基于GeoStation的高密度电阻率色谱图开发与实现

李成翔 王国光 卓胜豪 许平

摘要：高密度电阻率法是一种重要的地球物理勘探方法。由于它具有施工快捷、分辨率高，可靠性好、图像直观等优点，已被广泛应用于寻找非金属矿、地下水及各类工程地质勘测等众多领域。根据测得的电阻率数据绘制电阻率等值线色谱图，进一步对该图进行人工反演解释得到专业成果图。因此，等值线色谱图在高密度电阻率法的应用过程中的起至关重要的作用。本文研究了地质三维系统GeoStation中高密度电阻率等值线色谱图的绘制方法，该方法对其他行业的等值线色谱图的绘制也具有借鉴意义。

关键词：高密度电阻率；色谱图；GeoStation

中图分类号：TP39；TU201.4 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）12-0301-02

1 高密度电阻率法简介

高密度电阻率法是电剖面法和电测深法的综合，是以岩土体的导电性差异为基础的一类电探方法，研究在施加电场的作用下，地中传导电流的分布规律，原理上属于电阻率法的范畴，但与常规的电阻率法相比设置了较高的测点密度，在测量方法上采取了一些有效的设计，使得数据采集系统有较高的精度和较强的抗干扰能力，并可获得较为丰富的地电信息[1]。

地质环境调查中运用高密度电阻率法较普遍，在研究区勘探中对破碎带的勘探效果较好，准确圈定破碎含水带的位置，确定坡积物的厚度、基岩面的埋深，并且利用不同位置的测线准确控制破碎带的走向；在地层划分中，高密度电法较好地划分了地表各沉积层位置（表土层、卵砾石层、基岩），得到了关于层位的各种参数。因此，高密度电阻率法在地质环境调查中对电性异常体的勘探效果较好[2]。

2 高密度电法的作业流程（内业）

2.1 建立高密度电法的测线

高密度电法测线是根据勘测任务书要求，在地表面大体沿直线布置的勘探测线。每条测线对应一个测线编号，根据地形起伏反应地表面以下一定深度范围内的电阻率差异变化情况。根据不同的电极选用方式快速完成多种电极装置和多电极在观测剖面上的电阻率法观测。测线包括测线编号、起点坐标、终点坐标信息，格式如表1所示。

2.2 录入成果数据

现场探测的数据传输到计算机中，进行格式转换和数据的预处理，消除坏点数据，进行地形校正，得到各电性层的电阻率值，从而依据钻孔资料及其它勘探资料进行综合解释。数据文件内容分为三列，第一列为测线剖面桩号，第二列为高程，第三列为电阻率值，如表2所示。

2.3 绘制等值线色谱图

根据各电性层的电阻率数据，绘制电阻率等值线色谱图，如图4所示。图中不同颜色区域代表不同的数据区间，数据区间的范围和颜色都可以由用户设置。

2.4 绘制解译成果图

根据电阻率等值线图谱，结合不同土层、岩层和地下水的电性特征，分析出不同土层、岩层和地下水的范围界线和走势。

3 等值线图谱的绘制

专业人员在进行物探作业的流程中，根据高密度电法获取到的离散数据绘制出形象直观的等值线图谱是最后解译成果图的前提，在整个作业流程中的关键环节。

GeoStation是一款由中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司基于MicroStation软件二次开发的地质三维勘测设计系统，功能涵盖地质、岩土、物探、监测等专业领域。

本文介绍的方法利用MicroStation软件的数字地形模型（Digital Terrain Model， DTM）辅助绘制等值线图谱。DTM并不仅限于表达地形面，地形面一般是连续的，DTM也支持空洞，可以表示不连续的面模型。DTM的创建过程是把提供的特征点、特征线数据通过计算得到三维地形面。DTM支持多种特征类型，如隔断线（Break Line/Soft Break Line）、特征点（Spot）、等值线（Contour）、洞（Hole）、边界（Boundary）等。

绘制高密度电阻率等值线色谱图可以分为以下几个步骤：

（1）設置参数，包括每一个数据区间的起始值、终止值和填充颜色；

（2）读取数据文件，因为色谱图以桩号为横坐标，高程为纵坐标，电阻率的值决定颜色，所以可根据表2所示的高密度电阻率数据格式，把每一行（桩号，高程，电阻率）理解为（x，y，z）坐标点；

（3）把步骤2读取的所有的坐标点作为Spot构建DTM，如果有数据边界的数据，还可以设置DTM的边界，得到一个带边界的DTM；

（4）根据步骤1设置的数据区间临界值和步骤3得到的DTM，每次提取一条等值线，并依次存入元素数组，得到等值线元素数组IsolineArray和每条等值线对应的值数组ValueArray，数组长度记为ArrayLength；

（5）根据步骤4得到的等值线元素数组IsolineArray和值数组ValueArray，以及DTM的边界元素，为每个数据区间创建闭合区域，并设置对应的颜色。这一步骤中，找到所有的闭合区域最为关键，其算法描述如下：

a）寻找最内圈的闭合等值线（如图1中所标识的等值线A），并在其内部填充颜色。该等值线内部没有其它等值线，可以通过判断等值线之间的包含关系找出这些等值线。获取该等值线的中心点，沿竖直方向投影到DTM，用投影点的高程值所在数据空间对应的颜色，填充最内圈的等值线区域；

b）从数组IsolineArray中第一个不为空的位置Index开始遍历等值线数组，等值线元素IsolineArray[Index]、IsolineArray[Index+1]和边界元素肯定可以通过泛填充操作得到IsolineArray[Index]与IsolineArray[Index+1]之间的闭合区域，关键是泛填充的起始点如何选取。如图2中标识的等值线A、B与边界线之间围合成一个填充区域，关键是找到从哪一个点开始做泛填充找到这个区域。方法是先计算等值线A和B对应电阻率值的平均值，从DTM上提取平均值对应的等值线C，取等值线C的中心位置点作为泛填充的起点，通过泛填充操作可以得到填充区域，并用平均值所在数据区间对应的颜色进行填充；

c）经过以上两个步骤，还剩下两个端点落在边界上，并且和边界围合区域内没有其它等值线的等值线，如图2中标识的等值线E和F；这种等值线的两个端点一般相距较近，可以通过几何特征识别出来，获取其和边界围合的区域，采用5.1中的方法，通过区域中心点找到该区域需要填充的颜色。

4 应用与效果

本文研究的基于GeoStation的物探高密度电阻率色谱绘制功能已在物探高密度电法作业中得到应用。图2是色谱图绘制界面，用户指定数据文件的位置，包括电阻率数据、边界坐标数据和测线坐标数据，然后调整每个数据范围对应的颜色，便可绘制出电阻率等值线色谱图，其效果如图3所示。

参考文献：

[1] 张彬， 牟义， 张永超， 李晓斌， 徐光杰. 三维高密度电阻率成像探测技术在煤矿采空区勘查中的应用[J]. 煤矿安全， 2011， 42（6）.

[2] 杨超杰， 李琼. 高密度电阻率法在地质环境调查中的应用研究[J]. 油气地球物理， 2016， 14（3）.