土壤电阻率测试中存在的问题综述

许新刚，刘厚健，张希宏

(西北电力设计院，陕西 西安 710032)

土壤电阻率测试中存在的问题综述

许新刚，刘厚健，张希宏

(西北电力设计院，陕西 西安 710032)

本文综述了土壤电阻率影响因素以及土壤电阻率测试外业工作中的干扰原因，并对各种干扰因素提出了对应的处理对策。掌握土壤电阻率影响因素，有利于电力设计中修正土壤电阻率参数；了解各种测量过程中的干扰因素，可以提高测量的精度。

土壤电阻率；干扰因素；电力系统。

土壤电阻率和大地导电率是电力系统设计中经常用到的两个基本参数，这两个参数一般都需要通过现场测试获取。土壤电阻率和大地导电率测试，一般采用直流电阻率法，常用的装置形式有施伦贝尔和温纳对称四极等，如图1。

图1 对称四极装置示意图

土壤电阻率测试测量值是勘探体积内所有地层的电阻综合响应结果，通过测量供电电极A、B流入大地的电流值I和测量电极M、N间的电位差ΔUMN，利用公式⑴计算视电阻率值。

土壤电阻率受岩土矿物成分、季节等多种因素影响，会随环境变化产生变化，了解土壤电阻率的影响因素对土壤电阻率测试和设计使用具有重要意义。测试外业中，还会受到如地表干燥对接地的影响、极化影响、工业游离电影响等干扰。

1 影响土壤电阻率的因素

土壤电阻率的影响因素很多，主要的因素是矿物组分、含水性、结构、温度等。了解影响土壤电阻率的因素对进行电力系统设计工作修正土壤电阻率参数具有重要的意义。

1.1 土壤电阻率与矿物组分关系

矿物组分的电阻率是影响岩、土电阻率的最主要因素。自然界矿物的电阻率变化范围很大，依据导电方式主要分为电子导电型、半导体导电型、晶体离子导电型三类。

大部分天然金属、石墨的导电性非常好，其电阻率极低，小于10-5Ω.m。大部分金属氧化物、硫化物，如黄铁矿、黄铜矿、斑铜矿、方铅矿、磁铁矿、锡石等，还有无烟煤它们的电阻率较低，变化范围是1～10-5Ω.m。赤铁矿、铝土矿、硬石膏、粘土矿、硅酸盐等其电阻率范围是1～106Ω.m。而自然界中的大部分造岩矿物，如长石、石英、方解石、云母等，具有极高的电阻率，一般均大于106Ω.m。

1.2 土壤电阻率与含水性关系

岩土的电阻率与矿物组分及其所含的流体有较大的关系。岩土的含水率、水的矿化度以及水的赋存状态三个要素直接影响岩土电阻率。

一般孔隙度高、裂隙断裂发育、岩溶发育的岩土，具备高含水性条件，当地下水较浅时，其电阻率就较低。岩土中水溶液矿化度直接关系到导电离子的含量，含高矿化度水溶液的岩土的电阻率较低。岩土中水溶液相互联通分布时，对其电阻率影响较大，而分散、孤立分布的水系对岩土电阻率影响就小。

1.3 土壤电阻率与地层结构关系

岩土的电阻率还与地层结构有关系。具有层理、片理结构的地层其电阻率具有各向异性，在顺层方向和垂直层方向导电性有差异。在进行土壤电阻率测试中，若地层的导电性各向异性明显，应进行多个方向测量，综合取值。

1.4 土壤电阻率与温度关系

温度对土壤电阻率的影响主要是其中离子活动性随温度变化。在0℃以上，土壤电阻率随温度增加而减小，但变化幅度不大。而在0℃以下，土壤电阻率显著变大，呈指数变化。因此，在不同季节进行土壤电阻率测试时，应考虑到温度的影响，尤其是存在冻土覆盖层，时，表层电阻率会急剧增大。

2 土壤电阻率测试干扰因素及处理措施

2.1 电极极化效应

在外电场作用下，金属电极与土壤之间会产生电化学作用，破坏了原有的电偶层形成的具有新的电势的电偶层，也就是电极极化效应。电极表面会产生极化电位，对于测量电极M、N间就存在极化电位差，干扰了测量准确性。电极极化效应大小与电极的材质、电极附近土壤中溶液离子浓度、电极的氧化程度等有关系。铁电极、铝电极容易发生极化效应，黄铜电极、紫铜电极的极化就不明显。对于含盐量高湿润土壤，电极的极化效应明显，极化不稳定，严重干扰测量结果，应采用铜电极或不极化电极。

2.2 接地不良

直流电法是利用电极向地下供电形成稳恒电流场，通过测量电极间的电位差计算视电阻率。因此，电极接地条件的好坏，直接影响测量结果。

电极的接地电阻主要受电极附近土壤、岩石的电阻率、电极的接触面积、电极表面的氧化程度等影响。表层土壤电阻率高、电极氧化严重、电极接触面积小就会造成接地电阻大，对于供电电极A、B而言会造成供电电流小，影响测量深度，对于测量电极M、N而言会造成测量电位差过小，影响测量的精度。外业中要注意分析接地不良的原因。一般通过浇水、加大电极深度、加粗电极等手段降低接地电阻；还可以通过多电极并联降低接地电阻。

2.3 自然电场、工业游离电场

土壤电阻率测试还会遇到自然电场、工业游离电场的干扰。特别是在接地情况不良的情况下，人工电场强度低，干扰的比率高造成测量结果严重失真。

对于这种情况，一方面，可以通过试验研究干扰场的变化规律，采用错峰测量和对可控制的干扰源进行断电处理；另一方面，要加大人工电场的强度和采用多次观测叠加减小自然电场、游离电场的干扰。

2.4 其它干扰

采用对称四极法测量土壤电阻率时，AMNB四个电极应保证在一条直线上，利用对称四极电阻率计算公式计算视电阻率是准确的。当四个电极不在一条直线上，计算结果就存在误差。因此，一般规范规定，电极实际放线方向偏离预定方向<5°。

土壤电阻率测试需要铺设长距离导线，导线使用过程中常会出现破损，另外还有仪器、电池箱破损对地绝缘性降低造成漏电影响。供电导线的漏电对观测结果影响较大，越靠近测量电极M或N影响越大；而测量导线漏电一般对观测结果影响不大。野外作业中，应该勤检查系统漏电，保障不出现漏电造成测量干扰的情况。

地形起伏会造成土壤电阻率测量值畸变，这种干扰经常会出现。电极放线方向与起伏地形走向垂直时的电阻率的异常比平行走向时要大，因此在地形起伏地区，应尽量将电极放线方向顺着起伏地形走向布置，避免跨越较大的沟、坎。

3 结语

本文综述了土壤电阻率的影响因素、测试中的干扰影响和处理措施。熟悉和发现土壤电阻率测试中的干扰影响，并采取对应措施，可以提高测量数据的质量。了解土壤电阻率的影响因素，可以提高土壤电阻率反演参数选择的合理性，为电力设计中土壤电阻率参数修正提供参考依据。

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[4]DL/T 5159-2002，电力工程物探技术规程[S].

Summarizing on Problem in Measuring Earth Electrical Resistivity

XU Xin-gang, LIU Hou-jian, ZHANG Xi-hong
(Northwest Electric Power Design Institute, Xi’an 710032, China)

This paper summarize influence of earth electrical resistivity and disturbing factor in measuring earth electrical resistivity. Step for these disturbing factor has been token in section. Knowledge about in fl uencing factor of earth electrical resistivity avail amending earth electrical resistivity for design of power system. Precision of measure can be advanced by familiarizing disturbing factor.

earth electrical resistivity; disturbing factor; power system.

P631

C

1671-9913(2010)02-0010-03

2009-11-18

许新刚(1978-)，男，江苏连云港人，硕士，现主要从事工程物探研究工作。