基於研究方法,各解析度參數如圖3- 2 所示,分別為馬賽克方格大小 A、方格水平間距 Bx、垂直間距 By、表層間距 C、電極間距 D 以及方格與 背景電阻率比值,定義為對比度,初始模型先將地層模擬為相對均質的地 層分佈,即 Bx=By=A、C=A、D=A、方格與背景電阻率對比度=0.5,再以 方格大小 A 為基準值,變動各解析參數進行模擬,以探討各參數值對地電 阻空間解析度的影響,其模擬結果共分為下列五點詳加說明。
1.電極間距之影響
由初始數值模型改變電極間距D,分別等於 A/2、A、2A,以探討電極 間距對地電阻空間解析度的影響,其模擬結果如圖4- 1 所示。比對左圖數 值模型與右圖反算結果,由反算結果解析出的馬賽克方格幾何形狀,發現 明顯隨著電極間距逐漸變小,解析度也隨之提高,尤其當電極間距小於數 值模型之馬賽克方格大小時,即 D=A/2 時,其解析結果最好,第一層馬賽 克方格可以更為明顯的解析出來,但第二層方格因位於相對較深層的位 置,解析度較低,故由反算結果中無法清楚解析;在電阻率值的解析方面,
反 算 結 果 之 方 格 以 及 背 景 電 阻 率 普 遍 都 較 數 值 模 型 高 約 100~200
及方格的幾何相關位置。
圖4- 1 電極間距解析結果(a)數值模型(b)反算結果
2.深度之影響
由初始數值模型改變表層間距C,分別等於 0、A、2A,以探討馬賽克 方格距地表深度對地電阻空間解析度的影響,而初始模型以高電阻率為其 模型背景值,低電阻率為馬賽克方格值,方格與背景電阻率對比度=0.5,因 此又考慮當背景與方格高低電阻率值互換,即背景為低電阻,對比度=2 時,
改變表層間距C 對地電阻空間解析度之影響。
初始模型為高電阻背景值,即對比度=0.5 時,改變表層間距 C=0、A、
2A,其模擬結果如圖 4- 2 所示。隨著數值模型之馬賽克方格越來越深,其 解析程度越差,當 C=2A 時最差,反算結果的馬賽克方格位置處已被模糊 化,無法明顯分辨出其幾何位置;反之若 C=0,即數值模型方格位於地層 表面時反算後的解析結果最好,方格相關位置正確且幾何形狀也與數值模 型最為接近,且反算結果之電阻率誤差量低,較數值模型高約50(ohm-m)。
而當背景為低電阻,即對比度=2 時,改變表層間距 C=0、A、2A,其 模擬結果如圖4- 3 所示,與背景為高電阻時的模擬結果相似,即 C=0 時反 算後解析度最佳,隨著馬賽克方格越深,解析度也隨之遞減,且遞減程度 較背景為高電阻時嚴重,當C=A 時,反算結果的方格相關位置與電阻率值 就已嚴重模糊化,顯示當背景為相對較低電阻分佈時,對於地電阻法的深 度解析有很大的影響。
圖4- 2 深度解析結果(背景高電阻)(a)數值模型(b)反算結果
圖4- 3 深度解析結果(背景低電阻)(a)數值模型(b)反算結果
3.電阻率對比度之影響
由初始數值模型改變馬賽克方格與背景電阻率比值,即固定方格值為 500ohm-m,而改變模型背景值為 2000、1000、650,使其對比度分別等於 0.25、0.5、0.77 時,對地電阻空間解析度的影響;此外也考慮馬賽克方格 與模型背景值之高低電阻率互換,即背景為低電阻時,使對比度分別等於 1.3、2、4 的解析情形。
當初始模型背景為高電阻時,改變對比度等於 0.25、0.5、0.77,其模 擬結果如圖 4- 4 所示。隨著對比度逐漸提高,反算結果中馬賽克方格幾何 位置解析度也越好,但由於高低電阻率比值漸增,馬賽克方格與整體背景 電阻率值受模型背景高電阻的影響也越大,導致反算後所解析電阻率與數 值模型之誤差量增加,對比度為 0.77 時,反算電阻率較數值模型高約 80
(ohm-m),而對比度提高為 0.25 時,電阻率誤差量增加為 500(ohm-m),
但整體而言仍可清楚解析出背景值與方格值的高低電阻率差異以及方格的
值,降低了電探解析度。
圖4- 4 對比度解析結果(背景高電阻)(a)數值模型(b)反算結果
圖4- 5 對比度解析結果(背景低電阻)(a)數值模型(b)反算結果
4.方格間距之影響
初始模型中,在背景為高電阻值(對比度=0.5)的情形下,將地層假設 為分布較為均質的地質模型,因此馬賽克方格水平間距 Bx 與垂直間距 By 皆設定等於方格大小 A。為了進一步探討馬賽克方格分佈型態對於地電阻 空間解析度的影響,考慮下列兩種方格間距分布作相關模擬:
(Ⅰ)水平間距Bx=4A,垂直間距 By=0、4A
(Ⅱ)水平間距Bx=0,垂直間距 By=0、4A
由圖4- 6,當方格水平間距 Bx 增加為 4A、垂直間距 By 縮小為 0,由 於整體數值模型馬賽克方格相較於初始模型而言分佈較為離散,因此反算 結果的方格幾何位置解析與方格形狀解析都較初始模型的解析結果來的要 好,甚至可以解析出第二層方格;至於整體電阻率值的解析方面同樣受到 背景高電阻的影響,普遍較數值模型高約 100~200(ohm-m)。由上述解析 結果,預期當 Bx=4A 且 By=4A 時,由於馬賽克方格更加離散,其解析的 結果應該更好,但是由反算結果發現,由於By=4A 時,使得第二層馬賽克 方格移動至相對較深的位置,受到地電阻解析度深度遞減效應的影響,因 而無法解析出第二層馬賽克方格,不過也因為兩層方格分佈較為離散,而 使得第一層方格的解析度有相對較好的趨勢;電阻率值的解析方面同樣較 數值模型高約100~200(ohm-m)。
由圖 4- 7 顯示,當方格水平間距 Bx=0、垂直間距 By=0,其反算結果
的解析結果不佳,仍有部分低電阻的帶狀趨勢。
圖4- 6 方格(Ⅰ)解析結果(背景高電阻)(a)數值模型(b)反算結果
圖4- 7 方格(Ⅱ)解析結果(背景高電阻)(a)數值模型(b)反算結果
考慮當背景為低電阻(對比度=2)時,同樣以前述兩種馬賽克方格間 距分布,來探討其對於地電阻空間解析度的影響,模擬結果如圖4- 8 與圖 4- 9 所示。由圖 4- 8,在相同數值方格的間距分佈下,基本上各反算結果與 背景為高電阻時的趨勢一致,同樣當數值模型之馬賽克方格分佈越離散 時,即Bx、By 越大,反算後的解析結果會越好,不過由於背景為低電阻時,
明顯對於電探的解析能力有很大的影響,故整體解析度都較背景為高電阻 時低很多,僅能大致看出方格的高電阻位置,解析出的方格形狀以及電阻 率值都與原數值模型差異甚大。而由圖 4- 9 顯示,當數值模型中兩層馬賽 克方格越靠近,即Bx、By 越小,使得電流於兩層方格間有機會互相流通,
導致在反算結果中同樣有帶狀高電阻區域的解析結果產生,因而無法清楚 解析出各馬賽克方格之相關幾何位置與形狀。
圖4- 8 方格(Ⅰ)解析結果(背景低電阻)(a)數值模型(b)反算結果
圖4- 9 方格(Ⅱ)解析結果(背景低電阻)(a)數值模型(b)反算結果
5.其他探討
經過上述地電阻空間解析度的各相關參數探討後,可以發現電探對於 各變動參數條件下,當數值模型的馬賽克方格由反算結果中得以解析時,
在反算後的地電阻剖面範圍內,其馬賽克方格的相關幾何位置幾乎都可以 非常準確的顯示出來,與數值模型所假設的方格位置十分吻合,不過在方 格幾何形狀以及電阻率值的解析能力上,因為反算分析屬於一種最佳化的 疊代方法,故包含許多模型假設以及不確定資訊,使得反算後的結果往往 無法與原始數值模型完全吻合,必然會有某種程度變異性以及模糊化的效
果,因此在詮釋地電阻剖面結果時要先有此認知,不可對剖面過度的解讀;
此外,反算後的地電阻剖面,在剖面的最下方以及左右兩側,常常會有原 數值模型中所沒有設定的異常高電阻或低電阻塊狀區域產生,可能因數值 模擬的過程中對於探測範圍的邊界處產生部分的邊界效應,進而造成反算 結果的異常值,因此地電阻剖面於該處的解析度較低,進行剖面結果判識 時應特別注意。