李成翔 王國光 卓勝豪 許平

摘要：高密度電阻率法是一種重要的地球物理勘探方法。由于它具有施工快捷、分辨率高，可靠性好、圖像直觀等優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用于尋找非金屬礦、地下水及各類工程地質(zhì)勘測等眾多領(lǐng)域。根據(jù)測得的電阻率數(shù)據(jù)繪制電阻率等值線色譜圖，進一步對該圖進行人工反演解釋得到專業(yè)成果圖。因此，等值線色譜圖在高密度電阻率法的應(yīng)用過程中的起至關(guān)重要的作用。本文研究了地質(zhì)三維系統(tǒng)GeoStation中高密度電阻率等值線色譜圖的繪制方法，該方法對其他行業(yè)的等值線色譜圖的繪制也具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：高密度電阻率；色譜圖；GeoStation

中圖分類號：TP39；TU201.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）12-0301-02

1 高密度電阻率法簡介

高密度電阻率法是電剖面法和電測深法的綜合，是以巖土體的導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)的一類電探方法，研究在施加電場的作用下，地中傳導(dǎo)電流的分布規(guī)律，原理上屬于電阻率法的范疇，但與常規(guī)的電阻率法相比設(shè)置了較高的測點密度，在測量方法上采取了一些有效的設(shè)計，使得數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有較高的精度和較強的抗干擾能力，并可獲得較為豐富的地電信息[1]。

地質(zhì)環(huán)境調(diào)查中運用高密度電阻率法較普遍，在研究區(qū)勘探中對破碎帶的勘探效果較好，準(zhǔn)確圈定破碎含水帶的位置，確定坡積物的厚度、基巖面的埋深，并且利用不同位置的測線準(zhǔn)確控制破碎帶的走向；在地層劃分中，高密度電法較好地劃分了地表各沉積層位置（表土層、卵礫石層、基巖），得到了關(guān)于層位的各種參數(shù)。因此，高密度電阻率法在地質(zhì)環(huán)境調(diào)查中對電性異常體的勘探效果較好[2]。

2 高密度電法的作業(yè)流程（內(nèi)業(yè)）

2.1 建立高密度電法的測線

高密度電法測線是根據(jù)勘測任務(wù)書要求，在地表面大體沿直線布置的勘探測線。每條測線對應(yīng)一個測線編號，根據(jù)地形起伏反應(yīng)地表面以下一定深度范圍內(nèi)的電阻率差異變化情況。根據(jù)不同的電極選用方式快速完成多種電極裝置和多電極在觀測剖面上的電阻率法觀測。測線包括測線編號、起點坐標(biāo)、終點坐標(biāo)信息，格式如表1所示。

2.2 錄入成果數(shù)據(jù)

現(xiàn)場探測的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C中，進行格式轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)的預(yù)處理，消除壞點數(shù)據(jù)，進行地形校正，得到各電性層的電阻率值，從而依據(jù)鉆孔資料及其它勘探資料進行綜合解釋。數(shù)據(jù)文件內(nèi)容分為三列，第一列為測線剖面樁號，第二列為高程，第三列為電阻率值，如表2所示。

2.3 繪制等值線色譜圖

根據(jù)各電性層的電阻率數(shù)據(jù)，繪制電阻率等值線色譜圖，如圖4所示。圖中不同顏色區(qū)域代表不同的數(shù)據(jù)區(qū)間，數(shù)據(jù)區(qū)間的范圍和顏色都可以由用戶設(shè)置。

2.4 繪制解譯成果圖

根據(jù)電阻率等值線圖譜，結(jié)合不同土層、巖層和地下水的電性特征，分析出不同土層、巖層和地下水的范圍界線和走勢。

3 等值線圖譜的繪制

專業(yè)人員在進行物探作業(yè)的流程中，根據(jù)高密度電法獲取到的離散數(shù)據(jù)繪制出形象直觀的等值線圖譜是最后解譯成果圖的前提，在整個作業(yè)流程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

GeoStation是一款由中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司基于MicroStation軟件二次開發(fā)的地質(zhì)三維勘測設(shè)計系統(tǒng)，功能涵蓋地質(zhì)、巖土、物探、監(jiān)測等專業(yè)領(lǐng)域。

本文介紹的方法利用MicroStation軟件的數(shù)字地形模型（Digital Terrain Model， DTM）輔助繪制等值線圖譜。DTM并不僅限于表達(dá)地形面，地形面一般是連續(xù)的，DTM也支持空洞，可以表示不連續(xù)的面模型。DTM的創(chuàng)建過程是把提供的特征點、特征線數(shù)據(jù)通過計算得到三維地形面。DTM支持多種特征類型，如隔斷線（Break Line/Soft Break Line）、特征點（Spot）、等值線（Contour）、洞（Hole）、邊界（Boundary）等。

繪制高密度電阻率等值線色譜圖可以分為以下幾個步驟：

（1）設(shè)置參數(shù)，包括每一個數(shù)據(jù)區(qū)間的起始值、終止值和填充顏色；

（2）讀取數(shù)據(jù)文件，因為色譜圖以樁號為橫坐標(biāo)，高程為縱坐標(biāo)，電阻率的值決定顏色，所以可根據(jù)表2所示的高密度電阻率數(shù)據(jù)格式，把每一行（樁號，高程，電阻率）理解為（x，y，z）坐標(biāo)點；

（3）把步驟2讀取的所有的坐標(biāo)點作為Spot構(gòu)建DTM，如果有數(shù)據(jù)邊界的數(shù)據(jù)，還可以設(shè)置DTM的邊界，得到一個帶邊界的DTM；

（4）根據(jù)步驟1設(shè)置的數(shù)據(jù)區(qū)間臨界值和步驟3得到的DTM，每次提取一條等值線，并依次存入元素數(shù)組，得到等值線元素數(shù)組IsolineArray和每條等值線對應(yīng)的值數(shù)組ValueArray，數(shù)組長度記為ArrayLength；

（5）根據(jù)步驟4得到的等值線元素數(shù)組IsolineArray和值數(shù)組ValueArray，以及DTM的邊界元素，為每個數(shù)據(jù)區(qū)間創(chuàng)建閉合區(qū)域，并設(shè)置對應(yīng)的顏色。這一步驟中，找到所有的閉合區(qū)域最為關(guān)鍵，其算法描述如下：

a）尋找最內(nèi)圈的閉合等值線（如圖1中所標(biāo)識的等值線A），并在其內(nèi)部填充顏色。該等值線內(nèi)部沒有其它等值線，可以通過判斷等值線之間的包含關(guān)系找出這些等值線。獲取該等值線的中心點，沿豎直方向投影到DTM，用投影點的高程值所在數(shù)據(jù)空間對應(yīng)的顏色，填充最內(nèi)圈的等值線區(qū)域；

b）從數(shù)組IsolineArray中第一個不為空的位置Index開始遍歷等值線數(shù)組，等值線元素IsolineArray[Index]、IsolineArray[Index+1]和邊界元素肯定可以通過泛填充操作得到IsolineArray[Index]與IsolineArray[Index+1]之間的閉合區(qū)域，關(guān)鍵是泛填充的起始點如何選取。如圖2中標(biāo)識的等值線A、B與邊界線之間圍合成一個填充區(qū)域，關(guān)鍵是找到從哪一個點開始做泛填充找到這個區(qū)域。方法是先計算等值線A和B對應(yīng)電阻率值的平均值，從DTM上提取平均值對應(yīng)的等值線C，取等值線C的中心位置點作為泛填充的起點，通過泛填充操作可以得到填充區(qū)域，并用平均值所在數(shù)據(jù)區(qū)間對應(yīng)的顏色進行填充；

c）經(jīng)過以上兩個步驟，還剩下兩個端點落在邊界上，并且和邊界圍合區(qū)域內(nèi)沒有其它等值線的等值線，如圖2中標(biāo)識的等值線E和F；這種等值線的兩個端點一般相距較近，可以通過幾何特征識別出來，獲取其和邊界圍合的區(qū)域，采用5.1中的方法，通過區(qū)域中心點找到該區(qū)域需要填充的顏色。

4 應(yīng)用與效果

本文研究的基于GeoStation的物探高密度電阻率色譜繪制功能已在物探高密度電法作業(yè)中得到應(yīng)用。圖2是色譜圖繪制界面，用戶指定數(shù)據(jù)文件的位置，包括電阻率數(shù)據(jù)、邊界坐標(biāo)數(shù)據(jù)和測線坐標(biāo)數(shù)據(jù)，然后調(diào)整每個數(shù)據(jù)范圍對應(yīng)的顏色，便可繪制出電阻率等值線色譜圖，其效果如圖3所示。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張彬， 牟義， 張永超， 李曉斌， 徐光杰. 三維高密度電阻率成像探測技術(shù)在煤礦采空區(qū)勘查中的應(yīng)用[J]. 煤礦安全， 2011， 42（6）.

[2] 楊超杰， 李瓊. 高密度電阻率法在地質(zhì)環(huán)境調(diào)查中的應(yīng)用研究[J]. 油氣地球物理， 2016， 14（3）.