于进行区域追索、对比,获得地下构造的完整概念。这个标准层应该在测区内普遍存在,分布连续,厚度较大(大于或等于其埋深),电阻率稳定而且与围岩的电阻率有较大差异(最好差10~20倍或以上)。满足这些条件的电性标准层在各测深点的曲线上将有明显反映,可以把它作为电性层对比的标准。在工程物探实践中,常把前震旦系古老的结晶基底,某些变质岩、岩浆岩、石灰岩视为高阻标准层;把第三系、白垩系的泥岩、页岩以及黏土岩作为低阻标准层。