淺析高密度電阻率法的發(fā)展

劉建新

[摘要]簡要敘述高密度電阻率法勘探方法的發(fā)展概況及其相關(guān)的原理與數(shù)據(jù)處理方法。

[關(guān)鍵詞]高密度電法 原理 特點(diǎn)

中圖分類號(hào)：O4-1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671－7597（2009）0420102－01

高密度電阻率法是根據(jù)水文工程及環(huán)境地質(zhì)調(diào)查的實(shí)際需要而研制的一種電探系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)的采集和資料處理兩部分。由于高密度電阻率法可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速采集和微機(jī)處理，從而改變了電阻率法勘探傳統(tǒng)的工作模式，大大地提高了工作效率，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，使電法勘探的智能化程度大大的向前邁進(jìn)了一步。

早在上世紀(jì)80年代初就有人開始倡議和研究高密度電阻率法，英國某些學(xué)者所設(shè)計(jì)的電阻率測深偏置系統(tǒng)實(shí)際上就是采用了多蕊電纜和高密度電測的基本設(shè)想。80年代后期高密度電阻率法由日本介紹到中國，并在國內(nèi)部分單位進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)工作。隨后國內(nèi)部分單位和院校開展了高密度電阻率法原理、模擬實(shí)驗(yàn)和儀器研制工作。長春科技大學(xué)于90年代初期研制成功由單片機(jī)控制的并且具有較強(qiáng)抗干擾性能的數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集系統(tǒng)高密度工程電測儀和程控多路電極轉(zhuǎn)換器以及高密度電阻率法的資料處理和結(jié)果圖示軟件系統(tǒng)，由此使該項(xiàng)技術(shù)在國內(nèi)達(dá)到了實(shí)用化程度。由于高密度電阻率法可以實(shí)現(xiàn)由阻率的快速大信息量的采集并在現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理或脫機(jī)處理，從而改變了電法勘探傳統(tǒng)的工作模式，使其和地震勘探的野外工作方式相類似，不僅提高了工作效率，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，而且與PC機(jī)通訊后便可給出地電斷面分布的各種圖示結(jié)果，其結(jié)果形象，簡單明了。同時(shí)由于數(shù)據(jù)的高重疊率，精度以及抗干擾性能大大提高，可獲得豐富的地質(zhì)信息。應(yīng)用高密度電阻率法勘查技術(shù)解決地質(zhì)災(zāi)害問題及巖土工程問題，主要是解決巖石或土體中的隱伏空穴（如巖溶、煤洞和暗河等）的存在位置、埋藏深度及空間分布形態(tài)；滑坡體滑帶位置；斷層、裂縫的垂向延伸及傾向等問題。

一、高密度電阻率法的基本原理

高密度電阻率法就其基本原理而言，與傳統(tǒng)的電阻率法完全相同，因此，它仍然是以巖（礦）石的導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)的一類電探方法，研究在施加電場作用下，地中傳導(dǎo)電流的發(fā)布規(guī)律，從而達(dá)到勘測地質(zhì)體的目的。高密度電阻率法工作時(shí)，是將數(shù)十根電極一次性布設(shè)完畢，每根電極既是供電電極，又是測量電極。通過程控式多路電極轉(zhuǎn)換器選擇不同的電極組合方式和不同的極距間隔，從而完成野外數(shù)據(jù)的快速采集。對(duì)某一極距而言，其結(jié)果相當(dāng)于電阻率剖面法；而對(duì)同一記錄點(diǎn)處不同極距的觀測又相當(dāng)于一個(gè)測深點(diǎn)；所以高密度電阻率法實(shí)際上就是電阻率剖面法和電阻率測深法的綜合。

二、工作技術(shù)方法及特點(diǎn)

（一）電極的排列形式。為了充分發(fā)揮高密度電阻率法的優(yōu)勢，獲得關(guān)于地電斷面結(jié)構(gòu)的豐富信息，高密度電阻率法可以依據(jù)不同的勘探對(duì)象，選擇不同的裝置形式或組合。其常見的電極裝置有溫納四極、偶極和微分裝置。上述幾種裝置形式在實(shí)際工作中可以同時(shí)選擇，也可以選擇其中一至兩種。一般而言，不同裝置對(duì)地質(zhì)體的異常反映大致相同，但又具有不同的特點(diǎn)：

（1）相對(duì)而言，溫納四極分辨能力較低，而偶極、微分和聯(lián)合三級(jí)分辨能力較高；（2）對(duì)地形起伏、表層不均勻等干擾，溫納四極的影響較小，而其它三種不對(duì)稱電極則影響較大；（3）異常幅度偶極法最大，聯(lián)合三極和微分法次之，溫納四極最??；（4）異常形態(tài)，溫納四極簡單，異常小而不明顯，偶極、微分法隨極距變化伴隨異常相對(duì)較明顯。

因此，實(shí)際勘測工作中，可以根據(jù)不同的勘測對(duì)象、地形條件來選擇相應(yīng)的裝置進(jìn)行勘測，以求達(dá)到最佳勘探效果。如在在野外采用溫納四極裝置采集數(shù)據(jù)。

（二）高密度電阻率法主要特點(diǎn)。相對(duì)于常規(guī)電阻率法而言，高密度電阻率法有以下特點(diǎn)：

（l）電極布設(shè)是一次完成的，測量過程中無須更換電極，因而可以防止因電極設(shè)置引起的故障和干擾；（2）同一條測線上電極布設(shè)完成后，能有效地進(jìn)行多種電極排列方式的掃描測定，從而可以獲得較豐富的地電結(jié)構(gòu)狀態(tài)和地質(zhì)信息；（3）數(shù)據(jù)的采集和收錄全部實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化（或半自動(dòng)化）不僅采集速度快，而且避免了由于人工操作所出現(xiàn)的誤差和錯(cuò)誤；（4）可以實(shí)現(xiàn)資料的現(xiàn)場實(shí)時(shí)處理或脫機(jī)處理。根據(jù)需要自動(dòng)繪制和打印各種圖件，大大地提高了電阻率法的智能化程度；（5）高密度電阻率法利用密集的數(shù)據(jù)采集方式，同時(shí)具備電測深法和電剖面法的特點(diǎn)，顯示地質(zhì)體形象、直觀，便于解釋；由于上述特點(diǎn)，使得高密度電阻率法與常規(guī)電阻率法相比，具有成本低，效率高，反映地電、地質(zhì)信息更豐富，更直觀，資料解釋簡單方便等特點(diǎn)，因此也就使得電法勘探能力有了顯著提高。

三、資料處理技術(shù)和分析解釋

高密度電阻率法能夠在一條剖面上采集不同裝置和不同極距的大量數(shù)據(jù)，包含有豐富的地質(zhì)信息。根據(jù)需要對(duì)數(shù)據(jù)作適當(dāng)?shù)募夹g(shù)處理，可進(jìn)一步反映地質(zhì)對(duì)象的賦存狀態(tài)。高密度電阻率法資料處理工作包括預(yù)處理、處理和結(jié)果。

1．預(yù)處理。預(yù)處理包括數(shù)據(jù)文件的建立以及數(shù)據(jù)排列、數(shù)據(jù)平滑等。數(shù)據(jù)文件的建立可通過工程電測儀與微機(jī)通訊來完成，也可通過鍵盤逐點(diǎn)輸入數(shù)據(jù)來建立。數(shù)據(jù)排列是把數(shù)據(jù)按要求格式排列。數(shù)據(jù)平滑可消除個(gè)別數(shù)據(jù)點(diǎn)的突跳現(xiàn)象。

2．?dāng)?shù)據(jù)處理。

（l）濾波處理方法。高密度電阻率法的正演計(jì)算結(jié)果表明，偶極和微分裝置的視電阻率參數(shù)，隨著隔離系數(shù)的增大，剖面曲線由單峰逐漸變成雙峰。因此在斷面等值線圖上，除了和地質(zhì)對(duì)象相對(duì)應(yīng)的主導(dǎo)常外，還將出現(xiàn)相應(yīng)的伴隨異常，為了消除或抑制這種由于極距變化引起的振蕩干擾，設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器，稱之為擴(kuò)展偏置濾波器，對(duì)觀測數(shù)據(jù)濾波處理。（2）統(tǒng)計(jì)處理方法。統(tǒng)計(jì)處理的方法是將高密度電阻率法的視電阻率參數(shù)通過一定的數(shù)據(jù)換算，突出異常的相對(duì)變化，然后將其參數(shù)值按等級(jí)的高低采用不同符號(hào)或灰階（或色度）來表示。（3）比值計(jì)算方法。利用高密度電阻率法不同裝置的視電阻率參數(shù)做某種比值組合不僅具有更為醒目的方式再現(xiàn)原有異常的特征，而且在一定程度上具有抑制干擾和分解復(fù)合異常的能力，從而大大改善了原始參數(shù)反映地質(zhì)對(duì)象賦存狀況的能力。

3．結(jié)果及資料處理程序。高密度電阻率法可形成大量的成果圖件，它們可以直觀、形象、生動(dòng)地反映地電斷面的電性分布和構(gòu)造特征。高密度電阻率法的成果圖件有以下幾種：各種參數(shù)的等值線斷面圖；各種參數(shù)的分級(jí)斷面圖（灰度圖）；各種參數(shù)不同極距的剖面圖。

四、結(jié)束語

本文簡單的介紹了高密度電阻率法的相關(guān)原理和概況，希望有更多更好的電探系統(tǒng)出現(xiàn)，為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋學(xué)東、王暉、王少杰、馬文明，高密度電法在土壩安全鑒定中的應(yīng)用[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008年02期.

[2]陳則林，覆蓋式高密度電阻率探測系統(tǒng)在堤防隱患探測中的應(yīng)用[J].水科學(xué)與工程技術(shù)，2008年S1期.

[3]周俊龍、江世永、王兵、飛渭，高密度電阻率法在紅衛(wèi)水庫土石壩隱患檢測中的應(yīng)用[J].后勤工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2008年02期.