普通物探-电法勘探实验讲义
电法勘探实验讲义编者：聂荔邱春林
二00六年九月
前言
众所周知，当今油气勘探的对象越来越复杂，勘探手段越来越趋于多样化，为了提高勘探的精度，我们必须进行综合油气勘探。然而，电法勘探属应用地球物理勘探方法中的一种勘探方法，它在油气勘探和工程物探中有其独特的作用和优势，为了更好的理解其基本理论，掌握其工作原理，知道其野外工作方法及其资料的处理内容和目的，我们编写了该实验讲义。
编写此实验讲义的目的，一方面加深电法勘探，特别是高密度电法勘探理论的理解；另一方面通过具体的普通电法测量或高密度电法测量以及相应的数据成像和解释，来锻炼学生的动手能力和独立思考能力，为学生顺利地走向工作岗位打下一定的基础。
编写这样的实验讲义还是第一次，由于经验不足，理论水平和业务水平有限，时间仓促，讲义中出现疏漏错误在所难免，恳请使用者不吝指正。
最后，谨向为本讲义完成提供资料和给予各方面支持的单位、领导、同事和同学、表达最诚挚的敬意。
编者
2006-9-15
目录
第一节实验仪器及设备简介 (1)
一、DZD-6A多功能直流电法仪(激电仪) (1)
二、DUK-2A高密度电法测量系统 (2)
三、DDC-6电子自动补偿仪 (3)
四、其它设备 (4)
第二节实验一普通电法测量 (6)
一、实验目的 (6)
二、实验仪器 (6)
三、实验原理 (6)
四、实验内容 (7)
五、实验步骤 (7)
第三节实验二高密度电法测量 (9)
一、实验目的 (9)
二、实验仪器 (9)
三、实验原理 (9)
四、实验内容 (11)
五、实验步骤 (12)
第四节实验三处理软件的应用 (17)
一、实验目的 ........................................................................................... 错误！未定义书签。
二、实验内容 ........................................................................................... 错误！未定义书签。
三、几种高密度处理软件的主要操作步骤 ........................................... 错误！未定义书签。
第一节实验仪器及设备简介
一、DZD-6A多功能直流电法仪(激电仪)
1实物模样：
2主要技术指标:
?接收部分
测量电压范围：-6000mV～+6000mV
测量电压分辨率：0.01mV
测量电压精度：±1%±1个字
测量电流范围：0～5000mA
测量电流分辨率：0.01mA
测量电流精度：±1%±1个字
输入阻抗≥ 30 MΩ
对50Hz工频压制80dB
有瞬间过压输入保护能力
有预置、记忆工作周期和9种野外常用工作方法选择及其装置系数输入与计算功能?发射部分
最大供电电压900V
最大供电电流5A
供电脉冲宽度：1～59秒,占空比为1:1
仪器具有过压过流保护装置，供电小于某值时表示AB有开路，仪器会有强制保护；
3主要特点:
1）测量参数多：
该仪器可直接测量、显示一次电位Vp、自然电位Vsp、供电电流I、视电阻率ρS、视极化率Ms、综合激电参数Zp等。
2）操作方式灵活、方便：
该仪器采用全数字化自动测量。采用大屏幕液晶汉字显示，在高密度测量模式时可直接显示十四种以上的布线工作模式；在DZD-6A单机模式时可直接显示九种电极排列方式；同时在工作时可实时显示曲线等。
3）资料解释更方便：
该仪器可对4800个测点的测量数据进行存储。每个测点为22个数据，设有RS-232串行接口，通过相应的软件可直接将存储的数据传入计算机内，进行各种方法的数字化层析成像处理。
4主要用途:
1）利用视电阻率法和激发极化法的有关参数，广泛用于寻找地下水，解决人、畜饮用水及工农业用水问题。
2）用于水文、工程、环境的地质勘探，找断裂带及陷落柱、山体滑坡、煤矿采空区等。
3）用于金属与非金属矿产资源勘探、能源勘探、城市物探、铁道及桥梁工程勘探，并能用于地热勘探。
4）可配接60道或120道的高密度开关进行相应的高密度电阻率方法测量。
二、DUK-2A高密度电法测量系统
1实物模样：
2主要技术指标:
?主机（DZD-6A型）：（相应的技术指标不再赘述）
?多路电极转换开关
转换电极总数60路或120路
极距、间隔系数可设定
装置方式：温纳四级、施贝1、施贝2、偶极-偶极、联合剖面等
极距隔离系数（n）的选择：可根据实际工作的要求，设定最小隔离系数和最大隔离系数
最大电流：2.5A
承受电压：500 VDC
绝缘性能：500MΩ
整机工作温度：-10℃～+50℃
整机工作湿度：95%
3主要特点:
1）高分辩、高效率电法勘探
该系统主要由主机（DZD-6A多功能直流电法仪）和多路电极转换器〈Ⅱ〉组成，基于常规电阻率法勘探原理并利用多路转换器与主机的配套，在主机的控制下，利用多路转换器供电，实现电极排列方式、极距及测点的扫描和测量电极的自动转换，配合常规电阻率的测量方法,从而很好地实现高密度电阻率的数据采集，再利用电阻率成像（CT)等高新技术来进行高分辨、高效率的电法勘探。
2）时间域直流电阻率法和激发极化法
DZD-6A多功能直流电法仪可单机使用，从而实现常规模式下的电阻率法和激发极化法勘探。
3）资料解释更方便
a、在高密度模式时，仪器可对120000点的测量数据进行存储；
b、在DZD-6A单机模式时，可对4800个测深点或剖面的数据进行存储。每个测点
22个数，设有RS-232串行接口，通过相应的软件可直接将存储的数据传入计算机内进行各种方法的数字化处理。
4主要用途:
1）广泛应用于堤防隐患探测（如对江河大堤的蚁穴，鼠洞和软弱夹层及裂缝的高分辨率探测）
2）用于水文、工程、环境的地质勘探及高分辨率电阻率法工程地质勘探。特别是脱机后，在激电模式下行之有效的地下水资源勘探。
3）用于煤矿采空区、人防工程及卡斯特地区的溶洞等勘探。厂房地基、高速公路、桥梁、铁路、山体滑坡等地质灾害勘探。
4）用于金属与非金属矿产资源勘探及地热勘探。
三、DDC-6电子自动补偿仪
1实物模样：
2主要技术指标
?外接高压电源：10V～700V；最大供电电流；3000mA。
?仪器没有过压、过流装置（注：用发电机供电必须接假负载，要求空载电压不超过700V）。
?电压测量范围:-3000mV～+3000mV；测量精度为±1.5%±0.1mV.
?电流测量范围:0.1mA～3000mA; 测量精度为±1.5%±0.1mA
?可存贮800个测点的数据
?自然电位补偿范围：-1000mV～+1000mV
?仪器输入阻抗：＞30MΩ
?对50Hz工作抑制优于60dB
?整机工作温度：-10℃～50℃
3主要特点用途：
?微机控制、直读电阻率、多种布极方式、掉电数据保护
?本仪器适用于地面和坑道进行垂直电测深法、电剖面法、充电法及自然电位法等电法勘探。
?广泛适用于水文、环保、工程物探、金属与非金属矿产资源勘探等。
四、其它设备
1、60/120道通道检测仪
2、电池箱
3、绕线架
4、铜（钢）电极
5、宽温大线电缆
6、铜电极带拔插卡
7、黄芯铜电缆8、不极化电极
第二节实验一普通电法测量
一、实验目的
1、学会使用DZD—6A多功能直流电法（激电）仪器；
2、巩固普通电法测深的原理与用途。
二、实验仪器
1、DZD-6A多功能直流电法仪(激电仪)
2、绕线架四个，两个绕有1000m电线，两个绕有200m电线
3、铜（钢）电极四个
4、90v直流电源一个
5、榔头2个
三、实验原理
电测深法：测量电极M、N不动，及ρs的测点不动，供电电极A、B选定多种电极距。工作过程中，由小到大改变电极距，使A、B极逐次向M、N极的外侧移动，依次观测ΔU和I，算出对应于各种AB值的ρs，绘成ρs随AB/2变化的电测深曲线图。当AB很小时，ρs主要反映地表层的电阻率；当AB逐次增大时，ρs逐渐反映深部地层的电性特征。依次，可探测地下不同深度的地质构造情况。本法也包含几种不同的分支方法。主要用于探测地下的地质构造，借以寻找石油、天然气和煤田，以及解决水文、工程地质问题。
电测剖面法：据电极排列方式可分为联合剖面，对称四极剖面等多种探测装置。都是在供电电极和测量电极保持一定距离的条件下，沿选定的测线方向前进，反映地层的某一深度的地电变化情况。
DZD-6A探测系统：是把电测剖面法和电测深法两者合二为一，并通过电法处理软件，形成二维CT断面，使以前的测点数据变成剖面图像，使探测资料的分析判断变得更加简单明了，减少了探测资料反演推断过程中的部分多解性
四、实验内容
（1）任意选择一野外地点进行普通电测深。
（2）作好记录，撰写实验报告。
五、实验步骤
1、确定AB，MN电极距（如MN为20，AB为40、60、80、120、160……）。
2、铺设电缆，安装铜电极。
3、连接线路（如下图）。
在开始野外工作前，选好测点，确定好AB电极距和MN电极距，按照上图所示的版面接线图连接好线路后，开机测量。
4、测量的简易操作过程：
第三节实验二高密度电法测量
一、实验目的
1、学会使用DUK—2高密度电法测量的相关仪器
2、掌握对称四极装置方式（WN）的工作原理
3、学会相关参数的设定
二、实验仪器
1、DUK—2高密度电法测量系统
2、DUK—2A高密度电法测量系统（多路电极转换器）
3、60道宽温大线电缆
4、60根带拔插卡铜电极
5、90v直流电源一个
6、榔头2个
三、实验原理
1、概念：
高密度电法是以地下被探测目标体与周围介质之间的电性差异为基础，人工建立地下稳定直流电场，依据预先布置的若干道电极采用预定装置排列形式进行扫描观测，研究地下一定范围内大量丰富的空间电阻率变化，从而查明和研究有关地质问题的一组直流电法勘探方法。
2、测量原理（以温纳四极为例）
视电阻率的参数及其计算
ρS=2πaV/I
式中a为电极系的电极距，当点距为x时，a=nx（n=1，2，3，……）。当然，由于一条剖面地表测量点总数是固定的，因此当电极距扩大时，反映不同勘探深度的测点数将依次减小。
它的电极排列规律是（对于60道）：A，M，N，B（其中A，B是供电电极，M，N 是测量电极），AM=MN=NB为一个电极间距，随着间隔系数n由n（MIN）逐渐增大到n （MAX），四个电极之间的间距也均匀拉开。该装置适用于固定断面扫描测量，其特点是测量断面为倒梯形，电极排列如下：
A M N B
……
当实接电极数给定时，每层剖面上的测点数和断面上的总测点数由下式确定：
Dn＝Psum－（Pa－1）·n
其中：n —剖面层数；
Psum —实接电极数（测线上电极总数）；
Pa —装置电极数（装置α、β、γ排列Pa=4）；
Dn —剖面n上的测点数。
此公式适用于α排列（即温纳）、β排列（偶极—偶极装置）、γ排列（微分装置）。
例如，对α排列（即温纳），电极数Pa=4，设测线上电极总数Psum=60，剖面层数为16，则有：
每层剖面上测点数：Dn=60－（4－1）·n
第一层：D1=60－3·1=57
第十六层：D16=60－3·16=12
断面上总的测点数=16*（D1+ D16）／2＝552
每步电极转换的规律如下所述：
首先，n=n（MIN）=1，测量数据为57个：
第一步：A=1#，M=2#，N=3#，B=4#；
第二步：…A=2#，M=3#，N=4#，B=5#；
……
第五十七步：………A=57#，M=58#，N=59#，B=60#；
接着，n=n+1=2，测量数据为54个：
第一步：A=1#，M=3#，N=5#，B=7#；
第二步：…A=2#，M=4#，N=6#，B=8#；
……
第五十四步: ………A=54#，M=56#，N=58#，B=60#；
最后，n=n（MAX）=16，测量数据为12个：
第一步：A=1#，M=17#，N=33#，B=49#；
第二步：…A=2#，M=18#，N=34#，B=50#；
……
第十二步：………A=12#，M=28#，N=44#，B=60#；
显然，对应每一层位（n）的测量数据个数=（60-n×3），如果n=1~16，16个层位全部测量得到的完整的一个剖面，数据总数应该是552个。
测量展开后，显示屏内容如下：
第二行显示间隔系数n，第三行显示对称四极的电极排列规律，第四行显示每一步转换所接通的电极序号。
测量结束时，转换器显示屏上给出整个剖面的数据总数，从测量总数的正确与否，可判断出测量是否正常结束。
3、特点
高密度电阻率法相对与常规电阻率法而言，它将有以下特点：
1)、电极布设是一次完成的，测量过程中无须更换电极，因而可以防止因电极设置而引起的故障和干扰。
2)、能有效的进行多种电极排列方式的参数测定，因而可以获得丰富的关于地电结构的信息。
3)、数据的采集和记录实现了自动化（半自动化），不仅采集速度快，而且避免了由于人工操作出现的误差和错误。
4)、与传统的电阻率法相比，成本低，效率高，信息丰富，解释方便，勘探能力显著提高。
四、实验内容
（1）室外部分：实际的野外生产操作实习，注意选择好电极距与地点。
（2）室内部分：电子线路模拟板的测量操作，对比电压变化对测量结果的影响。（实验中直流稳压电源的最大电压不能超过20V，以免损坏电阻）
五、实验步骤
1、确定电极距（如设定为1m）。
2、布设大线电缆，安装铜电极。
注意：①把大线电缆和电极按自己规定的方向由1号开始逐次布线，不要让电极相互交叉。
②大线电缆严禁拖拽，碾压。
3、联线：用连接线把主机与开关对应连接好
4、DUK-2高密度电法测量系统的简要操作流程：
①参数设置：
A．先打开多路转换器电源开关，屏幕显示如下主菜单：
主菜单将多路转换器的功能划分为六大类选择项：
第一项是参数输入（INPUT）；
第二项是系统自检测（TEST）；
第三项是工作模式1（WORK1）；
第四项是参数默认值装载（LOAD），开始调试仪器时或重新更换RAM芯片后需按此键装载一次。
第五项是工作模式2（WORK2）；
第六项是测量并显示电压、电流值（SDWR）。
如输入1，选择主菜单INPUT项，屏幕显示：
Total Switch in MISS(总的电极数)
SW=__(输入60)
此值输入好后，按Y键，屏幕显示为：
Start Point NO（开始电极数）
CH
=__(输入1)
O
此值输入好后，按Y键，屏幕显示为：
Arranged Poles（有效电极数）
CH=__（如输入50）
此值输入好后，按Y键，屏幕显示为：
MIN Pole’s Interval（最小隔离系数）
n(MIN)=__(输入1)
此值输入好后，按Y键，屏幕显示为：
MAX Pole’s Interval（最大隔离系数）
n（MAX）=__（输入10）
此值输入好后，按Y键，屏幕显示为：
WS INTERVAL INC MOD(温施间隔层数)
CS=__(输入5)一般不用，只有在按照温施跑极时才用，默认为5。
此值输入好后，按Y键，屏幕显示为：
(如果与主机相连，此处必须选3)
此值输入好后，按Y键，屏幕显示为：
CHECK AGAIN Y（N）？
核对输入的参数，如果正确，按[Y]键。否则，按[N]键。当按了[N]键后，屏幕返回到主菜单，再重新输入。
B、主机的操作：
按住文件键，同时打开仪器电源开关，仪器显示如图
按数字键2，选中高密度电法DUK-2A
注：如果我们选择一种仪器类型后，
器类型。重新选择时，需要再一次按住(文件)
)。
1)
1一(
) 、选择模式2（为带有无穷远极）此时如先按数字键
此时先按数字键
，屏幕显示如下：
依次输入各参数。
此时主机参数已经设置完毕，整个系统可以开始进入下一步的测量工作。 ②接地电阻检测：
主机和多路电极转换开关参数设置完后，已处在待机状态。 为了保证测量采集数据稳定、正确，在测量前，必须对电极的接地情况及大线、电极、仪器三者之间连接情况进行检测。
测量接地电阻的操作：
多路开关处于待机状态，显示主菜单：
按数字键
显示如框图：
此时按数字键1，显示下面框图，为待测接地电阻状态，显示：
此时再操作主机，按主机上曲线/电阻键，显示：
按数字键1，再按回车键，显示如下框图
输入开始电极号：如1，按数字键
输入结束电极号：如60，按数字键
设置终止条件：即接地电阻最大允许的范围值，以1千欧为单位(K)，以整数为单位1K ～1000K
，设定范围其默认值为100K 。
在查询接地电阻时：
测量的接地电阻值小于设定的终止值时，在显示电阻值后，按“√”，电阻值大于或等于终止电阻值时，在显示电阻值后面打“×”。
③高密度电法测量：
在接地电阻检测好后，便可以进行高密度电法测量。 A 、首先将多路电极转换器复位，
即按复位键，进入主菜单，按数字键即为WORK1——工作模式1）
，再按
按数字键
B 、按一下主机的模式键，再按一下1
键，最后按主机测量键，显示：
输入工作断面，如1，按数字键
输入供电脉冲宽，如0.3，按数字键
下移光标。
输入供电周期数：如1，按数字键 周期数——每一个测点，测量多少次的次数。
输入画图比例：如50，按数字键5，再按0，再回车，
仪器进入测量状态，在测量过程中，仪器自动存储数据，当测量完毕，转换器显示测量的数据总数，主机则保持最后的测量数据状态。显示：
电压 V=××××mv 电流
I =××××mA 电阻率=××××m Ω
很多的野外工作经验表明，温纳装置效果相对是最好的，因其它装置受地表不均匀，旁侧干扰等因素影响较大，效果不甚理想，因此本次实验我们用的是对称四极装置方式
（WN），有兴趣的同学可参考以上步骤做其它几种实验。
第四节实验三处理软件的应用
一、实验目的
掌握相关的电法处理软件的操作步骤，从而更好地理解高密度电阻率成像的处理和解释。
二、实验内容
将采集的数据进行相应的数据成像处理。
三、几种高密度处理软件的主要操作步骤
（一）李晓芹的高密度处理软件的操作步骤：
1、安装软件狗。
2、打开电阻率层析成像系统。
3、点击文件中的目录，调出测量数据保存的目录，再点击剖面文件，调出文件。
4、然后点击电阻率成像，反演次数一般取3～5次。
备注：其它操作需要视情况而定。
下图为本软件反演后的成果图：