二维高密度电法测量及其反演

二维高密度电法测量及其反演

陈憬灏

（重庆交通大学 河海学院，重庆 400074)

摘 要：在对高密度电法数据处理方法和反演发展现状分析的基础上，对四维反演的理论和应用实例进行了阐述，四维反演将在各类监测项目中发挥重要作用; 伴随不断提高的探测深度和观测精度，以及多样化的观测方法，高密度电法的应用领域得到较大扩展，展现出的发展潜力较大。本文用温纳测法进行探讨，使用EDJD-3型数字多功能直流电法仪，分析重庆某小二型水库坝后填土电阻率分布情况，然后推测含水率和渗流情况，为实际工程应用提供相应基础。

关键词：高密度电法；温纳法；电阻率

一、研究背景

我国约65%的国土面积存在易发生岩土地质灾害的风险，如山体滑坡、塌方和泥石流等[1]。根据相关统计数据，截至2018年的时候，我国就有近23万个地质灾害隐患点，其中含25000个特大型和大型地质灾害易发区[2]。在科学发达的今天，每年仍然有数千人因滑坡和泥石流等岩土地质灾害受到伤害，且造成超百亿的国家和人民财产损失，可见地质灾害的监测依然是需尽快解决的一个难题 [3]。

二、研究方法

本文探究渗流的高密度电法( electrical resistivity imaging，简称ERI) 起源于20世纪70年代末期的阵列电法探测思想，高密度电法的最初模式其实是英国学者Johansson博士设计的电测深系统[4]。

高密度电阻率法的基本理论与传统电阻率法相同，但其主要区别在于在观测过程中采用了更为密集的测点布局。在现场测量时，所有电极按照设定的间隔分布于测点上，主机会自动控制供电电极与接收电极的切换，从而完成整个测量过程[6]。在设计和技术实施方面，高密度电法测量系统采用了先进的自动控制理论和大规模集成电路，使用了大量电极，并允许电极之间的灵活组合。这使得可以提取更多的地电信息，从而使电法勘探能够像地震勘探一样应用多次覆盖的测量方式[7]。高密度电阻率法是一种具有低成本、高效率、信息丰富、易于解释并显著增强勘探能力的探测技术[8]。

本次采用的EDJD-3型多功能直流电法仪支持19种装置类型，其特点和功能较多，用温纳装置进行测量，其测量断面为倒梯形，在现场对仪器初始设定、布置好电极，然后经仪器测得数据，再通过电脑软件处理得到实际数据，接下来就是把数据导入反演的软件，采用最小二乘反演，设置合适的迭代次数，得到反演的电阻率横断面，然后就可以输出结果图，从结果图中大概可判断出剖面范围内电阻率分布情况，根据电阻率越大导电性越差的结论，可以推测分析岩土体含水情况和渗流情况。

本次测量的工程概况：寿丘湾水库，长0.35km的主河道，其平均比降为55.13‰，14.06万m³的水库总库容，水库坝址以上0.12km2的集雨面积，是一座主要用于灌溉，同时具备防洪功能的小（二）型水库；其主要建筑物包括坝体及溢洪道，大坝最大坝高8.22m，575.4m的坝顶高程，坝顶宽度为4.9m，坝顶轴线长121.4m；溢洪道位于水库右岸，堰型为侧槽式折线型实用堰。堰顶高程为573.95m，溢流净宽2.5m，壁厚0.75m。溢洪道全长62.10m，由控制段、侧槽段、渐变段、泄槽段四部分组成。

本次量测实验在草坡处布置电极，电极间距为1m，电极总数84个，总的数据层数设为12，数据点总数为774，第一个电极定位于0.00，最后一个电极定位于83.0，在现场对电极依次进行了布置，需将电极插入泥土中，如有杂草，应清除杂草，以防测量出错。

将仪器、电源、转换器和电极全部连接好之后，将实现准备好的平板电脑和仪器进行连接，接下来就需要在量测程序里进行一系列的设置，装置类型选择温纳装置，电极数84，电极间距1m，开始剖面设为1，结束剖面设为12，然后开始测量，需等到半个小时左右测量完成。然后就是将所获得的数据在反演程序中进行模拟，通过在反演程序中，对参数进行相关设置，然后进行模拟，再对其反演的结果进行分析。

三、研究结果

从反演结果可以观察到电阻率的分布断面呈倒梯形，整体来看电阻率分布并不是很规律，这可能和很多因素有关，当天的天气炎热，土较为干燥；土坡上方是人行通道，土坡也可能比较密实；更有一些电极是插在混凝土上堆的土堆里的，这些等等因素极有可能影响了测量。从整体看出，电阻率还是比较大的，得出导电性差的结果，这也大致符合有关推测。左边的电阻分布较均匀，中间的电阻小，呈环形，外围的电阻较大，而右边分布较为不规律，上面的电阻较大，下面的电阻较小，但是下面也出现电阻极大的情况，可能测量的时候那个位置的接触并不良好，导致了电阻极大的问题。可推测中间部分土体可能有渗流的情况，所以导致土体导电性较好，这也测得的电阻率也就小了。

结果显示中部的电阻还是比较小的，虽然右边分布极为不规则还是能看出中间部分的土体电阻率小，说明中间土体的导电性是较好的，有可能出现了渗流，才导致土体的导电性变好；附近也有排水渠，排水渠中也是有水存在的，特别是土坡上的混凝土对测量影响也是非常大的，当然这也只是猜测，土体具有多变性，肯定还是要进行改进，使测量更加精确，才能更加符合实际工程，比如调整参数的设置，调整电极的布置位置以及电极的间距等等，这也是需要探讨的问题。

四、展望

由上述方法测得结果后，可知土体中渗流等具体情况，从而在地质灾害发生前，提前采取相应的措施，预防地质灾害对人身安全以及财产安全的危害[3]。而对于地质灾害风险大的点，需定期进行监测，掌握其的土体动态，尽量保证提前发现，提前治理，在地质灾害发生之前，就提前做好准备；其次，还需尽量提高测量的精度，减少误差，寻找更多、更准确的测量办法，结合之前的测量方法，让测量结果越准确越好，误差越小越好；科技的发展，也应带来测量方法的发展，带来更准确的测量结果，让人们能更准确的预知地质灾害，以此可以最大限度的减小地质灾害给人类带来的严重伤害。

参考文献：

[1]李烈荣.中国地质灾害与防治[M].地质出版社,2003.

[2]张修旺.我国环境地质灾害现状及防治对策浅析[J].四川建材,2018.

[3]张超,李青,程一峰等.岩土中热式渗流测量初探[J].中国测试,2019,45(07):92-96

[4]李金铭，罗延钟.电法勘探新进展［M］.北京:地质出版社，1996.

[5]杨振威,严加永,刘彦等.高密度电阻率法研究进展[J].地质与勘探,2012,48(05):969-978.

[6]董浩斌，王传雷.高密度电法的发展与应用［J］．地学前缘，2003，10(1):171－176.

[7]底青云，倪大来，王若．高密度电阻率成像［J］．地球物理学进展，2003，18(2):323－326．

[8]杨发杰，巨妙兰．高密度电阻率探测方法及其应用［J］．矿产与地质，2004，18(4):356－360．

[9]WhitakerS.FlowinporousmediaI:AtheoreticalderivationofDarcy'slaw[J].TransportinPorousMedia,1986,1(1):3-25.