浅析高密度电阻率法的发展

刘建新

[摘要]简要叙述高密度电阻率法勘探方法的发展概况及其相关的原理与数据处理方法。

[关键词]高密度电法 原理 特点

中图分类号：O4-1文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0420102－01

高密度电阻率法是根据水文工程及环境地质调查的实际需要而研制的一种电探系统，该系统包括数据的采集和资料处理两部分。由于高密度电阻率法可以实现数据的快速采集和微机处理，从而改变了电阻率法勘探传统的工作模式，大大地提高了工作效率，减轻了劳动强度，使电法勘探的智能化程度大大的向前迈进了一步。

早在上世纪80年代初就有人开始倡议和研究高密度电阻率法，英国某些学者所设计的电阻率测深偏置系统实际上就是采用了多蕊电缆和高密度电测的基本设想。80年代后期高密度电阻率法由日本介绍到中国，并在国内部分单位进行演示实验工作。随后国内部分单位和院校开展了高密度电阻率法原理、模拟实验和仪器研制工作。长春科技大学于90年代初期研制成功由单片机控制的并且具有较强抗干扰性能的数据自动化采集系统高密度工程电测仪和程控多路电极转换器以及高密度电阻率法的资料处理和结果图示软件系统，由此使该项技术在国内达到了实用化程度。由于高密度电阻率法可以实现由阻率的快速大信息量的采集并在现场进行数据的实时处理或脱机处理，从而改变了电法勘探传统的工作模式，使其和地震勘探的野外工作方式相类似，不仅提高了工作效率，减轻了劳动强度，而且与PC机通讯后便可给出地电断面分布的各种图示结果，其结果形象，简单明了。同时由于数据的高重叠率，精度以及抗干扰性能大大提高，可获得丰富的地质信息。应用高密度电阻率法勘查技术解决地质灾害问题及岩土工程问题，主要是解决岩石或土体中的隐伏空穴（如岩溶、煤洞和暗河等）的存在位置、埋藏深度及空间分布形态；滑坡体滑带位置；断层、裂缝的垂向延伸及倾向等问题。

一、高密度电阻率法的基本原理

高密度电阻率法就其基本原理而言，与传统的电阻率法完全相同，因此，它仍然是以岩（矿）石的导电性差异为基础的一类电探方法，研究在施加电场作用下，地中传导电流的发布规律，从而达到勘测地质体的目的。高密度电阻率法工作时，是将数十根电极一次性布设完毕，每根电极既是供电电极，又是测量电极。通过程控式多路电极转换器选择不同的电极组合方式和不同的极距间隔，从而完成野外数据的快速采集。对某一极距而言，其结果相当于电阻率剖面法；而对同一记录点处不同极距的观测又相当于一个测深点；所以高密度电阻率法实际上就是电阻率剖面法和电阻率测深法的综合。

二、工作技术方法及特点

（一）电极的排列形式。为了充分发挥高密度电阻率法的优势，获得关于地电断面结构的丰富信息，高密度电阻率法可以依据不同的勘探对象，选择不同的装置形式或组合。其常见的电极装置有温纳四极、偶极和微分装置。上述几种装置形式在实际工作中可以同时选择，也可以选择其中一至两种。一般而言，不同装置对地质体的异常反映大致相同，但又具有不同的特点：

（1）相对而言，温纳四极分辨能力较低，而偶极、微分和联合三级分辨能力较高；（2）对地形起伏、表层不均匀等干扰，温纳四极的影响较小，而其它三种不对称电极则影响较大；（3）异常幅度偶极法最大，联合三极和微分法次之，温纳四极最小；（4）异常形态，温纳四极简单，异常小而不明显，偶极、微分法随极距变化伴随异常相对较明显。

因此，实际勘测工作中，可以根据不同的勘测对象、地形条件来选择相应的装置进行勘测，以求达到最佳勘探效果。如在在野外采用温纳四极装置采集数据。

（二）高密度电阻率法主要特点。相对于常规电阻率法而言，高密度电阻率法有以下特点：

（l）电极布设是一次完成的，测量过程中无须更换电极，因而可以防止因电极设置引起的故障和干扰；（2）同一条测线上电极布设完成后，能有效地进行多种电极排列方式的扫描测定，从而可以获得较丰富的地电结构状态和地质信息；（3）数据的采集和收录全部实现了自动化（或半自动化）不仅采集速度快，而且避免了由于人工操作所出现的误差和错误；（4）可以实现资料的现场实时处理或脱机处理。根据需要自动绘制和打印各种图件，大大地提高了电阻率法的智能化程度；（5）高密度电阻率法利用密集的数据采集方式，同时具备电测深法和电剖面法的特点，显示地质体形象、直观，便于解释；由于上述特点，使得高密度电阻率法与常规电阻率法相比，具有成本低，效率高，反映地电、地质信息更丰富，更直观，资料解释简单方便等特点，因此也就使得电法勘探能力有了显著提高。

三、资料处理技术和分析解释

高密度电阻率法能够在一条剖面上采集不同装置和不同极距的大量数据，包含有丰富的地质信息。根据需要对数据作适当的技术处理，可进一步反映地质对象的赋存状态。高密度电阻率法资料处理工作包括预处理、处理和结果。

1．预处理。预处理包括数据文件的建立以及数据排列、数据平滑等。数据文件的建立可通过工程电测仪与微机通讯来完成，也可通过键盘逐点输入数据来建立。数据排列是把数据按要求格式排列。数据平滑可消除个别数据点的突跳现象。

2．数据处理。

（l）滤波处理方法。高密度电阻率法的正演计算结果表明，偶极和微分装置的视电阻率参数，随着隔离系数的增大，剖面曲线由单峰逐渐变成双峰。因此在断面等值线图上，除了和地质对象相对应的主导常外，还将出现相应的伴随异常，为了消除或抑制这种由于极距变化引起的振荡干扰，设计数字滤波器，称之为扩展偏置滤波器，对观测数据滤波处理。（2）统计处理方法。统计处理的方法是将高密度电阻率法的视电阻率参数通过一定的数据换算，突出异常的相对变化，然后将其参数值按等级的高低采用不同符号或灰阶（或色度）来表示。（3）比值计算方法。利用高密度电阻率法不同装置的视电阻率参数做某种比值组合不仅具有更为醒目的方式再现原有异常的特征，而且在一定程度上具有抑制干扰和分解复合异常的能力，从而大大改善了原始参数反映地质对象赋存状况的能力。

3．结果及资料处理程序。高密度电阻率法可形成大量的成果图件，它们可以直观、形象、生动地反映地电断面的电性分布和构造特征。高密度电阻率法的成果图件有以下几种：各种参数的等值线断面图；各种参数的分级断面图（灰度图）；各种参数不同极距的剖面图。

四、结束语

本文简单的介绍了高密度电阻率法的相关原理和概况，希望有更多更好的电探系统出现，为我国的经济建设服务。

参考文献：

[1]宋学东、王晖、王少杰、马文明，高密度电法在土坝安全鉴定中的应用[J].山东农业大学学报（自然科学版），2008年02期.

[2]陈则林，覆盖式高密度电阻率探测系统在堤防隐患探测中的应用[J].水科学与工程技术，2008年S1期.

[3]周俊龙、江世永、王兵、飞渭，高密度电阻率法在红卫水库土石坝隐患检测中的应用[J].后勤工程学院学报，2008年02期.