欧泽文，聂小力，罗敏玄

（中国地质调查局长沙自然资源综合调查中心，湖南 长沙410600）

0 引言

高密度电法采集系统可选取直流电法中采用的任意装置进行数据采集，而对于不同的地质背景，不同的勘探目标，不同装置的应用效果将会存在差异。因此，如何根据不同的工区条件及勘探目标选择最合适的测量装置显得尤为重要［1］。本文针对打井找水和隐伏断裂勘探两个目标任务，选用野外工作中的温纳装置和偶极装置实测数据，对同一地电断面分别进行测量，在保证供电及测量参数一致的情况，用相同的数据处理方法进行数据处理并反演，对比二者的反演结果，给出了各装置的优缺点，并从多个方面对比了两种装置的不同之处。

1 装置介绍

1.1 温纳装置

温纳装置是一种电极按A、B、M、N依次等间距布置的对称四极装置。由于测量电极在供电电极内部，所以测得的一次场电压VP值较大。即使地面干燥，接地电阻较大或供电电流较小时也具有较高的信噪比，且地形起伏干扰也较小［2］。但是温纳装置的测量极距MN随AB的增大而增大，故在深部测量时它的分辨率也随之降低。其视电阻率ρs及装置系数k的表达式为：

其中：

温纳（Wenner）装置中，AM＝MN＝NB＝a，其装置系数为：

1.2 偶极装置

偶极装置与温纳装置不同，电极按照A、B、M、N的顺序依次排列。同样设置AB＝BM＝MN＝a时，温纳装置与偶极装置在相同电极数情况下所测得的数据点数是一致的［3］。但是由于测量电极位于供电电极外部，因此测得的一次电位为负值且幅度较小，同时信号强度也极易受到地下异常体的影响，且供电条件的改变也会影响信号的强度，因此偶极装置对差异较小的地质体也能有明显的异常反应，但需要较强的供电电流，地形起伏的干扰也较大。其 及装置系数K表达式为：

其中：

如果取AB＝MN，则：

偶极装置常取OO′中点为记录点（其中O为AB中点，O′为MN中点）。OO′＝（n＋1）a。

2 野外工作情况

为更全面地研究温纳装置和偶极装置的应用效果，分别从打井找水和隐伏断裂勘探两个方面来展开对比。高密度仪器采用重庆地质仪器厂的DUK－4型高密度电法仪，G401线点距5 m，G801线点距10 m，供电时长0.5 s，停供时长0.2 s。供电高压500 V。

2.1 打井找水中的应用

工区位于潘新镇南约1 km处祁家村内，出露地层为第四系晚更新统，上古界泥盆系南湾岩组一段（Dn1）黑云变粒岩、黑云斜长片岩。根据地质情况并结合水文地质条件将找水目标定为第四系的松散空隙水。因此布置剖面G401，方位28°，垂直地下水渗透方向及查明地下水流通路径，测量装置使用温纳和偶极装置。

数据处理采用仪器设备配套的二维高密度电法分析软件和瑞典高密度（Res2Dinv）反演软件。首先通过二维高密度电法分析软件删除测量过程中的明显故障电极，再根据一次电位大小，供电电流大小以及Vp误差等参数，人工剔除数据质量较差的数据点，最后整合测地工作中获取的点位高程信息，对高密度电法剖面做相应地形校正，最后通过瑞典高密度反演软件进行反演，得到两种装置电阻率剖面图（图1、图2）。根据高密度剖面解译成果显示，电阻率普遍在100Ω·m以下，其下电阻率增高，电阻率约1 000Ω·m，第四系覆盖层厚度约20 m，为坡积物层、冲积物层和风化层等，含水性较好，地下10～40 m有一低阻异常带，推测为含水层，含水层较厚，多为孔隙水，具备开采价值，为此布置钻孔进行验证。下部电阻率较高，推测为下覆基岩，且有一定的倾斜角度，与以往调查结果基本吻合。

图1 G401温纳装置电阻率剖面图

图2 G401偶极装置电阻率剖面图

2.2 隐伏断裂勘探中的应用

工区位于罗山县周党镇北约3 km处杨柳村内，区内出露中古元界龟山岩组一段白云石英片岩、绢云石英片岩，中古元界龟山岩组二段斜长角片岩、夹斜长角片麻岩，中古元界龟山岩组三段斑点状二云石英片岩、含斑黑云石英片岩、夹角闪片岩，白垩系下统陈棚组灰紫色安山玢岩、凝灰岩、凝灰质钙质页岩。为探明隐伏的角砾岩带具体空间展布，设置了一条北东南西主测线G801，方位为28.9°，点距10 m，测量采用温纳装置和偶级装置。

在断裂带内，断层面及破碎的岩块造成的空隙使得断裂带与上、下盘围岩通常存在电性差异，在电法勘探中表现为高阻异常或低阻异常。一般来说，如果断裂带区域内有地表水或地下水，地表水会顺着破碎的岩块空隙下渗，地下水也容易在断裂带内大量富集，这就会导致断裂带内的视电阻率下降，明显低于围岩，出现低阻异常；如果断裂带内区域内不含水，断裂和破碎的岩块会大大降低岩石的导电性，使得其视电阻率明显高于上、下围岩，出现高阻异常［4］。断裂带的这种电性特征为高密度电法勘探提供了良好的物理前提。

实验线G801对同一断面按照不同的跑极方式分别采集数据，经过室内的处理和反演，得到两种装置电阻率剖面图（图3、图4）。由电阻率剖面图可以看出左侧区域电阻率在1 000Ω·m以上，推测为基岩区，右侧电阻率小于100Ω·m，推测第四系覆盖区。对比两种装置可以看出它们所反映的岩性分界面对应良好，均位于剖面420 m位置处，倾向陡。

图3 G801温纳装置电阻率剖面图

图4 G801偶极装置电阻率剖面图

3 应用效果对比

可以从实际应用效果中看出：两种不同装置电阻率剖面图有所不同，温纳装置和偶极装置能够明显分析出电阻率的分布规律。温纳装置所表现出来的测量电极距大，具有较高信噪比，其垂向分辨率相对较高，对地质体电性垂向分布特征反映较好，但是横向分辨率不够；偶极装置对地质体在水平方向上电性变化反应相对更为灵敏，水平分辨率相对较高，而该装置测量电极MN始终是一个电极间距，信噪比相对较低。温纳装置垂向信噪比高，在打井找水中有较高的性价比，偶极装置横向信噪比高在反演图中能明显根据高低阻判断出隐伏断裂带的位置。

4 结论

通过本次野外实际探测，得出温纳装置在探测等轴状低电阻率局部不均匀地质体的效果不佳，只可以对地下地质异常体的位置、走向进行大致的分析和判断。其主要优点是对垂向视电阻率异常分辨率较高，抗干扰能力强。常用来解决垂向视电阻率的变化问题，特别是划分层位，确定覆盖层厚度及基岩面，抗干扰能力强且耗时较少，但其数据量有限。通常该装置解决垂向变化（如水平层状结构）问题比较有利，而对水平变化较大（如狭窄垂向结构）相对较差，在打井找水中有着事捷功倍的效果。

通过本次野外探测，认为偶极装置对于电阻率变化有着最大的灵敏度和分辨率，特别是对等轴状低电阻率异常地质体分辨率较好，可以较准确判断地下异常体的中心位置、范围、形状、埋深等，解释结果也较为准确，可以应用于实际探测中，适合用于地下管道，地下隧道，溶洞，隐伏断裂勘探。

在实际工作中需要结合当地的地电条件，具体情况具体分析，先做试验，选取最适合当地地电条件的装置及方法，从而取得最佳的物探效果。