試論高密度電法勘探技術(shù)的應(yīng)用

郭桂柱

（江蘇煤炭地質(zhì)局普查隊(duì)，江蘇 徐州 221006）

高密度電法在巖溶勘察、找水等方面已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用，氣反演程序也較為成熟，此種勘察手段在接地條件較好的情況下，如電極布設(shè)在土壤中，測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)過反演后能夠較好的反應(yīng)實(shí)際情況。但是在接地條件較差時(shí)，反演誤差較大，結(jié)果不可信。對(duì)兩種勘測(cè)方法的比較中發(fā)現(xiàn)，施倫貝爾測(cè)深法效果較差，說明此種方法在接地條件較差的情況下不可用，溫納剖面法測(cè)得數(shù)據(jù)在反演中誤差較大，但是把數(shù)據(jù)繪成等值線進(jìn)行推斷，推斷結(jié)果可信。因此，在接地條件較差時(shí)，測(cè)量方法應(yīng)選擇剖面法而不是測(cè)深法，在對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行解譯時(shí)，不宜對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行反演，可以直接用視電阻率等值線圖來推斷。

1 高密度電法工作原理

高密度電法是工程物探有效方法之一，由常規(guī)電法發(fā)展而來，就其原理而言，與常規(guī)電阻率法完全相同，仍然以巖、土的電性差異為基礎(chǔ)，通過觀測(cè)和研究人工建立的地下穩(wěn)定電場(chǎng)的分布規(guī)律來解決礦產(chǎn)資源、環(huán)境和工程地質(zhì)問題。當(dāng)人工向地下加載直流電流時(shí)，在地表利用相應(yīng)儀器觀測(cè)其電場(chǎng)分布，研究在施加電場(chǎng)的作用下，地層中傳導(dǎo)電流的分布規(guī)律即視電阻率的分布規(guī)律，根據(jù)不同部位電阻率的差異性來推斷巖溶發(fā)育情況等。

高密度電阻率法的物理前提是地下介質(zhì)間的導(dǎo)電性差異。和常規(guī)電阻率法一樣，它通過A、B電極向地下供電流I，然后在M、N極間測(cè)量電位差ΔV，從而可求得該點(diǎn)（M、N之間）的視電阻率值ρs=KΔV/I。根據(jù)實(shí)測(cè)的視電阻率剖面，進(jìn)行計(jì)算、分析，便可獲得地下地層中的電阻率分布情況，從而可以劃分地層，判定異常等。

2 高密度電法的特點(diǎn)

高密度電阻率法是一種陣列勘探方法，野外測(cè)量時(shí)只需將全部電極（幾十至上百根）置于測(cè)點(diǎn)上，然后利用程控電極轉(zhuǎn)換開關(guān)和電測(cè)儀便可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速和自動(dòng)采集。當(dāng)測(cè)量結(jié)果傳送至電腦后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并給出關(guān)于地電斷面分布的各種物理解釋的結(jié)果。相對(duì)于常規(guī)電阻率法而言，它具有以下特點(diǎn)：

（1）電極布設(shè)是一次完成的，這不僅減少了因電極設(shè)置而引起的故障和干擾，而且為野外數(shù)據(jù)的快速和自動(dòng)測(cè)量奠定了基礎(chǔ)。

（2）能有效地進(jìn)行多種電極排列方式的掃描測(cè)量，因而可以獲得較豐富的關(guān)于地電斷面結(jié)構(gòu)特征的地質(zhì)信息。

（3）野外數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化或半自動(dòng)化，不僅采集速度快（大約每一測(cè)點(diǎn)需2～5s），而且避免了由于手工操作所出現(xiàn)的錯(cuò)誤。

（4）可以對(duì)資料進(jìn)行預(yù)處理并顯示剖面曲線形態(tài)，脫機(jī)處理后還可以自動(dòng)繪制和打印各種成果圖件。

（5）與傳統(tǒng)的電阻率法相比，成本低、效率高、信息豐富、解釋方便、勘探能力顯著提高。

3 結(jié)果討論

在某工程中對(duì)溫納剖面法、施倫貝爾測(cè)深法進(jìn)行了比較分析。勘察路線約1km，針對(duì)勘察路段的巖溶發(fā)育規(guī)律，為了達(dá)到應(yīng)有的勘察深度擬選用溫納剖面法、施倫貝爾測(cè)深法兩種測(cè)量方法，具體的參數(shù)相同，電極間距為4m，最大電極數(shù)60根，最大隔離系數(shù)為10，最小隔離系數(shù)為1。測(cè)線長度為236m，理論勘察深度為40m，符合勘察要求。

圖1 溫納剖面法成果反演圖

圖1為溫納剖面法成果反演圖像，反演誤差為43.9%，迭代次數(shù)為7次，反演結(jié)果可信度較低。

圖2 施倫貝爾測(cè)深法成果反演圖

圖2為施倫貝爾測(cè)深法成果反演圖像，反演誤差為122%，迭代次數(shù)為6次，反演結(jié)果可信度非常低。而且兩種的方法所得數(shù)據(jù)在反演時(shí)收斂極限幾乎為零，即反演已經(jīng)到了極限步驟，無法繼續(xù)反演。根據(jù)該地段的巖溶發(fā)育規(guī)律可知，發(fā)育較大溶洞的可能性較小，溶洞內(nèi)多為粘土充填，所以在推斷時(shí)應(yīng)選擇低阻區(qū)為可能存在溶洞的區(qū)域。

從圖1中可以看出低阻區(qū)分布比較集中，區(qū)域較大，發(fā)育如此大的溶洞可能性較低，所以反演的結(jié)果不能采用。

而圖2中的圖像，雜亂無章毫無規(guī)律可言，甚至出現(xiàn)不正常的現(xiàn)象，如對(duì)稱出現(xiàn)的高阻區(qū)。可以說施倫貝爾測(cè)深法在該地段的勘察基本失效。

圖3 電極布設(shè)在土壤中的數(shù)據(jù)反演圖

為了證明接地條件較差時(shí)反演結(jié)果不理想，把電極布設(shè)在土壤中，用溫納剖面法測(cè)得一段數(shù)據(jù)，如圖3所示。所用電極總數(shù)為24，最大隔離系數(shù)為7，反演誤差為9.4%，迭代次數(shù)為10次，而且在反演過程還未達(dá)到收斂極限?？梢钥闯?，在接地條件較好時(shí)，數(shù)據(jù)反演的結(jié)果也具有較高的可信度。

結(jié)語

根據(jù)高密度電法在實(shí)際工程中應(yīng)用可以得到如下結(jié)論：

（1）高密度電法勘探具有成本低、效率高、解譯方便等特點(diǎn)。

（2）在接地條件較差時(shí)，溫納剖面法的測(cè)量效果遠(yuǎn)大施倫貝爾測(cè)深法，實(shí)際運(yùn)用時(shí)宜選擇剖面法。

（3）接地條件較差時(shí)所測(cè)得的數(shù)據(jù)在反演時(shí)誤差較大，可信度偏低，解譯時(shí)不可迷信反演結(jié)果。

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