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user: 3. 土壤电阻率现场测试 3.1. 现场选址 本次测试选取我国三峡一常州±500千伏直流输电工程以及三沪二回±500千伏直流输电工程共用的青台极址，该极址为龙泉和团林两个换流站共用。极址位于湖北省当阳市草埠湖农场青台村，距离龙泉换流站约42公里处，距离团林换流站约34公里。其中龙泉换流站通过龙青接地极线路与极址中心的龙青中心塔相连，在通过架空线与四个方向上的子塔相连，最后通过入地电缆与极环相连。团林换流站通过林青接地极线路连到极址附近的林青终端塔上，然后通过入地电缆直接连到极环上。接地极现场布置如图2所示。 图2. 龙青接地极、林青接地极共用青台极址 本次土壤电阻率采用两种不同的方法进行测试：大地电磁测深法和四极法。根据现场的测量条件，四极法的布线采用两组100 m极距和一组700 m极距，100 m极距布置在极环附近，为避开极环对四极法的影响，测量线离极环的距离应大于极距，所以L1、L2均距极环100 m以上，测点如图3所示。因L3总布线长度需在2.1 km，极址附近需经过居民池塘和省道，所以L3在离极址直线距离4 km左右的地点测量。测点如图4所示。 由于大地电磁法主要是利用天然交变的电磁场进行勘探，与有源的勘探方法相比(如CSAMT法、TEM法)，这种天然的交变电磁场信号相对较弱，所以大地电磁法MT在测量时选点较为苛刻，需要人文干扰小而且远离公路和高压输电线路，测点最终选取在离极址直线距离2.6 km左右的橘子林测量，坐标(纬度30.619898，经度111.894762)。测点如图4所示。 图3. L1，L2测线位置 图4. L3测线，MT测点位置 四极法测试选用的设备为Megger多功能直流电法仪。目前能够完成大地电磁法(MT)的仪器有多种，基本上全部都是进口。本次测试使用V5-2000系统是世界先进水平的电法勘探设备，由加拿大凤凰地球物理公司生产。它具有多功能、自动化程度高、测量精度高、多参数测量等优点。该系统由V5-2000电法多功能接收机等组成，如图5所示。 图5. V5-2000系统磁传感器及电极 3.2. 测试结果及反演 3.2.1. 四级法土壤电阻率测试结果与反演 四级法L1，L2，L3测量结果如表1、表2所示。 Table 1 Measurement results of L1 and L L1 L2 极距(m) 视在电阻(Ω) 极距(m) 视在电阻(Ω) 100 0.045 100 0.067 70 0.08 70 0.058 50 0.113 50 0.092 30 0.147 30 0.165 20 0.189 20 0.314 10 0.262 10 0.335 7 0.324 7 0.345 5 0.433 5 0.413 3 0.681 3 0.698 2 1.127 2 1.112 1 3.06 1 2.67 表1. L1，L2的测量结果 Table 2 L3 measurement result 极距(m) 视在电阻(Ω) 极距(m) 视在电阻(Ω) 700 0.156 20 0.214 500 0.041 10 0.299 300 0.072 7 0.35 200 0.021 5 0.42 100 0.094 3 0.71 70 0.054 2 1.14 50 0.085 1 3.01 30 0.169 — — 表2. L3的测量结果 利用Megger多功能直流电法仪只能得到不同极距下对应土壤的视在电阻，还需要采用接地计算软件对各测线原始数据分别进行反演。本次测试采用的反演软件是由我们团队自主研发设计的，相比较于目前主流的土壤仿真软件CDEGS而言，本软件不仅操作界面简洁直观，对于一些初学者而言更加容易上手，而且可以针对不同的反演结果进行进一步的优化，使得到的土壤模型更加精确。 本团队自主研发的土壤反演软件的主界面如图6所示。只需三步：输入测量数据，输入反演初值，优化反演结果，就可以得到较为准确地土壤模型。以L1测线为例，得到反演结果如图7所示，从而得到L1、L2、L3不同的地层电阻率模型，如表3~5所示。 图6. 土壤反演软件主界面 图7. L1测线反演结果 Table 3 Inversion of soil layering model by L1 survey lin 层厚(m) 土壤电阻率(Ω∙m) 0.64 27.07 1.29 10.99 8.59 13.13 0.21 15.17 0.2 22.22 37.9 66.9 Infinite 10 表3. L1测线反演土壤分层模型 Table 4 L2 line inversion soil layering mode 层厚(m) 土壤电阻率(Ω∙m) 1.37 17.98 0.21 13.26 2.36 6.4 8.2 67.41 0.19 31.81 Infinite 27.88 表4. L2测线反演土壤分层模型 Table 5 L3 line inversion soil layering mode 层厚(m) 土壤电阻率(Ω∙m) 0.45 22.47 0.19 20.2 5.3 14.91 37.22 31.8 72.004 18.22 Infinite 2886.72 表5. L3测线反演土壤分层模型 从L1，L2反演土壤模型可以看出，接地极附近表层土壤电阻率非常低，一般在30 Ω∙m以内，部分深度土壤电阻率稍高也未超过70 Ω∙m。这可能是由于该接地极位于耕田区域，土质较为疏松且无砂石。L3测线反演得到的土壤模型在深度为120 m以内的土壤电阻率与L1、L2得到的模型吻合度较高，而在120 m以上时土壤电阻率突然增加，这与实际的情况不符，且L3测线的反演结果的均方根误差过大，其最深层数据可信度不高，所以通过四级法可以确定地表至120 m埋深左右的土壤电阻率分布，对于深层土壤的电阻率需要利用大地电磁法进行勘测。 3.2.2. 大地电磁法MT土壤电阻率测试结果 由于测量时间限制，MT测试点只有一个，因此无法进行二维反演。由于地下物质的电性存在各向异性，所以MT采用TE和TM两种模式进行测试。在二维空间里，TE模式是指极化方向平行于以电场为场源的构造走向，TM模式是指极化方向垂直于以磁场为场源的构造走向。采用两种模式下得到的各地层土壤电阻率。 从TE模式反演结果来看，该场地依照地下电阻率可以分为六个电性层：从地表到深度63 m左右为第一层，电阻率为10.02 Ω∙m；深度63 m左右至深度413 m左右为第二层，最大电阻率为12.71 Ω∙m，最小电阻率为9.28 Ω∙m，平均电阻率为11.65 Ω∙m；深度413 m左右至深度1059 m左右为第三层，最大电阻率为13.827 Ω∙m，最小电阻率为13.07 Ω∙m，平均电阻率为13.42 Ω∙m；深度1059 m左右至深度3587 m左右为第四层，最大电阻率为17.88 Ω∙m，最小电阻率为14.34 Ω∙m，平均电阻率为15.67 Ω∙m；深度3587 m左右至深度7719 m左右为第五层，最大电阻率为36.6 Ω∙m，最小电阻率为17.41 Ω∙m，平均电阻率为18.24 Ω∙m；深度7719 m左右至深度33537 m左右为第六层，最大电阻率为9.28 Ω∙m，最小电阻率为1.82 Ω∙m，平均电阻率为4.44 Ω∙m。 从TM模式反演结果来看，该场地依照地下电阻率也可以分为五个电性层，从地表到深度58.9 m左右为第一层，电阻率为8.77 Ω∙m；深度58.9 m左右至深度1328 m左右为第二层，最大电阻率为10.86 Ω∙m，最小电阻率为8.77 Ω∙m，平均电阻率为9.384 Ω∙m；深度1328 m左右至深度3614 m左右为第三层，最大电阻率为18.155 Ω∙m，最小电阻率为10.13 Ω∙m，平均电阻率为14.64 Ω∙m；深度3614 m左右至深度7563 m左右为第四层，最大电阻率为32.486 Ω∙m，最小电阻率为20.319 Ω∙m，平均电阻率为26.43 Ω∙m；深度7563 m左右至深度39820 m左右为第五层，最大电阻率为19.87 Ω∙m，最小电阻率为4.67 Ω∙m，平均电阻率为8.5 Ω∙m。两种模式下土壤分层情况以及对应土壤电阻率如表6所示。 Table 6 MT inversion soil layering mode TE模式 TM模式 层厚(m) 土壤电阻率(Ω∙m) 层厚(m) 土壤电阻率(Ω∙m) 0~63 10.02 0~59 8.77 63~413 11.65 59~1328 9.38 413~1059 13.42 1328~3614 10.13 1059~3587 15.67 3614~7563 26.43 3587~7719 18.24 7563~39820 8.5 7719~33537 4.44 表6. MT反演土壤分层模型