高密度电阻率法物探技术及其应用

高密度电阻率法物探技术及其应用
[摘要]高密度电阻率法作为物探方法中的一种应用最为广泛的勘探方法，在特殊地质的勘探和工程勘查中起着不可替代的作用，为我国地勘队伍在解决相应地质问题时带来许多便利之处。

本文主要通过对高密度电阻率法工作原理的研究，结合二维成像技术和正反演技术在工程中的运用，提出了一些针对不同环境下勘测时的注意事项。

[关键词]高密度电阻率法二维成像技术正反演技术
0引言
高密度电阻率法基本工作原理与传统的电法勘探是相同的，主要是根据岩石、矿石以及不同地层、不同地质体等导电性的差异，通过地面的测定，研究人工或天然电场的分布特点和变化规律来推断地下电阻率分布，从而准确的推断出不同地质体的分布状况。

高密度电阻率法凭借其测试简便、效果好、成本低、效率高等优点在勘探工程中具有较高的使用价值。

高密度电阻率法是一种快捷的地质勘探方法，其工作的范畴属于直流电阻率，其采用高密度的布点进行二维电断面测量，采集的数据量大、全面、准确、观测的精度高，在我国的工程地质与水文勘探中运用非常的广泛。

但是也存在许多的不足之处，例如在进行野外勘探时数据处理不够精准、正反演成像技术在进行图像分析时存在误差、二维成像技术的反演问题等等，这些问题都需要勘测人员在理论与实际工程相结合的基础上进行研究，找出相应的解决办法，将高密度电阻率法应用更加的广泛。

1高密度电阻率法的工作原理
高密度电阻率法的工作范畴包括数据的采集与数据的处理，与常规的电阻率法工作原理相同，主要是以地下介质之间的导电性的差异为基础，通过A、B两个电极向地下传递电流，然后在M、N电极之间测得电位差△V，从而求得该记录点的视电阻率值Qs=K△V/I。

在进行现场的勘测时，只需要将全部的电极合理的安放在一定距离的测点上，然后将多芯电缆连接到由单片机控制多路电极自动转换开关，这样机器就能够根据自身的需求进行电极与测点之间的自动转换。

测量的数据通过电极转换开关传输到微机工程电测仪，根据实测的电阻率剖面数据，通过专业的计算机软件进行反演数据处理，就可以获得地层电阻率的分布状况，从而推断出地层结构的分布状况[1]。

2高密度电阻率法的工作方法与数据处理
2.1高密度电阻率法的工作方法
针对不同的使用环境，我们要采取不同的观测方法，高密度电阻率法的工作方法主要有以下几种：
第一：二极法是采集剖面数据的主要方法，主要是通过将一个供电电极与测量装置放在假定无穷远处，然后对其中的某一电极供电与其它电极之间形成电位差，从而形成二维电阻率断面图。

第二：三电位电极系主要是将温纳四极、偶极、及微分按照一定的工作顺序将其连接在一起对于测量远电极的电位差时非常的方便。

第三：三极装置对于测量异常体的分辨能力与剖面拼接点特性具有较强的使用价值[2]。

2.2数据的采集与处理
高密度电阻率法的数据采集系统由主机、多路电极转换器及电极系三部分组成，主机主要通过通讯电缆和供电电缆向电极供电、接收和存储信息，然后再通过数据处理软件进行数据的处理。

高密度电阻率法的数据处理包括修饰性数据处理与实质性数据处理，修饰性数据处理是实质性数据处理的前提。

由于受到地质条件、电阻率、地质噪音等因素的影响，数据的采集经常会出现较大的误差，为了得到更加真实的数据，往往要对这些数据进行初级的处理。

在进行初级数据处理时主要包括无穷远电极校正、去除突变点、数据拼接与转换、数据滑动平均等处理。

实质性数据处理主要包括地形改正、比值处理、畸变值处理、二维反演等。

最后在计算机平面上形成二维图像呈现出来[1]。

3二维成像技术的应用
在二维成像技术中，正演是反演的基础，反演技术是实现高密渡电阻率法层析成像的前提。

采用高密度法进行地质勘探，实质上就是将正、反演技术进行进一步的推广，特别是反演问题，在实际勘探工程中经常会出现许多问题。

3.1正、反演技术应用探讨
我们将地球给定的模型和初始边界作为求解地球物理场的问题成为正演问题，反演问题是地球物理中最核心、最普遍的问题。

其工作的原理是根据地面上的观测信号推测地球内部与信号有关部位的物理状态。

因此，求解方法和对所求解的评价成为地球物理反演的主要研究对象。

由于正演是反演的基础，加上地球物理场的复杂性，我们在进行计算时只有少部分规则的模型才有具体的解析表达式，才能够求出准确的数据，但是，我们勘测的实际工程其模型都是不规则的，很难求出准确的数据。

目前，对于反演问题的求解主要有有限差分法、有限单元法、积分方程法和边界单元法。

随着科学技术的发展，我国的勘测技术人员在反演求解中求出了电阻率层析成像的新方法，解决了在没有线性模型条件下进行反演的技术问题，使得我们的反演技术更加的全面化、智能化。

此外三维电阻率反演技术也有了很大的发展[2]。

3.2层析成像技术
层析成像技术主要是针对勘察对象从各个方向进行内部投影数据的采集，用其反映目标体内部的物性值分布，作为断面再构成图像的一种技术，这一技术首先在医学界有了有了较为广泛的应用。

但是，随着P.博伊斯发表了地球物理层析成像开拓性工作方面的文章。

他们利用地震波的传播时间来探测钻孔之间的主要构造界面，为这一技术在勘探界的发展奠定了基础。

层析成像技术主要是利用勘测设备在勘探区域的各个方向通过直流电场来研究地下介质电阻率分布，然后通过电阻率的分布来判断地质结构。

由于地质构造的不同，一次电流在介质中的分布会发生变化，从而产生电位差。

计算机处理系统将测到的电位差转换为电阻率，由于我们采用的是多方位的数据采集，因此，我们能从多方位观测到投影图像，最终形成一个完整的电阻率图像[3]。

4高密度电阻率法野外勘测研究
利用高密度电阻率法在进行野外的勘测时，数据的采集与处理是十分重要的，但由于外界环境的影响以及我们在进行勘测时受到各种客观因素的制约，我们得到的数据经常会出现较大的误差，因此，我们在进行野外的勘测时，要做好充足的准备工作并且采用正确的测量方法。

4.1准备工作
由于环境的不同，我们所勘测的对象也是不同的，在勘测之前，我们要针对勘测对象的分布形态和物理性质收集相关的资料，然后确定观测装置与电极间距，由于地质结构的不同，我们要选用与之相适应的勘测仪器来进行数据采集，这样能够使我们的勘测数据更加的准确、有效。

4.2测量阶段
在进行测量时，要先检查接地电阻，在接地电阻检测过程中，如发现接地电阻全部为零，表明电极短路；如发现电阻值固定不变，原因是电极转换开关上的MN 与主机上的MN 接线柱接反，在确保电阻准确无误之后再进行勘测。

4.3数据的采集
在进行数据的采集，通过会有十～几百毫安的电流从地层中流过，这些电流是非常危险的，因此，在进行勘测时要远离勘测地点，必要时要有专人进行看护或者设置一些警示标志。

数据采集过程应尽量避免和一些爆破作业、电力作业等同时进行[4]。

5结语
高密度电阻率法作为一种方便、实用的层析成像技术已经应用于我国的各个
行业，例如矿区的勘探、地下管道的探查、物探找水等工程。

但是，我们的技术人员还要不断的创新，通过在各种工程环境中的应用，不断的总结经验，改进这一技术的不足之处，使其能够在更加复杂的地质环境中进行勘测，数据更加的准确。

参考文献
[1]王兴泰等.二维电阻率图像重建的一种新方法[J].物探与化探.1995.
[2]杨文采.地球物理反演的理论与方法[M].北京：地质出版社，1996.
[3]刘蕾.高密度电阻率法反演成像及其应用[D].成都理工大学，2003.（03）：66-70.
[4]王兴泰，李小琴.电阻率图像重建的佐迪（Zohdy）反演及其应用效果[J].物探与化探，1996，（03）：228～233.。