高密度电法水泥路面测试实验
1 仪器与设备
测量设备采用重庆顶峰地质勘探有限公司生产的EDGMD-60，主要功能为： 1.地下剖面电阻率变化检测，2.近距离蓝牙无线数据传输3.远距离4G无线数据传输。
EDGMD-60主要特点：远程检测高密度电法测量系统采用全数字化自动测量，可对自然电位、漂移及电极极化进行自动补偿，仪器内部已集成60道电极转换装置，不需外接电极转换器可直接进行60道高密度电法测量；同时支持电极转换器级联扩展，最多可以扩展至300道。
2 测量原理
2.1 均质物体电阻率的测定基本原理
对于电阻率的测定，假设待测区域内，大地电阻率是均匀的。对于测量均匀大地电阻率值，原则上可以采用任意形式的电极排列来进行，即在地表任意两点(A、B)供电，然后在任意两点(M、N)来测量其间的电位差，根据(2.1)式便可求出M、N两点的电位（图2.1）。
(2.1)
AB在MN间所产生的电位差
(2.2)
由(2.2)式可得均匀大地电阻率的计算公式为
(2.3)
式中
K= 
(2.4)
图2.1利用四极排列测量均匀大地的电阻率
(2.1)式即为在均匀大地的地表采用任意电极装置(或电极排列)测量电阻率的基本式。其中K为电极装置系数（或电极排列系数)，是一个只与电极的空间位置有关的物理量。考虑到实际的需要，在电法勘探中，一般总是把供电电极和测量电极置于一条直线上，图2.1所示的电极排列形式，称为对称四极排列。
对于均质地质体来说，上述方法可以测定其电阻率的大小(图2.2)。
图2.2 均匀地质体的电阻率测定曲线
2.2 视电阻率法测定理论实质
上面讨论了测量均匀大地电阻率的方法，并且推导出了电阻率的计算公式。但是，在野外实际条件下，经常遇到的地质断面在电性上是不均匀的和比较复杂的。如仍用上述方法进行视电阻率测定，实际上相当于将本来不均匀的地电断面用某一等效的均匀断面来代替，故由(2.3)式计算的电阻率，不是某一岩层的真实电阻率，而是在电场分布范围内、各种岩石电阻率综合影响的结果。我们称其为视电阻率，并用
来表示，
(2.5)
这是电阻率法中最基本的计算公式。由此可见，在电阻率法的实际工作中，一般测得的都是视电阻率值，只当电极排列位于种单一岩性的地层中时，才会测到该地层的真电阻率值。
2.3 电法跑极方式
a.纵向跑极是相当于以第一个测点为基准点，采用测线方向上最大极距一直测到最小极距，相当于从最深测点测到最浅层，然后滚动采集直至到测线上的最后一个点。
b.横向跑极相当等间距同一层位跑极测量，以最小极距滚动跑第一层，然后逐渐增大极距直至测到最大极距，相当于从浅层测到最深层，然后滚动采集直至测线上所有数据点采集完成。
图2.3 高密度电法跑极方式
3 测试过程
使用EDGMD-60设备连接铜电极线（电极连接电缆线上）（图3.1），采用钠基膨润土（粘着性）掺硫酸铜（导电性）作为粘合剂，一方面增加导电性也增加了接触面积。
工作区位置位于重庆市北碚区复兴街道后山水泥道路上（图3.2）。
参数设置：采用集中分布式高密度电阻率法仪器48道，极距3m，测线长度141m，测量层数15层，采用温纳装置测量，单次剖面测量点数360个。点位记录采用GPS定位，每12道记录一个测点（表3.1）。
表3.1高密度电法测点坐标表
图3.1EDGMD水泥路面测量
图3.2测量现场工程布置图
4测试结果
4.1数据处理反演
为了更好的测试水泥路面测量的稳定性，采用纵向测量2次，横向测量采集数据1次，1秒供电单周期测量，单次测量的时间约为20分钟左右。测量检测48道的接地电阻为5-7kΩ，接地电阻符合测量要求，可以进行正常采集数据。
针对测量结果采用最小二乘法（图4.1）与左迪法（图4.2）进行数据拟合反演。
图4.1最小二乘法反演结果图
图4.2左迪法反演结果图
4.2数据质量分析
针对测量的断面结果分析数据质量（表4.1、图4.3-4.5），以第一次纵向测量ρs1值为基准，第二次纵向测量ρs2值，第三次横向测量ρs3值，纵向测量（ρs1、ρs2）对比标准差为0.66170509，纵向横向测量（ρs1、ρs3）对比标准差为2.852285337，说明同一种方式重复测量的时候数据稳定性较高，纵向横向测量的时候因为跑极方式不同的原因数据稳定性较前者相差较大一点，但是三次测量值的整体趋势一致，异常形态一致，说明无论采用那种跑极方式测量采集数据都可以对目标体进行有效测量。具体差异可以分析不同的跑极方式供电电压的差异造成测量的微小差异，纵向测量的时候，一出场供电电压随着深度的改变变化较大（图4.6）电位值变化从10-100mV，虽然数值大小相差不大，相差的数量级较大；横向测量时候，由于是测点都在同一层位供电电压值变化不大（图4.7），电位值变化从150-350mV，差别看似很大，但是数据在同一个数量级上，供电较为稳定，测量的数据更加精准可靠。因此，建议在测量的时候采用横向测量的跑极模式进行测量。
表4.1高密度电法三次测量视电阻率结果原始数据表
ID | ρs1 | ρs2 | ρs3 | ρs1-ρs2 | ρs1-ρs3 | （ρs1-ρs2）2 | (ρs1-ρs3)2 |
1 | 21.698793 | 21.662186 | 21.65493 | 0.036607 | -0.043863 | 0.001340072 | 0.001923963 |
2 | 34.532753 | 34.536942 | 26.095867 | -0.004189 | -8.436886 | 1.75477E-05 | 71.18104538 |
3 | 42.550194 | 42.544094 | 34.910439 | 0.0061 | -7.639755 | 3.721E-05 | 58.36585646 |
4 | 67.320313 | 67.239098 | 62.730289 | 0.081215 | -4.590024 | 0.006595876 | 21.06832032 |
5 | 107.98954 | 108.048393 | 103.270271 | -0.058853 | -4.719269 | 0.003463676 | 22.27149989 |
6 | 117.356194 | 117.074593 | 113.358513 | 0.281601 | -3.997681 | 0.079299123 | 15.98145338 |
7 | 131.391953 | 131.543213 | 126.787216 | -0.15126 | -4.604737 | 0.022879588 | 21.20360284 |
8 | 112.976105 | 112.947762 | 109.439537 | 0.028343 | -3.536568 | 0.000803326 | 12.50731322 |
9 | 96.558617 | 96.410141 | 93.295341 | 0.148476 | -3.263276 | 0.022045123 | 10.64897025 |
10 | 76.885323 | 76.870972 | 72.922005 | 0.014351 | -3.963318 | 0.000205951 | 15.70788957 |
11 | 106.102669 | 105.632111 | 101.772285 | 0.470558 | -4.330384 | 0.221424831 | 18.75222559 |
12 | 88.883339 | 88.586136 | 84.762627 | 0.297203 | -4.120712 | 0.088329623 | 16.98026739 |
13 | 107.12104 | 106.883926 | 102.61422 | 0.237114 | -4.50682 | 0.056223049 | 20.31142651 |
14 | 116.882332 | 116.317825 | 112.894493 | 0.564507 | -3.987839 | 0.318668153 | 15.90285989 |
15 | 121.082947 | 120.499428 | 113.995049 | 0.583519 | -7.087898 | 0.340494423 | 50.23829806 |
16 | 119.726616 | 118.95327 | 116.443138 | 0.773346 | -3.283478 | 0.598064036 | 10.78122778 |
17 | 98.671684 | 98.181671 | 92.695297 | 0.490013 | -5.976387 | 0.24011274 | 35.71720157 |
18 | 78.236923 | 77.912437 | 74.068298 | 0.324486 | -4.168625 | 0.105291164 | 17.37743439 |
19 | 36.430511 | 36.32373 | 31.759155 | 0.106781 | -4.671356 | 0.011402182 | 21.82156688 |
20 | 58.937012 | 58.7048 | 55.437866 | 0.232212 | -3.499146 | 0.053922413 | 12.24402273 |
…… | …… | …… | …… | …… | …… | …… | …… |
339 | 32.483776 | 31.838236 | 34.620628 | 0.64554 | 2.136852 | 0.416721892 | 4.56613647 |
340 | 34.128227 | 34.54237 | 34.396935 | -0.414143 | 0.268708 | 0.171514424 | 0.072203989 |
341 | 34.570816 | 33.952148 | 33.919399 | 0.618668 | -0.651417 | 0.382750094 | 0.424344108 |
342 | 34.611099 | 33.656605 | 33.252327 | 0.954494 | -1.358772 | 0.911058796 | 1.846261348 |
343 | 36.559006 | 37.040112 | 35.604019 | -0.481106 | -0.954987 | 0.231462983 | 0.91200017 |
344 | 32.557438 | 30.990372 | 28.564863 | 1.567066 | -3.992575 | 2.455695848 | 15.94065513 |
345 | 29.633976 | 29.825228 | 30.648516 | -0.191252 | 1.01454 | 0.036577328 | 1.029291412 |
346 | 26.460564 | 24.734682 | 26.745628 | 1.725882 | 0.285064 | 2.978668678 | 0.081261484 |
347 | 24.94348 | 25.145761 | 23.494917 | -0.202281 | -1.448563 | 0.040917603 | 2.098334765 |
348 | 25.065592 | 23.961269 | 23.859049 | 1.104323 | -1.206543 | 1.219529288 | 1.455746011 |
349 | 24.171238 | 25.029783 | 25.981926 | -0.858545 | 1.810688 | 0.737099517 | 3.278591033 |
350 | 28.350292 | 28.354763 | 27.907391 | -0.004471 | -0.442901 | 1.99898E-05 | 0.196161296 |
351 | 30.27577 | 31.819174 | 33.092159 | -1.543404 | 2.816389 | 2.382095907 | 7.932046999 |
352 | 34.918186 | 30.226389 | 32.984905 | 4.691797 | -1.933281 | 22.01295909 | 3.737575425 |
353 | 32.141735 | 31.478081 | 31.63254 | 0.663654 | -0.509195 | 0.440436632 | 0.259279548 |
354 | 28.893835 | 30.480194 | 27.49795 | -1.586359 | -1.395885 | 2.516534877 | 1.948494933 |
355 | 29.362377 | 29.303362 | 25.730278 | 0.059015 | -3.632099 | 0.00348277 | 13.19214315 |
356 | 27.905396 | 27.659969 | 25.454531 | 0.245427 | -2.450865 | 0.060234412 | 6.006739248 |
357 | 27.6513 | 28.083485 | 23.252489 | -0.432185 | -4.398811 | 0.186783874 | 19.34953821 |
358 | 32.056812 | 30.683786 | 29.57358 | 1.373026 | -2.483232 | 1.885200397 | 6.166441166 |
359 | 28.685328 | 29.340418 | 26.299196 | -0.65509 | -2.386132 | 0.429142908 | 5.693625921 |
360 | 27.969212 | 26.258343 | 27.052687 | 1.710869 | -0.916525 | 2.927072735 | 0.840018076 |
方差 | 0.437853626 | 8.135531645 | |||||
标准差 | 0.66170509 | 2.852285337 | |||||
图4.3高密度电法三次测量视电阻率结果原始数据折线图
图4.4ρs1-ρs2差值直方图
图4.5ρs1-ρs3差值直方图
图4.6纵向测量一次电位变化曲线
图4.7横向测量一次电位变化曲线
5结论
1. 采用重庆顶峰地质勘探仪器有限公司生产的EDGMD-60可以在水泥路面进行有效测量。
2. 采用钠基膨润土加硫酸铜配合可以有效固定电极增加导电性，由于本次测试采用的是铜电极，接触面积不大，粘在水泥路面接地电阻依然不是很大，在测量允许的范围之内，建议实际工作中使用铜片电极增加接触面积以便达到更好的测量效果。
3. 无论是纵向跑极还是横向跑极都是可以对目标体进行有效的探测，测量的虽然是表层高阻异常体，只要不是高阻屏蔽层，高阻盖层下的异常还是可以进行有效探测的。
4. 同一测线相同的跑极方式多次测量，数据结果相差不大，同一测线不同跑极方式测量结果数据上会有些差异，二者测量数据反演的结果异常趋势相同相似，不会影响整体的探测结果。
5. 纵向测量的时候，一出场供电电压随着深度的改变变化较大，虽然数值大小相差不大，相差的数量级较大；横向测量时候，由于是测点都在同一层位供电电压值变化不大，数据差别看似很大，但是数据在同一个数量级上，供电较为稳定，测量的数据更加精准可靠。因此，建议在测量的时候根据需求尽可能的采用横向测量的跑极模式进行测量。