㈠ 電阻率測深法
利用岩、礦石導電性差異，解決各類地質學問題的實踐中，以人工直流場源的電阻率 測深法（常稱電測深法），應用最廣而且效果較好。該測量方法是在一個觀測點上，通過 多次加大供電極距的方法，逐次觀測相應供電極距時的電阻率值。由於供電極距的加大，增加了供電電流在地下分布深度，也可以說加大了勘探深度。因此，所測得的是一個測點 上，自地表向下垂直方向電阻率的變化。
從理論上說，電測深法適用於劃分水平的，或傾角不大於20°的電阻率分界面問題，而且在電性層不多的情況下，可以作定量解釋，求出各層的厚度、埋深等。實踐證明，這 種電測方法已超出了上述應用條件，有效地用於區域地質填圖、石油和煤田地質構造普 查、探測與地質構造相關的礦產分布、水文及工程地質調查、山區或平原地下水資源勘測 以及城市工程建設的基底探測等方面。
（一）電阻率的測定和視電阻率
在利用人工地下穩定電流場研究大地電性分布的實踐中，並不是直接利用人工場的電位或電場強度，而是用電阻率的變化和分布來表示地下電場變化特點。
1. 均勻大地的電阻率
當地表水平、地下半空間為均勻介質時，在地表任意兩點A和B，將直流電通人地下，形成前面所說的兩個異性點電流源的電場。在測定供電電流I的同時，測定I在地表 另兩個點M和N之間產生的電位差△UMN，於是根據式（4-4），可知
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不難得到均勻大地電阻率ρ的表達式為
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令
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電阻率公式簡寫為
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式中：K是一個僅與A，B，M，N四個電極之間的距離有關的系數，常稱為電極排列系 數或裝置系數。
2. 視電阻率
實際上，地下地質情況是復雜的，電阻率的分布是不均勻的，即地電測量所研究的都 是非均勻的地電斷面。按上述方式測量和按式（4-11）計算的電阻率值，就不可能是某 一地層或某種岩、礦體的真實電阻率，而是該電場作用范圍內各種岩、礦石電阻率的綜合 反映。為此，實踐中人們引入視電阻率的概念，仍採用上述測量方式和計算公式，結果記 為視電阻率ρS，表示為
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影響視電阻率的因素有兩個方面，其一是電場作用范圍內地電斷面本身的電阻率分 布，如斷面中各地層或地質體的電阻率，它們的形狀、規模、厚度、埋深等；其二是電極 的排列形式、電極距的大小、測點位置或電極排列與地質體之間的相對位置等。
雖然影響視電阻率的因素較多，但對於所欲測的地電斷面而言，其電阻率分布或岩、 礦體產狀等是不變的因素。若在一個測點上，逐次加大供電極距，所測視電阻率將反映該 點視電阻率隨深度的變化。而保持供電極距不變，在不同測點上所測的視電阻率，所反映 的是沿測線同一深度視電阻率變化。前者就是電阻率測深法，後者即為後面所要介紹的電 阻率剖面法。
為了便於討論和定性分析實測曲線，常將式（4-12）轉換為視電阻率與電流密度間的關系式，其具體形式是
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式中：j0是介質均勻時MN間的電流密度，它只決定於電極排列和極距的大小，對於一 定的電極排列，可以認為它是定值。式（4-13）表明視電阻率ρS與測量電極MN之間的 電流密度成正比，也與MN間電阻率成正比。在地表介質均勻時，ρS只正比於jMN。該式 對非均勻斷面視電阻率異常性質的分析是很重要的，因此視電阻率的異常可以歸結為jMN 的異常，而根據jMN異常的狀況，就不難判斷非均勻地質體的性質。
3. 電測深儀器
電測深法中視電阻率的測定是通過觀測供電電流I及其產生的電位差△UMN，再經過 式（4-12）計算而得。可見，電測深儀器的主要任務就是測量電位差和電流，但並非普 通的電位差計都可應用。按野外工作條件，要求儀器有較高的靈敏度和穩定性，要有較強 的壓制干擾的能力，要有較高的輸入阻抗和較大的量度范圍，要絕緣性能好、體積小且輕 便耐用。目前我國採用的是國產的各種電子自動補償電測儀器，如DWD一2A型微機電 測儀就是其中的一種。
4. 電測深法的野外工作布置
電測深法在野外是在同一測點上以改變電極距的方式觀測若干次，由於電極距的改變，因此裝置系數K也就逐次不同。通常採用模數為6.25cm的雙對數坐標紙，並以 AB/2為橫坐標，ρS為縱坐標，將同一測深點上所觀測的全部視電阻率值，繪成一條電測 深ρS曲線。
實際工作中，常根據地質任務及測區的地質資料，選擇一個電性標准層，這個層應該 是在測區內普遍存在、厚度比較大、電阻率穩定且與上覆岩層有較明顯的電阻率差別。滿 足於這樣條件的電性標准層在各測深點的曲線上將有明顯反映，可以把它作為電性層對比 的標准。實踐中，常以符合上述條件的某些變質岩、火成岩或石灰岩作為高阻標准層。此 外在沉積區探測含水層分布時，常把符合條件而又與含水層密切相關的黏土隔水層作為低 阻標准層。
（1）供電電極距的選擇
原則上是最小AB距離應能使電測深曲線的首部為近似於水平的線段，以便由它的漸近線直接求出第一電性層的電阻率ρ1；最大AB距離應能滿足勘探深度的要求，並保證測 深曲線尾部完整，可以解釋出最後一個電性層；在AB極距由小到大逐次增加的過程中，其增加的最大間距，應使有意義的最薄電性層所引起的ρS變化在測深曲線上也能反映 出來。
（2）測量電極距的選擇
實際工作中，由於AB極距的不斷加大，若MN距離始終保持不變，那麼，當AB極距很大時，MN之間的電位差將會很小，以至於無法觀測。因此隨著AB極距的加大，往 往也需要適當地加大MN的距離，通常要求MN滿足於下述條件：
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（二）電測深曲線類型及特點
1. 曲線類型
電測深曲線類型隨地電斷面中不同電性層的數目及其分布情況而異。這里僅就水平電性層組成的地電斷面上電測深曲線類型加以描述。
（1）均勻情況
當地下地層電阻率均勻不變，厚度大而分布廣時，隨AB加大而測得的視電阻率不 發生變化，測深曲線是一條與橫軸平行的直線，說明探測范圍內，岩石電阻率是均勻 的。這種情況在測定岩石露頭電阻率時會遇到，這時所用供電極距要比露頭岩石分布 范圍小得多，相對於供電極距而言，岩石露頭可視為均勻介質，而測得的電阻率即為 真實電阻率。
（2）水平二層情況
當地層按電阻率大小可分為ρ1和ρ2兩層時，若第二層厚度遠遠大於第一層厚度h1 時，可以認為是水平二層斷面。相應的測深曲線分為兩種類型，一是ρ2＞ρ1的G型；另 一種是ρ2＜ρ1的D型，如圖4-3所示。
圖4-3 水平二層測深曲線
（3）水平三層情況
當地電斷面自上而下劃分為ρ1，ρ2，ρ3三個水平的電性層時，按三者的大小關系有四 種不同類型的電測深曲線，其中ρ1＞ρ2＜ρ3的命名為H型；ρ1＜ρ2＜ρ3的為A型；ρ1＜ ρ2＞ρ3的K型；ρ1＞ρ1＞ρ3的為Q型，如圖4-4所示。
圖4-4 水平三層電測深曲線
（4）水平四層及多層情況
實際工作中，常遇到四層或更多層的斷面，由於電阻率參數多了，曲線類型也就多了，對於水平層狀斷面，按ρ1，ρ2，ρ3，ρ4的關系，可構成八種不同的類型，每一種類型 用兩個英文字母表示，前一個字母表示前三個電性層ρ1，ρ2，ρ3之間的關系，與三層曲線 類型的命名法相同，後一個字母表示除第一層外，ρ2，ρ3和ρ4三個電性層的關系，命名 法仍不變，因此共有HA型、HK型、KH型、KQ型、AA型、AK型、QH型、QQ型 八種曲線類型，如圖4-5所示。
多層曲線命名方法亦按上述原則，例如有ρ1＜ρ2＞ρ3＜ρ4＜ρ5的水平五層斷面，其曲 線類型應為KHA型。
2. 電測深曲線的特點
從上述曲線類型看出，它們是按電性層中電阻率大小的相互關系而劃分的，電性層越多，曲線類型也隨之多起來，分析各不同類型曲線發現，眾多曲線中存在一些共同的 特點。
圖4-5 水平四層電測深曲線
（1）首支漸近線
電測深曲線的首支（或稱前支）都有ρ1的漸近線，那麼因為在AB/2較小的情況下，即當AB/2《h1時，由AB所形成電場的有效作用范圍只在均勻的ρ1中。利用式（4-13）不難看出，此時式中ρMN＝ρ1，jMN＝j0，於是有ρS＝ρ1，由此可見，不論測深曲線的類型 如何，曲線的首支都會出現數值為ρ1的漸近線。
（2）尾支漸近線
電測深曲線尾部，按最後一層電阻率ρn的具體情況，可有兩種不同形式的漸近線。
一種是ρn值有限並與其上部電性層電阻率相差不大的情況。在 的條件 下，曲線的尾部出現ρS＝ρn的漸近線。如一水平二層斷面，其上任一測深點的視電阻率 曲線，將是首部趨近於ρ1，中間逐漸過渡到尾部ρS趨近於ρ2的形式。另一種是ρn值較其上覆電性層的電阻率ρn-1值大得多，可視為ρn→∞的情況。此時電 測深曲線尾部在雙對數坐標中，呈一與橫軸夾角為45°的漸近線。也就是當 時，曲線尾部呈45°上升。這里仍以二層斷面為例加以證明。二層水平斷面中，若ρ2》ρ1，可以近似地認為ρ2→∞。當AB/2》h1時，由於ρ2對電 流的屏蔽作用，電流線全部平行層面而流過ρ1介質，如圖4-6所示。此時流過ρ1層中的 電流I1為
式中：h1為電流I1所通過的圓柱面的高度； 為該柱面周邊的半徑。利用歐姆定律將上
圖4-6 ρ2》ρ1，AB/2》h1時電流線的分布示意圖
式化為
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其中：h1/ρ1以S1表示，稱為縱向（即水平方向）電導，它表示電流平行於層面流過時，上覆層對電流的傳導能力。於是
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將這個關系代入MN→0時的三極排列視電阻率公式：
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得到
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在雙對數坐標中：
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顯然，由於s為固定值，lgs為常數，所以上式是一條斜率為1的直線方程，即一條與橫軸夾角為45°的ρS漸近線。
3.縱向電導與橫向電阻
上面提出了縱向電導這一名稱及其定義。實質上，縱向電導所表示的是，當電流水平通過頂面為1m2、高度為h（m）、電阻率為ρ的方柱體側面時該柱體的電導。如果令該柱 體側面之間的電阻為R，則由式（4-1）求出
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故縱向電導為
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由此可見，上覆各層的縱向電導分別為
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其總縱向電導則為
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在符合上述條件的n個水平層的情況下，可令
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式中：H＝h1＋h2＋…＋hn-1；ρt稱為上覆（n-1）個岩層的平均縱向電阻率。若工作地 區有鑽井資料，ρt可由下式確定：
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顯然，按照式（4-17），只要工區內的ρt值基本上是穩定的，就能利用S的大小表示底 層頂面的深度。
另一方面，用T表示電流垂直通過頂面為1m×1m，高度為h（m），電阻率為ρ的方柱體介質時的電阻，稱橫向（即垂直）電阻。即
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於是，在底層非常厚但電阻率ρn很小的條件下，令上覆各層的厚度分別為h1，h2，…，hn-1；電阻率分別為ρ1，ρ2，…，ρn-1；這時上覆各層對電流的阻擋能力強，而底層對電流 的吸引作用強，故電流將垂直通過各層並沿ρn層中流過，如圖4-7所示。因此各層的橫 向電阻分別為
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上覆層的總橫向電阻為
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圖4-7 底層電阻率ρn→0時的電流線分布示意圖
4.電測深曲線的等值性
電測深曲線的等值性是指中間層較薄的水平三層斷面所對應的曲線所具有的一種特殊現象。它是指h2/h1較小的三層斷面中，若ρ1，h1和ρ2一定，在保持S2或T2不變的條 件下，同時改變ρ2和h2，而測深曲線形狀可保持基本不變的現象。在上述條件下，同一 條三層電測深曲線可以與n個或多個ρ2和h2不同的三層斷面相對應。這種現象稱為等價 現象或等值原理。造成等值性的物理原因並不難理解，如H型和A型曲線對應的斷面 中，ρ2與ρ3相比屬於低阻層，它在電場中成了電流的良好通道，只要該層的電導S2不 變，ρ2和h2同時少許變化，斷面中的電流分布將不會發生變化，因此也就出現了曲線形 狀基本不變的現象。同樣，對於Q型或K型曲線所對應的斷面，其高阻薄層ρ2在電場中 對電流起阻擋作用，若橫向電阻T2不變，同時改變ρ2和h2，電流分布也將不變，自然也 就出現等值的曲線。值得指出的是，上述等值現象，在中間層厚度較大時就不存在了。
（三）電測深曲線的解釋
電測深曲線解釋的目的首先是確定測區內各電性層的分布、厚度及埋深，進一步把電性 層的結構特點與測區內地層分布、地質構造形態等進行對比，最後提出地質解釋，把地電斷 面盡可能轉化為地質斷面。為達到解釋的目的，通常把解釋工作分為定性解釋和定量解釋。
1. 定性解釋
定性解釋主要是通過繪制各種定性圖件來實現，如電測深曲線類型圖，縱向電導S剖面或平面圖、視電阻率ρS斷面圖和等AB/2的視電阻率平面等值線圖等。但解釋中並非 每個測區都要完成上述圖件的繪制，而是選擇最能表達出研究地區地質構造特點的圖件進 行編制，通常視電阻率斷面圖是必不可少的。
（1）電測深曲線類型圖
電測深曲線的類型取決於地電斷面的性質，因此根據曲線類型圖的特徵可以判斷工區內 地質斷面的變化。這類圖形的作法是：按相應的工作比例尺在圖紙上標明各測點的位置，繪 出該點經過縮小的電測深曲線，並在曲線首部註明起始點的視電阻率值。最好能根據測區岩 石電阻率資料繪制出不同曲線類型與相應地質斷面的對比圖件，用以說明曲線類型變化的地 質原因。也可採用簡單作法，即在測點位置上直接用文字註明相應點的曲線類型。
（2）視電阻率斷面圖
這類圖件的作法是：以測點為橫坐標，以AB/2為縱坐標，用各測點的AB/2所對 應的ρS值繪制ρS等值線。該圖反映沿測線垂直斷面上的視電阻率變化，從圖中可看出 基岩起伏、構造變化、電性層沿測線方向的分布等。圖4-8是通過嘉峪關大斷層18線 的視電阻率斷面圖，該區基底是砂質泥岩，電阻率較低；上覆岩層是高阻的砂礫石層，斷面圖中反映出高、低阻等值線明顯分異的現象，等值線密集而陡立，可以認為是構 造斷層的反映。
圖4-8 嘉峪關大斷面18線ρS斷面圖
圖4-9為某區尋找地下水源的電阻率斷面及綜合解釋圖。從圖中看出，該區表層為含水不多的泥砂層，厚約6～7m，電阻率為150～180Ω·m；其下為富含地下水的砂層，電阻率約為50Ω·m，厚約5～25m或更大些；含水層下部為石灰岩，可視為高阻標志層。實測曲線為H型，第一層反映表層，第二層為低阻含水層，尾部呈45°上升段，是高阻基 岩的反映。定量解釋結果與鑽探資料基本上吻合。根據解釋結果給出地電斷面圖，該圖與 視電阻率等值斷面對應關系較好。
圖4-9 某區尋找地下水源的電阻率斷面及綜合解釋圖
（3）等AB/2的視電阻率平面等值線圖
這種圖件的作法是：按照工作比例尺繪出測點平面分布圖，然後在各測點位置上標明該點測深曲線已選定的AB/2的ρS值，最後繪制這些ρS值等位線。該圖件主要反映測區 內某同一深度處岩石電阻率的變化。該深度是按地質解釋的需要，通過選擇AB/2距離的 大小而定，也可同時繪制幾張不同AB/2的ρS平面等值線圖，反映幾個不同深度的情況。圖4-10為吉林某地ρS平面等值線圖。圖中等值線呈近東西方向條帶狀分布，南北兩側形 成梯度較大的、密集的高阻等值線束。從地質上看，測區南北有海西期花崗岩出露，在南部 還有前震旦紀變質岩，中部則為第四紀沉積所覆蓋，僅在少數點上有古近-新近紀煤系地 層和白堊紀地層露頭。由於所選AB/2已處於測深曲線尾部漸近線部位，反映的深度較 大，從異常特點看，梯度大而密集的等值線束，反映同一深度地層電阻率在較小的范圍內 發生了急劇變化，推測工區南、北兩側均有大斷層，亦可稱為地塹，而中部低阻等值線異 常則反映地塹中有小盆地存在。
圖4-10 吉林某地ρS平面等值線圖
（4）縱向電導S剖面及平面圖
當工區內具有電阻率較高的基底時，利用測深曲線尾部有45°漸近線的特點可編制出縱向電導S的圖件，用以反映高阻基岩頂面的起伏和構造形態。對於水平n層斷面，總 縱向電導S正比於基底項面的埋深，其關系是S＝H/ρt（ρt是基岩之上（n—1）層的平均 電阻率）。當岩層沉積環境基本穩定時，S的變化將反映基底的起伏。圖4-11是開魯一 號測線電測深曲線的綜合剖面圖。可以看出S剖面圖與ρS斷面圖對應較好，均可反映高 阻基岩的形態。圖中2～4號點間是凹陷范圍，其中心在3～3′中間。
2. 定量解釋
電測深曲線定量解釋的目的是確定每個測點所對應的各電性層的厚度、埋深和電阻率 值，通常分清了曲線類型和取得中間層電阻率之後，在對曲線分析對比或定性解釋的基礎 上，逐條的對電測深曲線進行定量解釋。一般是從已知到未知、從易到難、從曲線層次少 而且分層清楚的曲線先開始。解釋方法可分為量板法、計算機數值解釋法以及最優化反演 方法（又稱自動反演法）等。隨著電子計算機技術的快速發展和計算機的日益普及，數值 解釋法和最優化反演法已被廣泛採用。而較為繁瑣的量板法現在已經被淘汰。這里只對計 算機數值解釋法作簡單介紹。
圖4-11 開魯一號測線電測深曲線的綜合剖面圖
數值解釋法又可稱為正演擬合法。該方法是根據實測電阻率測深曲線特徵確定預測模 型的岩層層數，並試探性地給出一組層參數，用這組層參數計算一條理論電阻率測深曲 線，將理論測深曲線與實測曲線進行對比，如果不符合，便修改層參數再計算另一條理論 測深曲線，結果仍與實測曲線進行對比，如此下去，直到所計算的理論測深曲線與實測的 電阻率測深曲線基本符合為止，並將最後一組層參數hi與ρi（i＝1，2，…，n）作為實測 電阻率測深曲線的水平地層模型的層參數。
值得指出的是，由於電測深曲線等值性的存在，解釋時若事先能掌握中間層電阻率的 真值，那將會減小等值性的影響，取得較可靠的結果。此外，利用計算機還可以進行二維 和三維地電斷面的電測深曲線解釋。定量解釋的結果可繪制地電斷面圖，如圖4-11（c）所示。
㈡ 水深測量的主要技術方法有哪些
水深測量的主要技術方法有：單波束測深、多波束回聲測深、機載激光測深。
水深測量測線一般布設為直線，又稱測深線。測深線分為主測深線和檢查線兩類。