高密度电阻率法探测技术的进展

常规电测深法是在一个个测点处一次次布极进行观测，工作效率低。结合计算机和程控技术的应用，自20世纪80年代发展了高密度电阻率法探测方法技术。这是一种阵列勘探方法，它采用多电极高密度一次布极并实现了跑极和数据采集的自动化。野外测量时将全部电极（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沿测线快速和自动进行多次的不同观测距（基本观测距的倍数）的电阻率剖面法的观测，采集数据。当测量结果输入微机后，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。

4.4.1 高密度电阻率法的观测系统

高密度电阻率法在一条观测剖面上，通常要打上数十根乃至上百根电极（一个排列常用60根），而且多为等间距布设。所谓观测系统是指在一个排列上进行逐点观测时，供电和测量电极采用何种排列方式。目前常用的有4电极排列的“三电位系统”。

如图4．22所示，当相隔距离为a（a＝nx， x为点距，n＝1，2，3，…）的4个电极，只需改变导线的连接方式，在同一测点上便可获得三种装置（α、β、γ）的视电阻率（ρα、ρβ、ργ值，故称三电位系统）。其中α即温纳装置，β即偶极装置，γ则称双二极装置。

图4.22 三电位观测系统示意图（x＝1， a＝2x）

（a）α（温纳）装置；（b）β（偶极）装置；（c）γ（双二极）装置

三种装置的视电阻率及其相互关系表达式为

高密度电阻率法由于地表电极总数是固定的，因此随着隔离系数的增大，测点数逐渐减少，当N＝1～15时，对于60路电极而言，一条剖面的测点总数为

Nn＝60－3n 　（4．31）

显然，n＝1，N1＝57，n＝15，N15＝15，即a＝15Δx时，最下层的剖面长度为L15＝15·Δx。图4．23为高密度电阻率法的测点分布图。测点在断面上的分布呈倒三角形状。

图4.23 高密度电阻率法的测点分布图

图4．24给出了一个较复杂地电断面上的数值模拟结果。由图可见，三种装置的视电阻率断面等值线分布各异，但在当前所讨论地电条件下，温纳装置的ρα和偶极装置的ρβ对低阻凹陷中高阻体的反映较好，而双二极装置的ργ则无明显反映。因此，利用三电位观测系统获得的三种视电阻率资料，可根据它们的不同特点，用来解决不同的地质问题。

图4.24 高密度电阻率法三电位观测系统数值模拟ρα、ρβ、ργ断面图

4.4.2 测量数据的反演和应用(www.xing528.com)

高密度电阻率法在现场采集到大量关于地电断面结构特征的地质信息，由于这些信息与多种因素有关。断面视电阻率的异常分布与地下和地质因素有关的各种典型地电结构之间的关系较复杂，为了较准确地揭示地下和地质因素有关的各种典型地电结构，对高密度电阻率法采集的资料要进行反演处理，包括利用佐迪方法进行成像反演的电阻率层析成像。

佐迪方法是基于温纳测深方式的解释而提出的，它实际是一种最小二乘优化法，即通过不断调整初始模型使实际测深曲线和模型测深曲线之差达到最小，最终的模型参数即为反演结果。

佐迪方法的基本思想是：首先假设地层的层数和测深曲线上的点数一样多。在初始模型中，第一层的电阻率就采用曲线上第一个点的视电阻率，第二层就采用第二个点的视电阻率，整条曲线依次类推。每一层的平均深度采用测得相应电阻率的电极距再乘以某一常数。

用初始模型得到一条理论测深曲线，将该曲线与野外实测曲线进行比较，如果所用常数是正确的，则两条曲线“同相”，但幅值一般不会相同。然后进行迭代处理以调整模型各层的电阻率，直至实测曲线和模型曲线的均方根误差减至最小。每次迭代按下式用实测视电阻率和计算视电阻率之比为系数调整各层的电阻率：

式中，i为已进行的迭代次数；j为层数（或电极距数）；ρi（j）为第i次迭代第j层的电阻率；ρ0（j）为实测曲线第j个极距的视电阻率；ρci（j）为理论曲线第j个极距的视电阻率。

佐迪方法同样也适用于拟断面形式的二维电阻率反演，被应用于高密度测量数据的成像反演。

高密度电阻率法是一种快速的勘探方法，在地质勘查、坝基选址、水库或堤坝查漏、地裂缝探测、岩溶塌陷及煤矿采空区调查等方面，均能发挥重要作用，并取得良好效果。

某地区地面分布有高阻的混合花岗岩和易含水的凝灰岩，为了解地下岩性分界线的展布，开展了高密度电阻率法的探测。图4．25是其中一条测线的探测结果，很好地刻画了地下岩性分界线的分布。

图4.25 某地区岩性界线高密度电阻率法探测结果

为了了解某工地的地下人防工程的展布，考虑到空气的高阻特性，在地面平行布设了7条测线（图4．26）开展高密度电阻率法探测。图4．27是其中一条测线揭示的地下电性剖面，地下高阻的区域解释为地下人防工程所在处（图4．28）。

图4.26 地面高密度电阻率法测线的布设

图4.27 高密度电阻率法探测揭示的地下电性剖面

图4.28 某地下人防工程高密度电阻率法探测结果