淺探工程物探中高密度電法的應(yīng)用

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，自動化水平比較高，數(shù)據(jù)信息采集率也比較高，可以直觀地反映其結(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，其均要求能夠科學評價工程地下目標導(dǎo)體自身的額層電性能，進而能夠?qū)δ繕藢嵤┯行Э碧?。相較于以往直流電物探而言，高密度電法主要是利用先進的計算機技術(shù)為載體實施，要求能夠充分融合計算機技術(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)計幾桶，隨后應(yīng)用計算機內(nèi)的計算及數(shù)據(jù)處理功能，以實現(xiàn)勘探、統(tǒng)計分析的全自動化。就目前來看，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)相對比，其具有更高程度的自動化，數(shù)據(jù)處理速度更加快，所需操作成本也要低許多，且具有較高的精準度，有效地減少了人工計算所產(chǎn)生誤差。另外，利用計算機建設(shè)所得的物探系統(tǒng)能夠反復(fù)使用，而且在實際應(yīng)用環(huán)節(jié)僅要求設(shè)置和它對應(yīng)的導(dǎo)線，同時連接起數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，如此便能夠合理高效的對大量探測點實施勘察與監(jiān)測，這樣一來所需投入的人力、物力等成本將得到有效的節(jié)約，進一步降低了物探成本。

2.高密度電法的工作機理

2.1高密度電法數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

一般情況下在運用高密度電法時所使用到的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)含括了主機、多路電極轉(zhuǎn)換器與電極系。其中主機作用用于接收、儲存測量所得數(shù)據(jù)，同時運用供電、通訊電纜來傳輸至多路電極轉(zhuǎn)換器，所以在發(fā)出工作指令時應(yīng)當要采用流程圖與少許文字相結(jié)合的方式來進行，并且是能實現(xiàn)電機供電。在具體運行多路電極時，主要是使用電纜來供電至電機系中的每一電極，同時科學控制測量狀態(tài)。目前，通常是在戶外物探過程中使用高密度電法，且在實際使用時通常會涉及到許多不同類型的裝置，所以要求工作人員在對其電極數(shù)和點距進行確定過程中能夠?qū)⒕唧w工作情況以及物探具體深度要求來進行綜合考量。

2.2高密度電法數(shù)據(jù)處理流程

采用高密度電法來分析與處理采集所得有關(guān)數(shù)據(jù)時其流程為：往主機內(nèi)儲存采集所得數(shù)據(jù)信息—通過通訊入進來將原始數(shù)據(jù)傳輸至計算機—利用計算機來處理相關(guān)數(shù)據(jù)—參照軟件對板塊的相關(guān)要求來進行剔除畸變點與校正地形等工作—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

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

3.2檢測電阻

當完成布線工作以后，還需對接地電阻進行檢測，判斷其狀態(tài)是否良好，還有會否影響到電極檢測的準確性。一般來說發(fā)生頻率較高的接地電阻故障有如下幾種：1.當系統(tǒng)中有短路電極存在時，其檢測電阻通常是0，進而可以使用斷路排查法來對其所區(qū)的區(qū)域，以便能夠在第一時間排查并處理好故障。2.如若轉(zhuǎn)換器MN電極和主機MN接線柱反向連接，那么就不能測量出電阻，即便能夠?qū)⑵錅y量出來，其也會發(fā)生變化，且該系統(tǒng)內(nèi)電壓也是不穩(wěn)定的，這就需要對其進行調(diào)整以糾正錯誤連接。3.當電極出現(xiàn)漏接時，則會出現(xiàn)檢測結(jié)果大大超過預(yù)估值的情況，還有可能會出現(xiàn)極大值。這主要是因為電極漏接時導(dǎo)致其與大地直接接觸而致使阻值迅速增大；針對這種問題通常只需要對線路進行重新連接，使電極接入到接觸電極接地。4.除了以上提及的情況外，還可能是因為部分環(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

將高密度電法運用于工程物探過程中，大部分情況下都會使用到距離系數(shù)、單電極間距離以及裝置類型這幾類參數(shù)，所以其會對勘探嘗試、廣度以及結(jié)果分辨率等的反映上造成不同的影響。所以，在對這些參數(shù)進行選擇時，需切實從實際要求著手，切實遵循適用性原則來確定參數(shù)，從而保證整個系統(tǒng)運行狀態(tài)穩(wěn)定與高效。不僅如此，在選用參數(shù)過程中，可以輔助使用不同類型的基礎(chǔ)裝置。如作業(yè)人員在對電極變化情況進行解剖時應(yīng)用偶極裝置，可以實現(xiàn)及時有效的進行參數(shù)調(diào)整，還可以利用溫納裝置來對垂直電靈敏度實施檢測，以實現(xiàn)對水平分層運行狀態(tài)的調(diào)整，進一步提升系統(tǒng)運行的科學合理化，且該裝置適應(yīng)性非常淺，在不同類型惡劣環(huán)境當都可以維持正常動作，同時能夠靈敏檢測到垂直電。在檢測水平與垂直電靈敏度時還能夠運用微分裝置，不過該項裝置并不能有效檢測電阻。

3.4裝置的選擇

在進行裝置的選擇過程中通常需要將場地、地形、探測精度與任務(wù)等方面情況考慮在內(nèi)。

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

第二，地形條件。在進行工程物探中運用高密度電法常常會受到地形情況的影響。其中地形情況對偶級裝置影響最大，因為其自身的電測曲線復(fù)雜性較強，如若地形環(huán)境過于復(fù)雜，那么就會無法有效辨別電測剖面的形態(tài)。此次為三級裝置，如若出現(xiàn)山脊或山谷時，該裝置的電測曲線會有數(shù)個峰值出現(xiàn)，而且AMN、MNB裝置無法均衡反映出來，所以加大了判別的難度。相較來說，地形對四級裝置影響較少，能夠交易判斷出電測剖面的形態(tài)。

第三，探測精度。在應(yīng)用高密度電法時一個重要內(nèi)容是對裝置和探測精度間的關(guān)系進行掌握，但是就現(xiàn)階段來說還沒有形成定論。按照溶試驗結(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。但是通過根據(jù)中國地質(zhì)大學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。通常來說MNB裝置不但能夠應(yīng)用到場地狹窄的情況，并且還能使用其來實施詳勘。此外，在開展剖面勘探過程中常常使用到高密度電法，不過該種方法不適用在具有較大勘探深度的電測深中，如若其探測深度不大時，而且運用兩根電纜的儀器，就能夠使用MNB裝置，先后互倒電纜能夠在短時間內(nèi)準確獲取整條剖面的電測深成果。

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)的準確度會對物探工作的結(jié)果造成直接性的影響，甚至還會對后續(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的方法，這一方法可以實現(xiàn)探測、剖面探測和層板成像等多方面的實際需要，其具有較強的實用性。在具體測量過程中，各測量點間距應(yīng)當嚴格控制在10m左右，與此同時，還需使用多芯電纜和64位電極實施準確的連接起來，同時，還可以以奇偶數(shù)來實現(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

在對水資源進行勘察時應(yīng)用高密度電法進行探測，可以以區(qū)域?qū)嶋H障礙及地層情況為依據(jù)展開布線選擇與監(jiān)測點設(shè)置工作。先是選取某個點作為基點，再從該點向東南西北不同的方向?qū)嵤┎季€，進而取得電法剖面相關(guān)數(shù)據(jù)并將其與正常值進行比對，并查找出低阻異常的區(qū)域位置，進而再對異常區(qū)域做更深入的探查工作。一般來講，處理第四系層的電阻值在150Ω/m以內(nèi)，基巖風化層阻值一般高于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管線探測

在探測金屬管線時運用高密度電法其靈敏度極高，同時比較于以往金屬管線探測儀來說，其無論是精準程度或是靈敏程度均要高出幾倍以上。其主要從阻值來對地下水管、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，那么就能夠通過具體阻值情況來合理確定工程結(jié)構(gòu)分層。

4.3地層劃分

一般來講，對非常復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)實施勘察時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勘察與劃分地層。該原理在于運用各類材料結(jié)構(gòu)所具有的阻率各不同相的基本特性為依據(jù)，進而得出電法剖面同時通過阻率的方式進行呈現(xiàn)，如此便可采取參考的方式來確定出各個層面結(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法實現(xiàn)高效探測，所以，在這種復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境下可以應(yīng)用高密度電法來實施探查。在巖溶發(fā)育地帶工作人員可以采用探地雷達來實施勘探，同時還可以聯(lián)合運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。因為基巖斷裂在很大程度上影響著巖溶的發(fā)育情況，所以相關(guān)工作人員可以透過對基巖斷裂勘探所得的信息數(shù)據(jù)來勘探與分析巖溶發(fā)育規(guī)律。不僅如此，還能夠運用高密度電法來判斷出灰?guī)r的分布區(qū)域。因為灰?guī)r和巖溶存在緊密的聯(lián)系，所以工作人員可以通過勘探灰?guī)r分布區(qū)域和埋深來研究巖溶。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)域與實際埋深。對于巖溶地區(qū)來講，灰?guī)r有著較高的電阻，可高達幾千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)部填充物會致使其電阻率無法均勻分布，進而出現(xiàn)電位性異常的情況，盡管這樣一來不能精準地對其填充物的各類進行測定，但可以以異常現(xiàn)象來對其內(nèi)部分層情況進行反向判斷。

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方法均有所不同。不過大量實踐表明，高密度電法能夠適用于工程物探中大部分領(lǐng)域項目探測，且效果顯著。而且工程實際所得數(shù)據(jù)也比較精準。不管是將高密度電法運用到管道探測亦或是巖溶勘探，其都能夠有效解決了以往工藝技術(shù)中的不足。在長遠看來，該類方法的必定會得到更有效的普及，而且更多領(lǐng)域會因此而產(chǎn)生獲得更大的價值。此外，當前利用高度度電法還是僅能生成二維形式的圖像，但是隨著計算機科技的進一步發(fā)展還有高密度電法與其更深入的結(jié)合，未來將有可能實現(xiàn)三維成像，如此一來一定能夠大幅提升實際所得數(shù)據(jù)的精準程度。

不可否認運用高密度電法取得了非常顯著的效果，不過在實際運用環(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，那實際所得結(jié)果將不會反映出該區(qū)域的實際情況，從而可能給工程造成較大損失。而且在使用該項技術(shù)時，雖然可以解決了電磁干擾的問題，不過還是存在有明顯的電層干擾問題，從而在一定程度上影響到了探測結(jié)果。所以在今后的發(fā)展過程中，以上問題將成為研究重點，工作人員需不斷努力來有效解決以上問題，盡可能提升高密度電法的應(yīng)用水平。

6.結(jié)論

總而言之，將高密度電法運用于工程物探中可以有效解決以往物探方法中的問題與不足，并且還能大大提升探測數(shù)據(jù)的精準程度。當前越來越多的領(lǐng)域應(yīng)用與認可該項技術(shù)，在長遠發(fā)展角度看來該項技術(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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