土壤電阻率測試中存在的問題綜述

許新剛，劉厚健，張希宏

(西北電力設(shè)計院，陜西 西安 710032)

土壤電阻率測試中存在的問題綜述

許新剛，劉厚健，張希宏

(西北電力設(shè)計院，陜西 西安 710032)

本文綜述了土壤電阻率影響因素以及土壤電阻率測試外業(yè)工作中的干擾原因，并對各種干擾因素提出了對應(yīng)的處理對策。掌握土壤電阻率影響因素，有利于電力設(shè)計中修正土壤電阻率參數(shù)；了解各種測量過程中的干擾因素，可以提高測量的精度。

土壤電阻率；干擾因素；電力系統(tǒng)。

土壤電阻率和大地導(dǎo)電率是電力系統(tǒng)設(shè)計中經(jīng)常用到的兩個基本參數(shù)，這兩個參數(shù)一般都需要通過現(xiàn)場測試獲取。土壤電阻率和大地導(dǎo)電率測試，一般采用直流電阻率法，常用的裝置形式有施倫貝爾和溫納對稱四極等，如圖1。

圖1 對稱四極裝置示意圖

土壤電阻率測試測量值是勘探體積內(nèi)所有地層的電阻綜合響應(yīng)結(jié)果，通過測量供電電極A、B流入大地的電流值I和測量電極M、N間的電位差ΔUMN，利用公式⑴計算視電阻率值。

土壤電阻率受巖土礦物成分、季節(jié)等多種因素影響，會隨環(huán)境變化產(chǎn)生變化，了解土壤電阻率的影響因素對土壤電阻率測試和設(shè)計使用具有重要意義。測試外業(yè)中，還會受到如地表干燥對接地的影響、極化影響、工業(yè)游離電影響等干擾。

1 影響土壤電阻率的因素

土壤電阻率的影響因素很多，主要的因素是礦物組分、含水性、結(jié)構(gòu)、溫度等。了解影響土壤電阻率的因素對進行電力系統(tǒng)設(shè)計工作修正土壤電阻率參數(shù)具有重要的意義。

1.1 土壤電阻率與礦物組分關(guān)系

礦物組分的電阻率是影響巖、土電阻率的最主要因素。自然界礦物的電阻率變化范圍很大，依據(jù)導(dǎo)電方式主要分為電子導(dǎo)電型、半導(dǎo)體導(dǎo)電型、晶體離子導(dǎo)電型三類。

大部分天然金屬、石墨的導(dǎo)電性非常好，其電阻率極低，小于10-5Ω.m。大部分金屬氧化物、硫化物，如黃鐵礦、黃銅礦、斑銅礦、方鉛礦、磁鐵礦、錫石等，還有無煙煤它們的電阻率較低，變化范圍是1～10-5Ω.m。赤鐵礦、鋁土礦、硬石膏、粘土礦、硅酸鹽等其電阻率范圍是1～106Ω.m。而自然界中的大部分造巖礦物，如長石、石英、方解石、云母等，具有極高的電阻率，一般均大于106Ω.m。

1.2 土壤電阻率與含水性關(guān)系

巖土的電阻率與礦物組分及其所含的流體有較大的關(guān)系。巖土的含水率、水的礦化度以及水的賦存狀態(tài)三個要素直接影響巖土電阻率。

一般孔隙度高、裂隙斷裂發(fā)育、巖溶發(fā)育的巖土，具備高含水性條件，當?shù)叵滤^淺時，其電阻率就較低。巖土中水溶液礦化度直接關(guān)系到導(dǎo)電離子的含量，含高礦化度水溶液的巖土的電阻率較低。巖土中水溶液相互聯(lián)通分布時，對其電阻率影響較大，而分散、孤立分布的水系對巖土電阻率影響就小。

1.3 土壤電阻率與地層結(jié)構(gòu)關(guān)系

巖土的電阻率還與地層結(jié)構(gòu)有關(guān)系。具有層理、片理結(jié)構(gòu)的地層其電阻率具有各向異性，在順層方向和垂直層方向?qū)щ娦杂胁町?。在進行土壤電阻率測試中，若地層的導(dǎo)電性各向異性明顯，應(yīng)進行多個方向測量，綜合取值。

1.4 土壤電阻率與溫度關(guān)系

溫度對土壤電阻率的影響主要是其中離子活動性隨溫度變化。在0℃以上，土壤電阻率隨溫度增加而減小，但變化幅度不大。而在0℃以下，土壤電阻率顯著變大，呈指數(shù)變化。因此，在不同季節(jié)進行土壤電阻率測試時，應(yīng)考慮到溫度的影響，尤其是存在凍土覆蓋層，時，表層電阻率會急劇增大。

2 土壤電阻率測試干擾因素及處理措施

2.1 電極極化效應(yīng)

在外電場作用下，金屬電極與土壤之間會產(chǎn)生電化學(xué)作用，破壞了原有的電偶層形成的具有新的電勢的電偶層，也就是電極極化效應(yīng)。電極表面會產(chǎn)生極化電位，對于測量電極M、N間就存在極化電位差，干擾了測量準確性。電極極化效應(yīng)大小與電極的材質(zhì)、電極附近土壤中溶液離子濃度、電極的氧化程度等有關(guān)系。鐵電極、鋁電極容易發(fā)生極化效應(yīng)，黃銅電極、紫銅電極的極化就不明顯。對于含鹽量高濕潤土壤，電極的極化效應(yīng)明顯，極化不穩(wěn)定，嚴重干擾測量結(jié)果，應(yīng)采用銅電極或不極化電極。

2.2 接地不良

直流電法是利用電極向地下供電形成穩(wěn)恒電流場，通過測量電極間的電位差計算視電阻率。因此，電極接地條件的好壞，直接影響測量結(jié)果。

電極的接地電阻主要受電極附近土壤、巖石的電阻率、電極的接觸面積、電極表面的氧化程度等影響。表層土壤電阻率高、電極氧化嚴重、電極接觸面積小就會造成接地電阻大，對于供電電極A、B而言會造成供電電流小，影響測量深度，對于測量電極M、N而言會造成測量電位差過小，影響測量的精度。外業(yè)中要注意分析接地不良的原因。一般通過澆水、加大電極深度、加粗電極等手段降低接地電阻；還可以通過多電極并聯(lián)降低接地電阻。

2.3 自然電場、工業(yè)游離電場

土壤電阻率測試還會遇到自然電場、工業(yè)游離電場的干擾。特別是在接地情況不良的情況下，人工電場強度低，干擾的比率高造成測量結(jié)果嚴重失真。

對于這種情況，一方面，可以通過試驗研究干擾場的變化規(guī)律，采用錯峰測量和對可控制的干擾源進行斷電處理；另一方面，要加大人工電場的強度和采用多次觀測疊加減小自然電場、游離電場的干擾。

2.4 其它干擾

采用對稱四極法測量土壤電阻率時，AMNB四個電極應(yīng)保證在一條直線上，利用對稱四極電阻率計算公式計算視電阻率是準確的。當四個電極不在一條直線上，計算結(jié)果就存在誤差。因此，一般規(guī)范規(guī)定，電極實際放線方向偏離預(yù)定方向<5°。

土壤電阻率測試需要鋪設(shè)長距離導(dǎo)線，導(dǎo)線使用過程中常會出現(xiàn)破損，另外還有儀器、電池箱破損對地絕緣性降低造成漏電影響。供電導(dǎo)線的漏電對觀測結(jié)果影響較大，越靠近測量電極M或N影響越大；而測量導(dǎo)線漏電一般對觀測結(jié)果影響不大。野外作業(yè)中，應(yīng)該勤檢查系統(tǒng)漏電，保障不出現(xiàn)漏電造成測量干擾的情況。

地形起伏會造成土壤電阻率測量值畸變，這種干擾經(jīng)常會出現(xiàn)。電極放線方向與起伏地形走向垂直時的電阻率的異常比平行走向時要大，因此在地形起伏地區(qū)，應(yīng)盡量將電極放線方向順著起伏地形走向布置，避免跨越較大的溝、坎。

3 結(jié)語

本文綜述了土壤電阻率的影響因素、測試中的干擾影響和處理措施。熟悉和發(fā)現(xiàn)土壤電阻率測試中的干擾影響，并采取對應(yīng)措施，可以提高測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量。了解土壤電阻率的影響因素，可以提高土壤電阻率反演參數(shù)選擇的合理性，為電力設(shè)計中土壤電阻率參數(shù)修正提供參考依據(jù)。

[1]李志聃.煤田電法勘探[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1990．

[2]孫建國.巖石物理學(xué)基礎(chǔ)[M].北京：地質(zhì)出版社，2006．

[3]李金銘.地電場與電法勘探[M].北京：地質(zhì)出版社，2005.

[4]DL/T 5159-2002，電力工程物探技術(shù)規(guī)程[S].

Summarizing on Problem in Measuring Earth Electrical Resistivity

XU Xin-gang, LIU Hou-jian, ZHANG Xi-hong
(Northwest Electric Power Design Institute, Xi’an 710032, China)

This paper summarize influence of earth electrical resistivity and disturbing factor in measuring earth electrical resistivity. Step for these disturbing factor has been token in section. Knowledge about in fl uencing factor of earth electrical resistivity avail amending earth electrical resistivity for design of power system. Precision of measure can be advanced by familiarizing disturbing factor.

earth electrical resistivity; disturbing factor; power system.

P631

C

1671-9913(2010)02-0010-03

2009-11-18

許新剛(1978-)，男，江蘇連云港人，碩士，現(xiàn)主要從事工程物探研究工作。