陳 陽

（甘肅省地質礦產勘查開發(fā)局第二地質礦產勘查院，甘肅 蘭州 730030）

高密度電法是直流電阻率測深方法的一種，其具有很多優(yōu)點，如成本較低、反映信息量大、測量方式簡便易行等。高密度電法主要用于煤礦區(qū)調查、尋找地下水、勘測涵洞位置、勘測建筑選址地等方面，在工程地質和地球物理探查等領域具有突出的貢獻。高密度電法的原理與普通的電阻率法一致，與其有所不同的是，高密度電法在勘探中高密度觀測點的設置。作為一種陣列電阻率勘探方法，電剖面和電測深是高密度電法所具有的特點。近年來，關于高密度電法的研究也在不斷進行。但對于高密度電法的不同工作裝置類型效果對比相關研究較少。本文從這個角度入手，探究高密度電法不同裝置的勘探效果，得出相關結論，為高密度電法實際應用提供參考。

1 高密度電法

1.1 高密度電法的原理

高密度電法的原理是以常規(guī)的電阻率算法為基礎，在對地電的測量中設置高密度觀測點，通過較高密度的測量方法進行勘探，使得勘探結果的真實性有了保證。在高密度電法的應用中，進行電極布置時，只需要將其布置都在同樣的測點上，供電極和接收電極就能夠自動地被主機控制，主機進行自動化控制，進而地質斷面能夠得到連續(xù)不斷的全面勘探。在設計和技術上，因高密度電法使用大規(guī)模集成電路和自動化控制系統(tǒng)，電極可以被任意組合，故實際勘探中，地質信息能夠被收集的更全面，高密度電法的準確度得到提升，高密度電法的應用達到了更好的測量效果。

1.2 高密度電法的特點

第一，減少測量誤差。電極的多次布射會對測量造成一定的干擾，從而影響測量結果。而高密度電法的方法是對電極進行一次性布射，進而可以減少對測量造成的干擾，從而減少測量誤差。

第二，全面分析地質信息。高密度電法能夠將電極進行任意的組合，這種電極的隨意組合有助于地質信息分析的全面性，全面的地質信息能夠為后續(xù)的工作奠定良好基礎。

第三，提升電阻率法智能化程度。高密度電法的自動化能夠使其在實際的地質勘探中，對資料和數據的收集進行實時處理和脫機處理。這能夠在一定程度上提高電阻率法的智能化程度。

第四，保障數據真實性。與以往的人工測量不同，高密度電法利用自動化系統(tǒng)進行地質探測和數據的采集，智能化的勘探能夠提高探測效率和數據的采集速度，并且不會出現人工測量所造成的誤差，保障了探測數據的真實性。

第五，全面呈現地下結構。高密度電法在測量過程中，在不一樣的測量段當中，可以多點電阻率觀測，進行多參數測量，進而獲得更全面的地點數據，實現對地下結構的精細描述，使地下結構更全面的呈現。

根據這些特點可以看出，相對于常規(guī)電法來說，高密度電法的測量效率更高，成本較低，測量速度更快，收集的數據更加全面豐富，是一種高效的測量方法。

1.3 高密度電法的裝置類型

由于高密度電法的電極能夠任意組合，因此高密度電法具有多種不同的電極排列形式。但在這之中，溫納α 裝置、溫納β裝置、溫納γ 裝置、復合對稱四極裝置和三極裝置這五種觀測系統(tǒng)是高密度電法應用中較為常見的裝置類型。本次實驗中采用了溫納α 裝置、溫納β 裝置、溫納γ 裝置、復合對稱四極裝置和三極裝置。

2 高密度電法正反演理論

有限單元法，有限差分法和邊界單元法是在電阻率的正演模擬中常用的方法。其中有限差分法和有限單元法是一種類型的計算方法，屬于區(qū)域型計算方法。它們的適應性較好，利用對區(qū)域的離散，能夠比較精確的對地墊結構較為復雜的正演問題進行計算。將地電模型剖分為正方形或長方形的網格是它們的二維數值模型。為了使模型能夠模擬復雜的地質結構，每一個網格都被賦予了不同的電阻率值。在模型中網格劃分時，水平方向應使各個電極之間的節(jié)點數相同，而在深度方向上，間距小的網格用在接近地表處的深度，隨著深度的加大，網格的間距不斷增大。在二維高密度電法的正演模擬中，有限差分法和有限單元法的差別不大。在本次高密度電法正演模擬中，采用了有限差分法。

高密度電法的反演是有在地面上采集到的數據推測地下異常體具體的參數。高密度電法反演具體過程是通過對建立的電阻率預測模型進行正演計算，得到數據，再計算預測數據與實際數據之間的誤差，若誤差不滿足要求，就要對模型進行修正，再重復反演過程，若滿足要求，則表明建立的模型符合真實的地下情況。在本次高密度電法反演模擬中，反演輸入是通過對正演模擬的結果加入隨機噪聲，再進行反演。在實際的反演過程中常常會出現“異常擴展效應”，即實際目標的尺寸比電阻率異常范圍要小。同時，確定反演深度的算法具有一定的缺陷，其結果并不一定符合實際情況。因此，在反演中，異常解釋常常作為半定量解釋。

3 勘探效果對比

3.1 高阻異常體模型

建立一個高阻異常體模型，模擬低阻覆蓋層下的基巖介質中存在高阻異常體的地質情況。對高速異常體在不同裝置下進行二維高密度電法正、反演。通過對實驗裝置進行正演模擬，發(fā)現在對目標勘探中，各實驗裝置都發(fā)生了一定的電阻率異常響應，但正演的結果并不能顯示目標異常體的具體特征。而在反演的實驗中，可以看到溫納α 裝置、溫納β 裝置和溫納γ 裝置能夠較好地揭示地下的覆蓋層與基巖分界面，同時，它們在目標異常體的位置處都出現了明顯的高阻異常。在這三種裝置中，溫納γ裝置對于異常體的位置和形態(tài)的揭示最為準確。而溫納α 裝置和溫納β 裝置顯示在異常體的右側有一個假高阻異常，應是由高阻異常體導致的。單邊三極裝置的實驗結果顯示電性分界面起伏較大，使得其雖然在目標異常體的位置上存在高阻異常，但并不明顯，不利于對異常體的判斷。相較于溫納α 裝置、溫納β裝置和溫納γ 裝置，復合對稱四級裝置對于覆蓋層的探測效果較差，且其實驗的結果雖然在異常體的位置顯示了高阻異常，但同時在此高阻異常的左側具有一個較高的假高度異常，容易造成異常解釋的干擾。因此在進行高阻異常體探測時，溫納α 裝置、溫納β 裝置和溫納γ 裝置探測效果更好。

3.2 隱伏直立低阻體模型

為模擬直立斷層或破碎帶等地質情況，建立一個雙層介質中含有隱伏直立低阻異常體的模型。從正演模擬的結果上看，溫納α 裝置、溫納β 裝置、溫納γ 裝置和三極裝置對于目標低阻體都有明顯的電阻率異常響應，但沒有辦法確定異常體的特征。而復合對稱四級裝置對于目標低阻體沒有較為明顯的響應。從反演結果上看，溫納β 裝置和三極裝置都顯示了一個直立狀的低阻異常，對于異常體的位置和形態(tài)描述較吻合，探測效果較好。溫納γ 裝置也能夠較好地揭示異常體，但其對異常體尺寸描述偏大，異常體的底部呈現外擴的趨勢，并且在低阻異常顯示的兩側還各有一個假的高組異常顯示，呈現閉合的狀態(tài)，這樣的結果顯示不利于異常體的解釋。溫納α裝置和復合對稱四級裝置并沒有表現出明顯的低阻異?，F象，沒有分辨出低阻異常體。由結果來看，溫納β 裝置和三極裝置的效果較好，由于三極裝置在實際操作過程中，需要正反向測量，較為繁瑣，又增加了地電干擾，因此，綜合來說，溫納β 裝置探測效果最好。在對直立斷層或破碎帶進行勘探時，溫納β 裝置更加合適。

3.3 結果分析

實驗利用不同的高密度電法裝置對模型進行正反演，從其得出的結果可以看出，不同的高密度電法裝置對于電阻率異常體檢測的靈敏度不同。溫納α 裝置、溫納β 裝置和溫納γ 裝置對于電性的變化反應較為靈敏，能夠更好的揭示分界面，探測便捷。同時，它們對異常邊界的反應靈敏度也較高，在復雜地質條件下的探測具有一定優(yōu)勢。其中，溫納α 裝置在勘探橫向電阻率異常時靈敏度較低，不易對橫向電性變化體進行分辨。溫納β 裝置能較好的分辨電阻率的橫向變化。溫納γ 裝置在目標異常體的邊界和形態(tài)方面的揭示效果較為理想。復合對稱四極裝置優(yōu)勢體現在對零件的異常地質體進行勘探，其對于垂向和橫向的電性變化敏感度較高。三極裝置對橫向的電性變化敏感度較高，但其在測量中需要正反向測量，放置無窮遠極，對于野外的實地勘探工作有一定的條件限制。

3.4 結論

（1）實驗中的高密度電法的不同裝置在探測異常地質體時，都具有一定的響應能力。但其在探測深度、探測靈敏度、分辨能力等方面表現不同，具有一定差異性。

（2）不同的裝置應用于與其適應的地質條件中效果更好。當勘探高阻異常體時，應采用溫納α 裝置、溫納β 裝置和溫納γ 裝置，他們對與勘測異常體的位置和形態(tài)的效果較好。當勘探例如直立斷層、破碎帶等的隱伏直立低阻體時，溫納β 裝置和三極裝置效果最好，其中，三級裝置對于地質條件要求較高，故溫納β裝置最為理想。

（3）對于一些特定的地質條件，需要根據探測的目的和精度等要求對高密度電法的裝置進行選擇，并且可以選擇兩種或兩種以上的裝置類型進行探測，通過其結果的對比分析，提升地質探測的效果。

4 結語

本文主要研究高密度電法不同裝置的勘探效果對比觀察，通過對溫納α 裝置、溫納β 裝置、溫納γ 裝置、復合對稱四極裝置和三極裝置五種不同的高密度電法裝置進行模擬實驗，得出相應的結論。高密度電法是地質勘探中常用的一種探測方法，應了解高密度電法不同裝置的特點，根據地質條件選擇相應的裝置，以獲得更好的效果。