浅探工程物探中高密度电法的应用

辛欢

摘要：现代工程物探技术中常用的是高密度电法，该技术与传统的工程物探技术相比，自动化水平比较高，数据信息采集率也比较高，可以直观地反映其结果。由此，本文从高密度电法的工作原理及应用着手，对其在工程物探中的应用方法做了探究，希望能为广大同行提供一定的参考。

关键词：高密度电法；工程物探；勘察研究。

1.高密度电法的概述

高密度电法与普通直流电法原理大致打通，其均要求能够科学评价工程地下目标导体自身的额层电性能，进而能够对目标实施有效勘探。相较于以往直流电物探而言，高密度电法主要是利用先进的计算机技术为载体实施，要求能够充分融合计算机技术与传统的直流电物探技术，从而构建起合理、稳定高效的数据采集、处理与统计几桶，随后应用计算机内的计算及数据处理功能，以实现勘探、统计分析的全自动化。就目前来看，高密度电法工程物探技术与传统直流电工程物探技术相对比，其具有更高程度的自动化，数据处理速度更加快，所需操作成本也要低许多，且具有较高的精准度，有效地减少了人工计算所产生误差。另外，利用计算机建设所得的物探系统能够反复使用，而且在实际应用环节仅要求设置和它对应的导线，同时连接起数据处理系统，如此便能够合理高效的对大量探测点实施勘察与监测，这样一来所需投入的人力、物力等成本将得到有效的节约，进一步降低了物探成本。

2.高密度电法的工作机理

2.1高密度电法数据采集系统

一般情况下在运用高密度电法时所使用到的数据采集系统含括了主机、多路电极转换器与电极系。其中主机作用用于接收、储存测量所得数据，同时运用供电、通讯电缆来传输至多路电极转换器，所以在发出工作指令时应当要采用流程图与少许文字相结合的方式来进行，并且是能实现电机供电。在具体运行多路电极时，主要是使用电缆来供电至电机系中的每一电极，同时科学控制测量状态。目前，通常是在户外物探过程中使用高密度电法，且在实际使用时通常会涉及到许多不同类型的装置，所以要求工作人员在对其电极数和点距进行确定过程中能够将具体工作情况以及物探具体深度要求来进行综合考量。

2.2高密度电法数据处理流程

采用高密度电法来分析与处理采集所得有关数据时其流程为：往主机内储存采集所得数据信息—通过通讯入进来将原始数据传输至计算机—利用计算机来处理相关数据—参照软件对板块的相关要求来进行剔除畸变点与校正地形等工作—生成二维反演图。

3.高密度电法在工程物探中的应用方法

3.1布线

在具体的作业过程中进而电极布置时，需要经过合理的布线，且其布置是否合理将直接对所收集数据的科学准确性造成较大的影响，所以，可以从以下几个方面来进行。1.需对各电极的间距进行严格控制，以保证各电极的仪器表均得以正常有效的动作，尽可能避免由于间距过大而导致仪器表超出工作范围，又或是间距过小而发生重叠而引发资源浪费问题。2.通常是对立体工程实施物探，如此便会出现一个垂直方向上地面落差的情况，如若该落差超出规定范围就可能会导致实际探测区域和具体地面差异偏大的问题，严重影响到了实际所得数据的真实性与可靠性，并引发水平方向上的过大偏差，或是土质测量精度不够等多方面的问题，并最终致使物探结果有失准确性和可靠性。所以，这需要对地面落差进行严格的控制，尽可能减少落差，从而确保勘察数据的准确性和可靠性。

3.2检测电阻

当完成布线工作以后，还需对接地电阻进行检测，判断其状态是否良好，还有会否影响到电极检测的准确性。一般来说发生频率较高的接地电阻故障有如下几种：1.当系统中有短路电极存在时，其检测电阻通常是0，进而可以使用断路排查法来对其所区的区域，以便能够在第一时间排查并处理好故障。2.如若转换器MN电极和主机MN接线柱反向连接，那么就不能测量出电阻，即便能够将其测量出来，其也会发生变化，且该系统内电压也是不稳定的，这就需要对其进行调整以纠正错误连接。3.当电极出现漏接时，则会出现检测结果大大超过预估值的情况，还有可能会出现极大值。这主要是因为电极漏接时导致其与大地直接接触而致使阻值迅速增大；针对这种问题通常只需要对线路进行重新连接，使电极接入到接触电极接地。4.除了以上提及的情况外，还可能是因为部分环境因素干扰，导致电阻出现改变，致使勘查結果出现较大偏差。

3.3参数的选择

将高密度电法运用于工程物探过程中，大部分情况下都会使用到距离系数、单电极间距离以及装置类型这几类参数，所以其会对勘探尝试、广度以及结果分辨率等的反映上造成不同的影响。所以，在对这些参数进行选择时，需切实从实际要求着手，切实遵循适用性原则来确定参数，从而保证整个系统运行状态稳定与高效。不仅如此，在选用参数过程中，可以辅助使用不同类型的基础装置。如作业人员在对电极变化情况进行解剖时应用偶极装置，可以实现及时有效的进行参数调整，还可以利用温纳装置来对垂直电灵敏度实施检测，以实现对水平分层运行状态的调整，进一步提升系统运行的科学合理化，且该装置适应性非常浅，在不同类型恶劣环境当都可以维持正常动作，同时能够灵敏检测到垂直电。在检测水平与垂直电灵敏度时还能够运用微分装置，不过该项装置并不能有效检测电阻。

3.4装置的选择

在进行装置的选择过程中通常需要将场地、地形、探测精度与任务等方面情况考虑在内。

第一，场地情况。如若场地开阔，通常采用的是四级装置（α、α2），以有效获取最大的测量电位。并且该装置能够减少外界电源数量，降低供电电压，尤其是在强化有效信号、减少干扰方面具有显著成效。如若场地受限，则可以采用级装置（AMN、MNB）该类装置占地面积要比四级装置少得多。

第二，地形条件。在进行工程物探中运用高密度电法常常会受到地形情况的影响。其中地形情况对偶级装置影响最大，因为其自身的电测曲线复杂性较强，如若地形环境过于复杂，那么就会无法有效辨别电测剖面的形态。此次为三级装置，如若出现山脊或山谷时，该装置的电测曲线会有数个峰值出现，而且AMN、MNB装置无法均衡反映出来，所以加大了判别的难度。相较来说，地形对四级装置影响较少，能够交易判断出电测剖面的形态。

第三，探测精度。在应用高密度电法时一个重要内容是对装置和探测精度间的关系进行掌握，但是就现阶段来说还没有形成定论。按照溶试验结果可知，灵敏度最高的为β装置，随后为γ装置，最后为α装置。但是通过根据中国地质大学罗延钟教授研究可知，最为灵敏的为不等距偶，随后为β装置，之后为α装置，最后为γ装置。当前大部分生产單位都只是采用α装置该种装置。

第四，MNB装置的特殊作用。通常来说MNB装置不但能够应用到场地狭窄的情况，并且还能使用其来实施详勘。此外，在开展剖面勘探过程中常常使用到高密度电法，不过该种方法不适用在具有较大勘探深度的电测深中，如若其探测深度不大时，而且运用两根电缆的仪器，就能够使用MNB装置，先后互倒电缆能够在短时间内准确获取整条剖面的电测深成果。

3.5数据采集的方法

在工程物探中，数据采集是一基核心内容，其所采集数据的准确度会对物探工作的结果造成直接性的影响，甚至还会对后续工程的建设造成不良影响。在高密度电法物探方法中，加密列阵勘探法是一种极为常见的方法，这一方法可以实现探测、剖面探测和层板成像等多方面的实际需要，其具有较强的实用性。在具体测量过程中，各测量点间距应当严格控制在10m左右，与此同时，还需使用多芯电缆和64位电极实施准确的连接起来，同时，还可以以奇偶数来实现电极划分，以全面保证所采集数据具有较高的精准性。

4.高密度电法在工程物探中的具体应用分析

4.1水资源勘察

在对水资源进行勘察时应用高密度电法进行探测，可以以区域实际障碍及地层情况为依据展开布线选择与监测点设置工作。先是选取某个点作为基点，再从该点向东南西北不同的方向实施布线，进而取得电法剖面相关数据并将其与正常值进行比对，并查找出低阻异常的区域位置，进而再对异常区域做更深入的探查工作。一般来讲，处理第四系层的电阻值在150Ω/m以内，基岩风化层阻值一般高于150Ω/m。阻率在600Ω·m，如果在电法剖面保持在这一范围内，则可以判定其处理于基岩与第四系地层间潜在煤矿或水层。

4.2管线探测

在探测金属管线时运用高密度电法其灵敏度极高，同时比较于以往金属管线探测仪来说，其无论是精准程度或是灵敏程度均要高出几倍以上。其主要从阻值来对地下水管、电缆惟及水泥管等分层作出合理的判断通常而言，演示结构电阻小于混凝土电阻，大于地下水管电阻，其中地下水管电阻又比地下电缆大，如若知道有关结构处于地下工程范围，那么就能够通过具体阻值情况来合理确定工程结构分层。

4.3地层划分

一般来讲，对非常复杂的地质结构实施勘察时主要采用的是地层勘察发，基本不可能先深入至地下，而后在勘察其地层情况，所以能够使用高密度电法来勘察与划分地层。该原理在于运用各类材料结构所具有的阻率各不同相的基本特性为依据，进而得出电法剖面同时通过阻率的方式进行呈现，如此便可采取参考的方式来确定出各个层面结构与材料，并未后续分析地质构造、山体事故等工作提供可靠依据。

4.4岩溶探查

大部分情况下，岩溶地区的地质环境非常复杂，如若采用普通勘察方法就无法实现高效探测，所以，在这种复杂的地质环境下可以应用高密度电法来实施探查。在岩溶发育地带工作人员可以采用探地雷达来实施勘探，同时还可以联合运用高密度电法和浅层地震法，以更好的勘探出岩溶的发育情况。因为基岩断裂在很大程度上影响着岩溶的发育情况，所以相关工作人员可以透过对基岩断裂勘探所得的信息数据来勘探与分析岩溶发育规律。不仅如此，还能够运用高密度电法来判断出灰岩的分布区域。因为灰岩和岩溶存在紧密的联系，所以工作人员可以通过勘探灰岩分布区域和埋深来研究岩溶。而高密度电法能够判断出灰岩电性，从而获得其分布区域与实际埋深。对于岩溶地区来讲，灰岩有着较高的电阻，可高达几千Ω·m，而粘土层阻率则要低许多，通常处于30Ω·m～70Ω·m之间；砂土、砾石层的电阻率则在500Ω·m～800Ω·m之间。值得注意的是，如果岩溶处于发育阶段，其内部填充物会致使其电阻率无法均匀分布，进而出现电位性异常的情况，尽管这样一来不能精准地对其填充物的各类进行测定，但可以以异常现象来对其内部分层情况进行反向判断。

5.在工程物探中高密度电法的应用展望

在工程物探中涉及到诸多领域，且不同领域所需使用使用的探测方法均有所不同。不过大量实践表明，高密度电法能够适用于工程物探中大部分领域项目探测，且效果显著。而且工程实际所得数据也比较精准。不管是将高密度电法运用到管道探测亦或是岩溶勘探，其都能够有效解决了以往工艺技术中的不足。在长远看来，该类方法的必定会得到更有效的普及，而且更多领域会因此而产生获得更大的价值。此外，当前利用高度度电法还是仅能生成二维形式的图像，但是随着计算机科技的进一步发展还有高密度电法与其更深入的结合，未来将有可能实现三维成像，如此一来一定能够大幅提升实际所得数据的精准程度。

不可否认运用高密度电法取得了非常显著的效果，不过在实际运用环节依旧存在一些不足，诸如，如若勘探地段并未覆盖电极系，那实际所得结果将不会反映出该区域的实际情况，从而可能给工程造成较大损失。而且在使用该项技术时，虽然可以解决了电磁干扰的问题，不过还是存在有明显的电层干扰问题，从而在一定程度上影响到了探测结果。所以在今后的发展过程中，以上问题将成为研究重点，工作人员需不断努力来有效解决以上问题，尽可能提升高密度电法的应用水平。

6.结论

总而言之，将高密度电法运用于工程物探中可以有效解决以往物探方法中的问题与不足，并且还能大大提升探测数据的精准程度。当前越来越多的领域应用与认可该项技术，在长远发展角度看来该项技术的成像效果必定可以得到优化，并且其存在的不足可以有效解决，具有良好的发展前景。

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