電阻率在物探地質(zhì)勘查中的運用分析

趙玉立 曹光輝

摘 要：電阻率法作為物探方法中應(yīng)用最為廣泛的一種勘探方法，經(jīng)過不斷的改進與完善，已廣泛運用于各種領(lǐng)域，在水文、工程及環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中均取得了明顯的地質(zhì)效果和顯著的社會經(jīng)濟效益。文章主要闡述了有關(guān)電阻率在物探地質(zhì)勘查中的運用分析。

關(guān)鍵詞：電阻率；物探；地質(zhì)勘查；運用分析

1 前言

電阻率法實際上是一種陣列勘探方法。電阻率法因其便于野外信息采集、成本降低、效率提高，信息全而細，解釋方便，探測能力有很大提高等特點。針對電阻率法在物探地質(zhì)勘查中的運用進行深入的研究和探討。

2 電阻率法的工作原理

電法是一種陣列式勘探方法，布設(shè)在地面的若干根電極一次性布設(shè)完成，布設(shè)完成后由儀器自帶的計算機控制進行數(shù)據(jù)采集，它與常規(guī)電法相比，電法數(shù)據(jù)實現(xiàn)了自動化或半自動化的數(shù)據(jù)采集，大大提高了工作效率。電法的基本工作原理與常規(guī)電阻率法基本相同，它是以巖土體的電性差異為基礎(chǔ)的一種電探方法。

電阻率法的工作范疇包括數(shù)據(jù)的采集與數(shù)據(jù)的處理，與常規(guī)的電阻率法工作原理相同，主要是以地下介質(zhì)之間的導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)，通過A、B兩個電極向地下傳遞電流，然后在M、N電極之間測得電位差△V，從而求得該記錄點的視電阻率值Qs=K△V/I。在進行現(xiàn)場的勘測時，只需要將全部的電極合理的安放在一定距離的測點上，然后將多芯電纜連接到由單片機控制多路電極自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，這樣機器就能夠根據(jù)自身的需求進行電極與測點之間的自動轉(zhuǎn)換。測量的數(shù)據(jù)通過電極轉(zhuǎn)換開關(guān)傳輸?shù)轿C工程電測儀，根據(jù)實測的電阻率剖面數(shù)據(jù)，通過專業(yè)的計算機軟件進行反演數(shù)據(jù)處理，就可以獲得地層電阻率的分布狀況，從而推斷出地層結(jié)構(gòu)的分布狀況。

3 電阻率法的工作方法與數(shù)據(jù)處理

3.1 電阻率法的工作方法

針對不同的使用環(huán)境，我們要采取不同的觀測方法，電阻率法的工作方法主要有以下幾種：

（1）二極法是采集剖面數(shù)據(jù)的主要方法，主要是通過將一個供電電極與測量裝置放在假定無窮遠處，然后對其中的某一電極供電與其它電極之間形成電位差，從而形成二維電阻率斷面圖。

（2）三電位電極系主要是將溫納四極、偶極、及微分按照一定的工作順序?qū)⑵溥B接在一起對于測量遠電極的電位差時非常的方便。

（3）三極裝置對于測量異常體的分辨能力與剖面拼接點特性具有較強的使用價值。

3.2 數(shù)據(jù)的采集與處理

電阻率法的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由主機、多路電極轉(zhuǎn)換器及電極系三部分組成，主機主要通過通訊電纜和供電電纜向電極供電、接收和存儲信息，然后再通過數(shù)據(jù)處理軟件進行數(shù)據(jù)的處理。

電阻率法的數(shù)據(jù)處理包括修飾性數(shù)據(jù)處理與實質(zhì)性數(shù)據(jù)處理，修飾性數(shù)據(jù)處理是實質(zhì)性數(shù)據(jù)處理的前提。由于受到地質(zhì)條件、電阻率、地質(zhì)噪音等因素的影響，數(shù)據(jù)的采集經(jīng)常會出現(xiàn)較大的誤差，對這些數(shù)據(jù)進行初級的處理可以幫助得到更加真實的數(shù)據(jù)。在針對初級數(shù)據(jù)處理時主要包括無窮遠電極校正、去除突變點、數(shù)據(jù)拼接與轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)滑動平均等處理。實質(zhì)性數(shù)據(jù)處理主要包括地形改正、比值處理、畸變值處理、二維反演等。最后在計算機平面上形成二維圖像呈現(xiàn)出來。

4 電阻率法在物探地質(zhì)勘查中的工作流程

4.1 電阻率法的使用前提：工程開展之前需要針對整個工作區(qū)的地理特征進行分析研究，并查看是否能夠進行勘察。因為地層巖體的形成各有不同的年代，所以電阻率值的大小會受形成后是否經(jīng)歷構(gòu)造運動以及熱水變質(zhì)作用和風(fēng)化作用等因素的影響。因此，對比資料的多寡會對探查結(jié)果的詳細解釋具有重要的作用，例如：地質(zhì)勘探資料、鉆孔資料、測井資料、室內(nèi)巖土實驗資料等都是必不可少的資料。

4.2 電阻率法的數(shù)據(jù)采集包括多芯電纜、電極系、多路電極轉(zhuǎn)換器以及測量主機。觀測時按照設(shè)計的間隔，等間距電極由多芯電纜通過轉(zhuǎn)換器與主機聯(lián)接，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、存貯、傳輸?shù)扔嬎銠C自動控制的全過程。在工區(qū)布好測線，按一定的間距插上電極，用智能電纜將其聯(lián)接，進而用采集儀收集工區(qū)的數(shù)據(jù)。由于電阻率法探測的電極很多，必須處理好儀器自檢電極接地效果所發(fā)現(xiàn)的接地不良的電極，為了使其接地的效果良好，可以通過給電極周圍加水來達到目的。

4.3 數(shù)據(jù)的處理可分為預(yù)處理和實際性處理。由于地下不均勻的物體的存在、地形起伏、布設(shè)電極的接地電阻率變化以及地質(zhì)噪聲等因素對其的影響，都會產(chǎn)生異常干擾。因此針對原始的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，來剔除異常干擾，可以幫助得到更加真實的數(shù)據(jù)。解決了這些實際工作中常遇到的問題，預(yù)處理就可以更加方便地為后續(xù)實質(zhì)性處理作好鋪墊。相鄰斷面的數(shù)據(jù)拼接、插值、剔除虛假點、以及地形改正等都是預(yù)處理的主要方法。

4.4 資料實質(zhì)性處理

4.4.1 電阻率法有限元法的正演。有限單元法是一種以變分原理和剖分插值為基礎(chǔ)的數(shù)值計算發(fā)放。用這種方法求解穩(wěn)定電流場電位，得到地下半空間場的分布，以表征穩(wěn)定電流場的空間分布。

4.4.2 電阻率法的測量數(shù)據(jù)在處理方法上采用佐迪方法進行二維反演。它的原理實際上是通過不斷調(diào)整初始模型參數(shù)使正演曲線與實際曲線之差達到最小，此時得到的模型就作為實際測量所得到的地址模型，由此所得的最終模型參數(shù)作為反演結(jié)果。

4.5 為了將地下地質(zhì)情況能夠更準(zhǔn)確的查清，結(jié)合實際地形條件，采用多種方法進行解釋：

（1）通過與所得到的試驗圖像異常特征對比進行解釋。（2）同一剖面兩種或兩種以上裝置的圖像進行對比解釋。（3）將圖像與已知地質(zhì)剖面、鉆孔等數(shù)據(jù)進行對比。（4）抽取少量幾組符合測深條件的電測深數(shù)據(jù)進行反演解釋。

5 電阻率法的實際應(yīng)用

根據(jù)經(jīng)驗可以歸納出巷道與采空區(qū)為特高阻，灰?guī)r層為高阻，煤層呈中到相對高阻，灰?guī)r層和未開采煤層橫向較均勻且分布范圍一般很大，充水的巷道雖然呈低阻但是范圍很小。地表通過不同電極距的布設(shè)可以采集到反映地下不同深度、不同點的視電阻率值，而視電阻率值即蘊含著各種地質(zhì)體的分布信息，采用計算機對數(shù)據(jù)進行處理、影像成圖和綜合分析解釋，即可確定出地下采空區(qū)和巷道的分布范圍在地表的投影位置、形狀、以及大小。因此通過組成地下介質(zhì)層間的電性差異，電法被利用到了各種應(yīng)用領(lǐng)域：

（1）環(huán)境工程地質(zhì)：凍土調(diào)查；邊坡軟弱夾層調(diào)查；滑坡調(diào)查；巖溶探測。（2）水利工程：堤壩探測；堤防垂直防滲墻質(zhì)量檢測；水庫堤防滲漏檢測；水庫堤防裂縫檢測；河堤防隱患探測。堤壩結(jié)構(gòu)體探測。（3）城市工程勘察：人防工程探測；城市管線探測；路面塌陷調(diào)查；城市地下埋藏物探測。（4）工程地質(zhì)勘察：斷層探測；隧道滲漏探測；基巖面調(diào)查。（5）工程質(zhì)量檢測：隧道灌漿質(zhì)量檢測；煤田采空區(qū)處理灌注質(zhì)量檢測；堤防灌漿質(zhì)量檢測；巖溶灌漿質(zhì)量檢測。

6 結(jié)束語

總而言之，由于多變且復(fù)雜的地質(zhì)背景的影響下，使得在各種地質(zhì)調(diào)查情況下，常規(guī)電法勘探的應(yīng)用已經(jīng)不能完美地完成實際的地質(zhì)調(diào)查。本文針對分析了電阻率法在物探地質(zhì)勘探中的應(yīng)用有著重要的意義。

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