高密度電阻率法值得探討的問題

1、高密度電阻率法在工程勘查中的問題探討鐘 梁（廣東省地質(zhì)局 廣東省地質(zhì)建設(shè)工程集團(tuán)公司，廣州，510510）1前言高密度電阻率法近些年受到越來越多的關(guān)注和討論。高密度電阻率法的雛形雖然是由英國人設(shè)計，但其真正的研究和應(yīng)用還是中國人率先開展，并取得了令世人矚目的工作成果。高密度電阻率法在工程物探工作中具有不可替代的作用，比如在工程地質(zhì)勘查、廠址或壩基的選擇、地下空洞探測、巖溶探測、地下隱蔽物探測、土壤污染范 圍調(diào)查、地下管線探測等等方面均取得過顯著的效果。本文就高密度電阻率法因為工作模式的改變，可能存在“電磁感應(yīng)”、“激發(fā)極化”和“地下電容”等問題作膚淺討論。并提出針對改善這些問題所帶來的負(fù)面影響

2、，建議改進(jìn)的工作作法。2應(yīng)用實例21溶土洞勘查圖1 巖溶探測高密度視電阻率等值線剖面圖圖1是截取的一段在廣東湛江市湛江-北海原油管道九州江段的一段高密度電阻率法實測剖面。 物探勘查區(qū)普遍為第四系覆蓋，巖性為黃色粘土、亞粘土。高密度電阻率法極距3m，工作周期4s。本剖面數(shù)據(jù)采用斯倫貝爾裝置采集，很好地反映出了巖溶發(fā)育區(qū)域在橫向及深度上的分布情況。22隱伏巖性界面勘查圖2 中風(fēng)化石灰?guī)r界面探測高密度視電阻率等值線剖面高密度電阻率法結(jié)合鉆探的成果常被用來對隱伏巖性界面進(jìn)行追蹤勘查，筆者也進(jìn)行過多次此類高密度電阻率法勘查工作。圖2為截取的一段廣州市白云國際機場公務(wù)機坪高密度勘查實測剖面，其目的是勘查場

3、區(qū)內(nèi)基巖面（石灰?guī)r）的埋深和起伏情況。電測剖面上有一鉆孔資料作為驗證結(jié)果和解釋參數(shù)。 工作采用3m極距，使用了施倫貝爾、溫納兩種裝置。 儀器使用重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的分布式智能高密度電法儀（）。從圖2看到，該剖面對巖層頂面起伏狀況反映非常清晰。結(jié)合鉆孔資料進(jìn)行標(biāo)定，獲得深度轉(zhuǎn)化的校準(zhǔn)參數(shù)后對巖面埋藏深度也能進(jìn)行準(zhǔn)確定位。綜合有以下結(jié)論： 巖面在10-25米深度范圍內(nèi)起伏（在截取剖面段內(nèi)）；局部位置巖面深度急劇加深，推測該處為石灰?guī)r面附近的溶蝕發(fā)育形成的溶溝； 高密度電阻率法測得的結(jié)果與鉆孔吻合程度較好。24地下不明結(jié)構(gòu)體探測圖3 地下掩埋結(jié)構(gòu)體探測高密度視電阻率剖面圖地球物理方法應(yīng)用的前提是目的

4、體與其周圍介質(zhì)存在較明顯的物理性質(zhì)差異，因此，當(dāng)?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)體與覆蓋土層之間電性差異明顯的時候也可以采用高密度視電阻率法對其埋藏分布情況進(jìn)行探測。圖3也是白云國際機場公務(wù)機坪高密度電阻率法探測的一段實測剖面，探測的目的體為勘查區(qū)域地下埋藏的暗涵。實測剖面很清楚地反映出了暗涵在剖面上的埋藏位置，而且從剖面上可以看出在暗涵中間偏左的位置有一個高阻體將暗涵一分為二，該高阻體厚度約8米。后經(jīng)查證，該暗涵中間確實被混凝土結(jié)構(gòu)體分隔成了兩部分。24孤石探測圖4 孤石探測高密度視電阻率等值線剖面圖近年來，廣州市在蘿崗的經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)進(jìn)行了大規(guī)模的土地平整工作，以適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。該區(qū)域土體中含有大量花崗巖

5、孤石，因孤石分布的未知性，大大增加了施工難度，因此近年在該地區(qū)采用高密度電阻率法進(jìn)行了一系列孤石探測工作。圖4為筆者在廣州市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)東區(qū)會展中心三號地塊采集到的高密度視電阻率剖面。因花崗巖孤石相對周圍土體而言電阻率較高，因此對電剖面中孤石位置的解釋原則為高阻封閉或半封閉等值線圈定區(qū)域，圖4中顯然存在不少該類異常區(qū)域。3問題提出 以上高密度電阻率法應(yīng)用的實例均為在各項物探勘察中截取的具有明顯效果的代表性剖面。事實上在高密度電阻率法勘查過程中受地形、供電電壓、自然電場等因素的影響，實測數(shù)據(jù)往往不能如實地反映出地下電介質(zhì)的變化情況。盡管高密度電阻率法源于直流電法、甚至可以說它們的物理機制是相同

6、的，但是隨著其工作模式，特別是電極布置模式、供電時間模式、數(shù)據(jù)采集模式等等的改變，同時必然帶來新的值得探討的問題：31缺少理論研究 高密度電阻率法至今還未見一部比較為完整理論著述，只零星于刊物和論文集中針對某一技術(shù)問題的討論。由于計算機的發(fā)展，高密度電阻率法目前涌現(xiàn)的裝置類型不下十幾種，但就各種裝置類型的特點、曲線特征、探測深度、分辨能力等等并沒有專門的論述。不少地球物理工作者只是從獵奇角度，又因為計算機自動測量的工作條件，無目的濫用各種裝置，不得不說這是當(dāng)前高密度電阻率法所面臨的一個問題；32與常規(guī)直流電法不盡相同 高密度電阻率法雖然是直流電法范疇，但是其采用了計算機控制自動供電，自動測量功

7、能。為了提高工作效率，儀器設(shè)計者往往是采用短時，甚至是瞬時供電，供電后即刻測量的工作方式。由此就帶來了有駁于直流電法理論基礎(chǔ)的問題： 1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象 無論在開始供電，還是斷電的瞬間，理論上不應(yīng)視其為直流電流，這是公認(rèn)的。這時，無論導(dǎo)線，還是大地，均會由于電磁感應(yīng)原理，產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象。這種電磁感應(yīng)現(xiàn)象無疑會對供電電流、MN兩點電壓帶來影響。這種電磁感應(yīng)的影響無疑又與供電時間的長短和測量一次場距離開始供電的時間間隔有關(guān)，究竟在不同介質(zhì)、不同模型、不同時間影響多大，我們還不甚清楚。一般的，由于儀器型號的不同，一次電位的采集時間也不盡相同。過去古老的表盤式儀器就不存在這一問題，這是因為人們讀數(shù)有一

8、個視覺調(diào)整過程，以及人動作滯后，地下已經(jīng)建成了穩(wěn)定的電場?，F(xiàn)代儀器，由于計算機的控制，一次場的判讀時間雖然一般不會在供電波動的初始段，但這種危險是存在的。其作用有多大還值得探討，需要一系列的試驗工作。 2.激發(fā)極化影響 這種影響是不言而喻的，因為激化極化現(xiàn)象不僅是公認(rèn)的，而且利用這一現(xiàn)象開展勘查已經(jīng)成為我們成熟的勘查手段之一。 那么，激發(fā)極化現(xiàn)象對于高密度電阻率法有沒有影響？如果有影響，影響有多大？如果電位測量開始于電場沒有平穩(wěn)之前，那么，這種影響是顯而易見的。能夠讓人忽略的影響是測量時間什么時候？換句話說，哪一時刻測量可以認(rèn)為是一次場標(biāo)準(zhǔn)電位差？能不能得到一個說法，這無疑也需要探討。3.地下

9、電容現(xiàn)象 實際上無論是電磁感應(yīng)現(xiàn)象、激發(fā)極化現(xiàn)象，還是地下電容現(xiàn)象都直接影響到直流電流的理論基礎(chǔ)，它們的機理雖然不同，所造成的影響是相似的。電容的充電、放電與激發(fā)極化的特征是相似的。所不同的是，電容現(xiàn)象充電時間很快，放電卻很慢，甚至較長時間地存儲一部份電能，它能否影響到下一個時段的測量數(shù)據(jù)？這種影響作用有多大？實際工作中能否忽略不計？33高密度電阻率法在大極距工作時功率不足所形成的弱異常是否有假異常 眾所周知，目前的高密度電阻率儀采用的是計算機全自動技術(shù)，包括數(shù)據(jù)采集。一般電流分辨率可以到mA，甚至是A。電壓為mV。也就是說，其分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般的大地天然電場水平，盡管儀器在設(shè)計上采用了自動補

10、償功能，但是，最終補償結(jié)果如何還不得而知。當(dāng)大極距工作且功率不足時，一般而言，儀器仍能有完整的數(shù)據(jù)采集，但這時數(shù)據(jù)的可信度有多大？如果數(shù)據(jù)顯示有異常，那么有沒有假異常出現(xiàn)？這一系列問題還值得探討。34測量電極 高密度電阻率法與傳統(tǒng)電法的另一個顯著差別就是高密度電阻率法的測量電極和供電電極是同一電極，只是在不同的時刻扮演著不同的角色。我們通常使用的電極都是金屬電極，這樣，就帶來了電極的接地電位差和電極極化現(xiàn)象對測量結(jié)果的影響。這種影響對高分辨率的淺部地質(zhì)電性描述應(yīng)當(dāng)引起足夠的重視。35供電電流 眾所周知，信噪比是數(shù)據(jù)能否利用的一項重要指標(biāo)。由于高密度電阻率儀器多為集成電路控制，耐流小、散熱差。加

11、之電纜多為集合電纜，導(dǎo)線直徑十分有限。所有這些都導(dǎo)致了高密度電阻率法工作電流不能很大。最終導(dǎo)致采集的數(shù)據(jù)信噪比偏低。36資料處理及資料解釋 高密度電阻率法因為是計算機自動控制，電極距小，所以采集數(shù)據(jù)的分辨率高，采集的數(shù)據(jù)可以描述地電的細(xì)節(jié)變化。在資料利用時，對宏觀的地質(zhì)解釋就需要對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行后期的數(shù)據(jù)處理。比如求取電性的區(qū)域變化形態(tài)，求取電性變化界面（梯度極值帶）等等。同理也存在提取細(xì)小變化特征，剔除宏觀信息的作法。目前對高密度電阻率法數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的討論深度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。 資料解釋還面臨解釋手段單一，解釋方法不完善等諸多問題。致使目前多數(shù)工作者不對高密度電阻率法數(shù)據(jù)不進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和不作反演計算，憑經(jīng)驗作主觀的推斷解釋。 總之，高密度電阻率法存在的問題是迫切需要解決的。但是，解決這些問題，哪怕是其中一小部份問題，也不是輕而易舉的事。需要作大量的工作，也需要有耐心和毅力。參考文獻(xiàn)1