湖南省核工业地质局三0二大队 湖南郴州 423000
摘要：本文简要介绍了高密度电阻率法的发展、基本工作原理、野外工作方法和室内资料处理方法，以实例说明高密度电阻率法在工程勘查的工作应用，阐明充分研究工作区地质及地球物理条件，恰当选用物探方法，合理进行工作部署，从而取得良好的勘查效果的工作思路。
关键词：高密度电阻率法；电阻率；温纳装置；偶极装置；RES2DINV二维高密度电法反演软件
1 高密度电阻率法的概述
高密度电阻率法又称为电阻率影像法。该方法实际上是一种阵列勘探方法，野外测量时只需将全部电极（几十至上百根）置于测点上，然后利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现数据的快速和自动采集，当将测量结果送入微机后，还可对数据进行处理并给出关于地电断面分布的各种图示结果。
高密度电法的基本设计思想在上世纪七十年代末就由英国的地球物理工作者提出了。英国学者所设计的电测深偏置系统实际上就是高密度电法的最初模式。八十年代中期，日本地质计测株式会社曾借助电极转换板实现了野外高密度电阻率法的数据采集，只是由于整体设计的不完善性，这套设备没有充分发挥高密度电阻率法的优越性。
八十年代后期，我国地矿部系统率先开展了高密度电阻率法及其应用技术研究，从理论与实际结合的角度，进一步探讨并完善了方法理论及有关技术问题、研制成了几种类型的仪器。近年来该方法先后在重大场地的工程地质调查、坝基及桥墩选址、采空区及地裂缝探测等众多工程勘察领域取得了明显的地质效果和显著的社会经济效益。
2 工作原理与仪器简介
2.1 高密度电阻法的基本工作原理
高密度电阻率法的基本工作原理与常规电阻率法大体相同，是以地壳中不同岩（矿）石的电阻率差异为基础，通过观测和研究人工电场的分布规律和特点，实现解决各类地质问题的一种电法勘探方法。将直流电送入地下，在地下即可建立起人工电场。如果在电场控制的范围内存在不同的导电岩（矿）石时，它们就会影响正常电场的分布，使正常电场产生畸变。根据畸变场的分布规律即可推断地下是否存在电性不均匀体，从而达到解决地质问题的目的。
高密度电阻率法实施的基础是地下介质间的导电性差异。与常规电阻率法一样它通过A、B电极向地下供电流I，然后在M、N极间测量电位差ΔV，从而求得该点（M、N之间）的视电阻率值。根据实测的视电阻率剖面进行计算、分析，便可获得地层中的电阻率分布情况，从而划分地层，确定异常地层等。
2.2 高密度电阻率测量系统仪器简介
由于各厂家生产的仪器型号各不相同，但系统的组成大体相同。本文以重庆奔腾数控技术研究所研制的WGMD-3高密度电阻率测量系统仪器为例予以说明。高密度电阻率测量系统由WDJD-3多功能数字直流激电仪、WDZJ-3多路电极转换器和计算机电法数据处理软件组成。野外工作时以WDJD-3型多功能数字直流激电仪为测控主机，配以WDZJ-3型多路电极转换器组合构成WGMD-3高密度电阻率测量系统（如图1）。一次性布置好测线电极，发射、接收一体化，可以进行多种装置的测量。它具有数据采集信息量大、观测精度高、数据采集速度快以及测量过程自动化等特点。对100m以内的地质体、浮土覆盖层变化、基岩面起伏变化、岩层在地下延伸走向、有无构造断层、地层塌陷、岩溶发肓带、溶沟、溶槽及矿产采空区等等都可以用电阻率测深断面图来进行描述，图形清晰、内容丰富、形象直观。
4.2 资料解释
资料解释前首先应查清楚工作区的区域地质特征和该工作区的岩（矿）石的地球物理特征，以此为成果推断的基础。室内资料整理主要依据配套软件RES2DINV，这是一种计算二维电阻率模型的处理软件，通过RES2DINV软件自动迭代反演程序的计算结果（其正演过程采用有限元法，反演采用光滑约束最小二乘反演技术，并且在反演过程中约束了已知地层电阻率范围，迭代次数选取5—10次，迭代RMS误差小于10）进行综合分析对比，剔除因地形或电极周围的局部不均匀体所引起的干扰异常，去伪存真；选择合理的等值线间隔和色彩，最终形成地质解释的电阻率测深断面成果图。依据此断面成果图结合工作区地质特征和工作区岩（矿）石地球物理特征作出正确合理解释推断。
5 勘查实例
资兴下庄煤矿棚户改造项目的宅基地勘查。该工程的工作任务和工作目的是：对下庄煤矿棚户区改造项目场地范围内共六栋房屋地基进行物探高密度电法检测工作；从整体外包轮廓线上查找该区可能存在的土洞和岩溶分布范围；分析土洞、溶洞相互间的连通情况和影响范围。
资兴下庄煤矿棚户改造项目的宅基地位于资兴市新城区新民村，通过查阅本地区以往地质工作资料和对该工作区的现场踏勘。可以基本确定该工作区的岩土层工程地质特征。该工作区地表为淤泥质粉质粘土，内含大
量的砂砾，在地下水动力条件有变化时，极易被带走，加上自身稳定性也差，因此在软硬接触部位形成土洞。基岩为可溶性的石炭系灰岩，浅部裂隙较发育，溶蚀较严重。工作区已知剖面的岩土地球物理特征值：第四系覆盖层（粘土层、亚粘土层、砂砾土层等）、含水岩溶、强风化灰岩等其视电阻率值在约10Ω.m到100Ω.m之间；弱风化灰岩层的视电阻率值一般在约120Ω.m到600Ω.m之间，深部微风化灰岩层的视电阻率值大多在600Ω.m以上。
综合考虑既有利于测线布置又可以切割到区内已有岩溶发育区的大致走向，沿房屋地基1～2栋、3～4栋、5～6栋布置三条纵向剖面测线，即物探测线平面布置图上的10号、40号和80号测线。纵向剖面点距4m，三条测线计500m，实布128个测点。沿房屋地基1～3～5栋、2～4～6栋布置三条横向剖面测线，即物探测线平面布置图上的100号、200号、300号测线。横向剖面点距2m，三条横向剖面线计246m，实布126个测点（如图5）。现场用手持GPS测量放控制点，放测绳布测量点。
6 结束语
高密度电阻率法具有数据采集信息量大、观测精度高、速度快以及探测深度灵活的特点，而且在成果分析解释上图形清晰、内容丰富、形象直观。使用高密度电阻率法进行工程勘查是一种高效、成果形象直观的勘查技术。通过下庄煤矿棚户改造项目宅基地工程勘查的实践，笔者认识到充分研究工作区地质及地球物理条件，恰当选用物探方法，合理进行工作部署，从而取得良好的勘查效果，是正确的、卓有实效的工作思路。
参考文献：
[1]傅良魁.应用地球物理教程--电法.北京：地质出版社.2005年
[2]重庆奔腾数控技术研究所.高密度电法使用说明书.重庆：重庆奔腾数据技术研究所
[3]邓超文.高密度电法的原理及工程应用.韶关学院学报.自然科学.2007年
论文作者:黄晓明
论文发表刊物:《基层建设》2017年第36期
论文发表时间:2018/4/10
标签：电阻率论文; 高密度论文; 地质论文; 电极论文; 测量论文; 剖面论文; 工作论文; 《基层建设》2017年第36期论文;