高密度電法反演效果對比實驗研究

摘要：為優(yōu)化高密度電法的數(shù)據(jù)應用，利用高密度電法的溫納、偶極、微分、施倫貝謝爾裝置特征，實現(xiàn)對初始文件裝置信息的處理，提高Res2dinv反演圖示效果。本文依據(jù)原始數(shù)據(jù)文件的組合元素，討論裝置特征參數(shù)和電阻信息通過電阻值梳理及排列組合應用的案例效果實驗，闡述體系應用在解析區(qū)域電阻信息的價值。研究表明：梳理電阻值信息與文件組合的排列方法，對反演圖示獲取斷面電阻信息應用有著指導意義。

關鍵詞：高密度電法;裝置形式;反演

中圖分類號：P631.3 文獻標志碼：A

引言

高密度電法作為一種陣列式勘探，具有一次性完成電極的布設，能夠實現(xiàn)多種電極組合方式測量的特點，其通過巖、土導電性的差異，研究人工施加穩(wěn)定的電流場作用下地中傳導電流分布規(guī)律，技術方法便捷、原理清晰、圖像直觀，對圍巖的含水情況特別敏感，是劃分地層，探測斷層構造、巖溶及滑坡體等的一種有效探測方法[1-3]。許多學者依據(jù)電極排列[4-5]、系數(shù)計算[6]、物理模擬[7]、裝置結合[8]、反演算法[9]及實例工程等多角度分析高密度電法對于區(qū)域勘探的適用價值，取得了大量的研究成果。因此，高密度電法在工程實踐中需要較多的實驗解釋，如：高密度電法裝置類型對于水平與垂直方向上的信噪比、分辨率不同[4-5];不同裝置捕獲覆蓋范圍數(shù)據(jù)信息及深度探測存在的差異，裝置類型對異常體勘探效果影響[4-9];同一地電模型，電極距選擇不同，對異常體反演深度和實際埋藏深度的問題，均會影響模擬效果[4-5]。

集中了電剖面法和電測深法的高密度電法，其數(shù)據(jù)觀測點的信息對于反演圖示及目標體的資料解釋，研究裝置類型捕獲區(qū)域信息在勘探中的價值屬性具有重要應用。本文在前期目標體對電極排列裝置研究的基礎上[10]，通過數(shù)值模擬試驗，以溫納、偶極、微分、施倫貝謝爾裝置為例，研究高密度電法數(shù)據(jù)處理過程中組合的應用，提高電法數(shù)據(jù)的選擇和解釋。并結合反演圖示信息，總結裝置標號參數(shù)的選擇性說明，為工程勘探提供可靠依據(jù)。

1實驗實例

1.1區(qū)域概述

實驗場地位于宿州市某校區(qū)室外一體化實驗基地上方，基地主要由模擬巷道、水文系統(tǒng)、地層觀測系統(tǒng)、地球物理探測驗證系統(tǒng)、無損檢測系統(tǒng)、礦井測量系統(tǒng)6部分組成。已知模擬巷道有特征，如圖1（a）所示;且該模擬巷道埋深為1.0m，橫截面5.0m，模擬巷道高2.5m，其參數(shù)如圖1（b）。圖2的人工測線走勢為直線，模擬目標體位置可將測線分為3小部分，測點與巷道鄰邊相交處長度為16m，巷道上方測線跨度為10m，巷道邊界到最后測點位置距離11m。

為研究高密度電法采集信息的反演效果，進而提供合適的探測手段，依據(jù)實驗目的和地質條件選擇實驗方案。

2數(shù)據(jù)解釋

數(shù)據(jù)信息效果，根據(jù)有效的地下電阻率獲取工程案例總結，在場地探測中有著成功案例，一般體現(xiàn)在橫向分辨率高于縱向分辨率，且裝置的選擇對于探測結果有一定影響[4-9]。其中溫納裝置具有信號強度大、抗造強度強、探測深度深、垂向分辨率高，對高阻異常明顯的特點，可適用于覆蓋層、巖性界面及構造帶探測;偶極裝置抗干擾差、探測深度淺、有較好的縱向和橫向分辨率，低阻異常特征明顯，適用于巖溶、含水層等低阻異常探測;施倫貝謝爾裝置水平分辨率較好，可以兼顧深度和不同方向精度的使用，對于高阻及低阻異常均有一定反應，其缺點裝置信噪低、抗干擾差，對地層分界線、構造斷裂帶探測方面有較好應用效果[4-7]。

案例裝置數(shù)據(jù)的應用原理，由電法數(shù)據(jù)集合體系中測量裝置初始數(shù)據(jù)裝置參數(shù)與視電阻率值的重新排列，從而獲取新組合數(shù)據(jù)文件信息，應用不同組合的信息闡述獲得數(shù)據(jù)可在實測場地的優(yōu)化解釋。且由點位信息提取與梳理獲得視電阻率集數(shù)據(jù)文件4組：

3數(shù)據(jù)分析

視電阻率數(shù)據(jù)與裝置參數(shù)的排列，選用Surfer12依據(jù)數(shù)據(jù)文件元素的組合，獲得12組新數(shù)據(jù)文件，其中較好圖示信息4組：溫納裝置參數(shù)與第1組;溫納裝置參數(shù)與第2組;施倫貝謝爾裝置參數(shù)與第3組;施倫貝謝爾裝置參數(shù)與第4組數(shù)據(jù)組合（圖表1）。

a為溫納方式1;b為溫納方式2;c為施倫貝謝爾方式1;d為施倫貝謝爾方式2

由圖3a得有效信息，探測深度5.73m。橫向信息反映，該測線在跨度15m至27m處發(fā)生高阻反應其中存在高阻閉圈異常，低阻反應發(fā)生于15.2m至25m處。縱向分析，其高阻異常體下端埋深于 1.5m以下，低阻異常上端始于4.5m之上。由圖3b有效探測深度5.73m。橫坐標信息高阻反應存在于14.8m至27m區(qū)段，16m至26.8m高阻閉圈異常，低阻異常反應發(fā)生在15m至25m測線段?？v坐標信息顯示，高阻閉圈異常體下端埋深于2m以下，低阻異常體上端處于5.5m之上。圖3c顯示有效探測深度4.80m。橫向信息表示沿測線表層存在少許高阻體，高阻異常劇烈跨度為16m至24.8m，低阻異常區(qū)段為18m至24m?？v坐標信息高阻閉圈下端應出現(xiàn)于1.3m之下，低阻上段存在于4.5m之上。圖3d數(shù)據(jù)有效深度4.80m。橫向坐標其高阻反應起始于15m，結束在27m處，低阻異常在18m至24m區(qū)段內(nèi)?？v向信息高阻異常下端應存在1.27m以下，低阻異常體上端在埋深4m之上。

根據(jù)已知模擬巷道區(qū)域地質概況（巷道與積水等），對于實驗組合集的各反演結果圖對比，觀察部分的成圖結果與實際特征明顯不符，如圖5與圖6所示。

實驗數(shù)據(jù)，應用反演軟件Res2dinv讀取數(shù)據(jù)，觀察到同種高密度電法儀器參數(shù)，溫納、偶極、微分裝置參數(shù)并不能負荷多余參數(shù)之外的有效地電信息，不滿足正確的成圖方式，因此對于第3組與第4組數(shù)據(jù)結構探測效果較差。

4結論

通過以模擬巷道實例，高密度電阻率法采集視電阻率成像，各裝置、數(shù)據(jù)集的效果圖對比，得到高密度電阻率法原始數(shù)據(jù)基礎上，應用信息提取和排列方法體系是一種優(yōu)化數(shù)據(jù)的處理。

同樣地，組合文件反演的效果圖示是指導各裝置在垂向、水平分辨率的兼顧，或對于不同場地要求低阻異?；蚋咦璁惓５倪x擇性捕獲，可根據(jù)地貌特征決定裝置電阻信息的處理。其中實際測量中需要注意：

1）溫納的數(shù)據(jù)參數(shù)對復雜的視電阻率集合信息可以正確處理信息要素，相對于偶極、微分裝置更好的得到區(qū)域視電阻率分布情況。

2）偶極的數(shù)據(jù)參數(shù)對阻值異常情況相比其他幾組裝置處理較好，但是在組合數(shù)據(jù)中對于正確捕獲不是很理想。

3）微分的數(shù)據(jù)參數(shù)對低阻異常的區(qū)域捕獲相對其他幾組裝置較敏感，可以反演出圈閉低阻異常的核心區(qū)域跨度。

4）施倫貝謝爾的數(shù)據(jù)參數(shù)對較多數(shù)據(jù)點位視電阻率信息仍然可以較好的反演。

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基金項目：省級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目“電性參數(shù)識別異常體效果對比的實驗研究”（S202010379105）;國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目“高密度電法勘探中地形校正方法研究”（201910379050）;宿州學院地質資源與地質工程重點學科青年人才培養(yǎng)開放課題（2017xjzdxk2）

宿州學院 資源與土木工程學院 安徽 宿州 234000