2-d高密度电法勘探通常采用很多根电极(25根或更多)连接到一条多芯电缆上(griffiths et al.,1993),通过一台微型计算机与一台电极转换开关装置连接,每次自动选择相关的4根电极进行数据观测(图3.1)。目前,2-d电阻率法勘探技术和设备得到相当快的发展,必要的数据采集设备可以从一些国际商业公司购买到,部分典型系统的价位一般在6万~7万美元。
图3.1为由一条多芯电缆连接数根电极沿一条直测线进行2-d探测的典型排列示意图,通常,两相邻电极采用相同的电极距,多芯电缆连接一个电极转换开关和一台便携式计算机,采用的观测序列、使用的装置类型和其他采集参数(如使用的电流)输入到一个计算机程序可读取的文本文件中,不同的仪器采用不同的控制文件格式,需要参考相对应的系统操作手册。读取控制文件后,计算机程序自动选择适合每次观测的电极。某些仪器系统内置了微处理系统,此时,便携式计算机就不需要了,在地形比较恶劣的条件下,这对开展勘探工作是非常有利的。
野外实地勘探时,大部分工作是电缆敷设和插电极,随后,计算机自动采集数据,大部分勘探时间花费在等待仪器采集数据上。
为了获得一张较理想的2-d剖面,探测的覆盖面必须是2-d,例如:如图3.1所示,由20根电极建立的温纳(wenner)装置,两相邻电极之间的间距为 “a”(电极距),第一步将所有电极距可能为 “1a” 的温纳(wenner)装置进行观测,对于第一步观测,用到的电极序号为1,2,3,4,注意,电极1作为第一根供电电极c1,电极2作为第一根电位电极p1,电极3作为第二根电位电极p2,电极4作为第二根供电电极c2。第二次观测,电极序号为2,3,4,5,对应于c1,p1,p2和c2。沿测线依次类推,直到最后一次使用电极距为“1a” 的电极序号为17,18,19,20。对于一个由20根电极组成的观测系统,间距为“1a” 的温纳(wenner)装置来说,可能的观测次数为17次,即20-3。
图3.1 2-d高密度电法勘探电极排列和拟断面观测序列示意图
电极距为“1a” 的观测序列完成后,接下来进行电极距为 “2a” 的序列观测,第一次观测用到的电极为1,3,5,7,选择了相邻电极距为 “2a” 的电极,接下来用到的电极为2,4,6,8,沿着测线依次类推,直到最后一次使用电极距为 “2a” 时的电极序号为14,16,18,20。对于一个由20根电极组成的观测系统,间距为 “2a” 时,可能的观测次数为14次,即20-2×3。
对于电极距为“3a”,“4a”,“5a” 和 “6a”,有相同的重复观测过程,要想获得较好的结果,数据采集应该系统,尽可能所有的观测方式均要进行,这样将有利于提高视电阻率反演获得的解释模型质量(dahlin et al.,1998)。
注意,当电极间距增加时,每层观测的数量要减少。观测序号可以从每个电极距获得,对于一个沿测线的电极序号,依赖于所使用的装置类型。在2-d勘探中,与其他常规观测装置相比较,温纳(wenner)装置可能的观测序号是最少的。
偶极-偶极(dipole-dipole)装置勘探做法与温纳(wenner)装置相类似,对于由20根电极构成的观测系统,首先是电极距为 “1a” 的观测次数为19,随后是电极距为“2a”的观测次数为18,紧接着电极距为“3a” 的观测次数为17,等等。
对于偶极-偶极(dipole-dipole)、温纳-斯伦贝格(wenner-schlumberger)和单极-偶极(pole-dipole)装置(图1.6)来说,数据观测做法稍微不同,举个例子,对于偶极-偶极(dipole-dipole)装置来说,数据采集通常开始于电极距为“1a” 的c1-c2(也可以是p1-p2)电极,对于第一个观测序号付给 “n” 因子(c1-p1两电极的距离与c1-c2偶极长度的比值)的值为1,当 “n” 等于2,保持c1-c2电极对间距固定为 “1a”,当 “n”等于2时,c1电极到p1电极的距离为c1 -c2电极对长度的两倍。随后的数据观测,极距因子 “n” 通常增加到一个最大值6,此后,精确观测电位值就非常困难了,因为电位值比较小。为了增加探测深度,c1-c2偶极对之间的间距增加到 “2a”,相应的观测序列和“n” 也随着改变,如果有必要,c1-c2(连同p1-p2)电极对的大极距处可以重复观测。一种相似的探测技术是温纳-斯伦贝格(wenner-schlumberger)装置和单极-偶极(pole-dipole)装置可以采用不同的 “a” 极距与 “n” 因子组合。
一种用来扩大水平覆盖区域的探测技术,尤其是对于观测电极有限的系统,是滚动采集技术,观测序列完成以后,电缆沿测线向前移动数个单位电极距,在测线末端,没有被覆盖的部分,电缆上的所有电极将重复观测数据(图3.2)。另外,还有一种称为 “长测线多排列连接” 的处理技术将在后文讲解。
图3.2 采用2-d滚动勘探方法扩大探测覆盖面积
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