介绍

土壤电阻率测量是进行任何接地研究的基础，因此是特别重要的。

土壤电阻率测量是通过两个外侧电极将电流注入大地，然后测量电流极内侧电压极间的电压值。 当临近的电流极和电压极离的很近时，测量的土壤电阻率反映的为表面土壤的特性。 当电极间离的很远时，测量的土壤电阻率为通过一个较大面积的、深层土壤电阻率值的平均值。

原则上，进行土壤电阻率测量时，测量间距（临近电流和电压极间的距离）应该至少与待研究接地系统（或系统）的最大对角线长度相同。如果可能的话，测量曲线长度应为接地系统最大尺寸的几倍。 经常地，最大的电极间距受其他因素影响，如在测量地点，附近埋设裸露导体影响了最大可利用空间。

附录的数据电子表格提供了建议的电极间距，从得到表层土壤信息的短电极间距开始，一直到最大的电极间距。 从表中可以看出，电极间距以指数型增加以便尽可能的覆盖整个测量深度的区域。

特别提示

背景噪声。由于附近50或60赫兹电流和其谐波的影响，在测量中这些频率会引起电力干扰，特别是在较大的电极间距时。 传统的测量方法会将这些噪音与测量信号混淆，导致视在电阻率的测量值比真实值多一个或多个数量级。 因此在测量时，不要使用50或60赫兹的信号频率以便很好的对信号过滤，消除噪音的影响。 可以使用Iris Instruments (奥尔良, 法国)生产的SYSCAL Junior 或R1 Plus土壤电阻率测量仪（当使用大测量间距或土壤表面电阻率很高时，建议使用后一种测量仪器），或者使用Advanced Geosciences, Inc. of Austin,（德克萨斯, 美国）生产的 SuperSting R1 IP 信号通道存储土壤电阻率和IP仪器： 实现这一功能。 这些设备在50或60赫兹的背景噪音比测量信号高几百倍时，都可以精确测量低频信号。 下面，我们将使用SYSCAl 电阻率测量仪介绍整个测量过程。 同样，也可以使用SuperSting仪器。 其他一些机构生产的高终端电阻率仪器也具有相似或更好的功能。 在使用时，请根据需要和预算做一定的选择。

探针耦合。在进行大测量间距测量时，特别当视在电阻率很低时，在电流极和电压极间会出现明显的耦合。 这种耦合将与信号相同频率的噪音引入到测量电压，从而增大了测量的电阻率值。 一些设备可以发现测量电压中的相角变化并做一定的修正，而有些设备不行。 高端土壤电阻率测量仪通过使用非常低的频率信号（从500毫秒到2000毫秒的方波脉冲，最好使用2000毫秒）来解决此问题，从而可以忽略磁场耦合。

埋设的裸金属结构影响。埋设在测量路径附近、长的金属裸导体（包括钢筋混凝土中的钢筋）可以显著影响测量的土壤电阻率值。 当测量路径与这些长的金属结构平行时，特别是测量路径与金属结构间的距离和测量间距相近时，会引起明显的误差。 随着测量间距的增加，该误差也将显著增加。 当将电极放置在小接地系统（该接地系统与架空地线相连）附近时，也会出现明显的测量误差。 因此，为了避免这种显著的误差，在测量电极附近半径为 r 的范围内应无裸露的金属结构。此时， r 为临近电流极和电压极间的距离。当测量路径与埋设的金属结构垂直，但没有相交时，测量误差会小一些。 对于不同的土壤结构类型，通过建立金属结构和测量电极的模型，可以估算出测量误差。

弱信号。低功率源、低电压源或电流极接触电阻很高时，可以能导致测量信号很弱。 在土壤表面电阻率很高或测量间距很大（在其它情况都相同的情况下，对于  Wenner 四极法，信号强度与电极间距成反比；对于Schlumberger四极法，信号强度与测量间距的平方成反比。）时，会出现此问题。 为了消除此问题，应使用一个大功率、高电压源的设备。 然而，即使使用一个很好的电源，在高土壤电阻率地区，当测量间距很大时，接触电阻仍然是一个影响因素。 此时，可以将电流极埋的尽可能的深，并用  盐水 将周围土壤浇湿: 此情况仅适合于大测量间距的情况下。 如果可以的话，可以埋设多个接地棒并将它们连在一起作为一个大型的、较低阻抗的电极。 对于坚固的岩石或由薄土壤层包围的岩石，可以将电极水平布置在岩石上方并用传导材料（如潮湿的盐水土壤）覆盖电极。 如果只是局部有岩石，可以改变电极位置以避开岩石。在土壤解释软件，如CDEGS软件包中的RESAP模块可以考虑这些情况。

与许多其他功能较弱的可用型号相比，几种优质的土壤电阻率测试仪可提供高电压、高功率的输出：其输出电压可以从50伏到400伏或更高，其输出可以达到50到250瓦（根据不同的模式）。

通过查看测量信号电压和注入电流的幅值，或者通过连续的观察可以觉察存在弱信号情况。 在最低1mA的注入电流（建议最小要5mA）和1mV的信号电压情况下（此时50或60赫兹噪音的幅值比信号幅值高4389倍），此类电阻率测量仪都可以提供合理、准确的数据。 另一方面，在存在低频背景噪音时，为了得到很好的测量精度，需要高功率的信号。 通过标准偏差值或仪器报告的 其它质量指标 来判断是否需要更高的信号功率，该质量指标需要一系列具有交互极性方波的读数。 当一系列读数结束时， 质量指标 为0，测量结果可靠；否则，应寻求更强的信号。 每次测量大概需要10个周期。 同时，在测量时应监测 质量指标 ：如果出现字符串“***”，则此次测量是不合格的。 通常在一个电流极断开时会出现此问题。 进一步的预防措施是在可能的情况下读取两种不同注入电流下的电阻率。 如果数值一致，则结果是可靠的。 附录的数据表提醒操作者如何记录这些重要的数据。

奇怪的测量数据。在连接不良、高接触电阻、测量频率与噪音频率相似、靠近埋设的金属结构、设备失效、操作失误和其他因素的影响下，会出现奇怪的测量结果。 应该以对数-对数图形格式绘制测量的电阻率值，以便及时发现错误并做一定的修改和改进。 对于绘制的电阻率随测量间距变化曲线：如果曲线平滑，则说明测量数据是可靠的。 如果出现突变点，应检查设备连接状态、重复测量,并在问题点附近改变测量间距以进行额外的测量。

过高的电压幅值。某些土壤电阻率测量仪要求输入的电压（包含信号和噪音）小于5伏。 当背景噪音过大时会出现超过5伏的电压：此时，必须使用电压分压器来降低输入电压（如，将从电压极得到的电压加在两个分别为1MΩ 和100 kΩ 的电阻器上，然后使用电阻率测量仪的电位探针端测量通过100 kΩ上的电压，这样可以减少90.9%的电压值）。 在短间距情况下使用强功率信号也会出现电压过高情况。 此时，可以通过减少源电压设置或减少电流极深度的方式来降低该电压值。

请注意，电流极的深度不应超过电流极与临近电压极距离的33%；内侧的电压极应采用较浅的深度。 这样在短测量间距时，可以提高测量精度。

测量详情

将注入电流的电流极连接到设备的电流端（标签为“A”和“B”，或者为C1和C2），将电压极连接到电位端（标签为“M”和“N”，或者为P1和P2）。 输入电极间距然后，就可以开始进行测量。 根据使用者的设置次数（如6次）将进行测量并进行相关的记录。

在SES的帮助下（提供单独的文档），可以沿着设计的路径进行测量。 请注意，在测量时，如果周围没有埋设的金属结构影响，两个电流极间的最大距离至少要等于待设计接地系统范围的三倍。

Schlumberger 法

基于Schlumberger 四极法进行测量， 电压极P1和P2应被布置在路径的中心，初始距离为1米。 逐渐增加电流极C1和C2与各自对应电压极的距离，电流极和电压极的初始距离为0.1米，逐渐增加到由SES建议的最大距离。 “最大电极距离”是每条测量路线中，电压极与临近电流极间的最大距离。 在最初的几次测量中，保持内侧电压极的距离为1米，然后在保证得到有效的测量信号（如，最小在1~10mV，同时尽可能的保证 质量指标 值为0）基础上，逐渐增加距离。 请注意，在增加电压极测量间距前，请改善外部电流极的接触电阻。 这可以通过将探针插得更深、在大间距时使用接地棒组、使用盐水保持电极附近的土壤潮湿（请不要将电压极周围土壤变湿！）的方式来实现。 如果可能，请确保注入电流为5mA或更大，测量信号电压为1mV或更大。 每次增加电压极间距时，重复上述测量进行验证。

Wenner 方法（固定 C1&C2 ）：单侧

该测量方法基于改进的Wenner 四极法。 在此选择的测量方法重点关注从C1电极到测量地点的转移电势，同时可以不需要移动电极C2。

C1电极应布置在待建260 kV变电站位置的中心（有两个这样的变电站）。 C2电极应布置在4公里以外（下面指定的位置）。 C1和C2电极必须按照如下布置以得到较低的接地电阻：当将土壤电阻率测试仪与两个电极相连时，我们希望从土壤电阻率测试仪中得到大约500mA以上的电流。 首先将3个长0.7~1米的接地棒以三角形分布形式插入土壤，间距大约为1.7米，同时将3个接地棒相连。 如果可以的话，可以增加接地棒数目或将接地棒插的更深一些；也可以在每个接地棒周围浇注一些盐水以得到较低的接地电阻。 从测试仪的“A”端引出导线连接到C1电极；从“B”端引出导线连接到C2电极。 使用适当的功能（SYSCAL测量仪的Rtest功能）来验证C1和C2回路的总电阻是否为800欧姆。

这种电极设置应用于所有测量读数中，电极P1与电极C1的中心距离应大于30米。 当P1电极与电极C1的距离小于30米时，C1应采用单接地棒形式，深入土壤的深度大约为0.7米。 即使在较短的间距情况下，电极C1的深度也不应超过C1和P1间距的30%。 无需修改C2电极设置：对于所有电极间距，它可以保持不变。

将电极P1和P2布置在C1和C2中间，4根电极呈直线排列。 将电极P1连接到SYSCAL的“M”端，P2连接到“N”端。 对于每条路径的第一次测量，保持P1和P2与临近电极（即，C1-P1，P1-P2，P2-C2）的距离相同。 这就是标准的Wenner 法排列。 在完成第一次测量后，将两个电压极向电极C1移动。 一直保持C1-P1和P1-P2的距离相同：实际上，只要保持C2位置不变，进行的测量方法就是Wenner 法。 每两次测量间，将C1-P1和P1-P2的距离减少1/3：换句话说，每次乘以2/3以得到下一次测量间距。 最小的探针间距为0.3米。

应该将电极P1和P2（通常为一根接地棒或尖铁）只深入地下几英寸，以得到合理的接触电阻：如果将电极从地下拉出后仍存在电阻，则认为满足深度要求。 当电极间距较小时，电极P1和P2的深度应不超过电极间距的10%。

为了估算视在电阻率，使用 两倍 的C1和P1间距而不是简单的像常规Wenner 法那样使用C1和P1间距离：即，视在电阻率大约等于4 π a R ，a 表示C1-P1间距离，R表示视在电阻。 如果使用SYSCAL用来计算视在电阻率值，输入的数值应等于两倍的实际测量间距。 这种方法适用于大多数的电极距离，同时可以很好的查看测量中出现的奇怪数据。

在数据表格中记录了每次测量的所有数据，从最小的测量间距到与测量路径有关的最大电极间距（如本项目中，在列表中给出了所需的测量路径）。

在每个测量间距，如果可以，应采用两种不同的电流注入方式进行测量。可以通过改变源电压实现：以得到两种注入电流情况下结果的误差（按顺序）系数。 对于这两种电流水平，所获得的测量结果都应该相同。 如果不同，应查找相关原因并解决。

在SES提供的适当测量数据表格中：

• “源电压”指的是电流注入极的电压（12、50、100、200、400或600伏），在某些设备上可以通过选钮来选取，在另外一些设备上，可以由设备自动设置。
• “Q：***？”表示 测量仪将电流注入 C1和C2时，是否将3个星号作为质量指标Q的值。 在该列中应输入“是”或“否”。
• “Q%”表示Q或质量指标的标准偏差值，该值由设备计算得出。
• “V信号”表示土壤电阻率测量仪测得的电压极（P1和P2）间的电压值。
• “I注入”表示由土壤电阻率测量仪注入电流极（C1和C2）的电流值。
• “视在电阻率”指的是土壤的视在电阻率，该值由仪器或手工计算得出。

使用对数-对数坐标，绘制测量的视在电阻率值随测量间距变化的曲线。 结果应为一个较平滑的曲线。 如果出现突变点，应查看连接线和电极-土壤的接触情况，当存在长的埋设金属体时也会引起此问题。 正如前面所述，如果在小电流时测得的结果与大电流时测得的结果不符，应查看并解决存在的问题。 同样的，如果Q%大于0，应查看连接线和电极-土壤的接触情况。

另外，对于每次测量：

• 附上一个概要图，包括测量位置和起点，以及周围存在的建筑物情况，包括与它们的距离和在图中的位置。
• 提供任何靠近测量路径的设施信息，如管道、管线、导体、长的钢筋混凝土段、围栏或其他长的、包含金属的建筑物。

如果使用的设备没有滤掉由电流极在电压极上引起的感应电压 （此时假定电压极不会感应电流极）。应采取以下预防措施：

1. 将电流极和电压极保持固定的分离距离（如10英尺）。
2. 对每一个测量间距，使用远离（如100英尺）电流极的另一组电压极进行测量。
3. SES可以比较这两组数据以估算感应电压值并做一定的修正。

解释

可以将每个点测量得到的视在电阻率曲线与由CDEGS软件包中RESAP模块计算的等效土壤模型曲线进行对比。 每个图形可以显示根据测量数据得到的等效土壤结构及其与管道的对应位置。 如果测量得到的两个正交曲线与计算曲线可以很好的拟合，则认为建立的多层土壤模式是有效的，从而可以用于AC干扰分析。

1. Wenner和Schlumberger 四极法的区别仅在于两个内电压极的间距。
2. 注意，只有电流极附近的区域应该以这种方式润湿。 如果润湿区域与电极间隔相比较小，则这不会显着影响测量。