基于高密度电法的浅层地下水储水系统研究

范小志

摘 要：水是生命的源泉，而地下水作为人们最为重要的淡水资源，对生态环境具有重要的作用。受埋藏条件的影响，传统的检测方法，已经不能适应现代化技术的发展，传统的检测方法不能对地下储水资源进行直观的检测，随着科学技术的进步，高密度电法的出现，实现了对地质信息状态的检测，对此，笔者就高密度电法的浅层地下水储水系统，进行简要分析。

关键词：高密度电法；浅层地下水；储水系统；研究分析

中图分类号：TU641.8 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）02-0230-02

在很早以前，地表水受到污染的湿润区域，地下水成为最宝贵的资源，所以，在探索地下水资源状态，对地下水资源的利用，具有重要的影响。但是怎样才能检测到地下水资源情况，成为科学研究的重点课题。而高密度电法的应用，能够根据地质特征，进行地下水资源勘查，并且无需钻探和人工开挖。

1 高密度电法分析

高密度电法与传统的电阻率勘测相同，但在勘察测点设置时，高密度电法和传统的电阻率不同。在进行实际勘测时，只需要把电极分布在间隔的测点上即可，进而勘测。受电极数量的影响，电极之间能够随意组合，进而勘测出数据信息。与传统的电法测量相比，高密度电法具有几种特点：第一，电极布置能够一次性完成，有效防止了受电极设置干扰而影响测量准确性；第二，能够勘测多种电极排列，进而得出地电结构中的地质信息；第三，现代化科学技术的进步，使用高密度电法，完成了自动化检测，速度快，并且避免了受人工测量出现的误差；第四，资料实时处理和脱机处理，进而提升了电阻率智能化水平。

高密度电法分为两种类型，第一，集中式检测系统，例如：WGMD-3、WGMD-4，它主要是通过WDJD系列的数字直流激电仪测量为主，进而通过WDZJ系列的转换器；第二，分布式测量系统，例如：WGMD-9超高密度系统，通过WDA超数字直流电法仪器为主，同时配有分布式电缆，进而实现勘察。

高密度电法最早是通过集中式的转换方法，在进行测量，通过多芯电缆将每个电极转换至转换箱上。电极转换箱主要是通过微片机控制的转换设备，它能够通过电极装置形式、测点转换，进行自动化设置。电极转换箱的电源，通过电测仪控制，使信号传输至电测仪中，进而将数据信息储存。

伴随着社会科学技术的进步，高密度电法发展日渐完善。无论是在嵌入式控机还是实时处理上，有较大的提升。例如：系统通过嵌入式控制和处理，进而完成了多样化的方法，更适用于户外检测。理论上水平与纵向的分辨率与装置形式无关，但实践中发现具有较强的水平分辨能力，三极、四极装置的纵向分辨率好。

经比较分析，其结果与地质资料吻合较好，这为推广应用高密度电法提供了科学合理的依据。综合物探方法是岩溶调查中的重要手段，高密度电法则是综合物探的有效方法之一，高密度电法兼具剖面法与电测深法的效果，并具点距小、数据采集密度大、能直接反映基岩起浮状态，高密度电法测量的二维地电断面，能较直观地反映基岩界线基岩构造，能够了解与围岩存在电性差异的断裂构造。

2 高密度电法实验

2.1 实验原理

高密度电法发展久远，它主要是根据物理方法，进而检测地球相关的信息状态，是一种物探方式。通常情况下，垂直高密度电法方法，在一维结构中较为常见，主要通过直流电阻方法的实验机理，作为直流电，通过A、B两个电流极，导入地下，这样一来，则形成了电场。根据地层间介质物体性和差异性，以及导电性上，也会有不同的效果，然后通过另一对电极M、N，进行测量，主要观察M、N之间的点位差，进而推算出地层视电阻率，最后，测算出地下层的导电性分布状态。

当电性均质等向，并且电阻率为P的半无限空间介质时，电流强度为I的电源通入地下，在距离R点的电位是：

V=PI/2R （1）

假设任意四级排列，将电极A、B极通电流I，那么，在点击M、N上得出电位差为ΔV关系式：

ΔV=V（AM）-V（AN）-V（BM）+V（BN）

= （2）

其中：AM、BM、AN、BN是电流极到电位极的距离；将I导入电流中：P为介质电阻率；ΔV是电位极间的电位差。

K=2 （3）

图一，直流电阻法单电流极、电位极在均质各向同性半空间图

将（3）导入（2）中，进而（2）得出：P=K （4）

其中：K为几何排列因子，参照电极间的对应位置制定。

在实际地层勘察中发现，地层是由多层结合而形成的，并不是均质等向半空间介质，所以，参照公式（4）而得出电阻率，成为视电阻率。在一般情况下，视电阻率不能代表地层的实际电阻率，视电阻率所表示的是：在电极排列后，全部在电极排列范围内的地层综合效应，而实际电阻率和厚度。需要根据相关数据信息，进而得出实际电阻率。

2.2 实验设计

以苏锡常区域的太湖平原（广东省新兴县城区）为例。该地区的经济发展较快，在地势上，隶属于长江三角洲南缘平原区，该地区地形较为平坦，地势起伏较小，在检测上较为容易，但是会受到住宅和道路的影响，因此，该检测通过高密度电阻率方法，通过温纳排列等方法，进行二维勘察，一共完成15条测线，其包含全部研究范围内，电流极半展距达到100米。受勘察目标的影响，只能进行小范围内的检测，通过二维电阻率成像剖面方法，进行处理，借助侧向电阻率的变化特点，进而判断地层的区域和状态。

3 实验结果

3.1 电法成像剖面结果

通過二维反演法，对电阻率成像剖面数据进行检测。数据处理流程的正演通过单元法得出数值。其中，数据的处理流程可以通过地形因子，一并进行计算，这样一来，有效的防止地表膜需要根据地形而修整繁琐，并且，进行迭代运算的方法，让计算结果更为稳定、可靠。

高密度电阻率找到相应的平稳区域，在地层剖面上视为含水层。在电阻率成像图示上，每个颜色所代表的电阻各不相同，因此在电阻率值上也各不相同，由此可见，电性的变化，从颜色分布上就能够展现出来。层状颜色的不同说明含水介质与非含水介质的变化。高阻向低阻的变化中，表现出含水性由强至弱的变化规律。

3.2 浅层水赋存条件

寻找7个钻孔信息数据、施工10个勘测孔和高密度电法分布的15条测线，能够显示出地下50米范围的松散含水砂层中的厚度、埋深、岩心等状态，进而得出的地质状态，使之能够符合水文地质空间模型的要求。

4 高密度电法的应用

4.1 野外工作技术

4.1.1 测网布置

通常状态下，通过地质任务进行确定。在项目工程、环境地质调查上而言，根据项目工程的地质任务进行测量，具有一定的限制，因此，只能在需要的范围内，进行布线、测网，能够选择的范围较少，这是在项目工程中必然会遇到的问题。而测网不仅要建立在坐标系统之外，还要对网度和工作方法进行解决，这时就需要技术人员的工作技巧和经验。通常状态下，高密度电法需要布置规则的测网线，进而获得更多的数据信息。

4.1.2 装置的选择

不同的测量系统通常有：温纳、三级等装置，每个装置各有特点。有时，高密度电法提供了较多的装置，而不同的装置也能够结合使用，也可以单独使用。高密度电法系统能够科学、有效的选择装置，在一定程度上，能够提升数据信息的敏感度、放大异常，进而提升分辨率。装置的选择可以从以下几个方面选择：第一，勘察目标的特点；第二，勘察深度；第三，探测范围；第四，信号强度等。

4.2 电极距和排列长度的选择

根据地质的大小，以及深埋程度，进而选择电极距和排列长度。确保横向分辨率充足，在探测目标横向上，需要有3根电极通过，并且，受高密度电法在实际测量中的二维测探剖面法影响，应该在确保最大极距能够勘察到地质对象的基础上，考量岩背景在二维断面的反映，若是探测目标较小，则需要电极间距较小，以及较多的电极数。

5 结语

众所周知，地下水的重要性。笔者以苏锡常区域的太湖平原为例，对高密度电阻法的浅层地下水进行了详细的分析，主要分析了该地区的地下水资源利用，进而实现地下水资源的开采。

参考文献：

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