水文地质勘测中高密度电阻率法的探究
摘要：高密度电阻率法与传统的电阻率法相比，成本低、效率高、方便、信息丰富，勘探效力显著提高，该方法对于研究区的浅层地层分布、地质构造等均可取得较理想的探查效果，为准确掌握水文地质条件提可靠的数据，本文结合应用实例介绍了高密度电阻率法在水文地质勘测中应用的实际效果。
关 键 词：高密度电阻率水文地质应用实例实际效果
一、前言
随着社会的发展，电阻率法勘探在水文、工程与环境地质调查中应用较为广泛。然而，常规的电阻率法由于其观测方式的限制，不仅测点密度较稀，而且也很难从电极排列的某种组合上去研究地层断面的结构与分布。因此，其所提供的关于地层断面结构特征的地质信息较为贫乏，无法对其结果进行统计处理和对比解释。在工程与环境地质调查中，常规电阻率法已难以满足实际工作的要求。为此，人们开始将一些新的思想应用于传统电法测量上，对其进行改进。高密度电阻率法就是阵列思想应用于电阻率法的产物，直到90年代随着电子计算机的普及和发展，高密度电阻率法的优点更加被越来越多的专业人士认识和应用。 高密度电阻率法虽有其独特的优越性，但也存在局限性和不足之处，如测线附近的电力设施、地下管线等都可能引起视电阻率曲线的畸变，影响探测成果的精度，另外采用该法不能了解岩土的力学性质，因此需要与钻揉配合方可取得优质高效的勘察成果。
二、运用方法
2.1工作原理
高密度电阻率法的物理前提是地下介质间的导电性差异。同常规电阻率法一样，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，从而可求得该点(M、N之间)的视电阻率值ρa=KUMN/I。
实际上，高密度电阻率法是一种阵列勘探方法，测量时只需要将全部电极沿测线按一定的电极间距布设在测点上，然后用多芯电缆线将各电极按一定的顺序连接到电极转换器和多功能宜流测仪上，进入正常测量时，利用程控电极转换开关和直流电测仪，便可实现数据的快速和自动采集，观测数据将有序地逐次存入随机存储器内。当测量结果送入微机后，对数据进行处理并给池关于地层断面分布的各种物理解释的结果。
2.2测点布设
野外实际测量中，先根据勘测目的、勘测区域的大小及地质条件确定需要采用的电极装置类型及测量布置方案，并按照测量顺序准备好测量电极文件，然后
进行电极的布置。安置电极时要注意使电极与介质充分接触，尽可能减小接地电阻，同时要注意防止勘测中出现电极极化现象，宣采用不极化电极，本次野外测量主要采用了温纳法。对每一个固定的n值来说，就是一条剖面，而各重复观测的记录点又相当于一个测深点，所以高密度电阻率法是电剖面法和电测深法的综合，其测量值可以反应被测介质空间（包括水平方向和垂向）上电阻率的变化。
三、数据处理
高密度电阻率的数据处理工作全部在计算机上进行。处理工作一般分为预处理（如圆滑、剖面调换、数据格式转换等）、反演处理（包括地形校正等）及剖面成图（断面图）三步进行。其中，反演计算是数据处理的核心部分。
根据最大相似反演理论进行介质电阻率反演计算的步骤：
(1)根据上述获得的视电阻率数据和其他己知信息建立初始的介质电阻率模型；
(2)针对该电阻率模型，求解正问题，获得空间上的三维电势分布；
(3)将计算所得的电势值与实测值进行比较，计算二者间的误差，并判断该误差是否小于事先给定的某一误差范围；
(4)如果是，则认为该电阻率模型为计算区域介质的真实电阻率值，并结束反演计算；否则，根据所得的误差和感度矩阵对电阻率模型进行修正，并重复上述计算，直至所得的误差小于给定的误差范围为止。
反演处理中，地形校正是重要的一环。因为野外实地探测时，地形往往起伏不平，使得所采集到的观测数据含有地形干扰因素，在分析与处理实测数据资料时，如不能很好地剔除地形影响，则有用异常的反应往往变形变态，甚至被淹没。利用有限元正演数字模拟方法，可以进行有效的地形校正工作。具体步骤如下：
(1)假定地下是均匀介质，通过有限元方法计算出纯地形影响。
(2)按如下公式计算校正系统：C=MMf/UMt
式中：C为校正系数；MMf为水平地表的电位计算值；UMt为实际地形条件下的电位计算值。
(3)实际观测值按如下公式进行地形校正：ρac=ρam˙C
式中：ρac是经过地形校正后的视电阻率值；ρam为野外实测视电阻率值。
四、应用实例及效果
4.1任务与目的
近几年来，随着屏边旅游业的高速发展，为满足发展需求，当地政府组织进行水资源评价研究，至今已开发并建成了以大围山为中心的配套成龙的旅游区，在县城附近勘察和评价了滇南少有的独特景观一屏边火山群和新现石洞风景旅游区，扩大和丰富了屏边县的旅游内容和开发价值。本次评价以白河桥温泉医疗矿泉水机井定位为例，通过高密度电法测量获得实测数据，进而进行反演分析，求得差异反演区内地层的空间分布，同时结合钻孔实验资料及同期核磁共振数据，得到最终GMS数值模拟的较准确的含水层空间分布模型，确定出区域含水层厚度的空间结构特征，对区域地下水系统的识别分析提供可靠依据。
4.2野外测试
在研究区钻探6眼地质、水文地质孔，15眼观测孔，并严格按照《供水水文地质勘查规范》提取岩样，进行室内试验求得水文地质参数。同时对水文地质孔进行垂向数字测井，获得地层年代、地层岩性、含水层厚度等资料。
根据地形、地貌延河走向布设长度不一的高密度电阻率法物探地层剖面63条，测线穿过所钻探地质、水文地质孔和研究区内前人所钻探地质、水文她质孔。根据测量结果和同期同地点获取的钻孔资料及原有资料对比，最后连出模拟研究区内相对均匀分布的38条剖面，根据高密度电法测量的电阻率值分析求得差异反演区内地层的空间分布。
4.3应用效果
采用由MH．loke博士设计的RES2DINV软件，对野外高密度电阻率数据进行二维反演，并与钻探的地质、水文地质孔对比分析。根据反演及分析结果，在GMS6.0中用SOLID模块，生成研究区的地层剖面。与本地区已知地质资料对比发现，模拟结果和该区实际情况基本一致，具有较好的可用性，最后确定地下水相对较丰富的点进行下部工作。
五、结束语
高密度电阻率法将实测数据与便携式微机通讯，可进行现场实时处理，实现了野外数据采集、收录、处理、成图成像自动化。与传统电阻率法相比，成本低、效率高、信息丰富、解译方便、勘探效力显著提高。表明该方法对研究区的浅层地层分布、地质构造均可取得较理想的探查效果，为准确掌握该地区水文地质条件提供了可靠依据。
水文地质勘测中高密度电阻率法的探究
摘要：高密度电阻率法与传统的电阻率法相比，成本低、效率高、方便、信息丰富，勘探效力显著提高，该方法对于研究区的浅层地层分布、地质构造等均可取得较理想的探查效果，为准确掌握水文地质条件提可靠的数据，本文结合应用实例介绍了高密度电阻率法在水文地质勘测中应用的实际效果。
关 键 词：高密度电阻率水文地质应用实例实际效果
一、前言
随着社会的发展，电阻率法勘探在水文、工程与环境地质调查中应用较为广泛。然而，常规的电阻率法由于其观测方式的限制，不仅测点密度较稀，而且也很难从电极排列的某种组合上去研究地层断面的结构与分布。因此，其所提供的关于地层断面结构特征的地质信息较为贫乏，无法对其结果进行统计处理和对比解释。在工程与环境地质调查中，常规电阻率法已难以满足实际工作的要求。为此，人们开始将一些新的思想应用于传统电法测量上，对其进行改进。高密度电阻率法就是阵列思想应用于电阻率法的产物，直到90年代随着电子计算机的普及和发展，高密度电阻率法的优点更加被越来越多的专业人士认识和应用。 高密度电阻率法虽有其独特的优越性，但也存在局限性和不足之处，如测线附近的电力设施、地下管线等都可能引起视电阻率曲线的畸变，影响探测成果的精度，另外采用该法不能了解岩土的力学性质，因此需要与钻揉配合方可取得优质高效的勘察成果。
二、运用方法
2.1工作原理
高密度电阻率法的物理前提是地下介质间的导电性差异。同常规电阻率法一样，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，从而可求得该点(M、N之间)的视电阻率值ρa=KUMN/I。
实际上，高密度电阻率法是一种阵列勘探方法，测量时只需要将全部电极沿测线按一定的电极间距布设在测点上，然后用多芯电缆线将各电极按一定的顺序连接到电极转换器和多功能宜流测仪上，进入正常测量时，利用程控电极转换开关和直流电测仪，便可实现数据的快速和自动采集，观测数据将有序地逐次存入随机存储器内。当测量结果送入微机后，对数据进行处理并给池关于地层断面分布的各种物理解释的结果。
2.2测点布设
野外实际测量中，先根据勘测目的、勘测区域的大小及地质条件确定需要采用的电极装置类型及测量布置方案，并按照测量顺序准备好测量电极文件，然后
进行电极的布置。安置电极时要注意使电极与介质充分接触，尽可能减小接地电阻，同时要注意防止勘测中出现电极极化现象，宣采用不极化电极，本次野外测量主要采用了温纳法。对每一个固定的n值来说，就是一条剖面，而各重复观测的记录点又相当于一个测深点，所以高密度电阻率法是电剖面法和电测深法的综合，其测量值可以反应被测介质空间（包括水平方向和垂向）上电阻率的变化。
三、数据处理
高密度电阻率的数据处理工作全部在计算机上进行。处理工作一般分为预处理（如圆滑、剖面调换、数据格式转换等）、反演处理（包括地形校正等）及剖面成图（断面图）三步进行。其中，反演计算是数据处理的核心部分。
根据最大相似反演理论进行介质电阻率反演计算的步骤：
(1)根据上述获得的视电阻率数据和其他己知信息建立初始的介质电阻率模型；
(2)针对该电阻率模型，求解正问题，获得空间上的三维电势分布；
(3)将计算所得的电势值与实测值进行比较，计算二者间的误差，并判断该误差是否小于事先给定的某一误差范围；
(4)如果是，则认为该电阻率模型为计算区域介质的真实电阻率值，并结束反演计算；否则，根据所得的误差和感度矩阵对电阻率模型进行修正，并重复上述计算，直至所得的误差小于给定的误差范围为止。
反演处理中，地形校正是重要的一环。因为野外实地探测时，地形往往起伏不平，使得所采集到的观测数据含有地形干扰因素，在分析与处理实测数据资料时，如不能很好地剔除地形影响，则有用异常的反应往往变形变态，甚至被淹没。利用有限元正演数字模拟方法，可以进行有效的地形校正工作。具体步骤如下：
(1)假定地下是均匀介质，通过有限元方法计算出纯地形影响。
(2)按如下公式计算校正系统：C=MMf/UMt
式中：C为校正系数；MMf为水平地表的电位计算值；UMt为实际地形条件下的电位计算值。
(3)实际观测值按如下公式进行地形校正：ρac=ρam˙C
式中：ρac是经过地形校正后的视电阻率值；ρam为野外实测视电阻率值。
四、应用实例及效果
4.1任务与目的
近几年来，随着屏边旅游业的高速发展，为满足发展需求，当地政府组织进行水资源评价研究，至今已开发并建成了以大围山为中心的配套成龙的旅游区，在县城附近勘察和评价了滇南少有的独特景观一屏边火山群和新现石洞风景旅游区，扩大和丰富了屏边县的旅游内容和开发价值。本次评价以白河桥温泉医疗矿泉水机井定位为例，通过高密度电法测量获得实测数据，进而进行反演分析，求得差异反演区内地层的空间分布，同时结合钻孔实验资料及同期核磁共振数据，得到最终GMS数值模拟的较准确的含水层空间分布模型，确定出区域含水层厚度的空间结构特征，对区域地下水系统的识别分析提供可靠依据。
4.2野外测试
在研究区钻探6眼地质、水文地质孔，15眼观测孔，并严格按照《供水水文地质勘查规范》提取岩样，进行室内试验求得水文地质参数。同时对水文地质孔进行垂向数字测井，获得地层年代、地层岩性、含水层厚度等资料。
根据地形、地貌延河走向布设长度不一的高密度电阻率法物探地层剖面63条，测线穿过所钻探地质、水文地质孔和研究区内前人所钻探地质、水文她质孔。根据测量结果和同期同地点获取的钻孔资料及原有资料对比，最后连出模拟研究区内相对均匀分布的38条剖面，根据高密度电法测量的电阻率值分析求得差异反演区内地层的空间分布。
4.3应用效果
采用由MH．loke博士设计的RES2DINV软件，对野外高密度电阻率数据进行二维反演，并与钻探的地质、水文地质孔对比分析。根据反演及分析结果，在GMS6.0中用SOLID模块，生成研究区的地层剖面。与本地区已知地质资料对比发现，模拟结果和该区实际情况基本一致，具有较好的可用性，最后确定地下水相对较丰富的点进行下部工作。
五、结束语
高密度电阻率法将实测数据与便携式微机通讯，可进行现场实时处理，实现了野外数据采集、收录、处理、成图成像自动化。与传统电阻率法相比，成本低、效率高、信息丰富、解译方便、勘探效力显著提高。表明该方法对研究区的浅层地层分布、地质构造均可取得较理想的探查效果，为准确掌握该地区水文地质条件提供了可靠依据。