电阻率剖面法常用装置

供电电极、测量电极的排列形式和移动方式称为电极装置（简称装置）。
在电法勘查中，为了解决不同的地质、环境问题，常采用不同的装置。目前常用的电阻率装置类型有电阻率剖面法和电阻率测深法。
电阻率剖面法简称为电剖面法。它包括许多分支装置：二极装置、三极装置、联合剖面装置、对称四极装置和偶极装置等。这些装置的共同特点是装置形式（电极排列方式）和装置大小在工作过程中始终保持不变，将整个装置同时沿着测线移动，逐点观测电位差ΔU、供电电流I，并计算出视电阻率ρS。ρS随测点位置的变化曲线——ρS剖面曲线是地下一定深度内沿观测剖面水平方向地电断面特征的反映。
电阻率测深法简称电测深法。电测深法的电极排列方式也有许多种，应用最多的是对称四极测深法。其视电阻率ρS的表示式与对称四极剖面法相同。
电测深法的装置特点是保持测量电极MN的位置固定，在依次增大供电电极距的同时，逐次进行观测。但是，在实际工作中，由于AB极距不断加大，若MN的距离始终保持不变，则ΔU将逐渐减小，以至于无法观测。因此，随着AB极距的加大，需要适当地加大MN距离，以保证顺利进行观测。通常要求满足以下条件

环境地球物理学概论

视电阻率随供电电极距变化的曲线——ρS电测深曲线反映了地下不同电性的岩层随深度的分布情况。

在电法勘探中，为了解决不同的地质问题，常采用不同的装置。所谓装置乃是指一定的电极排列形式和移动方式。常用的电阻率装置类型主要有二极装置、三极装置、联合剖面装置、对称四极装置以及中间梯度装置等。这些装置都是长期电法勘探实践中形成的，地下目标体对电场的影响一般可以通过这些装置测得的反映地面电场变化的视电阻率建立与地下目标体简单直观的对应关系。
1.2.1.1 剖面法常用装置类型及特点
(1)二极装置(AM)
如图1.2.1 a所示，这种装置的特点是供电电极B和测量电极N均置于“无穷远”处接地。这里所指的“无穷远”具有相对概念：若B极在M点产生的电位或A极在N点所产生的电位相对于A极在M点所产生的电位可忽略不计时，便可认为B极或N极位于“无穷远”。因此，二极装置实际上是一种测量电位的装置。ρs表示式为

电法勘探

其中装置系数
KAM=2πAM
二极装置通常取AM中点作为记录点，电极距L=AM。

图1.2.1 电阻率剖面法常用装置

a—二极装置；b—三极装置；c—联合剖面装置；d—对称四极装置；e—偶极装置；f—中间梯度法装置
(2)三极装置(AMN、MNB)
如图1.2.1 b所示，当只将供电电极B置于“无穷远”，而将AMN排列沿测线进行逐点观测时，便称为三极装置。ρs表示式为

电法勘探

其中装置系数

电法勘探

上述装置是将B极置于无穷远，称为三极正装置，记为AMN∞或AMN；反之，若将A极置于无穷远，称为三极反装置，记为∞MNB或MNB。ρs表示式和对应的装置系数分别为

电法勘探


电法勘探

无论是正装置还是反装置，均取MN中点为记录点。
(3)联合剖面装置(AMN∞MNB)
如图1.2.1 c所示，它由两个对称的三极装置联合组成，故称联合剖面装置。其中电源负极接到置于“无穷远”处的C极，正极可分别接至A极或B极。其ρs表达式与三极装置的相同，但记为

电法勘探


电法勘探

其中装置系数分别为

电法勘探

联合剖面装置仍取MN中点作为记录点，且KA=KB。
(4)对称四极装置(AMNB)
如图1.2.1d所示，这种装置的特点是AM=NB，记录点取在NM 的中点，其ρs表达式为

电法勘探

其中装置系数

电法勘探

当取AM=MN=NB=a时，这种对称等距排列称为温纳(Wenner)装置。其装置系数为
KW=2πa
当MN=a，AM=NB=na，称为温纳-施仑贝尔格热装置，其装置系数为
KWS=πn(n+1)a
(5)偶极装置(ABMN)
如图1.2.1 e所示，这种装置的特点是供电电极AB和测量电极NM均采用偶极，并分开有一定的距离。由于4个电极都在一条直线上，故又称轴向偶极。其ρs表达式为

电法勘探

其中装置系数

电法勘探

如果取AB=MN，则

电法勘探

当取AB=MN=a及BM=na(n为正整数)时，则
KOO′=πan(n+1)(n+2)
式中：a称为偶极长度；n称为电极的间隔系数。
偶极装置常取OO′中点为记录点(O为AB中点，O′为MN中点)，OO′=(n+1)a。
(6)中间梯度装置
如图1.2.1 f所示。中间梯度法的装置是将供电电极A和B固定在相距很远的地方，测量电极MN在AB中段1/3的范围内逐点观测。在半无限介质的条件下，AB中部1/3范围内电场可近似地认为是均匀的。由于在测量中AB固定不变，MN沿剖面移动，所以其视电阻率曲线反映了地电断面沿水平方向的分布情况。中间梯度法虽然在测量过程中，不是整个装置都移动，只有MN移动，这里仍将中间梯度法归入到电阻率剖面法中。ρs表达式为

电法勘探

其中主测线上装置系数为

电法勘探

此外，中间梯度装置的MN极还可以在离开AB连线一定距离(AB/6 范围内)且与之平行的旁测线上进行观测，其装置系数的一般表达式为

电法勘探

式中：x为MN中点的横坐标；y为纵坐标。
坐标原点取在AB中点处。
除上述几种常用的装置外，根据不同地质条件和不同地电条件，还可以将电极排列成其他的装置类型，这里就不一一列举了。
1.2.1.2 几种常用装置视电阻率表达式之间的关系
根据电场叠加原理，不同装置测量得到的视电阻率之间存在一定的关系。
(1)三极与对称四极的关系
因
ΔUAB=ΔUA+ΔUB
故

电法勘探

根据式(1.2.3)和式(1.2.4)，可得

电法勘探

在均匀介质情况下应有 = = ，于是

电法勘探

将式(1.2.9)代入式(1.2.8)，经整理可得

电法勘探

式(1.2.10)即为三极与四极之间 与 和 的联系公式。对于对称四极装置而言，因KA=KB。于是式(1.2.10)简化为

电法勘探

式(1.2.11)表明，对称四极剖面法的 值，恰等于联合剖面法 和 的平均值。
(2)偶极与三极的关系
由于偶极装置的MN极在AB极的外面，且B极与MN的距离比A极更近些，故有
ΔUOO′=ΔUB-ΔUA
按上述同理可得

电法勘探

(3)三极与二极的关系
三极与二极之间ρs也有一定联系关系。当将三极装置看作是由2 个二极装置组成时，经适当推导可得到

电法勘探

可见，尽管剖面法的装置类型很多，但其间之视电阻率却有一定的内在联系。明确了上述各装置之间的关系，无论做理论计算或进行异常解释都是有用的。
实际上，所有装置的视电阻率都可用二极装置的视电阻率合成，但各装置的特点是不一样的，地质效果也不同。
实际应用中，常常将视电阻率符号的上标省略，如中梯装置的 亦记为ρs，装置系数统一记为K。

电阻率剖面法简称电剖面法，工作中最常用的主要有中间梯度法（MN）、四极对称剖面法（AMNB）和联合剖面法（AMN∞MNB）。其主要任务是研究倾角较大和水平方向电性变化较大的地电断面。由于各种装置相对于不均匀体的位置有比较复杂的关系，所观测到的ρ_S曲线的正演运算相当复杂，因此在解释过程中主要是进行定性解释。现对上述各种装置类型特点介绍如下。

（一）中间梯度法

中间梯度法装置（简称中梯装置）在水文地质勘查中主要用于追索阻水的高阻陡倾斜岩脉、第四系松散沉积、冲积物的展布范围。这种装置的独特优点是最大限度地克服了供电电极附近电性不均匀的影响。对于某一测量区间来说，供电电极附近地层不均匀性的影响是一个常数，MN测量电极在该区间内逐点测量，所得的ρ_S曲线的变化，反映的必然都是MN电极附近地下岩层的变化。另外就是敷设一次供电导线和供电电极（A、B）能在相当大的面积上进行测量，特别是能用几台接收机在几条测线上同时进行旁测，见图1－2－1。

图1－2－1 中间梯度法装置示意图

D为旁测线与AB线垂距，旁测距离 中梯装置的观测范围一般处于AB之间的地段 所得ρS异常形态比较简单，易于解释。主剖面线上装置系数计算公式为：

地球物理找水方法技术与仪器

旁测测线上装置系数计算公式为：

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当剖面线较长需要几个装置才能观测完毕时，且接头点开口较大，需把上述地段放在AB中间地段重新测量，以免漏掉有意义的异常。最佳供电极距AB按以下公式选择：

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式中：h为目的层的顶端埋深。测量极距MN取值按下式：

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式中：MN应等于1～2倍的点距。

（二）对称四极剖面法

对称四极法主要用于圈定古河道、寻找第四系松散沉积物含水层、确定基底起伏形态，布极方法如图1－2－2所示。

图1－2－2 对称四极剖面法装置示意图

供电电极AB和测量电极MN对称分布在测点O两侧，并沿一直线排列。一般AB长度选择遵循以下公式：

地球物理找水方法技术与仪器

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（三）联合剖面法

联合剖面法简称联剖，布极方式如图1－2－3所示。用联合剖面法可寻找追索相对围岩为低阻的含水构造断裂带和岩溶发育带。因有一个笨重的无穷远极C，故其生产效率较低，多用于详查工作阶段。装置系数计算公式为：

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图1－2－3 联剖装置示意图

它是由两个三极装置AMN和MNB组成的。其最大特点就是在一条观测剖面上能得到两条ρS曲线。它能较准确地确定基岩含水破碎带的位置（根据所谓正交点），还可以根据大小不同极距A₀所得正交点位移方向判断含水破碎带的倾向。

以上3种常用装置的电剖面法，在地势开阔的平原地带均可开展工作。应垂直探测目的层走向布极，并需要用试验工作选择出最佳极距，以取得形态完整、幅度较大的视电阻率异常。应有3条以上电剖面通过探测对象，异常带内至少有3个满足观测精度的观测点。当测区内有机井或钻孔时，应有剖面线通过已知井（孔）。