㈠ 电阻率测深法
利用岩、矿石导电性差异，解决各类地质学问题的实践中，以人工直流场源的电阻率 测深法（常称电测深法），应用最广而且效果较好。该测量方法是在一个观测点上，通过 多次加大供电极距的方法，逐次观测相应供电极距时的电阻率值。由于供电极距的加大，增加了供电电流在地下分布深度，也可以说加大了勘探深度。因此，所测得的是一个测点 上，自地表向下垂直方向电阻率的变化。
从理论上说，电测深法适用于划分水平的，或倾角不大于20°的电阻率分界面问题，而且在电性层不多的情况下，可以作定量解释，求出各层的厚度、埋深等。实践证明，这 种电测方法已超出了上述应用条件，有效地用于区域地质填图、石油和煤田地质构造普 查、探测与地质构造相关的矿产分布、水文及工程地质调查、山区或平原地下水资源勘测 以及城市工程建设的基底探测等方面。
（一）电阻率的测定和视电阻率
在利用人工地下稳定电流场研究大地电性分布的实践中，并不是直接利用人工场的电位或电场强度，而是用电阻率的变化和分布来表示地下电场变化特点。
1. 均匀大地的电阻率
当地表水平、地下半空间为均匀介质时，在地表任意两点A和B，将直流电通人地下，形成前面所说的两个异性点电流源的电场。在测定供电电流I的同时，测定I在地表 另两个点M和N之间产生的电位差△UMN，于是根据式（4-4），可知
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不难得到均匀大地电阻率ρ的表达式为
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令
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电阻率公式简写为
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式中：K是一个仅与A，B，M，N四个电极之间的距离有关的系数，常称为电极排列系 数或装置系数。
2. 视电阻率
实际上，地下地质情况是复杂的，电阻率的分布是不均匀的，即地电测量所研究的都 是非均匀的地电断面。按上述方式测量和按式（4-11）计算的电阻率值，就不可能是某 一地层或某种岩、矿体的真实电阻率，而是该电场作用范围内各种岩、矿石电阻率的综合 反映。为此，实践中人们引入视电阻率的概念，仍采用上述测量方式和计算公式，结果记 为视电阻率ρS，表示为
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影响视电阻率的因素有两个方面，其一是电场作用范围内地电断面本身的电阻率分 布，如断面中各地层或地质体的电阻率，它们的形状、规模、厚度、埋深等；其二是电极 的排列形式、电极距的大小、测点位置或电极排列与地质体之间的相对位置等。
虽然影响视电阻率的因素较多，但对于所欲测的地电断面而言，其电阻率分布或岩、 矿体产状等是不变的因素。若在一个测点上，逐次加大供电极距，所测视电阻率将反映该 点视电阻率随深度的变化。而保持供电极距不变，在不同测点上所测的视电阻率，所反映 的是沿测线同一深度视电阻率变化。前者就是电阻率测深法，后者即为后面所要介绍的电 阻率剖面法。
为了便于讨论和定性分析实测曲线，常将式（4-12）转换为视电阻率与电流密度间的关系式，其具体形式是
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式中：j0是介质均匀时MN间的电流密度，它只决定于电极排列和极距的大小，对于一 定的电极排列，可以认为它是定值。式（4-13）表明视电阻率ρS与测量电极MN之间的 电流密度成正比，也与MN间电阻率成正比。在地表介质均匀时，ρS只正比于jMN。该式 对非均匀断面视电阻率异常性质的分析是很重要的，因此视电阻率的异常可以归结为jMN 的异常，而根据jMN异常的状况，就不难判断非均匀地质体的性质。
3. 电测深仪器
电测深法中视电阻率的测定是通过观测供电电流I及其产生的电位差△UMN，再经过 式（4-12）计算而得。可见，电测深仪器的主要任务就是测量电位差和电流，但并非普 通的电位差计都可应用。按野外工作条件，要求仪器有较高的灵敏度和稳定性，要有较强 的压制干扰的能力，要有较高的输入阻抗和较大的量度范围，要绝缘性能好、体积小且轻 便耐用。目前我国采用的是国产的各种电子自动补偿电测仪器，如DWD一2A型微机电 测仪就是其中的一种。
4. 电测深法的野外工作布置
电测深法在野外是在同一测点上以改变电极距的方式观测若干次，由于电极距的改变，因此装置系数K也就逐次不同。通常采用模数为6.25cm的双对数坐标纸，并以 AB/2为横坐标，ρS为纵坐标，将同一测深点上所观测的全部视电阻率值，绘成一条电测 深ρS曲线。
实际工作中，常根据地质任务及测区的地质资料，选择一个电性标准层，这个层应该 是在测区内普遍存在、厚度比较大、电阻率稳定且与上覆岩层有较明显的电阻率差别。满 足于这样条件的电性标准层在各测深点的曲线上将有明显反映，可以把它作为电性层对比 的标准。实践中，常以符合上述条件的某些变质岩、火成岩或石灰岩作为高阻标准层。此 外在沉积区探测含水层分布时，常把符合条件而又与含水层密切相关的黏土隔水层作为低 阻标准层。
（1）供电电极距的选择
原则上是最小AB距离应能使电测深曲线的首部为近似于水平的线段，以便由它的渐近线直接求出第一电性层的电阻率ρ1；最大AB距离应能满足勘探深度的要求，并保证测 深曲线尾部完整，可以解释出最后一个电性层；在AB极距由小到大逐次增加的过程中，其增加的最大间距，应使有意义的最薄电性层所引起的ρS变化在测深曲线上也能反映 出来。
（2）测量电极距的选择
实际工作中，由于AB极距的不断加大，若MN距离始终保持不变，那么，当AB极距很大时，MN之间的电位差将会很小，以至于无法观测。因此随着AB极距的加大，往 往也需要适当地加大MN的距离，通常要求MN满足于下述条件：
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（二）电测深曲线类型及特点
1. 曲线类型
电测深曲线类型随地电断面中不同电性层的数目及其分布情况而异。这里仅就水平电性层组成的地电断面上电测深曲线类型加以描述。
（1）均匀情况
当地下地层电阻率均匀不变，厚度大而分布广时，随AB加大而测得的视电阻率不 发生变化，测深曲线是一条与横轴平行的直线，说明探测范围内，岩石电阻率是均匀 的。这种情况在测定岩石露头电阻率时会遇到，这时所用供电极距要比露头岩石分布 范围小得多，相对于供电极距而言，岩石露头可视为均匀介质，而测得的电阻率即为 真实电阻率。
（2）水平二层情况
当地层按电阻率大小可分为ρ1和ρ2两层时，若第二层厚度远远大于第一层厚度h1 时，可以认为是水平二层断面。相应的测深曲线分为两种类型，一是ρ2＞ρ1的G型；另 一种是ρ2＜ρ1的D型，如图4-3所示。
图4-3 水平二层测深曲线
（3）水平三层情况
当地电断面自上而下划分为ρ1，ρ2，ρ3三个水平的电性层时，按三者的大小关系有四 种不同类型的电测深曲线，其中ρ1＞ρ2＜ρ3的命名为H型；ρ1＜ρ2＜ρ3的为A型；ρ1＜ ρ2＞ρ3的K型；ρ1＞ρ1＞ρ3的为Q型，如图4-4所示。
图4-4 水平三层电测深曲线
（4）水平四层及多层情况
实际工作中，常遇到四层或更多层的断面，由于电阻率参数多了，曲线类型也就多了，对于水平层状断面，按ρ1，ρ2，ρ3，ρ4的关系，可构成八种不同的类型，每一种类型 用两个英文字母表示，前一个字母表示前三个电性层ρ1，ρ2，ρ3之间的关系，与三层曲线 类型的命名法相同，后一个字母表示除第一层外，ρ2，ρ3和ρ4三个电性层的关系，命名 法仍不变，因此共有HA型、HK型、KH型、KQ型、AA型、AK型、QH型、QQ型 八种曲线类型，如图4-5所示。
多层曲线命名方法亦按上述原则，例如有ρ1＜ρ2＞ρ3＜ρ4＜ρ5的水平五层断面，其曲 线类型应为KHA型。
2. 电测深曲线的特点
从上述曲线类型看出，它们是按电性层中电阻率大小的相互关系而划分的，电性层越多，曲线类型也随之多起来，分析各不同类型曲线发现，众多曲线中存在一些共同的 特点。
图4-5 水平四层电测深曲线
（1）首支渐近线
电测深曲线的首支（或称前支）都有ρ1的渐近线，那么因为在AB/2较小的情况下，即当AB/2《h1时，由AB所形成电场的有效作用范围只在均匀的ρ1中。利用式（4-13）不难看出，此时式中ρMN＝ρ1，jMN＝j0，于是有ρS＝ρ1，由此可见，不论测深曲线的类型 如何，曲线的首支都会出现数值为ρ1的渐近线。
（2）尾支渐近线
电测深曲线尾部，按最后一层电阻率ρn的具体情况，可有两种不同形式的渐近线。
一种是ρn值有限并与其上部电性层电阻率相差不大的情况。在 的条件 下，曲线的尾部出现ρS＝ρn的渐近线。如一水平二层断面，其上任一测深点的视电阻率 曲线，将是首部趋近于ρ1，中间逐渐过渡到尾部ρS趋近于ρ2的形式。另一种是ρn值较其上覆电性层的电阻率ρn-1值大得多，可视为ρn→∞的情况。此时电 测深曲线尾部在双对数坐标中，呈一与横轴夹角为45°的渐近线。也就是当 时，曲线尾部呈45°上升。这里仍以二层断面为例加以证明。二层水平断面中，若ρ2》ρ1，可以近似地认为ρ2→∞。当AB/2》h1时，由于ρ2对电 流的屏蔽作用，电流线全部平行层面而流过ρ1介质，如图4-6所示。此时流过ρ1层中的 电流I1为
式中：h1为电流I1所通过的圆柱面的高度； 为该柱面周边的半径。利用欧姆定律将上
图4-6 ρ2》ρ1，AB/2》h1时电流线的分布示意图
式化为
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其中：h1/ρ1以S1表示，称为纵向（即水平方向）电导，它表示电流平行于层面流过时，上覆层对电流的传导能力。于是
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将这个关系代入MN→0时的三极排列视电阻率公式：
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得到
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在双对数坐标中：
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显然，由于s为固定值，lgs为常数，所以上式是一条斜率为1的直线方程，即一条与横轴夹角为45°的ρS渐近线。
3.纵向电导与横向电阻
上面提出了纵向电导这一名称及其定义。实质上，纵向电导所表示的是，当电流水平通过顶面为1m2、高度为h（m）、电阻率为ρ的方柱体侧面时该柱体的电导。如果令该柱 体侧面之间的电阻为R，则由式（4-1）求出
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故纵向电导为
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由此可见，上覆各层的纵向电导分别为
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其总纵向电导则为
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在符合上述条件的n个水平层的情况下，可令
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式中：H＝h1＋h2＋…＋hn-1；ρt称为上覆（n-1）个岩层的平均纵向电阻率。若工作地 区有钻井资料，ρt可由下式确定：
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显然，按照式（4-17），只要工区内的ρt值基本上是稳定的，就能利用S的大小表示底 层顶面的深度。
另一方面，用T表示电流垂直通过顶面为1m×1m，高度为h（m），电阻率为ρ的方柱体介质时的电阻，称横向（即垂直）电阻。即
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于是，在底层非常厚但电阻率ρn很小的条件下，令上覆各层的厚度分别为h1，h2，…，hn-1；电阻率分别为ρ1，ρ2，…，ρn-1；这时上覆各层对电流的阻挡能力强，而底层对电流 的吸引作用强，故电流将垂直通过各层并沿ρn层中流过，如图4-7所示。因此各层的横 向电阻分别为
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上覆层的总横向电阻为
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图4-7 底层电阻率ρn→0时的电流线分布示意图
4.电测深曲线的等值性
电测深曲线的等值性是指中间层较薄的水平三层断面所对应的曲线所具有的一种特殊现象。它是指h2/h1较小的三层断面中，若ρ1，h1和ρ2一定，在保持S2或T2不变的条 件下，同时改变ρ2和h2，而测深曲线形状可保持基本不变的现象。在上述条件下，同一 条三层电测深曲线可以与n个或多个ρ2和h2不同的三层断面相对应。这种现象称为等价 现象或等值原理。造成等值性的物理原因并不难理解，如H型和A型曲线对应的断面 中，ρ2与ρ3相比属于低阻层，它在电场中成了电流的良好通道，只要该层的电导S2不 变，ρ2和h2同时少许变化，断面中的电流分布将不会发生变化，因此也就出现了曲线形 状基本不变的现象。同样，对于Q型或K型曲线所对应的断面，其高阻薄层ρ2在电场中 对电流起阻挡作用，若横向电阻T2不变，同时改变ρ2和h2，电流分布也将不变，自然也 就出现等值的曲线。值得指出的是，上述等值现象，在中间层厚度较大时就不存在了。
（三）电测深曲线的解释
电测深曲线解释的目的首先是确定测区内各电性层的分布、厚度及埋深，进一步把电性 层的结构特点与测区内地层分布、地质构造形态等进行对比，最后提出地质解释，把地电断 面尽可能转化为地质断面。为达到解释的目的，通常把解释工作分为定性解释和定量解释。
1. 定性解释
定性解释主要是通过绘制各种定性图件来实现，如电测深曲线类型图，纵向电导S剖面或平面图、视电阻率ρS断面图和等AB/2的视电阻率平面等值线图等。但解释中并非 每个测区都要完成上述图件的绘制，而是选择最能表达出研究地区地质构造特点的图件进 行编制，通常视电阻率断面图是必不可少的。
（1）电测深曲线类型图
电测深曲线的类型取决于地电断面的性质，因此根据曲线类型图的特征可以判断工区内 地质断面的变化。这类图形的作法是：按相应的工作比例尺在图纸上标明各测点的位置，绘 出该点经过缩小的电测深曲线，并在曲线首部注明起始点的视电阻率值。最好能根据测区岩 石电阻率资料绘制出不同曲线类型与相应地质断面的对比图件，用以说明曲线类型变化的地 质原因。也可采用简单作法，即在测点位置上直接用文字注明相应点的曲线类型。
（2）视电阻率断面图
这类图件的作法是：以测点为横坐标，以AB/2为纵坐标，用各测点的AB/2所对 应的ρS值绘制ρS等值线。该图反映沿测线垂直断面上的视电阻率变化，从图中可看出 基岩起伏、构造变化、电性层沿测线方向的分布等。图4-8是通过嘉峪关大断层18线 的视电阻率断面图，该区基底是砂质泥岩，电阻率较低；上覆岩层是高阻的砂砾石层，断面图中反映出高、低阻等值线明显分异的现象，等值线密集而陡立，可以认为是构 造断层的反映。
图4-8 嘉峪关大断面18线ρS断面图
图4-9为某区寻找地下水源的电阻率断面及综合解释图。从图中看出，该区表层为含水不多的泥砂层，厚约6～7m，电阻率为150～180Ω·m；其下为富含地下水的砂层，电阻率约为50Ω·m，厚约5～25m或更大些；含水层下部为石灰岩，可视为高阻标志层。实测曲线为H型，第一层反映表层，第二层为低阻含水层，尾部呈45°上升段，是高阻基 岩的反映。定量解释结果与钻探资料基本上吻合。根据解释结果给出地电断面图，该图与 视电阻率等值断面对应关系较好。
图4-9 某区寻找地下水源的电阻率断面及综合解释图
（3）等AB/2的视电阻率平面等值线图
这种图件的作法是：按照工作比例尺绘出测点平面分布图，然后在各测点位置上标明该点测深曲线已选定的AB/2的ρS值，最后绘制这些ρS值等位线。该图件主要反映测区 内某同一深度处岩石电阻率的变化。该深度是按地质解释的需要，通过选择AB/2距离的 大小而定，也可同时绘制几张不同AB/2的ρS平面等值线图，反映几个不同深度的情况。图4-10为吉林某地ρS平面等值线图。图中等值线呈近东西方向条带状分布，南北两侧形 成梯度较大的、密集的高阻等值线束。从地质上看，测区南北有海西期花岗岩出露，在南部 还有前震旦纪变质岩，中部则为第四纪沉积所覆盖，仅在少数点上有古近-新近纪煤系地 层和白垩纪地层露头。由于所选AB/2已处于测深曲线尾部渐近线部位，反映的深度较 大，从异常特点看，梯度大而密集的等值线束，反映同一深度地层电阻率在较小的范围内 发生了急剧变化，推测工区南、北两侧均有大断层，亦可称为地堑，而中部低阻等值线异 常则反映地堑中有小盆地存在。
图4-10 吉林某地ρS平面等值线图
（4）纵向电导S剖面及平面图
当工区内具有电阻率较高的基底时，利用测深曲线尾部有45°渐近线的特点可编制出纵向电导S的图件，用以反映高阻基岩顶面的起伏和构造形态。对于水平n层断面，总 纵向电导S正比于基底项面的埋深，其关系是S＝H/ρt（ρt是基岩之上（n—1）层的平均 电阻率）。当岩层沉积环境基本稳定时，S的变化将反映基底的起伏。图4-11是开鲁一 号测线电测深曲线的综合剖面图。可以看出S剖面图与ρS断面图对应较好，均可反映高 阻基岩的形态。图中2～4号点间是凹陷范围，其中心在3～3′中间。
2. 定量解释
电测深曲线定量解释的目的是确定每个测点所对应的各电性层的厚度、埋深和电阻率 值，通常分清了曲线类型和取得中间层电阻率之后，在对曲线分析对比或定性解释的基础 上，逐条的对电测深曲线进行定量解释。一般是从已知到未知、从易到难、从曲线层次少 而且分层清楚的曲线先开始。解释方法可分为量板法、计算机数值解释法以及最优化反演 方法（又称自动反演法）等。随着电子计算机技术的快速发展和计算机的日益普及，数值 解释法和最优化反演法已被广泛采用。而较为繁琐的量板法现在已经被淘汰。这里只对计 算机数值解释法作简单介绍。
图4-11 开鲁一号测线电测深曲线的综合剖面图
数值解释法又可称为正演拟合法。该方法是根据实测电阻率测深曲线特征确定预测模 型的岩层层数，并试探性地给出一组层参数，用这组层参数计算一条理论电阻率测深曲 线，将理论测深曲线与实测曲线进行对比，如果不符合，便修改层参数再计算另一条理论 测深曲线，结果仍与实测曲线进行对比，如此下去，直到所计算的理论测深曲线与实测的 电阻率测深曲线基本符合为止，并将最后一组层参数hi与ρi（i＝1，2，…，n）作为实测 电阻率测深曲线的水平地层模型的层参数。
值得指出的是，由于电测深曲线等值性的存在，解释时若事先能掌握中间层电阻率的 真值，那将会减小等值性的影响，取得较可靠的结果。此外，利用计算机还可以进行二维 和三维地电断面的电测深曲线解释。定量解释的结果可绘制地电断面图，如图4-11（c）所示。
㈡ 水深测量的主要技术方法有哪些
水深测量的主要技术方法有：单波束测深、多波束回声测深、机载激光测深。
水深测量测线一般布设为直线，又称测深线。测深线分为主测深线和检查线两类。