1、浅析高密度电阻率法在工程勘察中的应用摘要：本文就高密度电阻率法在工程勘察中的应用为课题，对其高密度电阻率法在工程勘察应用中的工作流程以及高密度电阻率法的施工的制约因素进行了分析探讨，并阐述了高密度电阻率法的实际应用。 关键词：高密度电阻率法；工程勘察；应用 中图分类号：U469.6+92 文献标识码：A 引言 高密度电阻率法测试工作，为工程地质勘察提供必要的地球物理依据，查明地层分布情况，确定相应沟谷覆盖层厚度，具有多电极高密度一次布极并实现了反演成像、数据采集的自动化、跑极等特点,在地质勘察以及采空区调查等方面,都发挥着重要的作用,并能取得良好的效果。 一、高密度电阻率法的原理 高密度电法是
2、一种阵列式勘探方法，布设在地面的若干根电极一次性布设完成，布设完成后由仪器自带的计算机控制进行数据采集，它与常规电法相比，高密度电法数据实现了自动化或半自动化的数据采集，大大提高了工作效率。高密度电法的基本工作原理与常规电阻率法基本相同，它是以岩土体的电性差异为基础的一种电探方法。高密度电法的勘查基础和前提是地下介质间的导电性差异， 和常规电法一样它通过A，B 电极向地下供电流 I，然后在 M，N 极之间测量电位差U，从而可求得该点 M，N 之间（一般是 MN 的中点位置）的视电阻率，根据实测的视电阻率剖面数据，由专业反演软件进行反演计算和成图，便可获得地层中的视电阻率图像分布情况。 由多路电
3、极转换器、电极系、主机三个部分组成了高密度电法数据采集系统。通过电缆，多路电极转换器控制电极系各电极的供电与测量状态；主机通过通信电缆、供电电缆向多路电极转换器发出工作指令，向电极供电并接收、存储测量数据。 高密度电阻率法的工作方法 一套完整的高密度电阻率法系统包括数据采集系统和资料处理系统二部分，数据采集系统在野外现场工作时，只需要将全部的电极设置在一定间隔距离的测点上，为了兼顾效率和勘查精度，观测点间距一般为 0.5 米到 10 米，其观测密度远比常规的电阻率法大得多。 高密度电阻率法数据采集系统有不同的布极和跑极方式，它们的共同特点是各电极点保持一定排列顺序通过距离的不断变化沿测线移动，
4、逐点观测电位差 UMN、供电电流 I，并算出视电阻率 s ，通过反演得到模型电阻率断面图。图 1 为温纳排列（也称 排列） 、图 2为偶极排列（也称 排列） 、图 3 为微分排列（也称 排列）测量装置及测量点，图中 A、B 为供电电极，M、N 为测量电极。 在这三种排列的基础上衍生出了多达几十种的排列采集方式，而且各具特点，同一剖面不同的排列方式所采集的数据反映的地电剖面侧重点也不同，垂向和纵向分辨率也不相同。 三、高密度电阻率法的数据处理及反演 野外采集的原始数据经格式转换后，首先对数据进行预处理，包括剔除坏点数据，并对发生严重畸变不符合实际情况的数据采用内插值的方法进行处理，对地形高程相差
5、变化较大的测线剖面，还可以建立地形模型进行地形改正和校正，并采用圆滑约束最小二乘法反演迭代生成视电阻率二维反演图像，作为最终结果进行地质解译。 反演程序使用二维模型把地下空间分为许多模型子块。然后确定这些子块的电阻率，使得正演计算出的视电阻率拟断面与实测拟断面相吻合。对于每一层子块的厚度与电极距之间给一定的比例系数。最优化方法主要靠调节模型子块的电阻率来减小正演值与实测视电阻率值的差异。通过专业的反演程序计算拟合生成的二维拟断面图可直观反映探查剖面下视电阻率的分布规律。 四、高密度电阻率法在工程勘察应用中的工作流程 1、工程开展之前，首先必须对整个工作区的地理特征进行分析研究，查看是否可以使用
6、高密度电阻率法进行勘察。由于地层岩体的形成年代不同，形成后是否经历构造运动，热水变质作用，风化作用等因素都会影响电阻率值的大小。因此，在对探查结果进行详细解释时，对比资料越多越好，例如：地质勘探资料、测井资料、钻孔资料、室内岩土实验资料等都是必须要收集的资料。 2、高密度电阻率法的数据采集包括多芯电缆、电极系、多路电极转换器以及测量主机。观测时按设计一定间隔，等间距电极由多芯电缆通过转换器与主机联接，实现了数据采集、存贮、传输等计算机自动控制的全过程。在工区布好侧线，按一定的间距插上电极，用智能电缆将其联接，进而用采集仪采集工区数据。高密度电阻率法探测时由于电极多，在仪器自检电极接地效果时，所
7、提示的接地不良电极一定要处理好，必要时可给电极周围加水，使其接地的效果良好。 3、数据的处理包括其预处理与实际性处理。因为地下不均匀的物体的存在、地形起伏、布设电极的接地电阻力大及地质噪声等因素对其的影响，都会产生异常干扰。为了能得到真实的结果，一般都要对原始的数据进行预处理，来剔除异常干扰。预处理主要目的就是为了解决这些实际工作中常遇到的问题，以便为后续实质性处理作好铺垫。预处理的主要方法包括相邻断面的数据拼接、插值、剔除虚假点、以及地形改正等几个方面。 4、资料实质性处理 （1）高密度电阻率法有限元法的正演。有限单元法是一种以变分原理和剖分插值为基础的数值计算发放。用这种方法求解稳定电流场
8、电位，得到地下半空间场的分布，以表征稳定电流场的空间分布；（2）高密度电阻率法的测量数据在处理方法上采用佐迪方法进行二维反演。它的原理实际上是通过不断调整初始模型参数使正演曲线与实际曲线之差达到最小，此时得到的模型就作为实际测量所得到的地址模型，由此所得的最终模型参数作为反演结果。 5、为了将地下地质情况能够更准确的查清，结合实际地形条件，采用多种方法进行解释：（1）通过与所得到的试验图像异常特征对比进行解释；（2）同一剖面两种或两种以上装置的图像进行对比解释；（3）将图像与已知地质剖面、钻孔等数据进行对比；（4）抽取少量几组符合测深条件的电测深数据进行反演解释。 三、高密度电阻率法的实际应用
9、根据经验可以归纳出巷道与采空区为特高阻，灰岩层为高阻，煤层呈中到相对高阻，灰岩层和未开采煤层横向较均匀且分布范围一般很大，充水的巷道虽然呈低阻但是范围很小。地表通过不同电极距的布设可以采集到反映地下不同深度、不同点的视电阻率值，而视电阻率值即蕴含着各种地质体的分布信息，采用计算机对数据进行处理、影像成图和综合分析解释，即可确定出地下采空区和巷道的分布范围在地表的投影位置、形状、以及大小。因此通过组成地下介质层间的电性差异，高密度电法被利用到了各种应用领域： （1）环境工程地质：冻土调查；边坡软弱夹层调查；滑坡调查；岩溶探测。 （2）水利工程：堤坝探测；堤防垂直防渗墙质量检测；水库堤防渗漏检测；
10、水库堤防裂缝检测；河堤防隐患探测。堤坝结构体探测；（3）城市工程勘察：人防工程探测；城市管线探测；路面塌陷调查；城市地下埋藏物探测。 （4）工程地质勘察：断层探测；隧道渗漏探测；基岩面调查。 （5）工程质量检测：隧道灌浆质量检测；煤田采空区处理灌注质量检测；堤防灌浆质量检测；岩溶灌浆质量检测。 结束语 总而言之，在矿产资源、工程及环境等地质调查中，由于地质背景具有多变性和复杂性，造成使用常规电法勘探很难满足实际地质调查的需要。因此，被地学中称为“CT”的高密度电阻率法有了长足的发展，在各类地质调查中发挥了重要的效率与作用。此外，随着高密度电阻率反演方法的发展，资料的成像技术也从一维和二维向三维发展，极大地提高了地电资料的解释精度。 参考文献 1方前发.电法勘探方法在水文和工程地质中的应用J.大众科技.2006 年 2江玉乐.高密度电法在岩溶路基勘察中的应用J.物探化探计算技术.2007 年 3吴灿灿.高密度电阻率法的综合应用J.科技经济市场.2009 年
