高密度电阻率法基岩面三维技术研究

施工技术

CONSTＲUCTIONTECHNOLOGY

2019年6月第48卷增刊高密度电阻率法基岩面三维技术研究黄笔，王开科，张利华（云南建投第一水利水电建设有限公司，云南

昆明

650217）

［摘要］传统的利用高密度电阻率法确定土岩分界流程是：通过在地表布置物探测深剖面，采用高密度电阻率测深仪器测量地表以下岩土体的二维视电阻率断面图，然后根据地质情况推断解释，最后获得二维测线上的土岩分界基岩面展示不够直观。本文为了解决现阶段基岩面探面。可以看出传统方法在基岩面探测方面得到的成果单一，

“提高效率，，降低工程成本，并提倡降低费用，绿色节能、安全环保”在原有工作的基础上，研制出测中遇到的问题，

一种切实可行的方法来解决此类问题。［关键词］高密度电阻率；插值法；三维展示；岩面［TG441.7中图分类号］

［文献标识码］A

［8498（2019）S1-1504-03文章编号］1002-

Ｒesearchon3DTechnologyofHighDensityＲesistivityMethodforBedrockSurface

HUANGBi，WANGKaike，ZHANGLihua

（YCIHNo.1WaterＲesourcesandHydropowerConstructionCo.，Ltd.，Kunming，Yunnan

650217，China）

Abstract：Thetraditionalprocessofdeterminingthesoil-rockboundarybyusinghigh-densityresistivitymethodistouse

high-densityresistivitysoundinginstrumenttomeasurethetwo-dimensionalapparentresistivitycross-sectionofrockandsoilbelowthesurfacebygeophysicalsoundingprofiles，theninferandinterpretaccordingtogeologicalconditions，andfinallyobtainthesoil-rockinterfaceonthetwo-dimensionalsurveyingline.Itcanbeseenthattheresultsobtainedbytraditionalmethodsinthedetectionofbedrocksurfacearesingle，andthedisplayofbedrocksurfaceisnotintuitiveenough.Inordertosolvetheproblemsencounteredinthedetectionofbedrocksurfaceatthepresentstage，reduceengineeringcosts，andreducingcosts，greenenergysaving，safetyandenvironmentalprotection\"，basedontheo-advocate\"improvingefficiency，

riginalwork，apracticalmethodisdevelopedtosolvesuchproblems.

Keywords：highdensityresistivity；interpolationmethod；three-dimensionaldisplay；rocksurface

0

引言

目前，高密度电阻率法在基岩面探测方面已经逐渐成为一种固定的探测模式，数据处理、成图、解释方法思路单一。通过该方法只能得到一条单一的土岩分界线，成果单一且不够直观、形象。

1）传统的数据处理、成图方法只能得到单一的土岩分界线，不能给客户呈现一个立体的基岩面成果。4高密度电法测量系统进行传统方法一般采用WDJD-实地测量，对数据用ＲES2D软件进行反演得到测线视电阻率反演图，再根据工作区地质条件进行推断解释，此方法只能获取测线位置下方的土岩分界线，成果展示单一。

2）若想获取更丰富的基岩面信息，则需进行野外测线加密，如此一来，会增加工作成本。

3）数据处理步骤繁琐，耗时较多，效率低下且对环境会造成一定污染。

［作者简介］黄笔，工程师

［收稿日期］2019-06-13

针对上述背景分析结论，对如何在控制工作成本的基础上，对基岩面探测成果进行多元化展示，让客户对物探成果有一个更直观的了解展开研究。如果要达到上述效果，直接有效的方法是：控制项目野外作业成本及时间，在现有工作量的基础上进行插值计算，最终实现基岩面的三维展示。1

方法的比选

为了研究哪种插值方法更适合基岩面三维展示，y，z）数据（见图1）用三种插值方随机生成了一组（x，法对其进行插值计算。

图1y，z）数据随机生成的（x，

1.1基于三角形的线性插值（linear）（见图2）

2019增刊黄笔等：高密度电阻率法基岩面三维技术研究1505

图2基于三角形的线性插值示意

分析：基于三角形的线性插值出的数据和方差较小，但是数据不够平滑。1.2

基于三角形的三次方程插值（cubic）（见图3）

图3

基于三角形的三次插值插值

分析：基于三角形的三次插值的数据和方差为0，数据平滑程度较好。1.3

基于V4法插值（见图4）

图4基于三角形的V4插值

分析：V4插值法的数据和方差较低，数据平滑程度最好。1.4

插值方法研究总结：

插值出的数据平滑程度：V4＞cubic＞linear＞nearest，可以看出cubic法无论在数据质量和平滑程度都具有优势，

V4插值法虽然在数据质量方面上优势不明显，但是在数据平滑程度上具有较好的效果。考虑到本次研究课题所依附项目地质情况：工区内主要为泥岩，上覆砂泥岩，两者接触较为整合。通过对以上3种方案的对比分析，认为方案3V4插值法得到的数据更平滑，更能反映工作区基岩分布的实际情况。2

工作流程

高密度电法基岩面三维展示实质上包括4大部分，即安全、效率、成本、环保。问题的关键核心点在于在保证在符合工作区地质条件的基础上进行基岩面三维展示。基本的工作流程如图5所示。

基于V4法插值的高密度电法基岩面三维展示最关键的是要实现以下3个方面。

1）基岩面位置的确定

①通过ＲES2D软件对原

始数据进行反演成图，并进行反复的反演计算得到的

图5基于基于v4法插值的高密度电法基岩面三维展示流程

视电阻率反演成果质量可靠，确保反演成果清晰、准确，检查原始数据，剔除坏点原始数据100%无坏点；②

结合工作区水文、地质条件进行解释；将解释成果与钻探成果进行对比。确保解释成果准确率达到90%以上，为后续工作提供依据；读取基岩面高程点。

2）将得到的基岩面数据进行V4插值网格化

利

用MATLAB软件进行V4插值运算，主要是利用函数

ZI=griddata（x，y，z，XI，YI）对原始的基岩面高程数据进行网格化，网格化后的数据多方面进行验证。

3）基岩面的三维展示，将网格化后的基岩面数据点成图。3

应用实例

本次野外工作在雨季进行，由于降水的影响，地下水位抬升，测区内地层视电阻率值整体呈现上高下低的趋势，其中强-中风化泥灰岩、砂质泥岩视电阻率值一般为90～300Ω·m；强-中风化硅质泥岩视电阻率值相对较高，一般为400～600Ω·m；局部可达1000Ω·m；耕表土、粉质粘土视电阻率值视探测时的含水量而定，一般为50～250Ω·m。根据电阻率断面并结合已有钻孔资料，推测土岩分界面（见图6）。

图6基于电阻率断面图的岩土分界面解释

将野外测量得到的基岩面数据进行V4插值网格

化，利用函数ZI=griddata（x，y，z，XI，YI）对原始的基岩面高程数据进行网格化，式中的x，y，z分别代表原始的大地坐标和高程数据；XI，YI代表规则网格的大地坐标；griddata是插值函数（见图7）。

1506施工技术2019增刊

图7

大地坐标数据网格化流程

通过对高密度电法得到的土岩分界点进行V4插值并网格化，再经软件三维成图，最终得到测区基岩面分布如图8所示。

图8工区基岩面三维成图

4实施效果分析

若对工作区原有测线进行加密探测，总共需要布

置5条共3000m的物探测线，野外作业工作量大，成本高，存在安全隐患。实施过程包括前期准备、设备人员进场、现场作业、数据处理、成图等工作步骤，得出工作时间如表1所示。

表1

高密度电法野外作业时间

指标前期设备人现场数据处项目准备员进场作业理、成图

备注

耗用时间

3

2

16

5

总时间

2626注：表中数据单位为

“h”；耗用时间的计算基数以“三人为一个单位”

基于三角形的三次插值（V4）高密度电法基岩面三维展示具体工作时间如表2所示。

表2

基岩面成果三维展示的作业时间

指标

插值方对比插值网三维效果项目法选取确定格化成图检查备注

耗用时间

3

1

0.5

0.5

1

总时间

66注：表中数据单位为

“h”；耗用时间的计算基数以“三人为一个单位”

由表1，2可以看出，在基岩面三维成图效果差不多的情况下，传统方法工作时间从26h降低到6h，工作效率得到大幅度提高。结合工作区地质条件并对比钻探资料，用V4插值法得到的基岩面高程基本符合勘察成果：测区内第四系覆盖层厚度变化较大，基岩顶面总体呈南深北浅。通过对高密度电法基岩面三维展

示的实施，使成果展示更加直观、清晰。对负面影响进行评价，如表3所示。

表3

负面影响调查评价分析

编号内容传统方法

方法创新后若要获取精细的土岩分界

信息，

传统方法只有加密运用Maltab编程网格

1

安全

测线网格，增加野外工作插值土岩分界数据后，量，存在一定的安全隐患没有安全隐患存在传统方法运用二维方式对

运用三维方式展示土岩2质量

成果进行展示，

不直观并且由于工作量较多，

严重分界数据后，成果质量影响施工进程与质量

有很大提高

高密度电法野外作业技术

过程繁琐，

效率低下，且误运用室内作业来代替一

3管理

差较大，当遇上工期紧张部分的野外工作，

简化或施工环境复杂时会，施施工难度

工进度与质量会存在问题高密度电法野外作业技术

过程繁琐，

效率低下，使得运用室内作业来代替一

4

成本

野外作业成本占据大部分部分的野外工作，

简化的工程成本，工期紧张会施工难度，降低施工成严重影响效益提升

本

5结语

传统的高密度电阻率法基岩面探测成果只能提供

测线下方的土岩分界线，成果展示单一，土岩分界面不够直观。随着客户需求的不断提高，传统的探测成果已经不能满足市场要求。通过本文对基于基于V4法插值的高密度电法基岩面三维展示技术的研究，为今后的项目实施提供了坚实可靠的技术方法，提高了工作效率，降低了安全风险，具有一定的借鉴价值和潜在的经济效益。