电阻率法野外工作中的几个问题

理工学科是什么~

理工 理工是一个广大的领域包含物理、化学、生物、工程、天文、数学及前面六大类的各种运用与组合。理工事实上是自然、科学、和科技的容合。在西方世界里，理工这个字并不存在；理工在英文解释里，是自然(Science)与科技(Technology)的结合。理工二字最早是1880年代，由当时的中国留学生从国外的Science和Technology翻译合成的。时至今日，但凡有人提起世界理工大学之最，人人皆推麻省理工学院。麻省之名蜚声海外，成为世界各地莘莘学子心向神往，趋之若鹜的科学圣殿。 [编辑] 理工领域包含 物理-研究大自然现象及规律的学问 化学-研究物质的性质、组成、结构和变化的科学 生物-研究有生命的个体 工程-应用科学和技术的原理来解决人类问题 天文-观察及解释天体的物质状况及事件为主的学科 数学-研究量、结构、变化以及空间模型的学科;被誉为“科学的语言”

　　理工学科是指理学和工学两大学科。理工，是一个广大的领域包含物理、化学、生物、工程、天文、数学及前面六大类的各种运用与组合。
　　理学
　　理学是中国大学教育中重要的一支学科,是指研究自然物质运动基本规律的科学,大学理科毕业后通常即成为理学士。与文学、工学、教育学、历史学等并列，组成了我国的高等教育学科体系。
　　理学研究的内容广泛，本科专业通常有：数学与应用数学、信息与计算科学、物理学、应用物理学、化学、应用化学、生物科学、生物技术、天文学、地质学、地球化学、地理科学、资源环境与城乡规划管理、地理信息系统、地球物理学、大气科学、应用气象学、海洋科学、海洋技术、理论与应用力学、光学、材料物理、材料化学、环境科学、生态学、心理学、应用心理学、统计学等。

　　工学
　　工学是指工程学科的总称。包含 仪器仪表 能源动力 电气信息 交通运输 海洋工程 轻工纺织 航空航天 力学生物工程 农业工程 林业工程 公安技术 植物生产 地矿 材料 机械 食品 武器 土建 水利测绘 环境与安全 化工与制药 等专业。

（一）岩、矿石电阻率的测定及资料整理方法

1.岩、矿石电阻率的测定方法

各种岩、矿石间的电阻率存在差异是电阻率法的物性前提，因此在某一工区开展电法工作时，应对该区的岩、矿石电阻率进行测定。

测定的方法可以概括为三类：露头法、标本法和测井法。这里仅介绍前两种方法。

（1）露头法。对有天然露头或人工露头（如探槽、坑道）的岩石或矿体，用小四极法在露头上直接测定。测定时，可选择在露头较为平坦的面上进行，既可单点观测，也可进行小极距测深或剖面测量，且AB一般应小于露头长度的二分之一和宽度的三分之二。根据测定结果（ΔU和I）和所用K值代入均匀大地电阻率计算公式ρ=K·ΔU/I即可得到该岩、矿石的电阻率值。

用露头测定法所得结果，虽然较其他方法接近客观实际，但工区不是所有岩、矿石均有露头可利用，因而不得不采用标本法等其他方法。此外有的天然露头由于受到风化而使所测得的电阻率缺乏代表性。因此利用钻孔进行电测井是测定岩、矿电阻率较好的方法。

图2-1-52 测量岩、矿石标本电阻率的装置简图

（2）标本法。对于岩芯标本或稍加工的长方形标本如图2-1-52所示，常用A、B两个面电极供电（电流为I），并通过两个相距为l的环形电极M、N测量其间之电位差（ΔU）。设电流通过标本的横截面积为S，则按下式便可算得其电阻率值：

地电场与电法勘探

2.岩、矿石电阻率资料的整理方法

第一篇中曾指出，岩、矿石电阻率的数值在相当大的范围内变化。因此，在某一露头或某一标本所测得的电阻率值，并不能代表整个工区该种岩、矿石的电阻率值。为了对全工区各种岩、矿石电阻率值获得较全面的认识，必须在全工区各地段选择一些露头或采集一些标本测定其电阻率。即使是测定数量相当多，测定方法本身误差不大，所得结果仍然是很分散的，不易确定某种岩、矿石电阻率的数值，必须将测定结果加以统计整理。这里介绍几种野外常用的表示方法。

（1）绘制分布曲线。当某种岩、矿测定的数量较大（一般多于50个）时，可绘制分布曲线以描述其电阻率的特点。曲线的横坐标为电阻率值的对数，纵坐标Δn为在某一电阻率范围内标本（或露头的观测点）出现的数目，纵坐标也可用Δn n表示，其中n为标本（或露头观测点）的总数。

一般说，从分布曲线的形态，可反映出岩、矿电阻率的一些主要特征。例如：①一组均匀的岩石，其分布曲线常常是形状简单，只有一个极大值。如果某种岩石，由于成分的分异或构造等原因使其可以划分为几个组时，则分布曲线具有复杂的形状和几个极大值。其中每个极大值对应于某一组岩石。②分布曲线极大值的横坐标值，反映了该种岩石电阻率值的高低。③分布曲线尖锐，表明其电阻率分布集中，即变化范围小。而分布曲线宽缓，则说明其电阻率分散，变化范围大。

（2）计算电阻率的几何平均值。对测定数量少的岩、矿石，不能绘制分布曲线，这时，可按下式计算其几何平均值：

地电场与电法勘探

这里n表示标本块数。

（3）列出其他统计图表。除了绘制分布曲线或计算几何平均值外，还可根据具体情况列出其他能反映岩、矿石电阻率特征的图表。

（二）电极的接地电阻

在电阻率法中，用A、B、M、N电极与大地相接，以进行供电与测量。电极的接地电阻是指从电极表面到大地无限远处所呈现的电阻。在实际工作中，总是希望接地电阻尽可能小些。AB电极接地电阻小，可在一定的供电电压下供较大的电流，MN电极接地电阻过大，将使观测误差增大。

图2-1-53 计算半球形电极的接地电阻

现来计算图2-1-53所示半球形电极的接地电阻，设电极半径为r₀，与大地电阻率ρ相比，电极本身的电阻率很小，可看作等位体，以电极中心为球心，划一系列的半球面，每相邻两球面半径之差为dr，即这些半球面将大地划分为一系列厚度为dr的半球层，整个大地的电阻便为这一系列半球层电阻的总和。

对于任意一层半球层而言，由于dr≪r，半球面S=2πr²。故该半球层的电阻dR为

地电场与电法勘探

将上式对r积分，便可求得半球形电极的接地电阻：

地电场与电法勘探

可见R与电极半径成反比，而与大地电阻率成正比。下面计算从电极表面到某一半径r的球层所呈现的电阻R

地电场与电法勘探

例如

地电场与电法勘探

可见，接地电阻主要由电极附近［r=（5～10）r₀］土壤或岩石的电阻决定。故在干燥土壤上打电极时，为了降低接地电阻，可在电极周围浇水。虽然浇水范围只在电极附近，但接地电阻便可大为降低。

在实际工作中，为了方便总是使用棒状电极。棒状电极接地电阻的意义与球状电极一致，只是计算复杂些。这里直接引用计算的结果：

地电场与电法勘探

式中r₀为电极的半径，l为电极入土深度。从式中可见，棒状电极的接地电阻，与土壤电阻率成正比，并与棒的粗细及入土深度有关。

图2-1-54 棒状电极组成的电极系

应当指出，上式是假定电极表面与土壤接触良好情况下得到的，但实际上，由于土壤的颗粒性，电极表面常只与部分土壤接触，故使实际测得的接地电阻远大于按上式计算所得的数值。

为了减小接地电阻，除了浇水及将电极适当打深及夯实土壤之外，常采用多根电极并联的办法如图2-1-54。并联电极的总接地电阻R_n与单根电极接地电阻R的关系为

地电场与电法勘探

式中n为电极的根数。应当说明，公式（2-1-121）是在各电极间的距离p很大时才是正确的。如果p太小，则R_n值将增大。一般p＞2l即可。

（三）漏电问题

野外工作中，由于测量系统（包括仪器、供电线路和测量线路）某一部分漏电，常对观测结果造成很大误差，必须引起重视。

1.供电线漏电的影响

以图2-1-55三极排列为例，设供电线在某点a由于绝缘损坏而对地漏电，相当在a处打了一个附加的供电电极。设总供电电流为I，而漏电电流为εI，此时，MN之间的电位差：ΔU′_MN为

图2-1-55 供电线漏电示意图

地电场与电法勘探

不存在漏电时的电位差为

地电场与电法勘探

注意到电极A和漏电电极a的装置系数分别为

地电场与电法勘探

则由A极供电线漏电而造成之相对误差为

地电场与电法勘探

上式可作为供电线漏电的基本表达式（四极排列的结果类似）。分析该式可得：

（1）ε越大，误差越大。但要指出，ε是一个系数，即由漏电点流入地下之电流占总供电电流的百分比。以R_A和R_a分别代表A极和漏电点的接地电阻，由图2-1-55有

地电场与电法勘探

可见，ε的大小与R_A、R_a二者的相对大小有关。在R_a一定的情况下，R_A越小，ε越小，漏电影响也越小。故减小电极的接地电阻和减小漏电电流都能减小漏电影响。

（2）漏电点位置的影响。根据公式（2-1-125）计算，漏电点位置对观测结果的影响由图2-1-56可见，漏电点越靠近测量电极，所形成的误差越大。这是因为当a趋近于测量电极时，K_a趋于零，因而δ将很大。从物理意义上讲，漏电点靠近测量电极时，相当于在测量电极附近打了一个附加的供电电极，其影响必然很大。在野外应将供电导线与测量导线分开一定距离，并注意测量电极附近供电导线的绝缘情况，（例如不要使供电导线在测量电极附近掉入水中等）。

（3）当漏电点在MN电极的中点时，从公式（2-1-124）可知δ=-ε，即引入的误差与漏电系数值相等。从图2-1-56还可看出，在MN中点附近因漏电引入的误差较小。

图2-1-56 供电线漏电点位置的影响

（4）漏电点在供电点附近时影响较小，放在供电电极附近的绕线架漏电便属这种情况，漏电点在供电电极外侧时，距离越远影响越小。

（5）当漏电点位置与MN的距离一定时，漏电影响随K（装置系数）值加大而加大。K值大即供电电极距大，而MN相对较小，此时ΔU_MN也较小，故漏电影响增大。因此，在大极距工作时，应特别注意供电线漏电问题。

2.测量线漏电的影响

当MN线的漏电点靠近供电电极附近时，将造成很大误差。故工作中MN线不要靠近供电电极，也不宜与供电线绞在一起。

3.仪器漏电

仪器使用日久，或密封破坏，或者天气太潮湿等原因，使仪器内供电或测量回路发生漏电，将造成很大误差。有时在观测电流时还能正常工作，而观测电位差时则电位差几乎与供电电流无关。有时因手触仪器的金属部分，会出现指针乱摆或数字乱跳现象，也是仪器本身漏电的缘故。若仪器发生漏电，应将其排除，并更换干燥剂，恢复密封。

（四）观测精度

在电阻率率法工作规范中，要求对原始观测作一定数量的系统检查观测，并用“均方相对误差”衡量精度：

地电场与电法勘探

式中m为ρ_s的均方相对误差，δ_i=ρ_i-ρ′_i；；ρ_i与ρ′_i分别为第i点的原始观测值和检查观测值。

因为ρ_s=，故K、ΔU、I三项分别观测的误差均将导致ρ_i的误差。从误差理论可得：

地电场与电法勘探

式中m_K、m_ΔU和m_I分别是K、ΔU和I的均方相对误差。

一般情况下，要求 m≤5%，≤4%，因此，要求m_K≤3%。

在m_ΔU和m_I两项中，m_I通常是不大的，一般可小于±1.5%，在中起主要作用的是m_ΔU。故必须注意提高观测ΔU_MN的精度。如采取克服干扰、消除漏电、改善接地条件，或适当提高供电电压等措施。生产实践表明，除可采取上述措施外，还有一些不易控制因素也影响到ΔU_MN的精度，如天晴日久和雨后刚晴，地表电阻率便不相同。因此为了保证总的观测精度，还对ΔU_MN的观测精度提出更严格的一些要求，如要求 m_ΔU ≤3%。这样，即使有上述地表电阻率变化等因素存在，仍可使小于4%。

K值的精度是由测地工作的精度决定的，常不引起物探人员的注意，但它最后却反映到物探数据ρ_s的观测中去。除在测地工作中采取保证措施外，打电极时，应认真打在点位上以减少误差。

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