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[摘要]以高密度电阻率法在公路勘查中的应用为实例，通过介绍高密度电法在划分风化带、查找断层、破碎带以及岩溶等方面的应用效果，评述高密度电阻率法在公路勘查中的重要作用。
[关键词]高密度电阻率法 工作装置 应用效果
[中图分类号] P631.3+22 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-2-139-2
1前言
高密度电阻率勘探方法是近几年来开发出的一种新的直流电法勘探系统。随着计算机的日益发展和广泛应用，把高密度电阻率法采集到的大量数据的计算、反演及由点到线、到面的成像处理变得极为快速准确，极大的提高了探测的工作效率。因此，该探测方法与其它新兴物探方法相比，推广应用速度更快。目前，高密度电阻率法已在公路、铁路、机场和电站等工程物探勘查中得到广泛的应用。
2 方法原理
高密度电法是常规电阻率法中的一种改进式，其原理与常规电阻率法相同，仍然是以研究岩矿石的导电性差异为基础，通过观测与研究人工建立的地下稳定电流场的分布规律以达到解决地质问题的一种电法勘探方法。最大特点是一次性布好多根电极（一般60—120根电极），仪器就可以按预先设定的工作装置、电极距自动采集所有电极的电位值和供电电流值，并计算出各测点不同深度的视电阻率值。该方法具工作效率高、装置灵活、测点密度高、信息量丰富、并兼有剖面和测深特点，可探测地下一定深度的范围电性变化情况。
3 工作装置
高密度电法常见的工作装置有：（1） α排列（温纳装置：AM=MN=NB=na）；（2）β排列（偶极装置：AB=BM=MN=na）；（3） γ排列（非常规装置：AM=MB=BN=na）；（4） δA排列（单极-偶极装置：AM=MN=na）；（5） δB排列（偶极-单极装置：MN=NB =na）；（6）AM滚动（单极-单极装置：AM=na）； （7）AMN滚动（单极-偶极装置：AM=na，MN=a）； （8） ABM滚动（偶极-单极装置：AB=a，BM=na）；（9） ABMN滚动（偶极装置：AB=a，BM=na，MN=a）；（10） MN-B滚动（三极测深装置：MN=a、2a、3a…，NB=na）； （11）α2排列（对称四极装置：AM=NB=na，MN= a、2a、3a…）；（12）四极测深滚动（对称四极测深装置：AM=NB=na，MN= a、2a、3a…）。
在实际工作中，常采用的有以下4种工作装置：
（1） α排列（温纳装置：AM=MN=NB=na）：
在此工作装置中，接收电极距（MN）随着供电极距（AB）增大（探测深度增大）而增大，所采集到的剖面数据分布形状为倒梯形（见上示意图）。
（2） β排列（偶极装置：AB=BM=MN=na）：
在此工作装置中，接收电极距（MN）随着供电极距（AB）和供收距（BM）增大而增大，所采集到的剖面数据分布形状为倒梯形。
（3）MN-B滚动（三极测深装置：MN=a）：
在此工作装置中，接收电极距（MN）可固定一个值，不随着供收距（NB）增大而增大（A极为无穷远），所采集到的剖面数据分布形状为矩形。
（4） α2排列（对称四极装置：AM=NB=na，MN=a）：
在此工作装置中，接收电极距（MN）可固定一个值，不随着供电极距（AB）增大而增大，所采集到的剖面数据分布形状为倒梯形。
根据勘查目的任务的不同，在实际勘查工作中可选最佳的工作装置，以便能更好解决相应的地质问题。从高密度电法工作装置的供电和接收方式和多年的实践成果来看，在查找覆盖层厚度或划分不同程度的风化层界面时，采用温纳装置或对称四极装置探测效果比较好；在查找岩溶、构造等方面，采用偶极装置探测效果比较好；在工作场地受到限制时，采用三极测深装置或单极-单极装置，就可以解决因场地受限制而无法探测的问题……
4 应用效果分析
4.1 划分风化层界面
实例 4.1.1
大理某公路隧道进出口地段要求用高密度电法查清该地段的强～中～微风化层厚度。通过该隧道进出口地段高密度电法电阻率断面图和钻孔资料对比，就比较准确地划出了隧道进出口地段强风化层和中风化层的厚度，并找出了微风化层的深度。由于近地表的强风化层电性分布不太均匀，所以建议电阻率剖面反演过程中叠加次数不宜过多（一般2～3次），因为叠加次数过多会导致电性断面会产生畸变，从而不好划分地层。
4.2 查找溶洞
实例 4.2.1
在昭通某公路某设计桥梁地段的高密度电法勘查结果中，发现了两处比较明显的电阻率低阻突变异常，其中一处表现为封闭型电阻率低阻突变异常，结合有关地质情况和异常特征，推测为充填溶洞引起；另一处表现为向下延伸较大的陡倾型电阻率低阻突变异常，推测为溶蚀破碎带引起。后经钻孔验证，中间地段的异常确实为溶洞，另一处为溶蚀破碎带，而且溶蚀破碎带中有溶洞发育。现在反过来看当时在该地段的高密度电法偶极装置的成果剖面图和温纳装置的成果剖面图，从以上两图中可以看出，在溶洞地段，两者均有较明显的异常反映，只是β排列装置比α排列装置对溶洞的反映稍为明显、突出；而在溶蚀破碎带地段，两者也有异常反映，但β排列装置比α排列装置对溶蚀破碎带（尤其是在其中的溶洞）反映更为明显、突出。
4.3 查找地质构造
例 4.3.1
在公路隧道开挖过程中，断层破碎对施工将会产生较大的安全隐患。为此，在隧道开挖之前，必须要把隧道设计路线地段的地质情况勘查清楚。在小型隧道物探勘查中，高密度电法对地质构造的查找效果较好（对于深大隧道，物探也只能用电磁法了。）。在以上图4.3-1永平某公路隧道地段高密度电法电阻率断面图中，异常地段出现较明显地层错位现象，且错动距离较大，这很明显是断层引起。对于图4.3-2中的陡倾带状低阻突变异常，开挖验证为较大的断层破碎带引起。 通过多种不种工作装置在公路勘察中应用效果的对比并结合直流电法勘探原理，认为在同等地质条件下：
偶极装置的勘探精度和分辨率比其它装置高。以对称四极装置、三极装置和偶极装置为例从理论上分析，用这三种不同工作装置（电极距相同）的视电阻率理论公式对同一低阻目标体的视电阻进行剖面计算，计算结果用下图表示：
从下图中可以看出，偶极剖面装置对目标体反映的ρs异常不但明显，而且异常范围比较窄，更接近目标体的大小。三极剖面装置对目标体反映的ρs异常也较明显，但该装置对目标体反映的ρs异常极值点与目标体位置有一定偏离。对称四极剖面装置对目标体反映的ρs异常相对不明显。
5 结论与建议
综合以上高密度电法在公路勘查中取得的效果以及不同工作装置应用效果对比，得到以下结论与建议：
（1）在用高密度电法进行工程勘查时，首先要了解勘探的目的任务，然后根据目的任务确定最有效的工作装置和电极距，以便获得最佳的勘探效果。
（2）总的来说，偶极装置的勘探精度和分辨率比其它装置高，但异常态较复杂。
（3）对于查找覆盖层厚度或确定基岩面起伏等层状目标体，建议采用α排列装置，同时采用合理的电极距。
（4）对于查找深度不大的溶洞、断层破碎或采空区等局部目标体，建议采用β排列或ABMN滚动装置。当目标体规模较小时，最好采用ABMN滚动、MN-B滚动动装置，同时采用较小且较合理的电极距。
（5）对于因场地受限制时，建议采用MN-B滚动装置。
参考文献
[1]傅良魁主编，应用地球物理教程-电法 放射性 地热，地质出版社，1991年4月第一版.
[2]吕玉增，阮百尧，高密度电法工作中的几个问题研究，工程地球物理学报，2005年第4期.
[3]周熙襄，电法勘探正演数值模拟的若干结果，地球物理学报，1983年第5期.
[4]徐世浙，二度直流电场的若干解答，中国科学技术大学学报，1980年第2期.
[5]刘晓东，张虎生，朱伟忠，高密度电法在工程物探中的应用，工程勘察，2001年第4期.
[6]董浩斌，王传雷，高密度电法的发展与应用，地质前缘，2003年第1期.
[关键词]高密度电阻率法 工作装置 应用效果
[中图分类号] P631.3+22 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-2-139-2
1前言
高密度电阻率勘探方法是近几年来开发出的一种新的直流电法勘探系统。随着计算机的日益发展和广泛应用，把高密度电阻率法采集到的大量数据的计算、反演及由点到线、到面的成像处理变得极为快速准确，极大的提高了探测的工作效率。因此，该探测方法与其它新兴物探方法相比，推广应用速度更快。目前，高密度电阻率法已在公路、铁路、机场和电站等工程物探勘查中得到广泛的应用。
2 方法原理
高密度电法是常规电阻率法中的一种改进式，其原理与常规电阻率法相同，仍然是以研究岩矿石的导电性差异为基础，通过观测与研究人工建立的地下稳定电流场的分布规律以达到解决地质问题的一种电法勘探方法。最大特点是一次性布好多根电极（一般60—120根电极），仪器就可以按预先设定的工作装置、电极距自动采集所有电极的电位值和供电电流值，并计算出各测点不同深度的视电阻率值。该方法具工作效率高、装置灵活、测点密度高、信息量丰富、并兼有剖面和测深特点，可探测地下一定深度的范围电性变化情况。
3 工作装置
高密度电法常见的工作装置有：（1） α排列（温纳装置：AM=MN=NB=na）；（2）β排列（偶极装置：AB=BM=MN=na）；（3） γ排列（非常规装置：AM=MB=BN=na）；（4） δA排列（单极-偶极装置：AM=MN=na）；（5） δB排列（偶极-单极装置：MN=NB =na）；（6）AM滚动（单极-单极装置：AM=na）； （7）AMN滚动（单极-偶极装置：AM=na，MN=a）； （8） ABM滚动（偶极-单极装置：AB=a，BM=na）；（9） ABMN滚动（偶极装置：AB=a，BM=na，MN=a）；（10） MN-B滚动（三极测深装置：MN=a、2a、3a…，NB=na）； （11）α2排列（对称四极装置：AM=NB=na，MN= a、2a、3a…）；（12）四极测深滚动（对称四极测深装置：AM=NB=na，MN= a、2a、3a…）。
在实际工作中，常采用的有以下4种工作装置：
（1） α排列（温纳装置：AM=MN=NB=na）：
在此工作装置中，接收电极距（MN）随着供电极距（AB）增大（探测深度增大）而增大，所采集到的剖面数据分布形状为倒梯形（见上示意图）。
（2） β排列（偶极装置：AB=BM=MN=na）：
在此工作装置中，接收电极距（MN）随着供电极距（AB）和供收距（BM）增大而增大，所采集到的剖面数据分布形状为倒梯形。
（3）MN-B滚动（三极测深装置：MN=a）：
在此工作装置中，接收电极距（MN）可固定一个值，不随着供收距（NB）增大而增大（A极为无穷远），所采集到的剖面数据分布形状为矩形。
（4） α2排列（对称四极装置：AM=NB=na，MN=a）：
在此工作装置中，接收电极距（MN）可固定一个值，不随着供电极距（AB）增大而增大，所采集到的剖面数据分布形状为倒梯形。
根据勘查目的任务的不同，在实际勘查工作中可选最佳的工作装置，以便能更好解决相应的地质问题。从高密度电法工作装置的供电和接收方式和多年的实践成果来看，在查找覆盖层厚度或划分不同程度的风化层界面时，采用温纳装置或对称四极装置探测效果比较好；在查找岩溶、构造等方面，采用偶极装置探测效果比较好；在工作场地受到限制时，采用三极测深装置或单极-单极装置，就可以解决因场地受限制而无法探测的问题……
4 应用效果分析
4.1 划分风化层界面
实例 4.1.1
大理某公路隧道进出口地段要求用高密度电法查清该地段的强～中～微风化层厚度。通过该隧道进出口地段高密度电法电阻率断面图和钻孔资料对比，就比较准确地划出了隧道进出口地段强风化层和中风化层的厚度，并找出了微风化层的深度。由于近地表的强风化层电性分布不太均匀，所以建议电阻率剖面反演过程中叠加次数不宜过多（一般2～3次），因为叠加次数过多会导致电性断面会产生畸变，从而不好划分地层。
4.2 查找溶洞
实例 4.2.1
在昭通某公路某设计桥梁地段的高密度电法勘查结果中，发现了两处比较明显的电阻率低阻突变异常，其中一处表现为封闭型电阻率低阻突变异常，结合有关地质情况和异常特征，推测为充填溶洞引起；另一处表现为向下延伸较大的陡倾型电阻率低阻突变异常，推测为溶蚀破碎带引起。后经钻孔验证，中间地段的异常确实为溶洞，另一处为溶蚀破碎带，而且溶蚀破碎带中有溶洞发育。现在反过来看当时在该地段的高密度电法偶极装置的成果剖面图和温纳装置的成果剖面图，从以上两图中可以看出，在溶洞地段，两者均有较明显的异常反映，只是β排列装置比α排列装置对溶洞的反映稍为明显、突出；而在溶蚀破碎带地段，两者也有异常反映，但β排列装置比α排列装置对溶蚀破碎带（尤其是在其中的溶洞）反映更为明显、突出。
4.3 查找地质构造
例 4.3.1
在公路隧道开挖过程中，断层破碎对施工将会产生较大的安全隐患。为此，在隧道开挖之前，必须要把隧道设计路线地段的地质情况勘查清楚。在小型隧道物探勘查中，高密度电法对地质构造的查找效果较好（对于深大隧道，物探也只能用电磁法了。）。在以上图4.3-1永平某公路隧道地段高密度电法电阻率断面图中，异常地段出现较明显地层错位现象，且错动距离较大，这很明显是断层引起。对于图4.3-2中的陡倾带状低阻突变异常，开挖验证为较大的断层破碎带引起。 通过多种不种工作装置在公路勘察中应用效果的对比并结合直流电法勘探原理，认为在同等地质条件下：
偶极装置的勘探精度和分辨率比其它装置高。以对称四极装置、三极装置和偶极装置为例从理论上分析，用这三种不同工作装置（电极距相同）的视电阻率理论公式对同一低阻目标体的视电阻进行剖面计算，计算结果用下图表示：
从下图中可以看出，偶极剖面装置对目标体反映的ρs异常不但明显，而且异常范围比较窄，更接近目标体的大小。三极剖面装置对目标体反映的ρs异常也较明显，但该装置对目标体反映的ρs异常极值点与目标体位置有一定偏离。对称四极剖面装置对目标体反映的ρs异常相对不明显。
5 结论与建议
综合以上高密度电法在公路勘查中取得的效果以及不同工作装置应用效果对比，得到以下结论与建议：
（1）在用高密度电法进行工程勘查时，首先要了解勘探的目的任务，然后根据目的任务确定最有效的工作装置和电极距，以便获得最佳的勘探效果。
（2）总的来说，偶极装置的勘探精度和分辨率比其它装置高，但异常态较复杂。
（3）对于查找覆盖层厚度或确定基岩面起伏等层状目标体，建议采用α排列装置，同时采用合理的电极距。
（4）对于查找深度不大的溶洞、断层破碎或采空区等局部目标体，建议采用β排列或ABMN滚动装置。当目标体规模较小时，最好采用ABMN滚动、MN-B滚动动装置，同时采用较小且较合理的电极距。
（5）对于因场地受限制时，建议采用MN-B滚动装置。
参考文献
[1]傅良魁主编，应用地球物理教程-电法 放射性 地热，地质出版社，1991年4月第一版.
[2]吕玉增，阮百尧，高密度电法工作中的几个问题研究，工程地球物理学报，2005年第4期.
[3]周熙襄，电法勘探正演数值模拟的若干结果，地球物理学报，1983年第5期.
[4]徐世浙，二度直流电场的若干解答，中国科学技术大学学报，1980年第2期.
[5]刘晓东，张虎生，朱伟忠，高密度电法在工程物探中的应用，工程勘察，2001年第4期.
[6]董浩斌，王传雷，高密度电法的发展与应用，地质前缘，2003年第1期.