嘉山台地电场地浅层电测深曲线探究

孙亮亮 赵桂宝 潘洁 李伸亮 尹天杰

摘 要：本文利用万用表等工具自制对称四极观测装置，利用十字测深法得到视电阻率，并通过相关工具绘制出嘉山台大地电场浅层电测深曲线图。探究不用专业电测深仪器做电测深的方法，方便台站人员日后对场地浅层电性的测量研究。测量所得数据可用于对比分析，通过对场地浅层电测深数据变化的研究，尝试新的数据异常核实方法。

关键词：电测深 对称四极观测 大地电场

中图分类号：P315 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）04（a）-0074-03

安徽省嘉山地震台位于安徽省明光市涧溪镇，为省属地震台。距市区约30km，所在地行政上属明光市涧溪镇祝岗村，有309省道通至市区，供电、用水、通讯方便。台站占地面积约8000m2，但大多处于山坡，平坦地不足其中一半。2007年台站进行了优化改造，新建了330m2的现代化办公楼，极大地改善了职工的工作和生活条件。现有地电阻率、大地电场、钻孔体应变3种前兆观测手段。电测深曲线用于确定大地电性层分布和其与地质构造的关系，确定大地电性层的电阻率值、埋深和厚度。电测深资料对于大地电场观测有重要意义，但由于专业电测深仪器费用高且不方便，本文尝试通过简单自制工具来测量电测深数据，以期达到成本低、操作简便的效果。

1 大地电场手段简介

1.1 观测概况

安徽省嘉山地震台于2007年1月新建地电场项目。场地选在涧溪镇祝岗村，布极中心点距台站约430m，共分南北长、东西长、北东长、南北短、东西短、北东短六道测线。2006年12月ZD9A-Ⅱ地电场仪试运行，2007年1月1日正式运行。经过多年来的观测运行，数据稳定，相关系数很好。嘉山地震台大地电场观测仪器采用的是ZD9A-Ⅱ数字化地电场仪，采样率为1次/min，观测稳定可靠。

1.2 线路架设

电场观测采用三角形布极，共有NS、EW和N45°W三个方向，每个方向又分长、短二类极距，其中NS向、EW向长、短极距分别为240m、l60m。N45°W向长、短极距分别为339m、226m。A1、B1、A2 、B2电极均为两道测线共用，O/O'分别为长、短极距中心共用电极。

嘉山台外线路采用架空的方式，测量线通过配线盘装避雷装置后与测量仪器相接，测量线与电极引线之间则采用空气开关或闸刀连接，接头置于接线盒内以达到防水、防氧化的效果。线路架设在农田中，测量数据及相关系数易受降雨、雷电和大风影响。大地电场场地内地埋管线、电线接地或者地电暴等因素会影响场地电性，通过浅层电测深数据变化的研究可以排除相关因素干扰。

1.3 电极埋设

电极为兰州地震研究所研制生产的固体不极化电极，电极埋深为2.5m以上。电极埋设条件较差，测区内地下水位不稳定，埋设时共用电极O（O'）表层出水，南短极（B2）>2m为岩石层，南长极（B1）>1m出水，西短极（A2）和西长极（A1）表层为岩石层，西长极（A1）且在村庄口出，西短极（A2）在农户菜地中。

2 电测深法原理与方法

电测深法可以分为电阻率测深和激发极化测深两类。本文所采用的resistivity sounding即为电阻率测深。它的原理是先在地面的点（即测深点也是MN极的中点），随后通过改变供电电极（AB极）极距的大小，测量该点的在不同AB极距下的视电阻率ρs值，随着供电极距不断加大，供电电流在地下的分布范围也增大，实际上也就增大了勘探深度。通过多组测量数据可以反演得出这个测深点下不同深度的地质断面情况，然后绘制电测深视电阻曲线就可以得出测点下沿垂向地质电性层。

地电断面是按电性不同所划分的地质断面。通过对电测深曲线类型及其变化规律研究和分析，再加上参考地质资料就可以初步反演出地电断面的结构及其分布状况。地表的电性差异、但产状近于水平的地质等问题一般采用电测深法来解决。大量研究实验结果表明，即使是如断层、溶洞等非水平产状的地质问题，也可以通过电测深法来研究，具有一定的地质效果。

和电剖面法一样，电测深法也可以因地制宜（地质条件及施工需求）地采用不同的电极装置类型，不同的电极装置具有不同的勘探能力。在电磁探测、水文工程、矿物探测及环境地质背景调查中，大多广泛采用对称四极测深，此外还有三极测深、环形测深及五极纵轴测深等方法。

电测深法多采用对称四极排列，称为对称四极测深法。在AB极距离短时，电流分布浅，ρs曲线主要反映浅層情况；AB极距大时，电流分布深，ρs曲线主要反映深部地层的影响。ρs曲线是绘在以AB/2和ρs为坐标的双对数坐标纸上。当地下岩层界面平缓不超过20°时，应用电测深量板进行定量解释，推断各层的厚度、深度较为可靠。对称四极观测装置可用于十字测深法测量场地浅层电性。

4 测量原理与过程

按以下装置做浅层十字测深（NS、EW测向）。

1.5V电池串联16个，按图2供电测量，供电时间2—10s（读出供电电位差ΔV和电流I）。电极用铁棒（已除锈）。

万用表测量供电电位差，供电前先测量MN之间的自然电位差，供电电位差要减去自然电位差；万用表串联供电线测量供电电流。每个供电极距测5组数据以上，按计算公式算出视电阻率，取平均值。

5 测量结果

由所得数据运用Origin75专业画图工具分别绘制电测深曲线图。

5 曲线类型判断

曲线类型判断依据如下（见图6、图7）

HA：ρ1>ρ2<ρ3<ρ4；

HK：ρ1>ρ2<ρ3>ρ4；

由此判定，嘉山台大地电场电测深曲线NS向类型基本属于HA型，电测深曲线EW向类型基本属于A型，该台初步推断地下电性层可能有3～4层，即可能存在3～44层地质构造面。

6 本次探究的不足

（1）本次测深实验受各种因素影响，样本数取样过少且AB/2只取10m以内，对研究结果的判定造成一定影响。

（2）未对电测深曲线进行反演，无法得知台站大地电场场地详细的地质构造。

参考文献

[1] 姚文斌.电测深数值计算和解释入门[J].地震出版社，1989.

[2] 肖争光.对称四极电测深法在物探找水工作中的应用分析[J].世界有色金属，2016（24）：225-226.

[3] 王本安.对称四极电测深法在岩土工程勘察中的应用[J].中国西部科技，2015（5）：48-49.