介绍两种实用的直流电法探测技术

　　对岩土体电阻率的测试，可以采用多种方法。下面主要介绍直流电测深中的温纳装置在岩土体电阻率测试中的具体应用。根据试验研究和工程实测结果可知该法具有快速、准确地测定岩土体电阻率，并对不同岩性层划分做出客观解释。

　　实际工作中，根据测试场地的大小，可选用对称四极装置或三极装置进行测量。由于温纳装置是等比装置，且MN/AB=1/3，所以视电阻率与电位差及电流强度的关系式为：

式中：ρ_s—视电祖率(Ω·m)；△U_MN—测量电极MN观测电位差(mV)；I—供电电极AB之间的电流强度(mA)；k为装置系数：

由此可分别得到四极和三极的装置系数：

    (四极装置适用)

    (三极装置适用)

在现场观测过程中，将AB供电极距逐渐加大，以增加勘探深度，可以测得不同电极距下的视电阻率ρ_s。实用的供电极距及测量极距见表1。

表1    供电极距和测量极距    单位：m

　　数据处理与解释采用现场作图的方式，可快速测定电阻率及划分岩性层位。以MN为横坐标，计算MN/ρ_s，并以MN/ρ_s为纵坐标，在双对数坐标纸上绘制MN/ρ_s与MN的关系图，详见图3。对图中不同极距的测试值，找出不同深度、相同斜率的点，对这些点进行连线，使其均匀地分布在直线上或直线两侧。求直线段斜率的倒数，可获得测点处各层的电阻率ρ_ij。

　　式中：i为层位序号(i=1，2，3，…)；j为测深点编号(j=1，2，3，…)。对各测深点依次作图解释，可求得各测点处分层的电阻率值，对获得的各层电阻率值进行数理统计，便可获得地层的平均电阻率值。计算公式为：

其中：—第i岩性层平均电阻率值；ρ_ij—第j测深点处第i岩性层计算电阻率值；n—测深点数。

根据下式确定标准差，以求得第i岩性层电阻率值的变化范围±s_i。

　　物性层位的划分可以采用计算机数值模拟计算、量板法或其它手工解释方法，但由于对解释结果的影响因素很多，例如不同不同成因的地层、岩性特征、地层倾角、构造特征等，使其垂直方向和水平方向上均存在较为复杂的变化，地下高阻或低阻屏蔽层的影响，实际地层的各向异性等等，都将对岩性层参数的解释结果产生较大影响。由此可知该解释只能是电性层参数，而不是所求目的地质层参数。因此地质层位的划分尚需将电性层参数转化为地质层参数，在实际工作中，必须进行层位厚度校正。具体做法是：首先在已知地层剖面处进行电测深（如钻孔处），通过已知地层剖面确定校正系数，即确定AB/2极距与层位深度的关系。再通过已知地质剖面或钻孔处的电测深数据作视电阻率拟断面等值线图，在视电阻率拟断面等值线图上划分地层，用已知地层深度或钻孔深度h与地质层面对应的AB/2对比，求取不同深度AB/2的校正系数λ_i：

   (i=1，2，3，…)

　　实测工作时，可对每个钻孔进行统计，求取深度校正系数的算术平均值。如在没有钻孔(或已知地层剖面)的测区，可采用工程类比法获得，如采用邻近地质条件相似地区的深度校正系数即可满足工程需要。

　　据文献⑷报道，他们的研究和工作过的测区，其极距与钻孔对比的校正系数为0.66左右。而温纳装置选取MN/AB=1/3，MN≈0.66(AB/2)，因此，以MN作横坐标，以MN/ρ_s为纵坐标作图，则不同斜率的直线交点处对应的横坐标即为层位顶面的深度(见图3)。

　　同样，在不同的地区还可以AB/2作横坐标，以(AB/2)/ρ_s作纵坐标，作双对数坐标图，用不同斜率的直线交点处对应的AB/2乘以校正系数，求取地质层位顶面的埋深。图4为某变电站场地电阻率及层位划分实际解释应用图(见文献⑷)。该图是以AB/2作横坐标，以(AB/2)/ρ_s为纵坐标，作双对数坐标图。从图中可以很好地划分出4个层位并计算直线段斜率的倒数，获得各层的电阻率值。依据实际经验该方法对于电阻率相差不大的相邻地层的划分也有较好的地质效果。

　　该方法较传统的解释方法具有快速(可由记录员现场绘图取得解释成果)、准确的特点，相对于传统的解释方法而言更适合工程物探在解决地层划分和电阻率测试中的应用。另外，场地的岩土电阻率是工程设计接地装置的一个重要参数。它的确定对电流尽快地散入大地，达到足够小的接地电阻及接地装置地下部分的合理布局起到十分重要的作用，它沿地层深度的变化规律是选择接地装置型式设计的主要依据。岩土中含水量和温度的变化，对岩土体电阻率的影响较大。温度降低，岩土电阻率增大；温度升高，岩土电阻率变小。岩土湿度变小，电阻率增大；岩土湿度变大，电阻率变小。但岩土含水量增加较大时，岩土电阻率反而增加；另外，水的矿化度不同，对岩土电阻率的影响也是不一样的。所以，如果条件允许，应在冬天干旱季节，对变电站场地的岩土电阻率进行测定，以获取场地在一年四季中最大的电阻率，供设计接地装置使用。

4  结束语

　　以上较为详细地介绍了三维直流电法探测技术、岩土体电阻率测试技术的现场施工、资料处理及其解释的技术路线，由此可以看出，它们在城市建设和水利电力工程勘测中具有信息量大、准确、直观、、快速、便于等特点而具有广泛的前景。

　　随着和数据处理技术的，城市建设和水利电力工程物探技术也随之提高和拓宽，许多新技术、新方法在生产实践中显示出强大的生命力而不断的发展完善，应用范围也不断拓展；如地质雷达技术、面波勘探技术、电阻率层析成像和地震(声波)CT技术等都在工程实践中取得了良好地应用效果，发挥着愈来愈重要的作用；同样，常规物探方法的应用范围和应用领域以及数据处理技术也不断进展和创新，在工程建设和实践中发挥着不可替代的作用，取得了良好的经济效益和效益。

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⑴ 傅良魁.电法勘探教程[M].北京.地质出版社，1990.

⑵ M H Loke. Electrical imaging surveys for environment and engineering studies [EB/OL]. http://www.agiusa.com， 2002，2.

⑶ 许新刚等.三维直流电法勘探在地下人防工程勘察中的应用[J].物探与化探，2004(2).

⑷ 李澎等.变电站场地岩土电阻率测试及层位划分解释的快速方法[J].成都理工大学学报(版)，2004(4).

⑸ 李志江等.防雷设计中土壤电阻率及其测量[J].辽宁气象，2001(4).

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