辛歡

摘要：現(xiàn)代工程物探技術(shù)中常用的是高密度電法，該技術(shù)與傳統(tǒng)的工程物探技術(shù)相比，自動(dòng)化水平比較高，數(shù)據(jù)信息采集率也比較高，可以直觀(guān)地反映其結(jié)果。由此，本文從高密度電法的工作原理及應(yīng)用著手，對(duì)其在工程物探中的應(yīng)用方法做了探究，希望能為廣大同行提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：高密度電法；工程物探；勘察研究。

1.高密度電法的概述

高密度電法與普通直流電法原理大致打通，其均要求能夠科學(xué)評(píng)價(jià)工程地下目標(biāo)導(dǎo)體自身的額層電性能，進(jìn)而能夠?qū)δ繕?biāo)實(shí)施有效勘探。相較于以往直流電物探而言，高密度電法主要是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)為載體實(shí)施，要求能夠充分融合計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的直流電物探技術(shù)，從而構(gòu)建起合理、穩(wěn)定高效的數(shù)據(jù)采集、處理與統(tǒng)計(jì)幾桶，隨后應(yīng)用計(jì)算機(jī)內(nèi)的計(jì)算及數(shù)據(jù)處理功能，以實(shí)現(xiàn)勘探、統(tǒng)計(jì)分析的全自動(dòng)化。就目前來(lái)看，高密度電法工程物探技術(shù)與傳統(tǒng)直流電工程物探技術(shù)相對(duì)比，其具有更高程度的自動(dòng)化，數(shù)據(jù)處理速度更加快，所需操作成本也要低許多，且具有較高的精準(zhǔn)度，有效地減少了人工計(jì)算所產(chǎn)生誤差。另外，利用計(jì)算機(jī)建設(shè)所得的物探系統(tǒng)能夠反復(fù)使用，而且在實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)僅要求設(shè)置和它對(duì)應(yīng)的導(dǎo)線(xiàn)，同時(shí)連接起數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，如此便能夠合理高效的對(duì)大量探測(cè)點(diǎn)實(shí)施勘察與監(jiān)測(cè)，這樣一來(lái)所需投入的人力、物力等成本將得到有效的節(jié)約，進(jìn)一步降低了物探成本。

2.高密度電法的工作機(jī)理

2.1高密度電法數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

一般情況下在運(yùn)用高密度電法時(shí)所使用到的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)含括了主機(jī)、多路電極轉(zhuǎn)換器與電極系。其中主機(jī)作用用于接收、儲(chǔ)存測(cè)量所得數(shù)據(jù)，同時(shí)運(yùn)用供電、通訊電纜來(lái)傳輸至多路電極轉(zhuǎn)換器，所以在發(fā)出工作指令時(shí)應(yīng)當(dāng)要采用流程圖與少許文字相結(jié)合的方式來(lái)進(jìn)行，并且是能實(shí)現(xiàn)電機(jī)供電。在具體運(yùn)行多路電極時(shí)，主要是使用電纜來(lái)供電至電機(jī)系中的每一電極，同時(shí)科學(xué)控制測(cè)量狀態(tài)。目前，通常是在戶(hù)外物探過(guò)程中使用高密度電法，且在實(shí)際使用時(shí)通常會(huì)涉及到許多不同類(lèi)型的裝置，所以要求工作人員在對(duì)其電極數(shù)和點(diǎn)距進(jìn)行確定過(guò)程中能夠?qū)⒕唧w工作情況以及物探具體深度要求來(lái)進(jìn)行綜合考量。

2.2高密度電法數(shù)據(jù)處理流程

采用高密度電法來(lái)分析與處理采集所得有關(guān)數(shù)據(jù)時(shí)其流程為：往主機(jī)內(nèi)儲(chǔ)存采集所得數(shù)據(jù)信息—通過(guò)通訊入進(jìn)來(lái)將原始數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)—利用計(jì)算機(jī)來(lái)處理相關(guān)數(shù)據(jù)—參照軟件對(duì)板塊的相關(guān)要求來(lái)進(jìn)行剔除畸變點(diǎn)與校正地形等工作—生成二維反演圖。

3.高密度電法在工程物探中的應(yīng)用方法

3.1布線(xiàn)

在具體的作業(yè)過(guò)程中進(jìn)而電極布置時(shí)，需要經(jīng)過(guò)合理的布線(xiàn)，且其布置是否合理將直接對(duì)所收集數(shù)據(jù)的科學(xué)準(zhǔn)確性造成較大的影響，所以，可以從以下幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行。1.需對(duì)各電極的間距進(jìn)行嚴(yán)格控制，以保證各電極的儀器表均得以正常有效的動(dòng)作，盡可能避免由于間距過(guò)大而導(dǎo)致儀器表超出工作范圍，又或是間距過(guò)小而發(fā)生重疊而引發(fā)資源浪費(fèi)問(wèn)題。2.通常是對(duì)立體工程實(shí)施物探，如此便會(huì)出現(xiàn)一個(gè)垂直方向上地面落差的情況，如若該落差超出規(guī)定范圍就可能會(huì)導(dǎo)致實(shí)際探測(cè)區(qū)域和具體地面差異偏大的問(wèn)題，嚴(yán)重影響到了實(shí)際所得數(shù)據(jù)的真實(shí)性與可靠性，并引發(fā)水平方向上的過(guò)大偏差，或是土質(zhì)測(cè)量精度不夠等多方面的問(wèn)題，并最終致使物探結(jié)果有失準(zhǔn)確性和可靠性。所以，這需要對(duì)地面落差進(jìn)行嚴(yán)格的控制，盡可能減少落差，從而確?？辈鞌?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

3.2檢測(cè)電阻

當(dāng)完成布線(xiàn)工作以后，還需對(duì)接地電阻進(jìn)行檢測(cè)，判斷其狀態(tài)是否良好，還有會(huì)否影響到電極檢測(cè)的準(zhǔn)確性。一般來(lái)說(shuō)發(fā)生頻率較高的接地電阻故障有如下幾種：1.當(dāng)系統(tǒng)中有短路電極存在時(shí)，其檢測(cè)電阻通常是0，進(jìn)而可以使用斷路排查法來(lái)對(duì)其所區(qū)的區(qū)域，以便能夠在第一時(shí)間排查并處理好故障。2.如若轉(zhuǎn)換器MN電極和主機(jī)MN接線(xiàn)柱反向連接，那么就不能測(cè)量出電阻，即便能夠?qū)⑵錅y(cè)量出來(lái)，其也會(huì)發(fā)生變化，且該系統(tǒng)內(nèi)電壓也是不穩(wěn)定的，這就需要對(duì)其進(jìn)行調(diào)整以糾正錯(cuò)誤連接。3.當(dāng)電極出現(xiàn)漏接時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果大大超過(guò)預(yù)估值的情況，還有可能會(huì)出現(xiàn)極大值。這主要是因?yàn)殡姌O漏接時(shí)導(dǎo)致其與大地直接接觸而致使阻值迅速增大；針對(duì)這種問(wèn)題通常只需要對(duì)線(xiàn)路進(jìn)行重新連接，使電極接入到接觸電極接地。4.除了以上提及的情況外，還可能是因?yàn)椴糠汁h(huán)境因素干擾，導(dǎo)致電阻出現(xiàn)改變，致使勘查結(jié)果出現(xiàn)較大偏差。

3.3參數(shù)的選擇

將高密度電法運(yùn)用于工程物探過(guò)程中，大部分情況下都會(huì)使用到距離系數(shù)、單電極間距離以及裝置類(lèi)型這幾類(lèi)參數(shù)，所以其會(huì)對(duì)勘探嘗試、廣度以及結(jié)果分辨率等的反映上造成不同的影響。所以，在對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行選擇時(shí)，需切實(shí)從實(shí)際要求著手，切實(shí)遵循適用性原則來(lái)確定參數(shù)，從而保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定與高效。不僅如此，在選用參數(shù)過(guò)程中，可以輔助使用不同類(lèi)型的基礎(chǔ)裝置。如作業(yè)人員在對(duì)電極變化情況進(jìn)行解剖時(shí)應(yīng)用偶極裝置，可以實(shí)現(xiàn)及時(shí)有效的進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，還可以利用溫納裝置來(lái)對(duì)垂直電靈敏度實(shí)施檢測(cè)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水平分層運(yùn)行狀態(tài)的調(diào)整，進(jìn)一步提升系統(tǒng)運(yùn)行的科學(xué)合理化，且該裝置適應(yīng)性非常淺，在不同類(lèi)型惡劣環(huán)境當(dāng)都可以維持正常動(dòng)作，同時(shí)能夠靈敏檢測(cè)到垂直電。在檢測(cè)水平與垂直電靈敏度時(shí)還能夠運(yùn)用微分裝置，不過(guò)該項(xiàng)裝置并不能有效檢測(cè)電阻。

3.4裝置的選擇

在進(jìn)行裝置的選擇過(guò)程中通常需要將場(chǎng)地、地形、探測(cè)精度與任務(wù)等方面情況考慮在內(nèi)。

第一，場(chǎng)地情況。如若場(chǎng)地開(kāi)闊，通常采用的是四級(jí)裝置（α、α2），以有效獲取最大的測(cè)量電位。并且該裝置能夠減少外界電源數(shù)量，降低供電電壓，尤其是在強(qiáng)化有效信號(hào)、減少干擾方面具有顯著成效。如若場(chǎng)地受限，則可以采用級(jí)裝置（AMN、MNB）該類(lèi)裝置占地面積要比四級(jí)裝置少得多。

第二，地形條件。在進(jìn)行工程物探中運(yùn)用高密度電法常常會(huì)受到地形情況的影響。其中地形情況對(duì)偶級(jí)裝置影響最大，因?yàn)槠渥陨淼碾姕y(cè)曲線(xiàn)復(fù)雜性較強(qiáng)，如若地形環(huán)境過(guò)于復(fù)雜，那么就會(huì)無(wú)法有效辨別電測(cè)剖面的形態(tài)。此次為三級(jí)裝置，如若出現(xiàn)山脊或山谷時(shí)，該裝置的電測(cè)曲線(xiàn)會(huì)有數(shù)個(gè)峰值出現(xiàn)，而且AMN、MNB裝置無(wú)法均衡反映出來(lái)，所以加大了判別的難度。相較來(lái)說(shuō)，地形對(duì)四級(jí)裝置影響較少，能夠交易判斷出電測(cè)剖面的形態(tài)。

第三，探測(cè)精度。在應(yīng)用高密度電法時(shí)一個(gè)重要內(nèi)容是對(duì)裝置和探測(cè)精度間的關(guān)系進(jìn)行掌握，但是就現(xiàn)階段來(lái)說(shuō)還沒(méi)有形成定論。按照溶試驗(yàn)結(jié)果可知，靈敏度最高的為β裝置，隨后為γ裝置，最后為α裝置。但是通過(guò)根據(jù)中國(guó)地質(zhì)大學(xué)羅延鐘教授研究可知，最為靈敏的為不等距偶，隨后為β裝置，之后為α裝置，最后為γ裝置。當(dāng)前大部分生產(chǎn)單位都只是采用α裝置該種裝置。

第四，MNB裝置的特殊作用。通常來(lái)說(shuō)MNB裝置不但能夠應(yīng)用到場(chǎng)地狹窄的情況，并且還能使用其來(lái)實(shí)施詳勘。此外，在開(kāi)展剖面勘探過(guò)程中常常使用到高密度電法，不過(guò)該種方法不適用在具有較大勘探深度的電測(cè)深中，如若其探測(cè)深度不大時(shí)，而且運(yùn)用兩根電纜的儀器，就能夠使用MNB裝置，先后互倒電纜能夠在短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確獲取整條剖面的電測(cè)深成果。

3.5數(shù)據(jù)采集的方法

在工程物探中，數(shù)據(jù)采集是一基核心內(nèi)容，其所采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度會(huì)對(duì)物探工作的結(jié)果造成直接性的影響，甚至還會(huì)對(duì)后續(xù)工程的建設(shè)造成不良影響。在高密度電法物探方法中，加密列陣勘探法是一種極為常見(jiàn)的方法，這一方法可以實(shí)現(xiàn)探測(cè)、剖面探測(cè)和層板成像等多方面的實(shí)際需要，其具有較強(qiáng)的實(shí)用性。在具體測(cè)量過(guò)程中，各測(cè)量點(diǎn)間距應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制在10m左右，與此同時(shí)，還需使用多芯電纜和64位電極實(shí)施準(zhǔn)確的連接起來(lái)，同時(shí)，還可以以奇偶數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)電極劃分，以全面保證所采集數(shù)據(jù)具有較高的精準(zhǔn)性。

4.高密度電法在工程物探中的具體應(yīng)用分析

4.1水資源勘察

在對(duì)水資源進(jìn)行勘察時(shí)應(yīng)用高密度電法進(jìn)行探測(cè)，可以以區(qū)域?qū)嶋H障礙及地層情況為依據(jù)展開(kāi)布線(xiàn)選擇與監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置工作。先是選取某個(gè)點(diǎn)作為基點(diǎn)，再?gòu)脑擖c(diǎn)向東南西北不同的方向?qū)嵤┎季€(xiàn)，進(jìn)而取得電法剖面相關(guān)數(shù)據(jù)并將其與正常值進(jìn)行比對(duì)，并查找出低阻異常的區(qū)域位置，進(jìn)而再對(duì)異常區(qū)域做更深入的探查工作。一般來(lái)講，處理第四系層的電阻值在150Ω/m以?xún)?nèi)，基巖風(fēng)化層阻值一般高于150Ω/m。阻率在600Ω·m，如果在電法剖面保持在這一范圍內(nèi)，則可以判定其處理于基巖與第四系地層間潛在煤礦或水層。

4.2管線(xiàn)探測(cè)

在探測(cè)金屬管線(xiàn)時(shí)運(yùn)用高密度電法其靈敏度極高，同時(shí)比較于以往金屬管線(xiàn)探測(cè)儀來(lái)說(shuō)，其無(wú)論是精準(zhǔn)程度或是靈敏程度均要高出幾倍以上。其主要從阻值來(lái)對(duì)地下水管、電纜惟及水泥管等分層作出合理的判斷通常而言，演示結(jié)構(gòu)電阻小于混凝土電阻，大于地下水管電阻，其中地下水管電阻又比地下電纜大，如若知道有關(guān)結(jié)構(gòu)處于地下工程范圍，那么就能夠通過(guò)具體阻值情況來(lái)合理確定工程結(jié)構(gòu)分層。

4.3地層劃分

一般來(lái)講，對(duì)非常復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)實(shí)施勘察時(shí)主要采用的是地層勘察發(fā)，基本不可能先深入至地下，而后在勘察其地層情況，所以能夠使用高密度電法來(lái)勘察與劃分地層。該原理在于運(yùn)用各類(lèi)材料結(jié)構(gòu)所具有的阻率各不同相的基本特性為依據(jù)，進(jìn)而得出電法剖面同時(shí)通過(guò)阻率的方式進(jìn)行呈現(xiàn)，如此便可采取參考的方式來(lái)確定出各個(gè)層面結(jié)構(gòu)與材料，并未后續(xù)分析地質(zhì)構(gòu)造、山體事故等工作提供可靠依據(jù)。

4.4巖溶探查

大部分情況下，巖溶地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境非常復(fù)雜，如若采用普通勘察方法就無(wú)法實(shí)現(xiàn)高效探測(cè)，所以，在這種復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境下可以應(yīng)用高密度電法來(lái)實(shí)施探查。在巖溶發(fā)育地帶工作人員可以采用探地雷達(dá)來(lái)實(shí)施勘探，同時(shí)還可以聯(lián)合運(yùn)用高密度電法和淺層地震法，以更好的勘探出巖溶的發(fā)育情況。因?yàn)榛鶐r斷裂在很大程度上影響著巖溶的發(fā)育情況，所以相關(guān)工作人員可以透過(guò)對(duì)基巖斷裂勘探所得的信息數(shù)據(jù)來(lái)勘探與分析巖溶發(fā)育規(guī)律。不僅如此，還能夠運(yùn)用高密度電法來(lái)判斷出灰?guī)r的分布區(qū)域。因?yàn)榛規(guī)r和巖溶存在緊密的聯(lián)系，所以工作人員可以通過(guò)勘探灰?guī)r分布區(qū)域和埋深來(lái)研究巖溶。而高密度電法能夠判斷出灰?guī)r電性，從而獲得其分布區(qū)域與實(shí)際埋深。對(duì)于巖溶地區(qū)來(lái)講，灰?guī)r有著較高的電阻，可高達(dá)幾千Ω·m，而粘土層阻率則要低許多，通常處于30Ω·m～70Ω·m之間；砂土、礫石層的電阻率則在500Ω·m～800Ω·m之間。值得注意的是，如果巖溶處于發(fā)育階段，其內(nèi)部填充物會(huì)致使其電阻率無(wú)法均勻分布，進(jìn)而出現(xiàn)電位性異常的情況，盡管這樣一來(lái)不能精準(zhǔn)地對(duì)其填充物的各類(lèi)進(jìn)行測(cè)定，但可以以異?，F(xiàn)象來(lái)對(duì)其內(nèi)部分層情況進(jìn)行反向判斷。

5.在工程物探中高密度電法的應(yīng)用展望

在工程物探中涉及到諸多領(lǐng)域，且不同領(lǐng)域所需使用使用的探測(cè)方法均有所不同。不過(guò)大量實(shí)踐表明，高密度電法能夠適用于工程物探中大部分領(lǐng)域項(xiàng)目探測(cè)，且效果顯著。而且工程實(shí)際所得數(shù)據(jù)也比較精準(zhǔn)。不管是將高密度電法運(yùn)用到管道探測(cè)亦或是巖溶勘探，其都能夠有效解決了以往工藝技術(shù)中的不足。在長(zhǎng)遠(yuǎn)看來(lái)，該類(lèi)方法的必定會(huì)得到更有效的普及，而且更多領(lǐng)域會(huì)因此而產(chǎn)生獲得更大的價(jià)值。此外，當(dāng)前利用高度度電法還是僅能生成二維形式的圖像，但是隨著計(jì)算機(jī)科技的進(jìn)一步發(fā)展還有高密度電法與其更深入的結(jié)合，未來(lái)將有可能實(shí)現(xiàn)三維成像，如此一來(lái)一定能夠大幅提升實(shí)際所得數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)程度。

不可否認(rèn)運(yùn)用高密度電法取得了非常顯著的效果，不過(guò)在實(shí)際運(yùn)用環(huán)節(jié)依舊存在一些不足，諸如，如若勘探地段并未覆蓋電極系，那實(shí)際所得結(jié)果將不會(huì)反映出該區(qū)域的實(shí)際情況，從而可能給工程造成較大損失。而且在使用該項(xiàng)技術(shù)時(shí)，雖然可以解決了電磁干擾的問(wèn)題，不過(guò)還是存在有明顯的電層干擾問(wèn)題，從而在一定程度上影響到了探測(cè)結(jié)果。所以在今后的發(fā)展過(guò)程中，以上問(wèn)題將成為研究重點(diǎn)，工作人員需不斷努力來(lái)有效解決以上問(wèn)題，盡可能提升高密度電法的應(yīng)用水平。

6.結(jié)論

總而言之，將高密度電法運(yùn)用于工程物探中可以有效解決以往物探方法中的問(wèn)題與不足，并且還能大大提升探測(cè)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)程度。當(dāng)前越來(lái)越多的領(lǐng)域應(yīng)用與認(rèn)可該項(xiàng)技術(shù)，在長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展角度看來(lái)該項(xiàng)技術(shù)的成像效果必定可以得到優(yōu)化，并且其存在的不足可以有效解決，具有良好的發(fā)展前景。

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