试论高密度电法勘探技术的应用

郭桂柱

（江苏煤炭地质局普查队，江苏 徐州 221006）

高密度电法在岩溶勘察、找水等方面已经得到了较为广泛的应用，气反演程序也较为成熟，此种勘察手段在接地条件较好的情况下，如电极布设在土壤中，测量数据经过反演后能够较好的反应实际情况。但是在接地条件较差时，反演误差较大，结果不可信。对两种勘测方法的比较中发现，施伦贝尔测深法效果较差，说明此种方法在接地条件较差的情况下不可用，温纳剖面法测得数据在反演中误差较大，但是把数据绘成等值线进行推断，推断结果可信。因此，在接地条件较差时，测量方法应选择剖面法而不是测深法，在对测量数据进行解译时，不宜对数据进行反演，可以直接用视电阻率等值线图来推断。

1 高密度电法工作原理

高密度电法是工程物探有效方法之一，由常规电法发展而来，就其原理而言，与常规电阻率法完全相同，仍然以岩、土的电性差异为基础，通过观测和研究人工建立的地下稳定电场的分布规律来解决矿产资源、环境和工程地质问题。当人工向地下加载直流电流时，在地表利用相应仪器观测其电场分布，研究在施加电场的作用下，地层中传导电流的分布规律即视电阻率的分布规律，根据不同部位电阻率的差异性来推断岩溶发育情况等。

高密度电阻率法的物理前提是地下介质间的导电性差异。和常规电阻率法一样，它通过A、B电极向地下供电流I，然后在M、N极间测量电位差ΔV，从而可求得该点（M、N之间）的视电阻率值ρs=KΔV/I。根据实测的视电阻率剖面，进行计算、分析，便可获得地下地层中的电阻率分布情况，从而可以划分地层，判定异常等。

2 高密度电法的特点

高密度电阻率法是一种阵列勘探方法，野外测量时只需将全部电极（几十至上百根）置于测点上，然后利用程控电极转换开关和电测仪便可实现数据的快速和自动采集。当测量结果传送至电脑后，对数据进行处理并给出关于地电断面分布的各种物理解释的结果。相对于常规电阻率法而言，它具有以下特点：

（1）电极布设是一次完成的，这不仅减少了因电极设置而引起的故障和干扰，而且为野外数据的快速和自动测量奠定了基础。

（2）能有效地进行多种电极排列方式的扫描测量，因而可以获得较丰富的关于地电断面结构特征的地质信息。

（3）野外数据采集实现了自动化或半自动化，不仅采集速度快（大约每一测点需2～5s），而且避免了由于手工操作所出现的错误。

（4）可以对资料进行预处理并显示剖面曲线形态，脱机处理后还可以自动绘制和打印各种成果图件。

（5）与传统的电阻率法相比，成本低、效率高、信息丰富、解释方便、勘探能力显著提高。

3 结果讨论

在某工程中对温纳剖面法、施伦贝尔测深法进行了比较分析。勘察路线约1km，针对勘察路段的岩溶发育规律，为了达到应有的勘察深度拟选用温纳剖面法、施伦贝尔测深法两种测量方法，具体的参数相同，电极间距为4m，最大电极数60根，最大隔离系数为10，最小隔离系数为1。测线长度为236m，理论勘察深度为40m，符合勘察要求。

图1 温纳剖面法成果反演图

图1为温纳剖面法成果反演图像，反演误差为43.9%，迭代次数为7次，反演结果可信度较低。

图2 施伦贝尔测深法成果反演图

图2为施伦贝尔测深法成果反演图像，反演误差为122%，迭代次数为6次，反演结果可信度非常低。而且两种的方法所得数据在反演时收敛极限几乎为零，即反演已经到了极限步骤，无法继续反演。根据该地段的岩溶发育规律可知，发育较大溶洞的可能性较小，溶洞内多为粘土充填，所以在推断时应选择低阻区为可能存在溶洞的区域。

从图1中可以看出低阻区分布比较集中，区域较大，发育如此大的溶洞可能性较低，所以反演的结果不能采用。

而图2中的图像，杂乱无章毫无规律可言，甚至出现不正常的现象，如对称出现的高阻区。可以说施伦贝尔测深法在该地段的勘察基本失效。

图3 电极布设在土壤中的数据反演图

为了证明接地条件较差时反演结果不理想，把电极布设在土壤中，用温纳剖面法测得一段数据，如图3所示。所用电极总数为24，最大隔离系数为7，反演误差为9.4%，迭代次数为10次，而且在反演过程还未达到收敛极限。可以看出，在接地条件较好时，数据反演的结果也具有较高的可信度。

结语

根据高密度电法在实际工程中应用可以得到如下结论：

（1）高密度电法勘探具有成本低、效率高、解译方便等特点。

（2）在接地条件较差时，温纳剖面法的测量效果远大施伦贝尔测深法，实际运用时宜选择剖面法。

（3）接地条件较差时所测得的数据在反演时误差较大，可信度偏低，解译时不可迷信反演结果。

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