淺析高密度電阻率成像法的基本原理

石素梅　李風順

【摘 要】高密度電阻率成像法是一種以地電差異為基礎的一種較新的地球物理方法。本文通過文獻追蹤，總結了高密度電阻率成像法在國內外的研究現狀，并介紹了高密度電阻率成像法的原理。

【關鍵詞】高密度電阻率成像法；電極排列方式；電極距

1 高密度電阻率成像法簡介

高密度電阻率成像法是一種勘探式陣列方法，它可以通過地下巖石的導電性差異來反映地下介質的電阻率分布狀況[1]，進而通過研究介質與電阻率之間的關系獲得研究介質的分布。高密度電阻率成像法具有非常多獨特的優點，如：（1）可一次性布設多個電極，即可實現多次連續測量；（2）電極排列方式較多，且不同的電極排列方式有各自的優點，可以獲得豐富的地電斷面信息；（3）測量實現了半自動化，測量簡單方便，而且大大減少了人為失誤；（4）集電剖面法與電測深法于一體，既可以探測橫向變化，也可以探測垂向變化等[2-4]。

2 高密度電阻率成像法國內外研究現狀

高密度電法的應用范圍很廣，周啟友等[5-6]利用高密度電法確定了三維空間中輕非水相液體的飽和度分布，并對基巖中的三維裂隙網絡進行了原位識別；肖川等[7]利用高密度電法探測了煤礦采空區的范圍并確定了隱伏水源的位置；劉庭發[8]等將ERT的電極插入土柱中，探究常規物理模型和超重力環境中土壤三維電阻率分布；S.Garre等[9]使用ERT監測水分的運動狀態來制定植物的單作和間作系統；John Koestel等[10]將ERT與染色技術結合應用于充滿砂土的蒸滲儀中，說明了兩者結合的可行性；B. F. J. Kelly等[11]將ERT用于監測棉田中的水分運動，提出將ERT用于農田水分的管理；Sebastián Dietrich等[12]利用ERT監測入滲和在分布過程中水分在田間非均質土壤中的變化情況。

3 高密度電阻率成像法測量原理

高密度電阻率成像法主要是通過布設多個電極，利用多芯電纜將其連接到電極轉換器，然后電極轉換器通過形成不同的電極排列裝置和不同的電極距，實現對地下介質的快速監測[4]。電極距與電極數量與高密度電阻率成像法的探測距離和精度息息相關，電極數量越多，電極距越大，則探測的深度越大，精度越低。

高密度電阻率成像法有多種電極排列方式，其中使用較多結果也較為準確的分別為溫納裝置（又稱為α裝置）、偶極裝置（又稱為β裝置）、微分裝置（又稱為γ裝置）[13]。這些都是典型的四級裝置，所有的電極既是供電電極又是測量電極，其主要差異是供電電極和測量電極的排列不同。

以溫納裝置為例，假設A和B分別是供電電極， M和N分別是測量電極，電極距為a，即AM=MN=NB=a，開始測量時，四個電極依次向右測量，得到第一層電阻率分布圖像。當測量第二層時，電極距增大一倍，即AM=MN=NB=2a，且電極依次向右移動，得到第二層電阻率分布圖像。以此類推，當測量第n層時，AM=MN=NB=na，得到第n層電阻率分布圖像，且其整個電阻率分布圖像為倒梯形。所以，測量的深度越深，獲得的地電信息越少，測量的精度也越小。溫納裝置的電極排列方式為AMNB，偶極裝置的電極排列方式為ABMN，微分裝置的電極排列裝置為AMBN[13]。不同的電極排列方式在橫向和縱向上的探測精度不同，從而確保了可以獲得較多的地電斷面信息。

4 展望

隨著科技的進步和研究的深入，高密度電阻率成像法的應用范圍會越來越廣泛，且其可以與很多先進技術聯合使用，為研究地下介質的更多信息提供了新方法。

【參考文獻】

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[13]王愛國，馬巍，王大雁.高密度電法不同電極排列方式的探測效果對比[J].工程勘察，2007，1：72-75.

[責任編輯：朱麗娜]