劉立家

摘要：目前高密度電阻率法勘探存在很多問題，主要包括反演出的假異常以及異常體的傾向問題，這些問題無論從教學(xué)角度還是從實(shí)踐角度來看都是急需解決的。設(shè)計(jì)高密度電法教學(xué)實(shí)驗(yàn)，設(shè)置不同傾向的異常體，利用水平差分場線處理方法計(jì)算不同異常體的響應(yīng)，以還原介質(zhì)真實(shí)結(jié)構(gòu)。該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)及野外實(shí)踐都取得了良好的效果，解決了高密度電阻率測量方法的弊端。

關(guān)鍵詞：教學(xué)實(shí)驗(yàn)高密度電阻率法水平差分場線實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

中圖分類號：P631.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? 文章編號：1672-3791（2021）11（c）-0000-00

Abstract： At present， there are many problems， including the introduction of false anomalies in inversion and the tendency of anomalies， in high-density resistivity method， which need to be solved urgently from both teaching and practice perspectives. The teaching experiment of high-density resistivity method is designed. We set up the abnormal bodies with different tendencies and calculate the response of different bodies by using the horizontal differential field line processing method， so as to restore the real structure of the medium. The experimental has achieved good results in experimental teaching and field practice， and solved the disadvantages of high-density resistivity method.

Key Words： Teaching experiment; High-density resistivity method; Horizontal differential field line processing method;Experimental design

高密度電阻率法是一種主動源陣列勘探方法，測深和剖面測量同時進(jìn)行，基于探測目標(biāo)和圍巖在電性上的差異，通過觀測穩(wěn)定電流場的分布規(guī)律，獲得沿測線下方斷面的電阻率結(jié)構(gòu)，判斷目標(biāo)體位置和埋深[1- 2]。全部接收電極一次性布設(shè)完成，測量過程中無需跑極，避免了由于電極移動帶來的影響，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速采集，大大提高了工作效率。該方法具有數(shù)據(jù)量大、精度高、施工效率高等特點(diǎn)，目前在水利水電、環(huán)境地質(zhì)、工程地質(zhì)、工程檢測、市政工程以及考古等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)勘探、統(tǒng)計(jì)分析的全自動化[3]，產(chǎn)生了極大的社會效益及經(jīng)濟(jì)效益[4]。但是高密度電阻率法目前仍存在問題，主要表現(xiàn)為異常體形態(tài)刻畫不準(zhǔn)確。該文設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以研究水平差分場線處理方法在高密度電阻率法中的應(yīng)用效果，利用該處理技術(shù)，對高密度電阻率法數(shù)據(jù)進(jìn)行精細(xì)分析，還原地下異常體的真實(shí)結(jié)構(gòu)[5]。

1 高密度電阻率法采集原理

高密度電阻率法以直流電法的測量原理為基礎(chǔ)，由供電電極A、B向地下輸出直流電，由接收電極M、N輸入信號以獲得地下結(jié)構(gòu)信息。視電阻率由以下計(jì)算公式得到：

當(dāng)裝置和供電電流一定時，測點(diǎn)視電阻率大小取決于MN之間的電流密度（j_MN ） ?和測點(diǎn)真電阻率ρ_MN。

當(dāng)裝置和供電電流一定時，測點(diǎn)視電阻率和電場強(qiáng)度有關(guān)。當(dāng)存在高阻體時，場強(qiáng)呈高值，低阻結(jié)構(gòu)則對應(yīng)低場強(qiáng)，那么根據(jù)電場強(qiáng)度等值線分布即可識別地質(zhì)體結(jié)構(gòu)。水平差分場線盡管無法細(xì)致的刻畫地下異常體的產(chǎn)狀，但可以通過實(shí)踐的辦法或?qū)嶒?yàn)室模擬的方法來定性的理解復(fù)雜地質(zhì)體存在條件下場線的變形狀態(tài)。進(jìn)而利用這一方法在實(shí)際中來定性的分辨地下地質(zhì)異常體的構(gòu)造關(guān)系。

3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及目的

3.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

地下均勻各向同性電性介質(zhì)的情況下（以自來水為例），基于高密度電阻率法采集數(shù)據(jù)，計(jì)算水平差分場線分布情況。

（2）存在不同傾向異常板的情況下（以水中不同角度放置的高阻板為例），基于高密度電阻率法采集數(shù)據(jù)，計(jì)算水平差分場線分布情況。

3.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

促進(jìn)學(xué)生對高密度電法理論的了解及相關(guān)理論的理解。

提高學(xué)生自身的科研能力、創(chuàng)新實(shí)踐能力。

通過組員之間的協(xié)調(diào)配合，提高他們自身的動手能力以團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

4 結(jié)果與討論

4.1均勻各向同性電性介質(zhì)

均勻各向同性電性介質(zhì)中，場線呈現(xiàn)出近乎水平的等值線，隨著深度增加，差分場線由密變疏。這是由于，一方面隨著深度增加，電流密度逐漸減小，導(dǎo)致差分場線隨深度增加逐漸變稀疏;另一方面介質(zhì)為均勻的水，所以差分場線呈水平分布。上述結(jié)果證明了水平差分場線方法在高密度電阻率法應(yīng)用中的可行性，結(jié)果準(zhǔn)確，效果良好。

4.2不同產(chǎn)狀異常板

圖1為利用水平差分場線處理方法，獲得的不同傾向異常體存在的情況下沿測線的場線分布圖，（a）（b）（c）（d）分別對應(yīng)24°、45°、64°、90°傾斜的高阻板的結(jié)果。高阻板存在于場線峰值連線位置，直立板的差分曲線呈軸對稱分布，隨著板的傾角減小差分曲線峰值連線的角度隨之減小。對于單個傾斜異常體的結(jié)果，從左向右，距離異常較遠(yuǎn)位置時，場線近乎水平延伸，距離高阻異常較近時，場線沿著異常傾向方向向下延伸出現(xiàn)谷值，之后場線向上延伸，在異常的中心出現(xiàn)峰值，越過異常后場線向下延伸，直到遠(yuǎn)離異常場線又水平延伸。

將大量實(shí)驗(yàn)做出的不同傾斜角度的板的異常曲線疊在一起，做成標(biāo)準(zhǔn)量板。將測量得到的未知傾角模型的差分曲線與標(biāo)準(zhǔn)曲線量板對比，即可推測未知模型的傾角。

5 結(jié)語

水平差分場線處理方法在高密度電阻率法中的應(yīng)用效果良好，可達(dá)到進(jìn)一步圈定異常的作用。排除常規(guī)反演結(jié)果引入假異常的情況，相對于電阻率斷面圖更精確，更能準(zhǔn)確圈定異常體位置。另外當(dāng)異常體具有傾向，從差分場線圖上可以判斷異常的傾向，甚至獲得準(zhǔn)確的傾角。該實(shí)驗(yàn)將教師的科研成果納入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能夠較好地解決目前高密度電阻率法存在的問題，理論與實(shí)踐相結(jié)合，有利于激發(fā)學(xué)生對科學(xué)研究的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和科研素養(yǎng)，為將來的科研工作打下良好基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

王世界，毛聰，王元洪，等.高密度電法在斷裂構(gòu)造探測中的應(yīng)用[J].資源信息與工程，2021，36（5）：56-57，63.

王鵬.高密度電阻率法高分辨率成像與解釋[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2020.

辛歡.淺探工程物探中高密度電法的應(yīng)用[J].西部資源，2021（5）：95-97.

朱紫祥，胡俊杰.高密度電法在巖溶地區(qū)溶洞勘查中的應(yīng)用[J].工程地球物理學(xué)報(bào)，2017，14（3）：290-293.

廖建華.高密度電法勘探在工程勘察中的應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2019（4）：75-76.

XIN Z H，HAN J T， LI Z Y， et al. Viability of High-density Resistivity method for Evaluating Mountain Slope Stability in Erdaojiang District，Tonghua City，China[J]. Global Geology， 2020，23（4）： 225-233.

XIN Z H， LIU L J， HAN J T， et al. Application of Electrical Resistivity Tomography （ERT） in Archaeological Investigation of Chengsijiazi Ancient City ruins[J]. IOP Conference Series Earth and Environmental Science，2021，660（1）：012118.