高密度电阻率法值得探讨的问题

高密度电阻率法在工程勘查中的问题探讨

钟梁

（广东省地质局广东省地质建设工程集团公司，广州，510510）

1前言

高密度电阻率法近些年受到越来越多的关注和讨论。高密度电阻率法的雏形虽然是由英国人设计，但其真正的研究和应用还是中国人率先开展，并取得了令世人瞩目的工作成果。高密度电阻率法在工程物探工作中具有不可替代的作用，比如在工程地质勘查、厂址或坝基的选择、地下空洞探测、岩溶探测、地下隐蔽物探测、土壤污染范围调查、地下管线探测等等方面均取得过显著的效果。本文就高密度电阻率法因为工作模式的改变，可能存在“电磁感应”、“激发极化”和“地下电容”等问题作肤浅讨论。并提出针对改善这些问题所带来的负面影响，建议改进的工作作法。

2应用实例

2．1溶土洞勘查

图1 岩溶探测高密度视电阻率等值线剖面图

图1是截取的一段在广东湛江市湛江-北海原油管道九州江段的一段高密度电阻率法实测剖面。物探勘查区普遍为第四系覆盖，岩性为黄色粘土、亚粘土。高密度电阻率法极距3m，工作周期4s。本剖面数据采用斯伦贝尔装置采集，很好地反映出了岩溶发育区域在横向及深度上的分布情况。

2．2隐伏岩性界面勘查

图2 中风化石灰岩界面探测高密度视电阻率等值线剖面

高密度电阻率法结合钻探的成果常被用来对隐伏岩性界面进行追踪勘查，笔者也进行过多次此类高密度电阻率法勘查工作。图2为截取的一段广州市白云国际机场公务机坪高密度勘查实测剖面，其目的是勘查场区内基岩面（石灰岩）的埋深和起伏情况。电测剖面上有一钻孔资料作为验证结果和解释参数。

工作采用3m极距，使用了施伦贝尔、温纳两种装置。

仪器使用重庆地质仪器厂生产的分布式智能高密度电法仪（）。从图2看到，该剖面对岩层顶面起伏状况反映非常清晰。结合钻孔资料进行标定，获得深度转化的校准参数后对岩面埋藏深度也能进行准确定位。综合有以下结论：

⑴岩面在10-25米深度范围内起伏（在截取剖面段内）；

⑶局部位置岩面深度急剧加深，推测该处为石灰岩面附近的溶蚀发育形成的溶沟；

⑹高密度电阻率法测得的结果与钻孔吻合程度较好。

2．4地下不明结构体探测

图3 地下掩埋结构体探测高密度视电阻率剖面图

地球物理方法应用的前提是目的体与其周围介质存在较明显的物理性质差异，因此，当地下结构体与覆盖土层之间电性差异明显的时候也可以采用高密度视电阻率法对其埋藏分布情况进行探测。

图3也是白云国际机场公务机坪高密度电阻率法探测的一段实测剖面，探测的目的体为勘查区域地下埋藏的暗涵。实测剖面很清楚地反映出了暗涵在剖面上的埋藏位置，而且从剖

面上可以看出在暗涵中间偏左的位置有一个高阻体将暗涵一分为二，该高阻体厚度约8米。后经查证，该暗涵中间确实被混凝土结构体分隔成了两部分。

2．4孤石探测

图4 孤石探测高密度视电阻率等值线剖面图

近年来，广州市在萝岗的经济技术开发区进行了大规模的土地平整工作，以适应社会经济发展的需要。该区域土体中含有大量花岗岩孤石，因孤石分布的未知性，大大增加了施工难度，因此近年在该地区采用高密度电阻率法进行了一系列孤石探测工作。图4为笔者在广州市经济技术开发区东区会展中心三号地块采集到的高密度视电阻率剖面。

因花岗岩孤石相对周围土体而言电阻率较高，因此对电剖面中孤石位置的解释原则为高阻封闭或半封闭等值线圈定区域，图4中显然存在不少该类异常区域。

3问题提出

以上高密度电阻率法应用的实例均为在各项物探勘察中截取的具有明显效果的代表性剖面。事实上在高密度电阻率法勘查过程中受地形、供电电压、自然电场等因素的影响，实测数据往往不能如实地反映出地下电介质的变化情况。尽管高密度电阻率法源于直流电法、甚至可以说它们的物理机制是相同的，但是随着其工作模式，特别是电极布置模式、供电时间模式、数据采集模式等等的改变，同时必然带来新的值得探讨的问题：

3．1缺少理论研究

高密度电阻率法至今还未见一部比较为完整理论著述，只零星于刊物和论文集中针对某一技术问题的讨论。由于计算机的发展，高密度电阻率法目前涌现的装置类型不下十几种，但就各种装置类型的特点、曲线特征、探测深度、分辨能力等等并没有专门的论述。不少地球物理工作者只是从猎奇角度，又因为计算机自动测量的工作条件，无目的滥用各种装置，不得不说这是当前高密度电阻率法所面临的一个问题；

3．2与常规直流电法不尽相同

高密度电阻率法虽然是直流电法范畴，但是其采用了计算机控制自动供电，自动测量功能。为了提高工作效率，仪器设计者往往是采用短时，甚至是瞬时供电，供电后即刻测量的工作方式。由此就带来了有驳于直流电法理论基础的问题：

1.电磁感应现象

无论在开始供电，还是断电的瞬间，理论上不应视其为直流电流，这是公认的。这时，无论导线，还是大地，均会由于电磁感应原理，产生电磁感应现象。这种电磁感应现象无疑会对供电电流、MN两点电压带来影响。这种电磁感应的影响无疑又与供电时间的长短和测量一次场距离开始供电的时间间隔有关，究竟在不同介质、不同模型、不同时间影响多大，我们还不甚清楚。一般的，由于仪器型号的不同，一次电位的采集时间也不尽相同。过去古老的表盘式仪器就不存在这一问题，这是因为人们读数有一个视觉调整过程，以及人动作滞后，地下已经建成了稳定的电场。现代仪器，由于计算机的控制，一次场的判读时间虽然一般不会在供电波动的初始段，但这种危险是存在的。其作用有多大还值得探讨，需要一系列的试验工作。

2.激发极化影响

这种影响是不言而喻的，因为激化极化现象不仅是公认的，而且利用这一现象开展勘查已经成为我们成熟的勘查手段之一。

那么，激发极化现象对于高密度电阻率法有没有影响？如果有影响，影响有多大？如果电位测量开始于电场没有平稳之前，那么，这种影响是显而易见的。能够让人忽略的影响是测量时间什么时候？换句话说，哪一时刻测量可以认为是一次场标准电位差？能不能得到一个说法，这无疑也需要探讨。

3.地下电容现象

实际上无论是电磁感应现象、激发极化现象，还是地下电容现象都直接影响到直流电流的理论基础，它们的机理虽然不同，所造成的影响是相似的。电容的充电、放电与激发极化的特征是相似的。所不同的是，电容现象充电时间很快，放电却很慢，甚至较长时间地存储一部份电能，它能否影响到下一个时段的测量数据？这种影响作用有多大？实际工作中能否忽略不计？

3．3高密度电阻率法在大极距工作时功率不足所形成的弱异常是否有假异常众所周知，目前的高密度电阻率仪采用的是计算机全自动技术，包括数据采集。一般电流分辨率可以到mA，甚至是μA。电压为mV。也就是说，其分辨率远远高于一般的大地天然电场水平，尽管仪器在设计上采用了自动补偿功能，但是，最终补偿结果如何还不得而知。当大极距工作且功率不足时，一般而言，仪器仍能有完整的数据采集，但这时数据的可信度有多大？如果数据显示有异常，那么有没有假异常出现？这一系列问题还值得探讨。

3．4测量电极

高密度电阻率法与传统电法的另一个显著差别就是高密度电阻率法的测量电极和供电电极是同一电极，只是在不同的时刻扮演着不同的角色。我们通常使用的电极都是金属电极，这样，就带来了电极的接地电位差和电极极化现象对测量结果的影响。这种影响对高分辨率的浅部地质电性描述应当引起足够的重视。

3．5供电电流

众所周知，信噪比是数据能否利用的一项重要指标。由于高密度电阻率仪器多为集成电路控制，耐流小、散热差。加之电缆多为集合电缆，导线直径十分有限。所有这些都导致了高密度电阻率法工作电流不能很大。最终导致采集的数据信噪比偏低。

3．6资料处理及资料解释

高密度电阻率法因为是计算机自动控制，电极距小，所以采集数据的分辨率高，采集的数据可以描述地电的细节变化。在资料利用时，对宏观的地质解释就需要对原始数据进行后期的数据处理。比如求取电性的区域变化形态，求取电性变化界面（梯度极值带）等等。同理也存在提取细小变化特征，剔除宏观信息的作法。目前对高密度电阻率法数据进行数据处理的讨论深度还远远不够。

资料解释还面临解释手段单一，解释方法不完善等诸多问题。致使目前多数工作者不对高密度电阻率法数据不进行数据处理和不作反演计算，凭经验作主观的推断解释。

总之，高密度电阻率法存在的问题是迫切需要解决的。但是，解决这些问题，哪怕是其中一小部份问题，也不是轻而易举的事。需要作大量的工作，也需要有耐心和毅力。

参考文献

1.[1]周黎明,肖国强;高密度电法在抛石体与土层分界面探测中的应用[J];长江科学院院报;2004年06

期

2.[2]丑景俊,王进,孟琪;高密度电阻率法的应用技术研究[J];东北地震研究;1995年04期

3.[3]王自民;高密度电阻率法的应用[J];科技创业月刊;2010年07期

4.[4]孙景慧,高树义,任建国;高密度电阻率法在活动断裂探测中的应用;山西地震;2004年04期