淺析高密度電阻率法的發展

劉建新

[摘要]簡要敘述高密度電阻率法勘探方法的發展概況及其相關的原理與數據處理方法。

[關鍵詞]高密度電法 原理 特點

中圖分類號：O4-1文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0420102－01

高密度電阻率法是根據水文工程及環境地質調查的實際需要而研制的一種電探系統，該系統包括數據的采集和資料處理兩部分。由于高密度電阻率法可以實現數據的快速采集和微機處理，從而改變了電阻率法勘探傳統的工作模式，大大地提高了工作效率，減輕了勞動強度，使電法勘探的智能化程度大大的向前邁進了一步。

早在上世紀80年代初就有人開始倡議和研究高密度電阻率法，英國某些學者所設計的電阻率測深偏置系統實際上就是采用了多蕊電纜和高密度電測的基本設想。80年代后期高密度電阻率法由日本介紹到中國，并在國內部分單位進行演示實驗工作。隨后國內部分單位和院校開展了高密度電阻率法原理、模擬實驗和儀器研制工作。長春科技大學于90年代初期研制成功由單片機控制的并且具有較強抗干擾性能的數據自動化采集系統高密度工程電測儀和程控多路電極轉換器以及高密度電阻率法的資料處理和結果圖示軟件系統，由此使該項技術在國內達到了實用化程度。由于高密度電阻率法可以實現由阻率的快速大信息量的采集并在現場進行數據的實時處理或脫機處理，從而改變了電法勘探傳統的工作模式，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，減輕了勞動強度，而且與PC機通訊后便可給出地電斷面分布的各種圖示結果，其結果形象，簡單明了。同時由于數據的高重疊率，精度以及抗干擾性能大大提高，可獲得豐富的地質信息。應用高密度電阻率法勘查技術解決地質災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；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，與傳統的電阻率法完全相同，因此，它仍然是以巖（礦）石的導電性差異為基礎的一類電探方法，研究在施加電場作用下，地中傳導電流的發布規律，從而達到勘測地質體的目的。高密度電阻率法工作時，是將數十根電極一次性布設完畢，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，從而完成野外數據的快速采集。對某一極距而言，其結果相當于電阻率剖面法；而對同一記錄點處不同極距的觀測又相當于一個測深點；所以高密度電阻率法實際上就是電阻率剖面法和電阻率測深法的綜合。

二、工作技術方法及特點

（一）電極的排列形式。為了充分發揮高密度電阻率法的優勢，獲得關于地電斷面結構的豐富信息，高密度電阻率法可以依據不同的勘探對象，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際工作中可以同時選擇，也可以選擇其中一至兩種。一般而言，不同裝置對地質體的異常反映大致相同，但又具有不同的特點：

（1）相對而言，溫納四極分辨能力較低，而偶極、微分和聯合三級分辨能力較高；（2）對地形起伏、表層不均勻等干擾，溫納四極的影響較小，而其它三種不對稱電極則影響較大；（3）異常幅度偶極法最大，聯合三極和微分法次之，溫納四極最小；（4）異常形態，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較明顯。

因此，實際勘測工作中，可以根據不同的勘測對象、地形條件來選擇相應的裝置進行勘測，以求達到最佳勘探效果。如在在野外采用溫納四極裝置采集數據。

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

（l）電極布設是一次完成的，測量過程中無須更換電極，因而可以防止因電極設置引起的故障和干擾；（2）同一條測線上電極布設完成后，能有效地進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構狀態和地質信息；（3）數據的采集和收錄全部實現了自動化（或半自動化）不僅采集速度快，而且避免了由于人工操作所出現的誤差和錯誤；（4）可以實現資料的現場實時處理或脫機處理。根據需要自動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據采集方式，同時具備電測深法和電剖面法的特點，顯示地質體形象、直觀，便于解釋；由于上述特點，使得高密度電阻率法與常規電阻率法相比，具有成本低，效率高，反映地電、地質信息更豐富，更直觀，資料解釋簡單方便等特點，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據，包含有豐富的地質信息。根據需要對數據作適當的技術處理，可進一步反映地質對象的賦存狀態。高密度電阻率法資料處理工作包括預處理、處理和結果。

1．預處理。預處理包括數據文件的建立以及數據排列、數據平滑等。數據文件的建立可通過工程電測儀與微機通訊來完成，也可通過鍵盤逐點輸入數據來建立。數據排列是把數據按要求格式排列。數據平滑可消除個別數據點的突跳現象。

2．數據處理。

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

3．結果及資料處理程序。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、生動地反映地電斷面的電性分布和構造特征。高密度電阻率法的成果圖件有以下幾種：各種參數的等值線斷面圖；各種參數的分級斷面圖（灰度圖）；各種參數不同極距的剖面圖。

四、結束語

本文簡單的介紹了高密度電阻率法的相關原理和概況，希望有更多更好的電探系統出現，為我國的經濟建設服務。

參考文獻：

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