电法测量偶极偶极装置设计

『壹』 电法勘探：何谓电测深法主要装置形式有哪些

电测深法是在地面的一个测深点上（即MN极的中点），通过逐次加大供版电电极，AB极距的大小，测权量同—点的、不同AB极距的视电阻率ρS值，研究这个测深点下不同深度的地质断面情况。电测深法多采用对称四极排列，称为对称四极测深法。除对称四极测深法外，还可以应用三极测深、偶极测深和环形测深等方法。

『贰』 偶极-偶极测深装置与原理

装置形式如图1。将供电电流偶极子AB和接收偶极子 MN同线布置，两组电偶极长度内a 相同，间隔距离是电偶极容子长度的整数n倍（n=1，2，……）。保持电极排列长度不变，沿剖面同时移动，可探测地电特性沿剖面的变化。改变电极排列长度a或隔离系数n，可了解不同深度的电性变化特征（导电性、极化性）。根据图1可知，探测深度（h）随na的增大而增大。

图1 偶极-偶极装置简图

『叁』 温纳装置与偶极装置有什么不同

温纳四级主要是工程测线的布置形式，可以观测一条测线的电测深和电剖面的综合结果。
偶极装置，主要是一个测量结果。是一种测量形式。

『肆』 频率域电磁偶极剖面法

频率域电磁偶极剖面法的供电和接收装置多半采用小型多匝线框，很少采用A、B接地装置。这些装置的基本特点是，装置轻便，使用灵活，工作效率高，可选择与地质体有效强耦合关系的发射方式，从而提高探测能力，但勘探深度较浅。

将发、收线框的空间相互位置关系称为工作装置或观测装置。当发射和接收线框保持一定距离(收-发距)，同时移动逐点观测时，称为动源式工作装置。其中又分为：①发、收线框在同一条测线上者称为同线装置；②发、收线框分别在两条测线同号点上者称为旁线装置；③发射线框在测线外某一点上固定不动，而接收线框在测线上逐点移动的装置，称为定源式工作装置。其中用直立线框做场源的，称为垂直线框装置；用水平线框做场源的，称为水平线框装置。

为了便于表明发、收线框的方向，做如下规定：X指测线方向，Y指垂直于测线的水平方向，Z指向铅垂方向。如旁线XZ装置，前一个字母表示发射磁矩指向X方向，后一个字母Z表示接收线框法线指向Z方向，即接收磁场的垂直分量。

在实际工作中，发射磁矩可指向X、Y、Z三个方向，接收线框也可接收X、Y、Z三个分量。故同线和旁线装置分别有9种组合方式。但是，根据互换原理，有些装置是等效的。如同线XZ与同线ZX装置，两者在相同两点上互换发、收线框时，其观测值相同。故在发、收两个线框面呈正交的6种装置中，因双双互换，实为三种装置。综上所述，旁线和同线装置均有6种。同线装置还有正向与反向装置之分。野外常用的装置主要有：同线ZZ(水平共面)、旁线XZ以及定源垂直、水平线框装置。在航空电磁法中常用旁线XX(直立共面)、同线XX(直立共轴)和同线ZX(正交)系统。

发射的电磁场是交变电磁场，因此，发射磁矩实际上是沿着一个方向来回振荡的。为了不致使二次磁场的符号发生混淆，一般这样规定发射磁矩的正方向：接收线框处的一次磁场总是在坐标正向。按照这个规定，旁线XX装置的发射磁矩指向负X方向，而同线XX装置的发射磁矩指向X方向，ZZ装置的发射磁矩总是指向负Z方向。

动源式工作装置观测数据的记录点定为发射和接收的中点。定源式工作装置观测数据的记录点定为接收点。

一般说来，偶极剖面法的收一发距都不大，因而接收点都是在感应区，可以认为接收点处的一次磁场与场源处的一次磁场相位完全相同。

现以同线ZZ装置(水平共面装置)在直立半无限板状导体上的二次磁场为例，定性分析曲线异常特征。如图4.5.1所示，当发射线圈在板状体左侧(如T₁处)时，一次磁场以水平分量指向X轴正向切割板状导体。板内涡流由板的上部进入图形平面，而由下部出来，在板状体处，涡流产生的二次磁场指向X轴负向。当接受线框也在板的左边(如R₁处)时，由涡流产生的二次磁场的Z分量指向上，即在该处与一次磁场有相同方向，故在接收线框R₁处观测到大于一次磁场的振幅，消去一次磁场后即有H₂正异常；向右同时移动发、收线框，H₂到达一个极值后逐渐下降，当接收线框R恰位于板顶在地面上的投影点时，由于二次磁场只有水平分量，故接收线框只接收一次磁场，｜H_z｜/H_1z=1，H₂=0，出现了左侧零点；继续移动工作装置，当发射线框仍在板的左侧(如T₂处)，而接收线框位于板的右侧(如R₂处)时，二次磁场与一次磁场方向相反，使总场小于一次磁场，出现了极小异常区，此时由于发射线框和接收线框都比较靠近，所以H₂负异常幅度大于正异常幅度，且极小值正好在发收线框的中点上；当发射线框处于板状体正上方时，由于磁力线不穿过板体，因此不产生涡旋电流，此时，｜H_z｜/H_1z=1，H₂=0，于是出现右侧零点；当发射与接收线框同位于板体右侧时，情况与前述相同。须注意，观测值的记录点定为发射和接收的中心处，两个零点分布于板体两侧，其间隔正好等于收-发距。整条曲线呈现以负异常为主的对称曲线。

图4.5.1 同线水平共面装置在直立板状良导体上的异常曲线分析

以上讨论的是水平共面装置在直立半无限良导平面上的振幅曲线，如果分析该导体上的实、虚分量曲线，则其曲线的变化规律与振幅曲线大体相同。如果考虑围岩涡流在导体中的集流效应，则问题将会变得复杂。

在偶极剖面法中，测量磁场虚分量有明显的优点。首先，虚分量场属于纯异常场，不包含一次场，因此，如果存在测点位置误差或地形起伏致使测点处的一次磁场强度发生变化时，它避开了由此带来的强大的一次磁场误差，有利于提高观测精度；其次，地形对虚分量异常影响较小，不会形成地形假异常。为了测量磁场虚分量异常或相位，通常需要从发射电路通过电缆引一条一次磁场相位参考信息电缆至接收仪，这给野外施工带来较大麻烦。但如果观测与观测处一次磁场呈正交方向的磁场虚分量，则可取接收点处一次磁场方向的磁场分量作为相位参考信号，不用参考电缆，这就是所谓的无参考线虚分量法。采用这一办法的原理是：接受处一次磁场比二次磁场强得多，因此一次磁场方向的磁场分量相位与一次磁场相位基本相同。以测点处一次磁场方向的磁场分量(一般也是最强的磁场分量)作为参考信号所测得的虚分量误差很小。

图4.5.2为鄂东某矽卡岩型矿床上用无参考线虚分量测得的结果。矿体为黄铁矿，矿石的电阻率为几欧姆·米，上面一层矿体为似层状，倾角不大，顶深50 m。围岩为闪长岩和大理岩，电阻率均大于100Ω·m。覆盖层较厚，导电性较好，电阻率为20～40Ω·m。工作装置为旁线XZ、垂直线框及水平线框装置。由图可见，异常随频率增高而衰减，表明矿体导电性较好。从三种装置异常形态看，乃属于缓倾斜板状矿体。由水平线框异常最大值点确定矿顶位置在12号点。

图4.5.2 某黄铁矿上0线综合剖面图

a—垂直线框；b—水平线框；c—旁线XZ。

Q—冲积坡积层；Mb—大理岩；δ—闪长岩；δ_k—高岭石化闪长岩；斜线—黄铁矿体

『伍』 偶极-偶极装置

在激发极化法中，偶极装置具有异常幅度较大，对极化体的形状和产状分辨能力较强及受电磁耦合干扰较小等优点，是很重要的一种装置。频率域视相位φ_s测量和视复电阻率频谱ρ_s(iω)测量大多使用本装置。

除在小比例尺普查找矿阶段使用单个或两个极距作偶极剖面观测外，通常偶极-偶极装置都采用多个极距的测量，即供电和测量偶极长度保持相同(AB=MN=a)，逐个改变偶极间隔系数n进行观测。所以，偶极-偶极装置兼有剖面法和测深法的双重性质，其观测结果除表示成视参数的剖面曲线外，更常表示为视参数的拟断面图。偶极装置的异常比较复杂，要求资料解释人员对本装置的正演问题有较正确和全面的认识。

这里举一个时间域体极化球体偶极装置η_s异常的例子。

由式(3.3.5)可得偶极装置一次场电位近似表达式

电法勘探

同样，利用等效电阻率法，

=1/1-η₁，

=1/1-η₂，则得到总场的近似表达式，减去一次场，可得到二次场的近似表达式，于是可计算出视极化率η_s。

图3.3.8上部为不同极距(电极间隔系数n为不同数值)的η_s剖面曲线，记录点位于装置的中心。由于装置与极化体的对称性，故剖面曲线对称于球心在地面投影点。当电极距不大时，偶极装置与中梯装置的η_s曲线相似，在球心上方有η_s极大值，两侧各有一个η_s极小值；随着极距的增大，球心上方的η_s极大值也增大；继续增大极距，在曲线两侧出现两个极大值，分别对应于供电和测量偶极(AB和MN)过球心正上方的位置，同时，在球心的正上方反而出现η_s的极小值；随着极距的进步增大，η_s极大值略为下降，而η_s极小值很快下降到接近于背景值(η₁)；在极距增大到na≥4h₀后，η_s剖面曲线将分解为两个独立的异常，它们近似于AB和MN过球心上方时的中梯异常。

图3.3.8下部绘出了η_s拟断面图，它与上部的η_s剖面曲线相对应，即在拟断面图上分别取n=1，2，…，5，便可截出相应的剖面曲线。可以看出，在断面图上，η_s曲线呈“八”字形，在球心附近有一个η_s高值圈，依次可大致确定球心的深度。由断面图不能说明极化体的形状。

图3.3.8 体极化球体主剖面上偶极装置η_s剖面曲线及断面曲线

ρ₂/ρ₁=0.05，η₁=1%，η₂=50%，h₀/r₀=2，a=1

再看一个频率域体极化球体φ_s异常的例子。

用柯尔-柯尔模型描述的复电阻率作为围岩和球体的等效电阻率，代入式(3.3.8)，即可得到具有频散形式的总场近似表达式

，将

分解成实部和虚部，即可求出视相位

电法勘探

图3.3.9给出了一个体极化球体上，频率f=1Hz时，不同偶极间隔系数(n)的偶极装置相位φ_s剖面曲线和拟断面图。它是对半空间条件用高级近似算法(罗延钟等，1987)获得的。可以看出，φ_s剖面曲线在偶极间隔小时(n=2)，于球心正上方有φ_s(负值)的单峰主极值，两侧出现异性次极值。虽然对视激电相位φ_s来说，极化体正上方的主极值为负值，但我们仍按常规激电法的习惯称其为“正异常”；同样，还将其两侧的反相异常称为“负异常”。随着偶极间隔增大(n=4)，异常幅度变大，范围变宽；但当偶极间隔很大时(n=8)，球上出现双峰，且主值幅度略有减小。

图3.3.9 体极化球体上偶极装置的视相位φ_s剖面曲线和拟断面图

球体参数：r₀=5，h₀=6，ρ₂₀=10Ω·m，m₂=0.6，c₂=0.25，

=0.04，c₁=0.25，

$l=0.1 s；

偶极长度a=2；频率f=1Hz。拟断面图中：实线为“正异常”等值线；虚线为“负异常”等值线；点画线为“零异常”等值线；点线为球体断面

φ_s拟断面图上“正异常”区的等值线基本上成“背斜”形状，异常中心与球体位置吻合甚好；两侧的“负异常”区等值线大体成“八”字形。由于围岩极化，存在-4 mrad的背景。为突出异常特征，在图中φ_s=-4 mrad的等值线用点划线绘出，表示“零异常”线，并将绝对值大于和小于4 mrad 的等值线分别绘成实线和虚线，以分别表示“正异常”和“负异常”。可以看出，球体φ_s拟断面图的异常特征，基本上与图3.3.8中η_s拟断面图的异常特征相同。这也说明φ_s与η_s理论上是等价的，只是观测技术上有所差别而已。

『陆』 激发极化法的装置

激发极化法的装置类型与电阻率法相同，也分为激电剖面法和激电测深法。在环境调查中，偶极装置用得较多。实际上，谱激电法不仅可采用偶极装置，而且也可采用其他装置；同时，谱激电法不仅可在频率域中进行（频谱激电法），也可在时间域中进行（时间谱激电法）。在我国，时域激电法比频域激电法应用得更为普遍一些。

总的来看，在我国激发极化法在环境勘查中的应用相对较少，人们目前对环境污染介质的激发极化效应的机理研究还很不够，对有机物、无机物对地下介质污染时激电异常规律、对方法的干扰因素等工作仍处于探索和研究之中，尚未形成环境激电法的专用方法技术。因此，在环境勘查中仍引入了传统的激电法的资料处理和解释方法。

『柒』 在地球物理勘探点剖面法中，三极装置，二极装置，偶极装置都是什么意思

高密度电法勘探来应尽力避免地形的源起伏,然而事实常难随人意，这时候就得考虑哪种装置受地形的影响最小。在众多装置中，偶极装置受地形影响最为剧烈，它本身的电测曲线就已经复杂，如果加上地形的因素，其电测剖面形态会变得很难辨别。其次是三极装置，该装置遇到山谷或山脊时电测曲线会出现多个峰值，并且AMN和MNB两个装置的反映程度不均衡，故而判别起来困难较大。相对而言，四级装置受地形的影响较小，电测剖面形态比较好判断。四极装置又有温纳、施伦贝尔1和温施1装置，相比较而言又有优缺点。(1)温纳装置的垂向分辨率相对较高,对地质体垂向分布的反映有比较高的灵敏度,因此,在工程地质勘探中对垂向分辨率要求较高的勘探任务可以选用该装置。(2)施伦贝尔1装置对地质体在水平方向上的变化反应非常灵敏,水平分辨率很高,实际工作中对水平分辨率要求较高的勘探任务应选用此装置(3)温施1反演剖面测深分辨率较高,抗干扰的能力相对较强,垂直方向和水平方向都有一定的灵敏度,比较适合于做测深测量

『捌』 -D高密度电法勘探装置类型

3-D电法勘探通常使用单极-单极（pole-pole）、单极-偶极（pole-dipole）和偶极-偶极（dipole-dipole）装置，这是因为其他装置测线网格边缘附近的数据覆盖范围相对较差，有关单极-单极（pole-pole）、单极-偶极（pole-dipole）和偶极-偶极（dipole-dipole）装置的优劣性已在3.4节的2-D勘探中讨论过，这些结论对3-D勘探也是有效的。

5.1.1 单极-单极（pole-pole）装置

单极-单极（pole-pole）装置通常用于3-D勘探，如E -SCAN法（Li et al.，1992），图5.1为3-D勘探可能的电极布设方式，采用25节点的多电极系统，为方便起见，在正方形网格的x和y方向上，电极布设一般具有相同的单位电极距，在矩形网格x和y方向上不同序号的电极和极距均可能用到。对于单极-单极（pole-pole）装置来说，视电阻率值由下式给出:

高密度电法勘探方法与技术

式中:R为观测电阻率值；a为C₁和P₁之间的电极距。

对于电极数确定的阵列来说，单极-单极（pole-pole）最大的独立观测数nma为

图5.11 温纳-斯伦贝格（Wenner-Schlumberger）装置3-D灵敏度图

『玖』 高密度电阻率法中的偶极偶极装置

ABMN的排列方式测量