高密度電法反演效果對比實驗研究

摘要：為優化高密度電法的數據應用，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。本文依據原始數據文件的組合元素，討論裝置特征參數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，研究人工施加穩定的電流場作用下地中傳導電流分布規律，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]。許多學者依據電極排列[4-5]、系數計算[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據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，其數據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，研究高密度電法數據處理過程中組合的應用，提高電法數據的選擇和解釋。并結合反演圖示信息，總結裝置標號參數的選擇性說明，為工程勘探提供可靠依據。

1實驗實例

1.1區域概述

實驗場地位于宿州市某校區室外一體化實驗基地上方，基地主要由模擬巷道、水文系統、地層觀測系統、地球物理探測驗證系統、無損檢測系統、礦井測量系統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，依據實驗目的和地質條件選擇實驗方案。

2數據解釋

數據信息效果，根據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]。

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

3數據分析

視電阻率數據與裝置參數的排列，選用Surfer12依據數據文件元素的組合，獲得12組新數據文件，其中較好圖示信息4組：溫納裝置參數與第1組;溫納裝置參數與第2組;施倫貝謝爾裝置參數與第3組;施倫貝謝爾裝置參數與第4組數據組合（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處發生高阻反應其中存在高阻閉圈異常，低阻反應發生于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區段，16m至26.8m高阻閉圈異常，低阻異常反應發生在15m至25m測線段。縱坐標信息顯示，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，低阻異常區段為18m至24m。縱坐標信息高阻閉圈下端應出現于1.3m之下，低阻上段存在于4.5m之上。圖3d數據有效深度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區段內。縱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。

根據已知模擬巷道區域地質概況（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。

實驗數據，應用反演軟件Res2dinv讀取數據，觀察到同種高密度電法儀器參數，溫納、偶極、微分裝置參數并不能負荷多余參數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組數據結構探測效果較差。

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、數據集的效果圖對比，得到高密度電阻率法原始數據基礎上，應用信息提取和排列方法體系是一種優化數據的處理。

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常或高阻異常的選擇性捕獲，可根據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）溫納的數據參數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域視電阻率分布情況。

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

3）微分的數據參數對低阻異常的區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域跨度。

4）施倫貝謝爾的數據參數對較多數據點位視電阻率信息仍然可以較好的反演。

參考文獻：

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基金項目：省級大學生創新創業訓練計劃項目“電性參數識別異常體效果對比的實驗研究”（S202010379105）;國家級大學生創新創業訓練計劃項目“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開放課題（2017xjzdxk2）

宿州學院 資源與土木工程學院 安徽 宿州 234000