高密度电法反演效果对比实验研究

摘要：为优化高密度电法的数据应用，利用高密度电法的温纳、偶极、微分、施伦贝谢尔装置特征，实现对初始文件装置信息的处理，提高Res2dinv反演图示效果。本文依据原始数据文件的组合元素，讨论装置特征参数和电阻信息通过电阻值梳理及排列组合应用的案例效果实验，阐述体系应用在解析区域电阻信息的价值。研究表明：梳理电阻值信息与文件组合的排列方法，对反演图示获取断面电阻信息应用有着指导意义。

关键词：高密度电法;装置形式;反演

中图分类号：P631.3 文献标志码：A

引言

高密度电法作为一种阵列式勘探，具有一次性完成电极的布设，能够实现多种电极组合方式测量的特点，其通过岩、土导电性的差异，研究人工施加稳定的电流场作用下地中传导电流分布规律，技术方法便捷、原理清晰、图像直观，对围岩的含水情况特别敏感，是划分地层，探测断层构造、岩溶及滑坡体等的一种有效探测方法[1-3]。许多学者依据电极排列[4-5]、系数计算[6]、物理模拟[7]、装置结合[8]、反演算法[9]及实例工程等多角度分析高密度电法对于区域勘探的适用价值，取得了大量的研究成果。因此，高密度电法在工程实践中需要较多的实验解释，如：高密度电法装置类型对于水平与垂直方向上的信噪比、分辨率不同[4-5];不同装置捕获覆盖范围数据信息及深度探测存在的差异，装置类型对异常体勘探效果影响[4-9];同一地电模型，电极距选择不同，对异常体反演深度和实际埋藏深度的问题，均会影响模拟效果[4-5]。

集中了电剖面法和电测深法的高密度电法，其数据观测点的信息对于反演图示及目标体的资料解释，研究装置类型捕获区域信息在勘探中的价值属性具有重要应用。本文在前期目标体对电极排列装置研究的基础上[10]，通过数值模拟试验，以温纳、偶极、微分、施伦贝谢尔装置为例，研究高密度电法数据处理过程中组合的应用，提高电法数据的选择和解释。并结合反演图示信息，总结装置标号参数的选择性说明，为工程勘探提供可靠依据。

1实验实例

1.1区域概述

实验场地位于宿州市某校区室外一体化实验基地上方，基地主要由模拟巷道、水文系统、地层观测系统、地球物理探测验证系统、无损检测系统、矿井测量系统6部分组成。已知模拟巷道有特征，如图1（a）所示;且该模拟巷道埋深为1.0m，横截面5.0m，模拟巷道高2.5m，其参数如图1（b）。图2的人工测线走势为直线，模拟目标体位置可将测线分为3小部分，测点与巷道邻边相交处长度为16m，巷道上方测线跨度为10m，巷道边界到最后测点位置距离11m。

为研究高密度电法采集信息的反演效果，进而提供合适的探测手段，依据实验目的和地质条件选择实验方案。

2数据解释

数据信息效果，根据有效的地下电阻率获取工程案例总结，在场地探测中有着成功案例，一般体现在横向分辨率高于纵向分辨率，且裝置的选择对于探测结果有一定影响[4-9]。其中温纳装置具有信号强度大、抗造强度强、探测深度深、垂向分辨率高，对高阻异常明显的特点，可适用于覆盖层、岩性界面及构造带探测;偶极装置抗干扰差、探测深度浅、有较好的纵向和横向分辨率，低阻异常特征明显，适用于岩溶、含水层等低阻异常探测;施伦贝谢尔装置水平分辨率较好，可以兼顾深度和不同方向精度的使用，对于高阻及低阻异常均有一定反应，其缺点装置信噪低、抗干扰差，对地层分界线、构造断裂带探测方面有较好应用效果[4-7]。

案例装置数据的应用原理，由电法数据集合体系中测量装置初始数据装置参数与视电阻率值的重新排列，从而获取新组合数据文件信息，应用不同组合的信息阐述获得数据可在实测场地的优化解释。且由点位信息提取与梳理获得视电阻率集数据文件4组：

3数据分析

视电阻率数据与装置参数的排列，选用Surfer12依据数据文件元素的组合，获得12组新数据文件，其中较好图示信息4组：温纳装置参数与第1组;温纳装置参数与第2组;施伦贝谢尔装置参数与第3组;施伦贝谢尔装置参数与第4组数据组合（图表1）。

a为温纳方式1;b为温纳方式2;c为施伦贝谢尔方式1;d为施伦贝谢尔方式2

由图3a得有效信息，探测深度5.73m。横向信息反映，该测线在跨度15m至27m处发生高阻反应其中存在高阻闭圈异常，低阻反应发生于15.2m至25m处。纵向分析，其高阻异常体下端埋深于 1.5m以下，低阻异常上端始于4.5m之上。由图3b有效探测深度5.73m。横坐标信息高阻反应存在于14.8m至27m区段，16m至26.8m高阻闭圈异常，低阻异常反应发生在15m至25m测线段。纵坐标信息显示，高阻闭圈异常体下端埋深于2m以下，低阻异常体上端处于5.5m之上。图3c显示有效探测深度4.80m。横向信息表示沿测线表层存在少许高阻体，高阻异常剧烈跨度为16m至24.8m，低阻异常区段为18m至24m。纵坐标信息高阻闭圈下端应出现于1.3m之下，低阻上段存在于4.5m之上。图3d数据有效深度4.80m。横向坐标其高阻反应起始于15m，结束在27m处，低阻异常在18m至24m区段内。纵向信息高阻异常下端应存在1.27m以下，低阻异常体上端在埋深4m之上。

根据已知模拟巷道区域地质概况（巷道与积水等），对于实验组合集的各反演结果图对比，观察部分的成图结果与实际特征明显不符，如图5与图6所示。

实验数据，应用反演软件Res2dinv读取数据，观察到同种高密度电法仪器参数，温纳、偶极、微分装置参数并不能负荷多余参数之外的有效地电信息，不满足正确的成图方式，因此对于第3组与第4组数据结构探测效果较差。

4结论

通过以模拟巷道实例，高密度电阻率法采集视电阻率成像，各装置、数据集的效果图对比，得到高密度电阻率法原始数据基础上，应用信息提取和排列方法体系是一种优化数据的处理。

同样地，组合文件反演的效果图示是指导各装置在垂向、水平分辨率的兼顾，或对于不同场地要求低阻异常或高阻异常的选择性捕获，可根据地貌特征决定装置电阻信息的处理。其中实际测量中需要注意：

1）温纳的数据参数对复杂的视电阻率集合信息可以正确处理信息要素，相对于偶极、微分装置更好的得到区域视电阻率分布情况。

2）偶极的数据参数对阻值异常情况相比其他几组装置处理较好，但是在组合数据中对于正确捕获不是很理想。

3）微分的数据参数对低阻异常的区域捕获相对其他几组装置较敏感，可以反演出圈闭低阻异常的核心区域跨度。

4）施伦贝谢尔的数据参数对较多数据点位视电阻率信息仍然可以较好的反演。

参考文献：

[1]韩鹏.高密度电阻率法在探测不同充填类型溶洞中的正反演研究[J].地质与勘探，2020（6）：1219-1225.

[2]占文锋，张浩.2维高密度电法不同装置异常体探测模拟与实践分析[J].工程地球物理学报，2018，第15卷（6）：755-763.

[3]李金玺、王怀宁、王玉玺等.温纳α和β装置探测输水管道的应用效果和探讨[J].物探化探计算技术，2009，第31卷（4）：323-327.

[4]李宗安.谈高密度电法数据处理[J].中国科技信息，2010（22）：83-84.

[5]马志飞，刘鸿福，叶章.高密度电法不同跑极方式的对比及效果分析[J].工程地质计算机应用，2008（3）：11-15.

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[7]彭洪军，张应文，代迪等.基于电法装置电极排列系数K值计算方法的改进[J].贵州地质，2013，（1）：54-60.

[8]张卫华.两种高密度电法装置在小场地工程物探中的结合[J].智能城市，2019，第5卷（9）：47-49.

[9]李文忠，孫卫民.分布式高密度电法装置类型选择及工程勘查应用[J].长江科学院院报，2019，第36卷（10）：161-164.

[10]苏航，曹静，周想想等.高密度电法探测目标体的影响因素[J].河南工程学院学报（自然科学版），2020，第32卷（3）：31-34.

基金项目：省级大学生创新创业训练计划项目“电性参数识别异常体效果对比的实验研究”（S202010379105）;国家级大学生创新创业训练计划项目“高密度电法勘探中地形校正方法研究”（201910379050）;宿州学院地质资源与地质工程重点学科青年人才培养开放课题（2017xjzdxk2）

宿州学院 资源与土木工程学院 安徽 宿州 234000