電法測量偶極偶極裝置設計

『壹』 電法勘探：何謂電測深法主要裝置形式有哪些

電測深法是在地面的一個測深點上（即MN極的中點），通過逐次加大供版電電極，AB極距的大小，測權量同—點的、不同AB極距的視電阻率ρS值，研究這個測深點下不同深度的地質斷面情況。電測深法多採用對稱四極排列，稱為對稱四極測深法。除對稱四極測深法外，還可以應用三極測深、偶極測深和環形測深等方法。

『貳』 偶極-偶極測深裝置與原理

裝置形式如圖1。將供電電流偶極子AB和接收偶極子 MN同線布置，兩組電偶極長度內a 相同，間隔距離是電偶極容子長度的整數n倍（n=1，2，……）。保持電極排列長度不變，沿剖面同時移動，可探測地電特性沿剖面的變化。改變電極排列長度a或隔離系數n，可了解不同深度的電性變化特徵（導電性、極化性）。根據圖1可知，探測深度（h）隨na的增大而增大。

圖1 偶極-偶極裝置簡圖

『叄』 溫納裝置與偶極裝置有什麼不同

溫納四級主要是工程測線的布置形式，可以觀測一條測線的電測深和電剖面的綜合結果。
偶極裝置，主要是一個測量結果。是一種測量形式。

『肆』 頻率域電磁偶極剖面法

頻率域電磁偶極剖面法的供電和接收裝置多半採用小型多匝線框，很少採用A、B接地裝置。這些裝置的基本特點是，裝置輕便，使用靈活，工作效率高，可選擇與地質體有效強耦合關系的發射方式，從而提高探測能力，但勘探深度較淺。

將發、收線框的空間相互位置關系稱為工作裝置或觀測裝置。當發射和接收線框保持一定距離(收-發距)，同時移動逐點觀測時，稱為動源式工作裝置。其中又分為：①發、收線框在同一條測線上者稱為同線裝置；②發、收線框分別在兩條測線同號點上者稱為旁線裝置；③發射線框在測線外某一點上固定不動，而接收線框在測線上逐點移動的裝置，稱為定源式工作裝置。其中用直立線框做場源的，稱為垂直線框裝置；用水平線框做場源的，稱為水平線框裝置。

為了便於表明發、收線框的方向，做如下規定：X指測線方向，Y指垂直於測線的水平方向，Z指向鉛垂方向。如旁線XZ裝置，前一個字母表示發射磁矩指向X方向，後一個字母Z表示接收線框法線指向Z方向，即接收磁場的垂直分量。

在實際工作中，發射磁矩可指向X、Y、Z三個方向，接收線框也可接收X、Y、Z三個分量。故同線和旁線裝置分別有9種組合方式。但是，根據互換原理，有些裝置是等效的。如同線XZ與同線ZX裝置，兩者在相同兩點上互換發、收線框時，其觀測值相同。故在發、收兩個線框面呈正交的6種裝置中，因雙雙互換，實為三種裝置。綜上所述，旁線和同線裝置均有6種。同線裝置還有正向與反向裝置之分。野外常用的裝置主要有：同線ZZ(水平共面)、旁線XZ以及定源垂直、水平線框裝置。在航空電磁法中常用旁線XX(直立共面)、同線XX(直立共軸)和同線ZX(正交)系統。

發射的電磁場是交變電磁場，因此，發射磁矩實際上是沿著一個方向來回振盪的。為了不致使二次磁場的符號發生混淆，一般這樣規定發射磁矩的正方向：接收線框處的一次磁場總是在坐標正向。按照這個規定，旁線XX裝置的發射磁矩指向負X方向，而同線XX裝置的發射磁矩指向X方向，ZZ裝置的發射磁矩總是指向負Z方向。

動源式工作裝置觀測數據的記錄點定為發射和接收的中點。定源式工作裝置觀測數據的記錄點定為接收點。

一般說來，偶極剖面法的收一發距都不大，因而接收點都是在感應區，可以認為接收點處的一次磁場與場源處的一次磁場相位完全相同。

現以同線ZZ裝置(水平共面裝置)在直立半無限板狀導體上的二次磁場為例，定性分析曲線異常特徵。如圖4.5.1所示，當發射線圈在板狀體左側(如T₁處)時，一次磁場以水平分量指向X軸正向切割板狀導體。板內渦流由板的上部進入圖形平面，而由下部出來，在板狀體處，渦流產生的二次磁場指向X軸負向。當接受線框也在板的左邊(如R₁處)時，由渦流產生的二次磁場的Z分量指向上，即在該處與一次磁場有相同方向，故在接收線框R₁處觀測到大於一次磁場的振幅，消去一次磁場後即有H₂正異常；向右同時移動發、收線框，H₂到達一個極值後逐漸下降，當接收線框R恰位於板頂在地面上的投影點時，由於二次磁場只有水平分量，故接收線框只接收一次磁場，｜H_z｜/H_1z=1，H₂=0，出現了左側零點；繼續移動工作裝置，當發射線框仍在板的左側(如T₂處)，而接收線框位於板的右側(如R₂處)時，二次磁場與一次磁場方向相反，使總場小於一次磁場，出現了極小異常區，此時由於發射線框和接收線框都比較靠近，所以H₂負異常幅度大於正異常幅度，且極小值正好在發收線框的中點上；當發射線框處於板狀體正上方時，由於磁力線不穿過板體，因此不產生渦旋電流，此時，｜H_z｜/H_1z=1，H₂=0，於是出現右側零點；當發射與接收線框同位於板體右側時，情況與前述相同。須注意，觀測值的記錄點定為發射和接收的中心處，兩個零點分布於板體兩側，其間隔正好等於收-發距。整條曲線呈現以負異常為主的對稱曲線。

圖4.5.1 同線水平共面裝置在直立板狀良導體上的異常曲線分析

以上討論的是水平共面裝置在直立半無限良導平面上的振幅曲線，如果分析該導體上的實、虛分量曲線，則其曲線的變化規律與振幅曲線大體相同。如果考慮圍岩渦流在導體中的集流效應，則問題將會變得復雜。

在偶極剖面法中，測量磁場虛分量有明顯的優點。首先，虛分量場屬於純異常場，不包含一次場，因此，如果存在測點位置誤差或地形起伏致使測點處的一次磁場強度發生變化時，它避開了由此帶來的強大的一次磁場誤差，有利於提高觀測精度；其次，地形對虛分量異常影響較小，不會形成地形假異常。為了測量磁場虛分量異常或相位，通常需要從發射電路通過電纜引一條一次磁場相位參考信息電纜至接收儀，這給野外施工帶來較大麻煩。但如果觀測與觀測處一次磁場呈正交方向的磁場虛分量，則可取接收點處一次磁場方向的磁場分量作為相位參考信號，不用參考電纜，這就是所謂的無參考線虛分量法。採用這一辦法的原理是：接受處一次磁場比二次磁場強得多，因此一次磁場方向的磁場分量相位與一次磁場相位基本相同。以測點處一次磁場方向的磁場分量(一般也是最強的磁場分量)作為參考信號所測得的虛分量誤差很小。

圖4.5.2為鄂東某矽卡岩型礦床上用無參考線虛分量測得的結果。礦體為黃鐵礦，礦石的電阻率為幾歐姆·米，上面一層礦體為似層狀，傾角不大，頂深50 m。圍岩為閃長岩和大理岩，電阻率均大於100Ω·m。覆蓋層較厚，導電性較好，電阻率為20～40Ω·m。工作裝置為旁線XZ、垂直線框及水平線框裝置。由圖可見，異常隨頻率增高而衰減，表明礦體導電性較好。從三種裝置異常形態看，乃屬於緩傾斜板狀礦體。由水平線框異常最大值點確定礦頂位置在12號點。

圖4.5.2 某黃鐵礦上0線綜合剖面圖

a—垂直線框；b—水平線框；c—旁線XZ。

Q—沖積坡積層；Mb—大理岩；δ—閃長岩；δ_k—高嶺石化閃長岩；斜線—黃鐵礦體

『伍』 偶極-偶極裝置

在激發極化法中，偶極裝置具有異常幅度較大，對極化體的形狀和產狀分辨能力較強及受電磁耦合干擾較小等優點，是很重要的一種裝置。頻率域視相位φ_s測量和視復電阻率頻譜ρ_s(iω)測量大多使用本裝置。

除在小比例尺普查找礦階段使用單個或兩個極距作偶極剖面觀測外，通常偶極-偶極裝置都採用多個極距的測量，即供電和測量偶極長度保持相同(AB=MN=a)，逐個改變偶極間隔系數n進行觀測。所以，偶極-偶極裝置兼有剖面法和測深法的雙重性質，其觀測結果除表示成視參數的剖面曲線外，更常表示為視參數的擬斷面圖。偶極裝置的異常比較復雜，要求資料解釋人員對本裝置的正演問題有較正確和全面的認識。

這里舉一個時間域體極化球體偶極裝置η_s異常的例子。

由式(3.3.5)可得偶極裝置一次場電位近似表達式

電法勘探

同樣，利用等效電阻率法，

=1/1-η₁，

=1/1-η₂，則得到總場的近似表達式，減去一次場，可得到二次場的近似表達式，於是可計算出視極化率η_s。

圖3.3.8上部為不同極距(電極間隔系數n為不同數值)的η_s剖面曲線，記錄點位於裝置的中心。由於裝置與極化體的對稱性，故剖面曲線對稱於球心在地面投影點。當電極距不大時，偶極裝置與中梯裝置的η_s曲線相似，在球心上方有η_s極大值，兩側各有一個η_s極小值；隨著極距的增大，球心上方的η_s極大值也增大；繼續增大極距，在曲線兩側出現兩個極大值，分別對應於供電和測量偶極(AB和MN)過球心正上方的位置，同時，在球心的正上方反而出現η_s的極小值；隨著極距的進步增大，η_s極大值略為下降，而η_s極小值很快下降到接近於背景值(η₁)；在極距增大到na≥4h₀後，η_s剖面曲線將分解為兩個獨立的異常，它們近似於AB和MN過球心上方時的中梯異常。

圖3.3.8下部繪出了η_s擬斷面圖，它與上部的η_s剖面曲線相對應，即在擬斷面圖上分別取n=1，2，…，5，便可截出相應的剖面曲線。可以看出，在斷面圖上，η_s曲線呈「八」字形，在球心附近有一個η_s高值圈，依次可大致確定球心的深度。由斷面圖不能說明極化體的形狀。

圖3.3.8 體極化球體主剖面上偶極裝置η_s剖面曲線及斷面曲線

ρ₂/ρ₁=0.05，η₁=1%，η₂=50%，h₀/r₀=2，a=1

再看一個頻率域體極化球體φ_s異常的例子。

用柯爾-柯爾模型描述的復電阻率作為圍岩和球體的等效電阻率，代入式(3.3.8)，即可得到具有頻散形式的總場近似表達式

，將

分解成實部和虛部，即可求出視相位

電法勘探

圖3.3.9給出了一個體極化球體上，頻率f=1Hz時，不同偶極間隔系數(n)的偶極裝置相位φ_s剖面曲線和擬斷面圖。它是對半空間條件用高級近似演算法(羅延鍾等，1987)獲得的。可以看出，φ_s剖面曲線在偶極間隔小時(n=2)，於球心正上方有φ_s(負值)的單峰主極值，兩側出現異性次極值。雖然對視激電相位φ_s來說，極化體正上方的主極值為負值，但我們仍按常規激電法的習慣稱其為「正異常」；同樣，還將其兩側的反相異常稱為「負異常」。隨著偶極間隔增大(n=4)，異常幅度變大，范圍變寬；但當偶極間隔很大時(n=8)，球上出現雙峰，且主值幅度略有減小。

圖3.3.9 體極化球體上偶極裝置的視相位φ_s剖面曲線和擬斷面圖

球體參數：r₀=5，h₀=6，ρ₂₀=10Ω·m，m₂=0.6，c₂=0.25，

=0.04，c₁=0.25，

$l=0.1 s；

偶極長度a=2；頻率f=1Hz。擬斷面圖中：實線為「正異常」等值線；虛線為「負異常」等值線；點畫線為「零異常」等值線；點線為球體斷面

φ_s擬斷面圖上「正異常」區的等值線基本上成「背斜」形狀，異常中心與球體位置吻合甚好；兩側的「負異常」區等值線大體成「八」字形。由於圍岩極化，存在-4 mrad的背景。為突出異常特徵，在圖中φ_s=-4 mrad的等值線用點劃線繪出，表示「零異常」線，並將絕對值大於和小於4 mrad 的等值線分別繪成實線和虛線，以分別表示「正異常」和「負異常」。可以看出，球體φ_s擬斷面圖的異常特徵，基本上與圖3.3.8中η_s擬斷面圖的異常特徵相同。這也說明φ_s與η_s理論上是等價的，只是觀測技術上有所差別而已。

『陸』 激發極化法的裝置

激發極化法的裝置類型與電阻率法相同，也分為激電剖面法和激電測深法。在環境調查中，偶極裝置用得較多。實際上，譜激電法不僅可採用偶極裝置，而且也可採用其他裝置；同時，譜激電法不僅可在頻率域中進行（頻譜激電法），也可在時間域中進行（時間譜激電法）。在我國，時域激電法比頻域激電法應用得更為普遍一些。

總的來看，在我國激發極化法在環境勘查中的應用相對較少，人們目前對環境污染介質的激發極化效應的機理研究還很不夠，對有機物、無機物對地下介質污染時激電異常規律、對方法的干擾因素等工作仍處於探索和研究之中，尚未形成環境激電法的專用方法技術。因此，在環境勘查中仍引入了傳統的激電法的資料處理和解釋方法。

『柒』 在地球物理勘探點剖面法中，三極裝置，二極裝置，偶極裝置都是什麼意思

高密度電法勘探來應盡力避免地形的源起伏,然而事實常難隨人意，這時候就得考慮哪種裝置受地形的影響最小。在眾多裝置中，偶極裝置受地形影響最為劇烈，它本身的電測曲線就已經復雜，如果加上地形的因素，其電測剖面形態會變得很難辨別。其次是三極裝置，該裝置遇到山谷或山脊時電測曲線會出現多個峰值，並且AMN和MNB兩個裝置的反映程度不均衡，故而判別起來困難較大。相對而言，四級裝置受地形的影響較小，電測剖面形態比較好判斷。四極裝置又有溫納、施倫貝爾1和溫施1裝置，相比較而言又有優缺點。(1)溫納裝置的垂向解析度相對較高,對地質體垂向分布的反映有比較高的靈敏度,因此,在工程地質勘探中對垂向解析度要求較高的勘探任務可以選用該裝置。(2)施倫貝爾1裝置對地質體在水平方向上的變化反應非常靈敏,水平解析度很高,實際工作中對水平解析度要求較高的勘探任務應選用此裝置(3)溫施1反演剖面測深解析度較高,抗干擾的能力相對較強,垂直方向和水平方向都有一定的靈敏度,比較適合於做測深測量

『捌』 -D高密度電法勘探裝置類型

3-D電法勘探通常使用單極-單極（pole-pole）、單極-偶極（pole-dipole）和偶極-偶極（dipole-dipole）裝置，這是因為其他裝置測線網格邊緣附近的數據覆蓋范圍相對較差，有關單極-單極（pole-pole）、單極-偶極（pole-dipole）和偶極-偶極（dipole-dipole）裝置的優劣性已在3.4節的2-D勘探中討論過，這些結論對3-D勘探也是有效的。

5.1.1 單極-單極（pole-pole）裝置

單極-單極（pole-pole）裝置通常用於3-D勘探，如E -SCAN法（Li et al.，1992），圖5.1為3-D勘探可能的電極布設方式，採用25節點的多電極系統，為方便起見，在正方形網格的x和y方向上，電極布設一般具有相同的單位電極距，在矩形網格x和y方向上不同序號的電極和極距均可能用到。對於單極-單極（pole-pole）裝置來說，視電阻率值由下式給出:

高密度電法勘探方法與技術

式中:R為觀測電阻率值；a為C₁和P₁之間的電極距。

對於電極數確定的陣列來說，單極-單極（pole-pole）最大的獨立觀測數nma為

圖5.11 溫納-斯倫貝格（Wenner-Schlumberger）裝置3-D靈敏度圖

『玖』 高密度電阻率法中的偶極偶極裝置

ABMN的排列方式測量