地電阻調查原理及施作方法

(一) 地電阻率測勘原理

ㄧ般影響地下地層電阻的因素有岩性、礦物組成、含水量、孔隙 率、孔隙水組成及溫度等，當地層層序變化造成有明顯的層間電阻率 對比，或是欲探測地下不同電阻率目標之存在，例如隧道、埋藏金屬 物、未爆彈(UXO)等，就適用於地電阻方法作為探測工具。地電阻法 之測勘原理，乃利用直流電或低頻交流電流經由一對電極(A、B)通入 地下，於地下建立人工電場。並利用另一對電極(M、N)測量電場在 M、N 間之電位差(如圖 3.4-1)，而據此計算地層的視地電阻率(Apparent Resistivity)，進而再運用反推計算方法推求地層真實地電阻率(True Resistivity)。

圖3.4-1、地電阻探測儀器示意圖

根據歐姆定律，電流(I)與電壓(V)成正比，而與電阻(R)成反比 V =I R...(式3.4-1) 當電流通過不同的地質材料時會因為電阻性質不同，而測得不同 的電位差；而電阻性質的大小則又決定於電流流過地質材料之流線長 度和流線之總截面積，以及物質的內部性質(即電阻率(ρ))有關，可進 一步表示為

...(式3.4-2)

運用上述原理，可進行地電阻法(Geoelectric Resistivity Method) 之測勘，其原理為：假設在均質的地面上任意布上四根電極(A, M, N, B)，經由一對電極(A, B)導入直流電或低頻之交流電，於地下建立人 工電場；並利用另一對電極(M, N)測量電場在 M, N 間之電位差如圖 3.4-2.，據此即可計算該地層的視電阻率（Apparent Resistivity）由式

(3.4-5)推出

...(式3.4-6)

(3.4-6)式 可進一步縮寫為下式：

...(式3.4-7)

∆V：電位差，

：電流極對電位極的絕對電位，

：電極至電極間的距離，

K:幾何排列因子(Geometric Factor)。

但 往 往 視 電 阻 率 並 不 能 代 表 地 下 地 層 的 真 實 電 阻 率(True Resistivity)，而是表示在對應之電極排列下，所有小於此深度的電性 地層的綜合效應，而要求得地下地層的真實電阻率及深度需經過反演 計算（逆推）的軟體處理才可求得，並繪出地層的電性影像，綜合上 述的結果統稱為“地電阻率的剖面影像法”。

(二) 二維地電阻影像剖面方法

地電阻量測可以藉由改變上述電極排列方式以及施測之位置與 順序，以測得不同解析度、不同測深範圍之地電阻率剖面。常見的 地電阻測勘的電極排列法甚多，各有其探測上的優點與限制，野外 施測所選定使用的方法，則視欲探測目標及施測地點的地形而異。

一般基本之常用電極排列有：施蘭卜吉排列（Sch1umberger Array）、

溫奈排列（Wenner Array）、雙偶極排列（Dipole-dipole Array）及雙 極排列（Pole-pole Array）等。

目前一般現地地電阻測量方式則是運用上述之電極排列法，於 地表沿一直線測線，順序改變電極間距與電極位置，如此可以測得 沿測線之不同深度、不同位置之視電阻率分佈，此種方法稱之為(二

維)地電阻影像剖面法(Resistivity Image Profiling, RIP)。由於地電阻 影像剖面法需逐次移動電流與電位之電極，因此施測上往往極為耗 費時間。對於中小範圍的環境監測與地下測勘，可以於地表以一定 間距佈設電極，運用地電阻儀器內建之自動調變頻道功能，依預先 選定之順序，逐次選用不同位置之四處電極分別作為電流與電位 極，如此可大幅減少移動電極之時間，另外由於可以運用反饋疊加 訊號，因此可減少訊號中之雜訊並提高解析度與增加施測深度，大 幅提高影像解析度。

圖3.4-3、溫奈排列（Wenner Array）示意圖

圖3.4-4、雙偶極排列（Dipole-dipole Array）示意圖

圖3.4-5、二維地電阻剖面影像探測示意圖

本工作所採用的儀器為美國Advanced Geosciences, INC.(AGI)公 司之SuperSting R1/IP 地電阻儀，並聯接可由電腦程式控制調變頻道 之 SmartCable 系統，此系統可選用特製之水下電極進行湖盆或海底 地電阻探測，最多可以同時接連256 根電極，進行快速、高密度之地 電阻影像剖面量測。本研究所採用的反演算數值軟體為 AGI 所開發 出之二維地電阻影像逆推反算程式 EarthImager 2D^TM。EarthImager 2D/3D 之反算程式可根據各種不同電極排列，與施測位置順序等資 五條長度約為 1 公里之二維地電阻影像剖面輪替式(Roll-along)測 線，以進一步釐清邊界之確切分佈。輪替式測線之做法係採用兩條固

圖3.4-6、地電阻輪替式(Roll-along)陣列施測方式示意圖

電極陣列1