電阻率在物探地質(zhì)勘查中的運(yùn)用分析

趙玉立 曹光輝

摘 要：電阻率法作為物探方法中應(yīng)用最為廣泛的一種勘探方法，經(jīng)過(guò)不斷的改進(jìn)與完善，已廣泛運(yùn)用于各種領(lǐng)域，在水文、工程及環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中均取得了明顯的地質(zhì)效果和顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。文章主要闡述了有關(guān)電阻率在物探地質(zhì)勘查中的運(yùn)用分析。

關(guān)鍵詞：電阻率；物探；地質(zhì)勘查；運(yùn)用分析

1 前言

電阻率法實(shí)際上是一種陣列勘探方法。電阻率法因其便于野外信息采集、成本降低、效率提高，信息全而細(xì)，解釋方便，探測(cè)能力有很大提高等特點(diǎn)。針對(duì)電阻率法在物探地質(zhì)勘查中的運(yùn)用進(jìn)行深入的研究和探討。

2 電阻率法的工作原理

電法是一種陣列式勘探方法，布設(shè)在地面的若干根電極一次性布設(shè)完成，布設(shè)完成后由儀器自帶的計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，它與常規(guī)電法相比，電法數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化或半自動(dòng)化的數(shù)據(jù)采集，大大提高了工作效率。電法的基本工作原理與常規(guī)電阻率法基本相同，它是以巖土體的電性差異為基礎(chǔ)的一種電探方法。

電阻率法的工作范疇包括數(shù)據(jù)的采集與數(shù)據(jù)的處理，與常規(guī)的電阻率法工作原理相同，主要是以地下介質(zhì)之間的導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)，通過(guò)A、B兩個(gè)電極向地下傳遞電流，然后在M、N電極之間測(cè)得電位差△V，從而求得該記錄點(diǎn)的視電阻率值Qs=K△V/I。在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的勘測(cè)時(shí)，只需要將全部的電極合理的安放在一定距離的測(cè)點(diǎn)上，然后將多芯電纜連接到由單片機(jī)控制多路電極自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，這樣機(jī)器就能夠根據(jù)自身的需求進(jìn)行電極與測(cè)點(diǎn)之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。測(cè)量的數(shù)據(jù)通過(guò)電極轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)傳輸?shù)轿C(jī)工程電測(cè)儀，根據(jù)實(shí)測(cè)的電阻率剖面數(shù)據(jù)，通過(guò)專(zhuān)業(yè)的計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行反演數(shù)據(jù)處理，就可以獲得地層電阻率的分布狀況，從而推斷出地層結(jié)構(gòu)的分布狀況。

3 電阻率法的工作方法與數(shù)據(jù)處理

3.1 電阻率法的工作方法

針對(duì)不同的使用環(huán)境，我們要采取不同的觀(guān)測(cè)方法，電阻率法的工作方法主要有以下幾種：

（1）二極法是采集剖面數(shù)據(jù)的主要方法，主要是通過(guò)將一個(gè)供電電極與測(cè)量裝置放在假定無(wú)窮遠(yuǎn)處，然后對(duì)其中的某一電極供電與其它電極之間形成電位差，從而形成二維電阻率斷面圖。

（2）三電位電極系主要是將溫納四極、偶極、及微分按照一定的工作順序?qū)⑵溥B接在一起對(duì)于測(cè)量遠(yuǎn)電極的電位差時(shí)非常的方便。

（3）三極裝置對(duì)于測(cè)量異常體的分辨能力與剖面拼接點(diǎn)特性具有較強(qiáng)的使用價(jià)值。

3.2 數(shù)據(jù)的采集與處理

電阻率法的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由主機(jī)、多路電極轉(zhuǎn)換器及電極系三部分組成，主機(jī)主要通過(guò)通訊電纜和供電電纜向電極供電、接收和存儲(chǔ)信息，然后再通過(guò)數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。

電阻率法的數(shù)據(jù)處理包括修飾性數(shù)據(jù)處理與實(shí)質(zhì)性數(shù)據(jù)處理，修飾性數(shù)據(jù)處理是實(shí)質(zhì)性數(shù)據(jù)處理的前提。由于受到地質(zhì)條件、電阻率、地質(zhì)噪音等因素的影響，數(shù)據(jù)的采集經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)較大的誤差，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行初級(jí)的處理可以幫助得到更加真實(shí)的數(shù)據(jù)。在針對(duì)初級(jí)數(shù)據(jù)處理時(shí)主要包括無(wú)窮遠(yuǎn)電極校正、去除突變點(diǎn)、數(shù)據(jù)拼接與轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)滑動(dòng)平均等處理。實(shí)質(zhì)性數(shù)據(jù)處理主要包括地形改正、比值處理、畸變值處理、二維反演等。最后在計(jì)算機(jī)平面上形成二維圖像呈現(xiàn)出來(lái)。

4 電阻率法在物探地質(zhì)勘查中的工作流程

4.1 電阻率法的使用前提：工程開(kāi)展之前需要針對(duì)整個(gè)工作區(qū)的地理特征進(jìn)行分析研究，并查看是否能夠進(jìn)行勘察。因?yàn)榈貙訋r體的形成各有不同的年代，所以電阻率值的大小會(huì)受形成后是否經(jīng)歷構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以及熱水變質(zhì)作用和風(fēng)化作用等因素的影響。因此，對(duì)比資料的多寡會(huì)對(duì)探查結(jié)果的詳細(xì)解釋具有重要的作用，例如：地質(zhì)勘探資料、鉆孔資料、測(cè)井資料、室內(nèi)巖土實(shí)驗(yàn)資料等都是必不可少的資料。

4.2 電阻率法的數(shù)據(jù)采集包括多芯電纜、電極系、多路電極轉(zhuǎn)換器以及測(cè)量主機(jī)。觀(guān)測(cè)時(shí)按照設(shè)計(jì)的間隔，等間距電極由多芯電纜通過(guò)轉(zhuǎn)換器與主機(jī)聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、存貯、傳輸?shù)扔?jì)算機(jī)自動(dòng)控制的全過(guò)程。在工區(qū)布好測(cè)線(xiàn)，按一定的間距插上電極，用智能電纜將其聯(lián)接，進(jìn)而用采集儀收集工區(qū)的數(shù)據(jù)。由于電阻率法探測(cè)的電極很多，必須處理好儀器自檢電極接地效果所發(fā)現(xiàn)的接地不良的電極，為了使其接地的效果良好，可以通過(guò)給電極周?chē)铀畞?lái)達(dá)到目的。

4.3 數(shù)據(jù)的處理可分為預(yù)處理和實(shí)際性處理。由于地下不均勻的物體的存在、地形起伏、布設(shè)電極的接地電阻率變化以及地質(zhì)噪聲等因素對(duì)其的影響，都會(huì)產(chǎn)生異常干擾。因此針對(duì)原始的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，來(lái)剔除異常干擾，可以幫助得到更加真實(shí)的數(shù)據(jù)。解決了這些實(shí)際工作中常遇到的問(wèn)題，預(yù)處理就可以更加方便地為后續(xù)實(shí)質(zhì)性處理作好鋪墊。相鄰斷面的數(shù)據(jù)拼接、插值、剔除虛假點(diǎn)、以及地形改正等都是預(yù)處理的主要方法。

4.4 資料實(shí)質(zhì)性處理

4.4.1 電阻率法有限元法的正演。有限單元法是一種以變分原理和剖分插值為基礎(chǔ)的數(shù)值計(jì)算發(fā)放。用這種方法求解穩(wěn)定電流場(chǎng)電位，得到地下半空間場(chǎng)的分布，以表征穩(wěn)定電流場(chǎng)的空間分布。

4.4.2 電阻率法的測(cè)量數(shù)據(jù)在處理方法上采用佐迪方法進(jìn)行二維反演。它的原理實(shí)際上是通過(guò)不斷調(diào)整初始模型參數(shù)使正演曲線(xiàn)與實(shí)際曲線(xiàn)之差達(dá)到最小，此時(shí)得到的模型就作為實(shí)際測(cè)量所得到的地址模型，由此所得的最終模型參數(shù)作為反演結(jié)果。

4.5 為了將地下地質(zhì)情況能夠更準(zhǔn)確的查清，結(jié)合實(shí)際地形條件，采用多種方法進(jìn)行解釋?zhuān)?/p>

（1）通過(guò)與所得到的試驗(yàn)圖像異常特征對(duì)比進(jìn)行解釋。（2）同一剖面兩種或兩種以上裝置的圖像進(jìn)行對(duì)比解釋。（3）將圖像與已知地質(zhì)剖面、鉆孔等數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。（4）抽取少量幾組符合測(cè)深條件的電測(cè)深數(shù)據(jù)進(jìn)行反演解釋。

5 電阻率法的實(shí)際應(yīng)用

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可以歸納出巷道與采空區(qū)為特高阻，灰?guī)r層為高阻，煤層呈中到相對(duì)高阻，灰?guī)r層和未開(kāi)采煤層橫向較均勻且分布范圍一般很大，充水的巷道雖然呈低阻但是范圍很小。地表通過(guò)不同電極距的布設(shè)可以采集到反映地下不同深度、不同點(diǎn)的視電阻率值，而視電阻率值即蘊(yùn)含著各種地質(zhì)體的分布信息，采用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、影像成圖和綜合分析解釋?zhuān)纯纱_定出地下采空區(qū)和巷道的分布范圍在地表的投影位置、形狀、以及大小。因此通過(guò)組成地下介質(zhì)層間的電性差異，電法被利用到了各種應(yīng)用領(lǐng)域：

（1）環(huán)境工程地質(zhì)：凍土調(diào)查；邊坡軟弱夾層調(diào)查；滑坡調(diào)查；巖溶探測(cè)。（2）水利工程：堤壩探測(cè)；堤防垂直防滲墻質(zhì)量檢測(cè)；水庫(kù)堤防滲漏檢測(cè)；水庫(kù)堤防裂縫檢測(cè)；河堤防隱患探測(cè)。堤壩結(jié)構(gòu)體探測(cè)。（3）城市工程勘察：人防工程探測(cè)；城市管線(xiàn)探測(cè)；路面塌陷調(diào)查；城市地下埋藏物探測(cè)。（4）工程地質(zhì)勘察：斷層探測(cè)；隧道滲漏探測(cè)；基巖面調(diào)查。（5）工程質(zhì)量檢測(cè)：隧道灌漿質(zhì)量檢測(cè)；煤田采空區(qū)處理灌注質(zhì)量檢測(cè)；堤防灌漿質(zhì)量檢測(cè)；巖溶灌漿質(zhì)量檢測(cè)。

6 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，由于多變且復(fù)雜的地質(zhì)背景的影響下，使得在各種地質(zhì)調(diào)查情況下，常規(guī)電法勘探的應(yīng)用已經(jīng)不能完美地完成實(shí)際的地質(zhì)調(diào)查。本文針對(duì)分析了電阻率法在物探地質(zhì)勘探中的應(yīng)用有著重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]劉蕾.電阻率法反演成像及其應(yīng)用[D].成都理工大學(xué)，2013.（03）：66-70.

[2]王興泰，李小琴.電阻率圖像重建的佐迪（Zohdy）反演及其應(yīng)用效果[J].物探與化探，2012，（03）：228～233.

[3]江玉樂(lè).電法在巖溶路基勘察中的應(yīng)用[J].物探化探計(jì)算技術(shù)，2012年

[4]吳燦燦.電阻率法的綜合應(yīng)用[J].科技經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)，2013年

[5]劉紅香，衣吉偉.電法在工程中的實(shí)際應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012（23）.

[6]劉超，張義平.電法在探測(cè)煤礦地下水及巖溶中的應(yīng)用[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2012（28）.