江苏省地质环境勘查院，江苏 南京 211100
摘要：为了了解装置参数对高密度电阻率法探测结果的影响，以某污染场地为例，在场地内选择典型污染剖面，对比使用不同装置参数对高密度电阻率法探测结果的影响，最后选择适合该污染场地的装置参数组合。结果表明，适宜本场地的高密度电阻率法装置参数为：供电电压采用240V，供电脉宽为0.5s，供电周期数为1，电极距为2m。采用温施装置，其中最小隔离系数为1，最大隔离系数为30，温施间隔系数为3。
关键词：高密度电阻率法；污染调查；装置参数试验
中图分类号：P631.3+4
Device Parameters Analysis of High-density Resistivity Method in Pollution Investigation
SUN Shilong, HU Chao，WANG Nan
（Environmental Geology Exploration Institute of Jiangsu Province, Nanjing 211100, Jiangsu）
Abstract: In order to grasp the influence of device parameters on detection results of high-density resistivity method, selected a typical pollution profile in a contaminated site, compared results of high-density resistivity method with different device parameters. and chose a suitable combination of high-density resistivity method parameters for the contaminated site. The results showed that suitable high-density resistivity method device parameters for the site contained: supply voltage of 240V, power supply pulse width of 0.5s, number of power supply cycles of 1 and electrode distance of 2m. The best device was warming device with minimum application coefficient of 1, maximum isolation coefficient of 30 and temperature application interval coefficient of 3.
Key words:high density resistivity method; contamination investigation; device parameter test
1 引言
随着地球物理勘探方法在污染场地调查上的逐渐发展，以高密度电阻率法为代表的物探方法在污染调查中有着显著的社会效益和经济效益。[1-3]本文以某污染场地为例，在场地内选择典型污染剖面进行高密度电阻率法参数试验。通过本文的研究，可以分析高密度电阻率法中的参数对测试结果的影响，提升高密度电阻率法应用的高效性和全面性，为今后类似场地的高密度电阻率法应用提供一定的理论依据，对无损快速勘探领域具有研究意义。
某污染场地占地面积约11.2万m2，地形平坦，微有起伏，地表主要分布植被和建筑垃圾，地面高程2.58~3.29m，地基土主要为灰色粉质粘土夹粉土。典型污染剖面位于场地中部，近北东向，长度478m。
2工作机理
电阻率法是一种传导类的地电勘探方法，它基于各种介质之间具有的导电性差异，根据观测和研究与这些差异有关的天然或人工电场的分布特征，达到探测场地污染等问题的目的。[4]在污染场地内，进入土壤的污染物会使土壤的导电性和介电性发生改变，当污染物的浓度达到一定程度时，可以借助高密度电阻率法观测到土壤导电性的变化，这是高密度电阻率法在污染调查中的物性基础。[5]在电阻率法工作中，一般是在地面上任意两点用供电电极A、B供电，在另两点用测量电极M、N测量电位差。式（1）[6]为运用四极装置测量各向同性均匀半空间电阻率的计算公式：
式中K被称作装置系数（或排列系数），它与各电极间的距离相关。在野外工作中，确定装置类型和电极间距之后，K值就可以计算出来。
高密度电阻率法是电阻率法的一种，其在探测过程中一次布设多道电极（如90道或120道），通过电极转换器控制供电和测量电极转换。[7]当排列电极的电极距不变，而记录点位置移动时，即为电剖面法，测地电横向变化；若排列电极的电极距变化，而记录点位置不变时，即为电测深法，测地电垂向变化。高密度电法将电剖面法与电测深法进行结合并同步进行，一次性完成二维视电阻率剖面。
本次选择位于污染场地中部的典型污染剖面进行参数试验，试验参数包括供电电压、供电脉宽、供电周期数、电极距和装置类型，通过使用不同的参数分析其对测量结果的影响。
3 结果与讨论
3.1供电电压
供电电压的大小决定仪器测量的电压、电流大小，影响信号抗干扰能力，进而对视电阻率值计算产生影响。试验在保持其他参数一样条件下，采用48V、240V、288V供电电压测量并计算电阻率。计算供电电压为48V、240V、288V时电阻率均方相对误差分别为±0.24%、±0.16%、±0.11%。可见供电电压的提高有利于抗干扰能力的提高，当供电电压超过240V时，供电电压对电阻率值影响可忽略。
3.2供电脉宽
供电脉宽的大小是矩形波的宽度，对仪器测量的电压、电流的一致性有影响。试验在保持其他参数一样条件下，采用0.3s、0.5s、1.0s、2.0s供电脉宽测量并计算电阻率。计算供电脉宽为0.3s、0.5s、1.0s、2.0s时电阻率均方相对误差分别为±0.18%、±0.06%、±0.10%、±0.22%。供电脉宽小于0.3s时，仪器无法读数，供电脉宽大于0.3s时，供电脉宽对电阻率值无规律性影响。
3.3供电周期数
供电周期数的变化主要是改变测量次数，压制噪声干扰的影响。试验在保持其他参数一样条件下，采用周期数1、2、3次测量并计算电阻率。计算周期数为1、2、3时电阻率均方相对误差分别为±0.20%、±0.06%、±0.15%。从试验结果中可以看出，供电周期数变化对电阻率值的影响较小。
3.4电极距
电极阵列道数相同时，电极距越大，测量深度越大，分辨力越低。综合场地测量深度和分辨力要求，本次电极距参数采用2m和3m进行对比。对比测线位于典型污染剖面中部，采用90道电极，温施装置，最大隔离系数30，结果见图1。由图1（a）、（c）实测电阻率等值线图，2m极距测量深度约28m，3m极距测量深度约38m；2m和3m极距相同区段电阻率值、等值线形态特征相似；2m极距在浅层、中层等值线异常特征更详细，如280～310m区段等值线形态变化较3m极距相同区段更复杂。图1（b）、（d）为反演电阻率等值线图，2m和3m极距相同区段反演电阻率值、等值线形态特征大致相似；因为测量深度不同，两剖面底部异常特征差异较明显。
3.5装置类型
在高密度电阻法测量中不同的装置类型对探测目标体的反映是不同的，在进行装置类型选择时要综合考虑探测目标、场地大小、探测精度和地形条件等因素。本次装置类型试验采用温施装置、温纳装置、偶极装置、微分装置进行测量对比。图2（a）、（c）、（e）、（g）分别为温施装置、温纳装置、偶极装置、微分装置实测电阻率等值线图。对比可见温施装置、偶极装置测量深度相同，较温纳装置、微分装置浅；温施装置剖面底部同一深度数据量较其他装置多。等值线异常形态上，温施装置与温纳装置相似，与偶极装置、微分装置差异很大；根据装置类型特征，温施装置、偶极装置实测等值线图可用于辅助异常划分、异常推断解释，而偶极装置、微分装置实测等值线图中异常的位置会发生偏移，无法直接应用。图2（b）、（d）、（f）、（h）分别为温施装置、温纳装置、偶极装置、微分装置反演电阻率等值线图。各装置类型反演电阻率等值线图形态特征大致相似，浅层为一中高阻异常带，在中高阻异常带以下为2个低阻区和2个高阻区相间分布。各装置类型反演的异常区详细形态特征有较大差异，温施装置与温纳装置反演等值线特征相似，异常区与实测等值线对应较好；偶极装置与微分装置反演等值线特征相似，但深部异常区与实测等值线对比位置发生明显偏移。因为偶极装置、微分装置反演异常的位置会发生较大偏移，试验装置类型宜选择对称四极装置；温纳装置实测电阻率等值线图形态特征简单，异常易区分，异常水平位置较准确；温施装置实测电阻率等值线图具有温纳装置形态特征简单，异常易区分，异常水平位置较准确的优点，而且数据采集量大、分辨力高、抗干扰能力强。综合考虑异常位置准确、分辨力、抗干扰能力等因素，高密度电阻率法选择温施装置较好。
温施间隔系数为温施装置特有的参数，在增强抗干扰能力的同时，它通过改变接收电极距离变化的快慢，提高分辨能力。图3（a）、（b）、（c）分别为温施间隔系数为1、3、5时，同一测线的测量结果。对比各温施间隔系数测量结果，随温施间隔系数增大，装置横向分辨能力高；但温施间隔系数过大时，抗干扰能力减低，会产生假异常。场地供电条件良好时，温施间隔系数设置为3可较好平衡横向分辨力和抗干扰能力。
4 结论
通过高密度电阻率法参数对比试验和典型剖面测量结果可以看出，综合考虑抗干扰能力、测量时间、测量分辨力、测量深度等要求，针对本污染场地，高密度电阻率法的适宜工作参数为：供电电压采用240V，供电脉宽为0.5s，供电周期数为1，电极距为2m，采用温施装置，其中最小隔离系数为1，最大隔离系数为30，温施间隔系数为3。由于高密度电阻率法具有定性和半定量的特征，因此通过高密度电阻率法参数对比试验可以提高现场测量效率，从而得出符合实际的场地污染特征解释结果，为今后物探方法在污染场地内的应用提供理论基础。
参考文献
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论文作者:孙世龙,胡超,郭华,王楠
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年10期
论文发表时间:2019/9/4
标签：电阻率论文; 装置论文; 电极论文; 测量论文; 高密度论文; 等值线论文; 场地论文; 《工程管理前沿》2019年10期论文;