电测深法的装置类型和电极距选择
为了探测岩层电阻率随深度的变化,必须选择适当的电极排列形式和测量时电极的扩展方式,以便在测点的一系列测量中提高分辨能力,突出目的层的微小电性异常特征。按电极排列的形式,电测深法可分为对称四极电测深、三极测深、偶极电测深、五极纵轴测深、二极测深等。这里着重介绍常用的对称四极测深装置。
1.对称四极电测深
对称四极装置是把供电电极A、B和测量电极M、N对称地排列于测点的两侧,且在同一条测线上。工作中最小的A、B间距离应能使电测深曲线的首部为近似水平的线段,以便由它的渐近线直接求出第一电性层的电阻率ρ1。然后,逐渐增大A、B之间的距离,以增大勘探深度。最大A、B间距离应能满足勘探深度的要求,并能测得完整的尾部渐近曲线(不少于三个读数点),以便解释出最后一个电性层。在A、B间距离由小到大逐次增加的过程中,其增加的最大间距,应使有意义的最薄电性层所引起的ρs变化能在测深曲线上有所反映。一般应使各相邻电极距在双对数坐标纸上相距5~15mm,并均匀地分布,曲线变化处可适当加密极距。
图2-37 采用三组固定MN时的ρs测深曲线
一般所说的对称四极装置是指MN≪AB的对称四极装置,又称为施伦贝尔热装置。在实际工作中,由于A、B间距离的不断加大,若M、N的距离始终保持不变,那么,当AB距离很大时,ΔUMN将会很小,以至于难以观测。因此,一般是在测量开始时取MN/AB≤1/3,然后固定MN,不断增大AB进行测量。当MN/AB之值减小到1/30时,就必须增大MN。在两种MN交替处,同一AB对两种MN都要进行观测,以使ρs曲线能重叠衔接。改变MN的“接头点”,曲线出现脱节现象(图2-37)。这是最常用的一种野外电极扩展方式。
采用MN/AB=1/3的对称四被装置称为温纳装置。该装置两相邻电极之间的距离相等,AM=MN=NB=a,故又称为等距电测深。这时的装置系数为:K=2πa。记录点在MN中间。绘制测深曲线时,横坐标以a为变量。这种装置的优点是MN大,测得的电位差较大,测量精度较高,测深曲线连续,无接头点;缺点是每次测量都要移动M、N,地表电性不均匀体会使电场分布产生畸变,且畸变对每次测量的影响都不一样,难以识别和评估。等比测深也存在这一缺点。而对称四极装置对于一系列AB,MN保持不变,当地表电性不均匀体尺寸小于A、B间距离时,它产生的ρs相对误差对这一系列AB是一样的,因而易于识别和消除。
2.偶极电测深
当AB和MN大大小于这两对电极之间的距离时,两个偶极形成的装置称为偶极装置。通常使用以下几种偶极装置类型:方位偶极、径向偶极、平行偶极、垂直偶极(图2-38)。θ角等于90°的方位偶极和平行偶极又称为赤道偶极装置,θ角等于0°的径向偶极和平行偶极又称为极向偶极或轴向偶极装置。偶极装置是利用逐渐增加两偶极的中心距来增加勘探深度的。记录点依具体情况和习惯可取MN的中点或AB的中点,也可取两偶极的中点。电测深曲线的横坐标以两偶极中心距为变量。这种装置所需电缆短,工作方便。但是当探测深度很大时,偶极装置测得的电位差相当小、观测精度下降。
图2-38 电测深偶极装置类型示意图
3.三极测深和环形测深
把对称四极测深装置的一个供电电极仿照联合剖面法设置于无穷远处,即成为三极测深装置。三极测深主要用于测点附近有河流、冲沟等障碍物,两供电电极之一不便于放线移动时使用。在理想地电条件下,用三极测深装置测得的ρAs与用对称四极测深装置测得的是完全相同的。这是因为对称四极装置的视电阻率计算式为
而对于三极装置,则有
可见KA=2KAB。另外,在电性层水平均匀条件下,对于三极装置来说,IA=IB,于是式(2-7)变为
这就证明了对称四极测深和三极测深所得到的ρs曲线完全相同。但当地层不水平,布极方向不平行岩层走向时,两者就不相同了。