高密度電阻率法在地質勘探中的應用

摘 要:隨著地球物理勘探技術的日益發展，電法成為地質探測行之有效的方法。其中，高密度電阻率法具有獲取信息大，測點密度高，獲取信息速度快等優點，應用于地質勘探工程，取得了良好效果，在今后的同類工作中，應該逐步推廣應用該勘探方法。

關鍵詞:電阻法勘探高密度

中圖分類號:P62文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(a)-0102-02

地球物理勘探技術是一種應用物理學理論，利用電子儀器進行各項工程，勘探石油、煤炭、天然氣等礦產資源的重要地球物理學方法，近年來其應用領域又推廣到地質工程和環境監測等領域。地球物理勘探技術與國家經濟發展、人民生活密切相關，是地球物理學中的重要分支之一。

1 高密度電阻法的應用與發展

高密度電阻法在國內外發展及應用領域較廣，諸多學者、專家進行了深入研究，主要成果如下:1994年，張獻民等應用高密度電法探測煤田分布情況;劉康和采用高密度電法，發現地表斷層情況;1997年，侯烈忠等運用高密度電法實測機場跑道，由監測數據分析可知，探測的異常特征在高密度電法中真實反映;1999-2001年，董浩斌、王傳雷等將高密度電法應用于長江堤壩壩體，電性隨長江水位變化研究中，提出了用高密度電法監測堤壩隱患發展情況;2001年，郭鐵柱等使用高密度電法在水壩滲漏勘查中良好效果;吳長盛運用高密度電法確定了堤壩存在安全的隱患，并依據勘測結果提出了相關治理建議;王文州將高密度電法用于高速公路高架橋巖溶地區勘探中，效果良好;王玉清等在高層建筑選址工作中運用高密度電法，從地球物理學與環境角度對地基處理及工程選址提出了合理建議:在湘西北巖溶石山區尋找水源中楊湘生應用該法，精確定出井位;2002年，劉曉東等將高密度電法用于巖溶災害調查，較詳實的了解了基巖巖溶發育情況。

高密度電阻率法在國外廣泛應用于堤壩隱患監測、海底、湖底等的電阻率分布狀況、隧道開挖方案可行性、污染物侵蝕分布、地下水位探測等方面。

2 高密度電阻法的工作原理

高密度電阻率法根據現場環境地質調查及水文工程需要而研制開發出的一種電探探測系統，見圖1，包括數據的采集、資料處理兩部分。高密度電阻率法實現了數據的快速采集與分析處理，從而改變了電法勘探的傳統的低效運作模式，大幅度提高了工作效率，勘探的智能化程度向前邁進了一步。

高密度電阻率法與常規直流電法相同，以探測地下目標體與圍巖間電性導差異為基礎的一種地球物理勘探方法。當向地下施加直流電時，在地表利用相應儀器觀測、分析電場分布情況，通過研究人工施加電場的分布規律可較為真實的反應地質狀況。(如圖1）

2.1 工程實例

勘探中使用了目前國內較為普遍電法勘探儀，DUK-2A型高密度電法測量系統。通過供電電極A、B向地下供電，然后通過測量電極M、N收集地下基巖電阻率，測量AM=MN=NB，A、B、M、N同步向右移動。首先選取隔離系數n=1，得出第1層數據，再逐漸增大隔離系數可得到第2、3層，……，直到第n層，所測得地下基巖的點為一個倒梯型。如圖2所示，試驗中測點總數為435，n(MIN)=30，n(MAX)=90，電極數為60。（如圖2）

2.2 施工布置

測區地勢平緩且植被較少，較易布線，選擇范圍盡量覆蓋全區的布線方式，測區內共布置測線6條，測線長度300m，相鄰測線間間距為15m，每條測線上有效物理點為60個，相鄰測點測距5m。測線沿東西方向設置，各剖面測量方向編號自西向東逐漸增大。

2.3 觀測方法

每條測線均采用對稱4極溫納裝置測量，施工布置基本參數為:最小隔離系數為1，最大隔離系數為10，測線上兩電極之間間距為5m。每次測完一條測線后，向側線一側平移15m再次進行布測，直到6條測線全部完成。

2.4 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。通過數據處理，可進一步真實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。

2.4.1 預處理

預處理包括數據文件的建立、數據平滑、數據排列等。數據文件的建立可通過工程電測儀與微機通訊協同工作完成，也可通過鍵盤逐點輸入數據建立。數據排列是指將數據按要求格式排列。數據平滑作用是消除個別數據點突跳現象。

2.4.2 數據處理

(1)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轉換，突出異常相對變化，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功能，可改善原始參數反映地質對象賦存狀況。

2.4.3 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，較為直觀、形象、生動地反映地電斷面的電性分布和構造特征。

3 高密度電阻率法在采空區應用

高密度電阻率法在某礦區進行地貌勘察，均取得了令人良好。

3.1 現場布設

現場共布置3條測線，編號分別為1～3號測線，長度均為300m。每條測線布置60個電極，電極間距均為5m。測試中每測線19個剖面，采集點數570個。通過繪制各測試斷面的視電阻率等值線圖，結合地形校正，對各測試斷面的視電阻率進行反演分析，進一步根據地質調查及勘察有關地質資料進行探測成果圖的判釋。

探測結果的判釋原則:①不同物性差異巖體，其電阻率均不同;②強度大、完整性好的巖體，其電阻率較高;③巖體破碎、完整性較差時，電阻率值比完整性好、強度大的巖體電阻率更高;④巖體中存在大型裂縫或空洞時，會出現顯著高阻區;⑤巖體裂隙間充填粘土或含水，電阻率值會大幅度降低;⑥充填型溶洞，尤其是粘土充填溶洞，出現低電阻率值異常區;⑦地表粘土或含水塊、碎石土，電阻率值偏低。

3.2 試驗結果分析

(1)l號測線:該剖面視電阻率平均較低，大部分在300Ω·m以下，結果表明地表25m深度范圍內，巖溶發育，巖體破碎，富水。其中，0～15m深度范圍內主要為碎石夾粘土;15～25m深度范圍內，巖體破碎主要為粘土夾塊石充填的溶槽或溶洞;25～45m深度范圍內，巖體相對較為完整。

(2)2號測線

該剖面視電阻率平均較低，大部分在300Ω·m以下，表明在地表30m深度范圍內，巖體破碎，巖溶發育，夾泥嚴重。其中，0-10m深度范圍內主要為塊石夾粘土:10-30m深度范圍內，巖體破碎，主要為粘土夾塊石充填的溶洞;30-45m深度范圍內，巖體相對較完整。

(3)3號測線

該剖面內可能發育兩條斷層，分別位于測線80m(75～85m段)和180m(170～190m段)。其中，80m處斷層傾向NE。

4 結語

本文較為詳實的闡述了高密度電阻率法勘探技術發展概況及工作原理，針對高密度電阻率法勘探過程中的工作方法、數據采集處理、模擬數據分析等方面優點及不足，并結合工程應用實例進行了驗證，對于其在工程上的推廣和應用具有重要指導意義。

參考文獻

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