邱云海 吳西全 康元欣

試分析高密度電法在工程物探中的應(yīng)用

邱云海 吳西全 康元欣

（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局物化探大隊(duì) 江西南昌 330000）

本文主要針對(duì)高密度電法在工程物探中的應(yīng)用問題進(jìn)行了分析，在簡(jiǎn)要介紹了高密度電法的工作原理以及具體特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)闡述了其在工程物探不同工作中的應(yīng)用，并針對(duì)其未來的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。希望通過本文的論述，能夠使高密度電法的應(yīng)用范圍得到擴(kuò)大，同時(shí)也使工程物探領(lǐng)域能夠在這一方法的應(yīng)用下得到更大程度的進(jìn)步。

高密度電法；工程物探；應(yīng)用

前言

高密度電法屬于工程物探領(lǐng)域主要應(yīng)用的一種信息測(cè)量與收集方法，相對(duì)于傳統(tǒng)方法而言，高密度電法具有探測(cè)效果準(zhǔn)確且信息收集量大的特點(diǎn)，除此之外，將其應(yīng)用到工程物探當(dāng)中還能夠有效的避免出現(xiàn)電磁干擾問題，可見，這一方法具有較大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。對(duì)這一方法在工程物探不同工作中的應(yīng)用的分析對(duì)于其應(yīng)用范圍的擴(kuò)大能夠起到一定的促進(jìn)作用，同時(shí)也能夠?yàn)槠渌I(lǐng)域提供相應(yīng)的應(yīng)用參考。

1 高密度電法概述

1.1 高密度電法工作原理

高密度電法的工作原理圖如圖1所示[1]。

通過圖1可以看出，高密度電法的應(yīng)用需要通過高密度主機(jī)、電極系、轉(zhuǎn)換器以及計(jì)算機(jī)等設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。其中，電極系的功能在于對(duì)需測(cè)量區(qū)域的電阻進(jìn)行測(cè)量，并將所得出的數(shù)據(jù)通過轉(zhuǎn)換器輸送到高密度主機(jī)中，再由高密度主機(jī)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，此時(shí)，計(jì)算機(jī)便能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，通過一系列的處理，最終成圖。

1.1.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

圖1 高密度電法工作原理圖

高密度電法探測(cè)系統(tǒng)由主機(jī)、多路電極轉(zhuǎn)換器、電極系三部分組成。多路電極轉(zhuǎn)換器通過電纜控制電極系各電極的供電及測(cè)量狀態(tài)；主機(jī)通過通訊電纜、供電電纜向多路電極轉(zhuǎn)換器發(fā)出工作指令、向電極供電并接收、存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)。高密度電法探測(cè)系統(tǒng)外業(yè)工作裝置形式很多，常用溫納裝置、二極裝置、三極裝置及偶極裝置。裝置類型、總電極數(shù)與極距可根據(jù)場(chǎng)地條件與勘察目的適當(dāng)選擇。

1.1.2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采集結(jié)果自動(dòng)存入主機(jī)，主機(jī)通過通訊軟件把采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)并轉(zhuǎn)換成處理系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)格式，經(jīng)過預(yù)處理（數(shù)據(jù)解編、連接、參數(shù)設(shè)定、剔除畸變點(diǎn)）、地形校正后，最后進(jìn)行二維反演成圖。由于傳輸軟件及數(shù)據(jù)預(yù)處理功能較繁瑣，筆者自己編寫了數(shù)據(jù)傳輸軟件及各種裝置類型的數(shù)據(jù)預(yù)處理程序。

1.2 高密度電法特點(diǎn)

（1）數(shù)據(jù)采集效率高是高密度電法的一個(gè)明顯特點(diǎn)。在野外采集的過程中，通過對(duì)電極系的應(yīng)用，數(shù)據(jù)的采集速度能夠得到極大程度的提高，鑒于其主要應(yīng)用機(jī)械進(jìn)行操作，因此相對(duì)于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方式而言，也具有較高的準(zhǔn)確率[2]。

（2）高密度電法的應(yīng)用需要通過對(duì)電極的布置來實(shí)現(xiàn)，而電極布置速度快則是高密度電法的一個(gè)主要特點(diǎn)，這一特點(diǎn)也是保證其工作效率得到提高的一個(gè)主要因素。

（3）通過對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的使用，基于高密度電法所探測(cè)到的數(shù)據(jù)會(huì)以圖像的形式呈現(xiàn)到計(jì)算機(jī)中，而圖像三維效果的實(shí)現(xiàn)則是這一技術(shù)的一個(gè)主要發(fā)展趨勢(shì)。

2 高密度電法在工程物探中的應(yīng)用

高密度電法在工程物探中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在熔巖勘探、水庫(kù)大壩以及光線探測(cè)三方面。

2.1 高密度電法與熔巖勘探

存在一部分工程，其區(qū)域主要為容顏地貌，在這一區(qū)域進(jìn)行施工，在地質(zhì)勘查過程中必須加入有關(guān)熔巖勘查的部分，這樣才能最終得出結(jié)論，判斷當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)狀況是否符合施工要求。某工程在施工過程中遭遇了類似的問題，通過高密度電法對(duì)巖層電阻的測(cè)試，最終得出如表1的結(jié)果[3]。

表1 某工程巖層電阻率

通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析與判斷發(fā)現(xiàn)，該工程施工地區(qū)存在溶洞，且該溶洞為高阻溶洞。由此可見，將高密度電法應(yīng)用到熔巖勘探過程中，能夠?yàn)楣こ痰氖┕ぬ峁┲匾膮⒖迹瑫r(shí)也就能夠避免由盲目施工所導(dǎo)致的工程受到損失的問題的出現(xiàn)。

2.2 高密度電法與水庫(kù)大壩

在水庫(kù)大壩的建設(shè)過程中，對(duì)于大壩的滲透性的分析十分重要。國(guó)家對(duì)于大壩的滲透性有著具體的規(guī)定，如滲透性超過了規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，則代表該大壩無法很好的起到阻攔水資源泄露的問題[4]。傳統(tǒng)的方法在測(cè)量水庫(kù)大壩滲透率的過程中，存在著測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確的問題，基于高密度電法的測(cè)量方式能夠避免這一問題的出現(xiàn)。以某水利工程為例，通過對(duì)高密度電法的應(yīng)用，得出了該水庫(kù)大壩在各部位的電阻，而通過對(duì)電阻的分析發(fā)現(xiàn)，該大壩在水位線以下的水域并不存在滲漏的問題。因此判斷，該大壩安全性相對(duì)較高。

2.3 高密度電法與管線探測(cè)

高密度電法還可以應(yīng)用到光線探測(cè)過程中。在過去，管線探測(cè)過程往往需要通過利用常規(guī)的金屬探測(cè)儀來實(shí)現(xiàn)。金屬探測(cè)儀在電纜探測(cè)方面具有較好的效果，這是不可否認(rèn)的，但需要認(rèn)識(shí)到的是，這一儀器的應(yīng)用同樣存在其缺陷，主要體現(xiàn)在無法很好的完成對(duì)下水道等管道的探測(cè)，甚至在探測(cè)過程中，會(huì)出現(xiàn)很大的錯(cuò)誤[5]。以高密度電法代替金屬探測(cè)儀實(shí)現(xiàn)管線探測(cè)工作能夠有效的解決上述問題，在此基礎(chǔ)上，下水道的探測(cè)也能夠很好的實(shí)現(xiàn)，且探測(cè)效果能夠得到保證。一般情況下，下水道等地下管道主要由混凝土組成，相對(duì)于土壤而言，這一材料的電阻值較高，因此，如發(fā)現(xiàn)某地區(qū)存在電阻值較高的現(xiàn)象，則可以判斷該地區(qū)可能存在地下管道。

3 高密度電法應(yīng)用展望

工程物探領(lǐng)域包含的類別極多，每一種類別對(duì)于探測(cè)方法的要求都不盡相同，但實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，高密度電法對(duì)于工程物探領(lǐng)域多數(shù)類別工程的探測(cè)都能夠起到較好的效果，同時(shí)，工程也能夠因此獲得較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。無論對(duì)于熔巖勘探還是對(duì)于管道探測(cè)來說，高密度電法的應(yīng)用均解決了傳統(tǒng)技術(shù)中存在的問題，從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度看，這一探測(cè)方法的應(yīng)用范圍必定能夠得到拓展，更多領(lǐng)域?qū)⒁虼硕@得更大的價(jià)值。

另外，目前基于高密度電法所形成的圖像仍為二維的形式，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的提高以及高密度電法與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合的進(jìn)一步深入，三維成像將成為可能，而這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，必定能夠更大程度的提高所得出的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

高密度電法的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)是事實(shí)存在的，但其在具體應(yīng)用過程中仍存在一定的瑕疵，例如：如果存在探測(cè)區(qū)域沒有被電極系覆蓋，那么測(cè)量結(jié)果中也會(huì)遺漏這一區(qū)域的具體情況，由此可能為工程帶來一定的損失。另外，在技術(shù)的應(yīng)用過程中，電磁干擾的問題能夠被解決，但電層干擾的問題還顯著存在，這會(huì)對(duì)探測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性造成一定的干擾。針對(duì)這一點(diǎn)，有關(guān)人員還需要作出進(jìn)一步的努力，以使上述問題能夠得到解決，從而最大程度的提高高密度電法的應(yīng)用水平。

4 結(jié)論

作為工程物探領(lǐng)域的一種新型探測(cè)方法，高密度電法的應(yīng)用能夠有效的解決傳統(tǒng)物探方法中存在的一系列不足，同時(shí)也就能夠達(dá)到提高探測(cè)效率與準(zhǔn)確性的目的。高密度電法的應(yīng)用基于計(jì)算機(jī)技術(shù)而實(shí)現(xiàn)，目前其效果已經(jīng)得到了多數(shù)領(lǐng)域的認(rèn)可，從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的角度看，這一技術(shù)在成像效果方面必定能夠有所進(jìn)步，同時(shí)其中存在的些許缺陷也能夠被很好的解決，其發(fā)展前景相對(duì)較好。

[1]張仲斌.高密度電法在工程物探中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016，06：292.

[2]王金鎖.高密度電法在工程物探中的應(yīng)用探討[J].科學(xué)中國(guó)人，2015，23：21.

[3]李耀華.全空間高密度電阻率法模擬試驗(yàn)及煤礦井下應(yīng)用研究[D].河北工程大學(xué)，2008.

[4]倪亮，陳大紅，徐華文，張衡，金維浚，張文輝，林達(dá)明.水域電法在江、湖穿越工程中應(yīng)用[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2012，06：2710～2715.

[5]顏鐘.基于BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高密度電法反演理論應(yīng)用研究[D].長(zhǎng)江科學(xué)院，2012.

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1004-7344（2016）31-0190-02

2016-10-13