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地電阻影像剖面法問題評析

本研究案例於四種不同地質構造條件進行地電阻法試驗,以WN、WS、

DD、PD 以及 PP 五種電極排列方法量測,在不同場址之下,效果亦有所不 同。歸納前述所遭遇問題如下:

3.5.1 影像色階不同對於判識影響

反算軟體(Res2dinv)分析量測值得到電阻率影像剖面,依其電阻率最大 值與最小值之差,將色階區塊分為 17 種不同顏色,計 16 個色階值;其中 色階值間距最常使用為對數間隔(logarithmic interval),每間隔之值比為一常 數,等倍數間隔增加,另一種為線性間隔(linear interval),其間隔為一常數。

上述兩項方法決定色階值大小之外,可由使用者依其所需自行輸入16 個色 階值。影像剖面之電阻率值變化大小乃為吾人所關心,而影像分布情只是 易於判識電阻率變化特性,因此常在判識影像分佈容易導致誤判及差異。

另一方面需以觀察目標之電阻率大小判識為基準;如常利用地電阻法探 測地下水位界面,應鎖定低電阻率值10 ~50ohm-m 區,其未飽和層(vadose zone)之高飽和度電阻率,因達臨界飽和度,電阻率維持一定值,與地下水 位面之電阻率值差異不大,難以判識水位位置,但明顯可以界定出非飽和 層之高電阻率區,高電阻率區域內電阻率變化分界不需理會。因此電阻率 值代表的層面性質,於地質調查上需藉由定量以描述岩層性質,其方法有

井測、取樣量測、RCPT(Dahlin, 2004)等方法。

3.5.2 層面位置辨識問題

研究案例中影像剖面出現隨深度加深,垂直方向(z-direction)電阻率變化 性質於四個場址分別出現(1)單一層面情形:低電阻率變化至高電阻率(如圖 3.6);(2)單一層面情形:高電阻率變化至低電阻率(如圖3.19、圖 3.24),(3) 夾層情形:低電阻率中間夾有一層高電阻率區,如博愛校區測線 1 影像剖 面圖(如圖3.9、圖 3.10);(4)淺層為高電阻率,接著為低電阻率區,其中低 電阻率區域出現差異 20 ohm-m以內的電阻率區域(如 圖 3.18、圖 3.20、圖 3.21)。其中(1)與(2)較為單純情況;而(3)的夾層厚度因施測方法不同,有所 變化,缺乏鑽探資料無法定論;(4)的夾層在電阻率值差異不到 20 ohm-m,

若無鑽探資料難以辨識岩層性質不同之存在。

本研究擬進一步以 Loke 博士正算軟體(Res2dmod),探討業界常使用 Wenner 與 Pole-Pole 方法於上述四種電阻率分佈情形下,分別依反射係數 (Reflection factor, k)、界面位置(Zi)、夾層厚度(t)與夾層中心位置(Zc)等參 數,更進一步探討這四種參數對於垂直解析度與側向解析度能力之影響,

方法詳敘於第四章。

3.5.3 側向涵蓋範圍不全

測線兩側往往因空間不足,無法將測線平移(Roll along),補足測線兩邊

WN 影像剖面於測線起點處出現高電阻率,由於側向資料點涵蓋範圍較 PP 小,無法顯示出如PP 一致有明顯斷層通過之高電阻率區;博愛校區測線 1 結果亦顯示PD 與 WS 影像剖面位於測線 50 公尺,深度 16 公尺處有電阻率 產生變化,而WN 無法顯示變化。

3.5.4 現地情況不符二維假設

所謂真實二維條件是電阻率變化只發生在測線方向(x)與深度方向(z),

且與測線垂直方向(y)為一無窮遠均質條件;而現地常不符合真實二維條件,

x 方向測線外與 y 方向電阻率常有變異,或有邊界限制;例如懸崖、溪流…

等。這些條件未在正算分析中考慮邊界條件,因而產生誤差。

四、地電阻影像解析度探討

案例研究中影像剖面圖於單一界面或水平夾層情況下,不同電極排列法 施測所獲得地質電阻率性質隨深度與測線方向變化,顯示雖有一致趨勢特 性,但對電阻率變化界面位置及夾層厚度判識上有所差異,尤其當深度愈 深之處,其電阻率變化界面愈難以決定;若無鑽探資料輔助分析,難以決 定電阻率變化界面位置或夾層厚度。

本章節將使用Res2dmod 軟體模擬 Wenner 和 Pole-Pole 電極排列法於已 知模型施測所獲得之視電阻率,稱為正算模擬,及包含 Res2dinv 軟體反算 分析正算視電阻率資料值,獲取最佳反算模型;本研究模擬模型均假設為 理想二維條件下,地表面無高程變化條件。解析度探討首先探討一維度空 間解析度,分為垂直解析度與側向解析度;垂直解析度探討將模型分為單 一水平界面與水平夾層界面二種,側向解析度模型設為垂直界面以及垂直 夾層 界面,模擬斷層或溝渠(dyke)構造。最後以方形均質介質埋沒於另 一均質介質中,探討二維空間解析度。

垂直解析度探討中增加計算正算視電阻率分別對單一界面位置Zi或夾 層中心位置Zc與夾層厚度t之靈敏度與擬似深度(pseudo-depth)之間變化關 係,進而將最大絕對靈度值分別對反射係數、單一界面位置、夾層中心及 夾層厚度等參數變化關係以影像圖呈現。最後藉由真實模型與反算模型電 阻率值差異用於探討Wenner與Pole-Pole兩種電極排列法之空間解析能力,

並定性描述空間解析度受反射係數、層面位置以及夾層厚度參數影響行 為。本章空間解析度探討流程見圖4.1。

圖4.1 空間解析度探討流程圖