高密度电法多种装置形式的应用研究
２０１０ ＮＯ．１０
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ
研 究 报 告科技创新导报
１ 引言
常规电剖面法或电测深法，在铺设一次导线后只完成一个记录点的数据。观测，而目前工程、环境及地质勘察中常遇到目标体埋深不大、规模较小等情况，这时往往由于问题的复杂性，常规电法勘探很难满足实际工作的需要，因而被称为地学中ＣＴ的高密度电阻率法有了长足的发展。
高密度电阻率法由于在数据采集和资料处理方面采取了一系列特殊设计，因而在工程与环境地质调查中取得了明显的地质效果和显著的社会、经济效益。近年来，高密度电阻率法在场地勘察、公路及铁路隧道选线、坝基及桥墩、采空区及地裂缝调查以及水库渗漏研究等领域均取得了常规物探方法无法比拟的效果。
２ 应用优点
目前高密度电法广泛应用于工程地基调查，覆盖层厚度基岩面调查，破碎带裂隙等查找，地下水勘探、灌浆效果监测，地下水渗透等。来解决地质灾害问题及岩土工程问题，探测岩石或土体中的隐伏空穴（岩溶，煤洞等）和暗河的位置、埋藏深度及空间分布形态，探测滑坡的电性结构，探测断层的垂向延伸及倾向等。该方法具有以下优点。
电极布设是一次完成的，这不仅减少了因电极设置而引起的故障和干扰，而且为野外数据的快速和自动测量奠定了基础。
能有效地进行多种电极排列方式的扫描测量，因而可以获得较丰富的关于地电断面结构特征的地质信息。
野外数据采集实现了自动化或半自动化，不仅采集速度快（大约每一测点需２～５ｓ），而且避免了由于手工操作所出现的错误。
可以对资料进行预处理并显示剖面曲线形态，脱机处理后还可以自动绘制和打印各种成果图件。
与传统的电阻率法相比，成本低、效率高，信息丰富，解释方便，勘探能力显著提高。
但是高密度电法对于定量求解异常体的埋深，目前还仅限于半定量解释阶段。３ 主要装置形式及应用特点
目前其排列方式已发展到十几种。不
过仔细研究就可发现，所有排列都是从对
称四极（施伦贝谢尔Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒ）、偶极—
偶极（ｄｉｐｏｌｅ－ｄｉｐｏｌｅ）、单极—偶极（ｐｏｌｅ－
ｄｉｐｏｌｅ）、单极—单极（ｐｏｌｅ－ｐｏｌｅ）演变而来。
如：ＡＭ＝ＭＮ＝ＮＢ 时， Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒ就变
成α排列；ＡＢ＝ＢＭ＝ＭＮ时，偶极—偶极排
列就变成β排列；对于单极—偶极排列，就
有ＡＭＮ，ＭＮＢ，ＡＭ＝ＭＮ和ＡＭＭＮ等４种。
至于所谓的滚动排列装置，在电极排列方
式上基本不变，只不过是其排列方式有利
剖面滚动衔接而已。
选择高密度电阻率法的实用电极装
置，不能只考虑电极装置的探测分辨率；即
使从探测分辨率考虑，也不是装置的分辨
率愈高愈好。偶极—偶极装置的探测分辨
率最高；但它的分辨率太高了，以致观测误
差、围岩不均匀性和反演过程的微小“扰
动”等，都会对反演结果形成干扰，出现“零
乱”的假异常。
选择实用的电极装置还应考虑高密度
电阻率法的方法技术特点。在高密度电阻
率法中布置在观测剖面上的各个电极，都
将先后分别被当做供电电极和测量电极使
用，这使得供电电流强度一般都不能很大
（通常为几到几十毫安）。“梯度装置”，特别
是偶极—偶极装置在小供电电流条件下，
观测信号很弱，难以测准。这就限制了这类
装置的应用。双向三极梯度装置有探测分
辨率适度、分辨率较高，但又不致于引起强
烈干扰和观测结果可换算其它多种电极装
置的视电阻率等优点；但它的观测信号很
弱，除非采用高灵敏度和高精度仪器作观
测，否则很难取得符合要求的野外观测数
据。在相同供电电流强度和相同隔离系数
的条件下，电位装置及其变种γ装置会有
最大的观测信号；但在城镇和工矿区，采用
大测量电极距的电位装置往往会遭遇到强
大的游散电流干扰。再考虑到这类电极装
置的探测分辨率很低，因此，它们不适于在
高密度电阻率法中使用。
从探测分辨率和野外工作方法技术两
个方面综合考虑，在现有观测技术条件下，
具有较高分辨率和较强野外观测信号的装
置β，应该认为是高密度电阻率法比较适
用的电极装置。对称四极装置及其变种α
装置，也有较强的观测信号其观测信号甚
至比β装置更强；但其探测分辨率很低，往
往会漏掉有意义的异常，不宜选作为基本
观测装置。
４ 高密度电法发展方向
高密度电法勘探时最好结合钻孔（或探
井）资料并辅助以电测深进行综合解释，以
提高解释的准确性。
高密度电法勘探时如果测区地形起伏
较大，必须进行地形改正，否则会给最终解
释结果带来较大的误差。
二维测量中，将同时进行时间域激电
测量。该功能在传统式高密度电法仪中难
以实现，在分布式仪器中，将能较好地解
决。美国ＡＧＩ公司、中国地质大学（武汉）都
推出了多用智能电极转换开关，可同时接
金属电极和不极化电极，以便可同时进行
电阻率和极化率测量。
三维高密度电法测量将得到应用。三
维高密度电法由于其测量时间和反演运算
时间长等原因，其应用受到影响。国外ＡＧＩ
公司有相关报道，国内中国地质大学（武汉）
也进行了相关研究和试验。随着仪器水平
的提高，软件水平的进步，相信三维高密度
电法将广泛应用。
高密度电法勘探在工程上的应用要取
得更好的效果还有赖于不断的实验研究及
处理技术的不断地提高和深入，如：高密度
电法的各个排列装置在特征异常体上的断
面特征、层状介质断面特征及任意测点测
深曲线抽取和定量解释、高密度电法的地
形改正、高密度电阻率反演（Ｚｏｈｄｙ和层析
成像技术），在短期内，这些技术将变为现
实。所以，高密度电法是相当有发展前途的
一种工程勘探方法。
高密度电法多种装置形式的应用研究
刘加文
（西安长庆科技工程有限责任公司 陕西西安 ７１００１８）
摘 要：文章阐述了高密度电法的基本原理与发展简史，介绍了该方法在工程勘察、地下水查找、灌浆效果监测、地质灾害调查等方面的应用优点。对高密度电法的多种装置形式应用中的优点缺点进行了分析探讨，指出了在何种地质条件下使用何种装置形式会得到更好的效果。最后对高密度电法的前景进行分析，指出了三维高密度电法是该方法的发展趋势，该方法是相当有发展前途的一种物探方法。
关键词：工程勘察 装置形式 高密度 物探
中图分类号：ＴＵ９９文献标识码：Ａ文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２０１０） ０４（ａ）－００２４－０１
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