五极纵轴电测深法

Answer 1

目前常用的电阻率测深方法中，有多种不同排列装置的方法，它们一般只适宜于解决水平层状地层的有关地质任务。为了解决非层状地质体（含水溶洞、脉状裂隙水体）的探测，20世纪80年代成都地质学院等单位对五极纵轴电测深法，进行了理论和实验研究。研究结果表明，该装置在一定的地电条件下，对于非层状地质体有较好的勘探效果。

图1－3－7 五极纵轴电测深电极布置示意图

（一）五极纵轴电测深法的电极排列方式

如图1－3－7所示，在地面以测深点A极为原点设直角坐标系，供电电极位于原点A，电流为＋I。沿x轴在A点两侧布置电流均为－1/2I的供电电极B₁和B₂，且令AB₁＝AB₂＝L。野外工作中测量电极M、N自A极开始沿x轴中垂线方向等距离放线进行观测，即得视电阻率ρS曲线。

ρ_S＝K·（△V_MN/I）

装置系数K计算公式为：

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（二）五极纵轴测深的地下电流密度分布特征

五极纵轴测深较常规对称四极测深有较高的分辨能力，就在于相同电极距情况下AB/2（L）＝100m时电流密度随深度变化特征相差较大。见图1－3－8（a）。

用电阻率法勘探地下一定深度H处的地质体（含水溶洞、脉状裂隙等），是通过地表观测和研究由于该地质体的赋存而引起的电位畸变值。这个畸变值的大小除了与勘探对象的大小、电阻率值、埋藏深度因素有关外，还与通过地质体所在部位的电流密度大小有关。一般来说，通过地质体的电流密度大，则在地表引起较大的电位畸变值，便可容易观测到ρS异常。在电法勘探工作中，通常是用选择合理的电极距来达到上述目的的。当然，也可以用改变电极排列形式的方法，使勘探部位获得较大的电流密度。下面介绍五极纵轴测深装置电流密度在供电极距一定时，电流密度随深度的变化规律。

图1－3－8（a）是表示五极纵轴电测深装置及对称四极电测深装置，供电电极极距AB/2（L）＝100m时，电流密度（j）随深度（h）的变化曲线。图中实线为对称四极电测深装置的电流密度j随深度的变化曲线；虚线为五极纵轴电测深装置的电流密度j随深度的变化曲线。图1－3－8（b）则为两种不同类型电测深装置的电流密度比值（D）随深度的变化曲线。

图1－3－8（a） 电流密度随深度变化曲线（AB/2＝100m）

图1－3－8（b） D值随深度变化曲线（AB/2＝100m）

由图1－3－8（a）及图1－3－8（b）可见：相同供电极距（L＝AB/2＝100m）和相同电流强度情况下，上述两种不同类型电测深装置的电流密度随深度的变化有相当的差异，两条曲线在h＝0.93L处出现交点，该交点将曲线划分为前段和后段。在h≤0.93L（曲线前段）的深度范围内，五极纵轴电测深装置的电流密度j₁大于对称四极电测深装置的电流密度j₂；而且随着深度h的减小，j₁大于j₂更多。从图1－3－8（b）还可以看出两种装置的电流密度的比值（D＝j₁/j₂）随深度（h）的变化而异，在h＝0.2L（AB/2）时，D＝13.157；h＝0.5L（AB/2）时，D＝2.545。由上可见，在对称四极电测深法一般可达到的勘探深度范围内，相同深度（h）处，j₁较j₂大得多。因而不难理解，在此范围内同一深度的地质体，在地表用五极纵轴电测深装置进行观测将比用对称四极电测深装置观测获得较大的电位畸变值，从而得到勘探对象赋存的较大信息，这将有助于发现异常。这也正是五极纵轴电测深具有较高分辨能力的重要原因之一。五极纵轴电测深MN电极距一般为2m或1m，该方法划分电性分界面较细致，对称四极电测深不可能无限加密极距。从图1－3－8（a）、图1－3－8（b）还可以看出在h>0.93L的范围内，j₁>j₂；且j₁随着h的增大迅速趋近于零，可见五极纵轴电测深装置的电流密度j1主要分布在h<0.93L的深度范围内。电流密度这种较集中的分布特点将有利于勘探该深度范围内的地质体。

由图1－3－8（a）还可看出，两种电测深装置的电流密度随深度变化梯度也不大相同，j₁曲线前段变化梯度大、后段变化小；j₂曲线变化的梯度较缓。电流密度j的这种特点，表明地表浅部不均匀体对五极纵轴电测深的观测有较强的干扰，在野外实际工作中应特别给予重视。

（三）五极纵轴电测深的工作方法

首先应选择最佳供电极距L。当深度h一定时，五极纵轴测深装置的电流密度j₁及对称四极电测深装置的电流密度j₂随供电电极距变化的关系曲线如图1－3－9所示。

图1－3－9 电流密度（j）和供电极距 的关系曲线

由图可见，对称四极电测深装置的测深点A以下深度h处电流密度与极距关系曲线（实线），于AB/2＝0.71h处出现极大值，因此认为该极距为理想条件下此种装置的最佳极距。

五极纵轴电测深装置在H点处的电流密度随供电极距的增大而增大，当L≈2h时，j₁趋于饱和，再继续增大时，j₁的增加极微。因而与前者类似，在理想条件下，可选取L＝2h作为五极纵轴电测深的最佳极距。测量极距MN＝（1/40～1/30）L。

布极前首先以测深点施设直角坐标系，一般应根据地形及地质构造特征标定坐标的横轴（x）及纵轴（y），力求使x轴垂直于勘探对象的长轴方向；同时尽可能把y轴放在地形平坦、地表土质均匀及接地条件良好的方位上。坐标施设了以后将三个固定的供电电极A、B₁、B₂设置在横轴（x）上，中心供电电极A位于测深点（坐标系原点）上，两个与A极相异性的供电电极B₁、B₂对称地设在A极的两侧（AB₁＝AB₂）。在y轴上设置测量电极M、N，并逐点移动测量电极进行观测，一般其移动点距为2m或1m。如有难于识别的地表干扰时，可测量反向纵轴测深曲线。通过对比正反向纵轴测深曲线的形态，识别和消除地表不均匀体的影响。当地形起伏不平时，可用点源场电阻率法地形改正的方法消除地形影响。在消除地表不均匀体的干扰和地形影响之后可对ρ_S曲线进行地质解释。该方法因观测点距较小、工作效率较低，一般多用于配合常规对称四极电测深确定水源地打井方案时才进行此项工作。

（四）五极纵轴电测深ρs曲线的解释

五极纵轴电测深观测结果，可以视电阻率ρS为纵轴， 为横轴，在算术坐标系中绘制测深曲线。其视电阻率ρS曲线的解释是比较容易的。解释的一般步骤是：根据五极纵轴电测深视电阻率ρS值的相对变化划分出表土层及基岩的曲线对应段；对基岩的曲线进行解释，确定出含水层埋深的上下限。

图1－3－10 球体上的五极纵轴测深曲线r＝6m；H＝10m；ρ₁＝10²Ω·m；ρ₂＝10Ω·m（低阻），10⁴Ω·m（高阻）

低阻和高阻球体上的五极纵轴测深曲线如图1－3－10所示，图中测深点位于球体的正上方。ρ₂>ρ₁时有ρS极大异常值，ρ₂<ρ₁时有ρS极小异常值。低阻球体的异常比高阻球体更加明显。更有意义的是，球体中心埋深一般近似地等于极值点s所对应的横坐标。

据此可用五极纵轴电测深曲线的极值点（折变点）和下式：

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推测被探测对象的中心埋深。其定量解释精度可达±20％～±30％。

图1－3－11是某地水源勘查五极纵轴电测深曲线。根据曲线特点，结合区内的地质和电性资料，推测折变点s₁反映覆土和白云岩的分界面，覆土厚9m。折变点s₂和s₃反映深28～35m和80～86m两段岩溶发育，是岩溶裂隙和岩溶富水段。后经钻探证实，覆土厚8.6m，孔深29～36m白云岩溶蚀严重、溶洞发育，孔深82～85.7m为半充填溶洞。根据抽水试验结果，计算允许最大采流量为6000t/d。

图1－3－11 岩溶裂隙上的五极纵轴电测深曲线