高密度电阻率法

高密度电法

研究专家

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技术原理

在地表水平、地下半空间被导电性均匀、各向同性的岩石所充满的特定条件下，若通过地面的点电流源A(+)和B(-)向地下供入电流强度I 时，根据点源电场的基本公式，很容易写出地面任意两点M 和N 处的电位U M 、U N ，从而可以根据公式推出电阻率ρ。AM 、AN 、BM 、BN 图2.1.1-1 电源电场电流分布图

???? ??-=

BN AN I U N 112πρ................................................................................................(2-1) ???? ??-=BM AM I U M 112πρ

................................................................................................(2-2) ???? ??+--=

-=?BN BM AN AM I U U U N M MN 11112πρ...........................................(2-3) I

U BN

BM AN AM MN ??+--=

11

1

12π

ρ.....................................................................(2-4) 各个电极位置的几何关系通常用装置系数K 表示，即

BN BM AN AM

K 1111

2+--=π

.....................................................................................(2-5)

则电阻率 I U K MN

?=ρ...................................................................................................................(2-6)

电测深法（electrical sounding ）包括电阻率测深和激发极化测深。resistivity sounding 简称电测深法。它是在地面的一个测深点上（即MN 极的中点），通过逐次加大供电电极，AB 极距的大小，测量同—点的、不同AB 极距的视电阻率ρS 值或极化率ηs ，研究这个测深点下不同深度的地质断面情况。保持测量电极MN 的位置固定，在不断增大供电电极距的同时，逐次进行观测。但是，在实际工作中，由于AB 极距不断加大，若MN 的距离始终保持不变，则ΔＵＭＮ将逐渐减小，以至于无法观测。因此，随着 AB 极距的加大，需要适当地加大 MN 距离，以保证顺利进行观测。

电测深法分为直流电测深法和电阻率断面法。

直流电测深法是研究指定地点岩层的电阻率随深度变化的一种物探方法"该方法是在地面上以测点为中心,从近到远逐渐增加观测装置距离进行测量,根据视电阻率随极距的变化可划分不同的电性层,了解其垂向分布,计算其埋深及厚度。

电阻率断面法是研究岩层电阻率在一定深度范围内的水平方向上物性变化的一种探测方法。该方法是在供电和测量电极保持一定距离,按一定的探测深度,沿着测线方向逐点进行观测,获得电阻率曲线,以此反映一定深度内电性层的变化情况,

高密度电法的基本工作原理是基于以上电法基础之上的。通过高密度电法测量系统中的软件,控制着在同一条多芯电缆上布置连结的多个(30—120)电极,使其自动组成多个垂向测深点或多个不同深度的探测断面,根据控制系统中选择的探测装置类型,对电极进行相应的排列组合,按照测深点位置的排列顺序或探测断面的深度顺序,逐点或逐层探测,实现供电和测量电极的自动布点、自动跑极、自动供电、自动观测、自动记录、自动计算、自动存储。通过数据传输软件把探测系统中存储的探测数据调入计算机中,经软件对数据处理后,可自动生成各测深点曲线及各断面层或整体地电断面的图像。

图2.1.1-2 电源电场电流分布图

1) 布置方案

在工区开展勘测工作之前，首先是综合工程要求、测区条件、勘测目标的性质，可能分布的深度与广度等诸方面情况，制定出一个全面的勘测方案，确定需要布设几条测线，以及各测线布设的地点、方位、长度、基本电极间距、测量装置模式等等。对于现有的高密度电法存在多种装置模式，主要介绍如下：

a)温纳装置布极方式

温纳装置方式（WN）又称为对称四极装置方式。A、M、N、B等间距排列，其中

B是供电电极，M、N是测量电极，AM=MN=NB=n?a。为一个电极距，电极间距按隔离系数由小到大的顺序等间隔增加，四个电极之间的间距也均匀拉开。该测量方式为剖面测量方式，所得断面为倒梯形（跑极方式见图3）（n为电极隔离系数（即: 深度层位），下同）

图2.1.1-3 温纳装置跑极方式

b)β装置布极方式

β装置方式为特殊的偶极-偶极装置方式。A、M、N、B等间距排列，其中A、B是供电电极，M、N是测量电极，AB=BM=MN=n?a为一个电极距，电极间距按隔离系数由小到大的顺序等间隔增加，四个电极之间的间距也均匀拉开。该测量方式为剖面测量方式，所得断面为倒梯形（跑极方式见图2.1.1-4）

图2.1.1-4 β装置跑极方式

c)微分装置布极方式

微分装置模式（F），四电极的排列顺序是A，M，B，N，相邻电极之间的间距相等，其中A、B是供电电极，M、N是测量电极，即：AM=MB=BN=n?a为一个电极距，电极间距按隔离系数由小到大的顺序等间隔增加，四个电极之间的间距也均匀拉开。该测量方式为剖面测量方式，所得断面为倒梯形（跑极方式见图2.1.1-5）

图2.1.1-5微分装置跑极方式

d)二极剖面布极方式

二极剖面装置供电电极B、测量电极N布设在无穷远处，测线电缆上参与电极转换只有A与M，AM=n?a 为一个电极距，电极间距按隔离系数由小到大的顺序等间隔增加。该测量方式为剖面测量方式，所得断面为倒梯形（跑极方式见图2.1.1-6）

图2.1.1-6二极剖面装置跑极方式 e) 三极滚动装置布极方式

三极滚动装置模式是测深方式，供电电极B 布设于无穷远，测线电缆上参与电极转换的是A ，M ，

N 。测量时在M ，N 定位于某两个电极的情况下，由近到远地逐步移动A 电极，获得一组测深数据；然后再改变M ，N 的X 座标定位，再移动A 获得下一组测深数据，每组测点数Dn=n.

图2.1.1-7三极滚动剖面装置跑极方式 装置特点

温纳装置的特点是,具有最小的装置系数值；最大的信号强度系数；对介质垂向变化反应灵敏；探测深度中等；抗噪能力最强，所以也是在高噪音背景条件下进行观测的首选装置。其弱点是水平分辨率差；剖面测量的数据成图为倒梯形；底边水平覆盖范围最小；长剖面接续测量时，滚道次数与电极数目需要加大，从而增加了野外观测时间。 β装置对垂向电性变化最灵敏，适用于测量垂向电性变化大的地质剖面。但是β装置受地形的影响较大。微分装置能较好的反应覆盖层的厚度，对于已知界面有较好的分辨能力。二极装置成像剖面的水平覆盖范围最大；探测深度大；布极方式灵活。其缺点是，垂向分辨率差，两个无穷远电极（B N ）设置时要特别注意降低接地电阻，加大供电电流以消除地噪声和保证电位测量精度。三极滚动模式的特点是,装置系数大于温纳装置，小于偶极—偶极装置，信号强度也介于两者之间；分辨率比温纳装置强。测量数据的剖面成图是矩形的，采集数据量最大。这种装置测量具有两个特点，其一，所采集数据点的排列结果是矩形剖面；其二，随着M ，N ，A 电极沿测线的前移，测线始端的电极与电缆将不断闲置下来，那么就可以在不中断测量的前提下，把它们搬迁到测线末端，实现了无缝接续的长剖面测量，操作比较方便。 应用前提：

高密度电阻率法应用(含举例、图解)

高密度电阻率法在岩溶探测上的应用 [摘要]简要介绍了高密度电阻率法的基本原理，详细分析了一个探测实例，通过理论与实践的结合说明了利用高密度电阻率法进行岩溶探测是一种有效的探测手段。 [关键词]高密度电阻率法装置岩溶 0 引言 衢州一窑上高速公路某段为挖方段路基，挖方高度为6—8m，该路段路基部分开挖至路基设计标高时，显露出直径大小不一的孔洞7个，人工插入钢钎发现孔洞深浅不一，伴有涌水现象，洞口有扩大趋势。为了查清地下孔洞的分布范围，为进一步的治理提供依据，决定利用地球物理勘查方法进行探测，接受委托后，笔者随即对工区进行了早期调研，根据委托方提供的钻孔资料及野外踏勘，场地的地层自上而下有：亚粘土、卵石含亚粘土、碳质泥岩、灰岩等。表1为该区各地层岩石的电阻率，由表可以看出，这些岩石的电阻率差异是明显的，适合进行电法勘查工作。 灰岩区内的不良地质现象主要是土洞和溶洞、溶蚀带，从地质资料可知，土洞是发育在覆盖土层中，要么是空的，要么充填很松散的土、电阻率偏高，而土层的电阻率又普遍偏低，因此，土洞在等值线剖面中的反映是仅次于土层中的高阻异常；溶洞位于基岩面以下，由溶蚀带逐渐溶蚀形成的，多充填有水土，从而电阻率偏低，由于完整灰岩的电阻率普遍偏高，因此在灰岩面下明显的封闭或半封闭低阻异常基本上是有充填溶洞的反映，不能封闭的带状低阻异常则是溶蚀带的反映，由于土洞、溶洞发育的位置、形状、大小都难有规律可循，根据委托方的勘查要求以及工区的地质地球物理前提，确定了利用高密度电法进行孔洞勘查。高密度电法获取信息量大，分辨率高，在岩溶地区地下岩溶分布空间定位中有许多成功的例子。 1 高密度电阻率法概述 高密度电阻率法是近几十年发展起来的一种电法勘探新技术，它在工程勘察领域得到了广泛的应用，其基本原理与传统的电阻率法完全相同，所不同的是高密度电法在观测中设置了较高密度的测点，现场测量时，只需将全部电极布置在一定间隔的测点上，然后进行观测。在设计和技术实施上，高密度电测系统采用先进的自动控制理论和大规模集成电路，使用的电极数量多，而且电极之间可自由组合，这样就可以提取更多的地电信息，使电法勘探能像地震勘探—样使用覆盖式的测量方式，图1为高密度电法工作系统示意图。与常规电法相比，高密度电法具有以下优点：(1)电极布设一次性完成，减少了因电极设置引起的干扰和由此带来的测量误差；(2)能有效地进行多种电极排列方式的测量，从而可以获得较丰富的关于地电结构状态的地质信息；(3)数据的采集和收录全部实现了自动化(或半自动化)，不仅采集速度快，从而避免了由于人工操作所出现的误差和错误；(4)可以实现资料的现场实时处理和脱机处理，根据需要自动绘制和打印各种成果图件，大大提高了电阻率法的智能化程度。由此可见，高密度电阻率法是一种成本低、效率高、信息丰富、解释方便且勘探能力显著提高的电法勘探新方法[1-4]

高密度电阻率法实验报告

工程物探实验报告 实验一：高密度电阻率法勘探 班级： _________________________ 姓名： _________________________ 学号： _________________________ 贵州理工学院资源与环境工程学院 2016年11月

1实验目的 了解电阻率法（高密度电阻率法）的方法原理、野外工作布置及装置形式；掌握高密度 电阻率法数据的采集、处理和解释，熟练操作高密度电阻率法软件。 2高密度电阻率法原理 高密度电阻率法属于直流电阻率法的范畴，它是在常规电法勘探基础上发展起来的一 种勘探方法，仍然是以岩土体的电性差异为基础，研究在施加电场的作用下，地下传导电 流的变化分布规律。相对于传统电法而言，高密度电阻率法其特点是信息量大。利用程控 电极转换器，由微机控制选择供电电极和测量电极，实现了高效率的数据采集，可以快速 采集到大量原始数 据。具有观测精度高、数据采集量大、地质信息丰富、生产效率高等特 点。一次布极可以完成 纵、横向二维勘探过程，既能反映地下某一深度沿水平方向岩土体 的电性变化，同时又能提供 地层岩性沿纵向的电性变化情况，具备电剖面法和电测深法两 种方法的综合探测能力。 该观测系统包括数据的采集和资料处理两部分，现场测量时，只需将全部电极设置在 一定间隔的 测点上，测点密度远较常规电阻率法大，一般从 1m~10m 。然后用多芯电缆将 其连接到程控式多路电 极转换开关上，电极转换开关是一种由单片机控制的电极自动换接 装置，它可以根据需要自动进行电 极装置形式、极距及测点的转换。测量信号 由电极转换 开关送入微机工程电测仪， 并将测量结果依次存入随 机存储器。将数据回放 送 入微机，便可按给定程序 对数据进行处理。高密度电 阻率法现场工作时是在 预先选定的测线和测点 上，同时布置几十乃至上 百个电极，然后用多芯电缆 将它们连 接到特制的电极转换装置，电极转换装置将这些电极组合成指定的电极装置和 电极距，进而用自动电测仪，快速完成多种电极装置和多电极距在观测剖面的多个测点上 的电阻率法观测。再配上相应的数据处理、成图和解释软件，便可及时完成给定的地质勘 | 説据处返邮分 説孫輕野汨分

高密度电法

高密度电法 高密度电法即是高密度电阻率法，它是以岩、土导电性的差异为基础，研究人工施加稳定电流场的作用下地下传导电流分布规律的一种电探方法 （一）特点：( 1 ) 电极布设是一次完成的, 这不仅减少了因电极设置而引起的故障和干扰, 而且为野外数据的快速和自动测量奠定了基础。( 2 ) 能有效地进行多种电极排列方式的扫描测量, 因而可以获得较丰富的关于地电断面结构特征的地质信息。(3) 野外数据采集实现了自动化或半自动化, 不仅采集速度快( 大约每一测点需2～5s) ,而且避免了由于手工操作所出现的错误。(4)可以对资料进行预处理并显示剖面曲线形态, 脱机处理后还可自动绘制和打印各种成果图件。(5)与传统的电阻率法相比, 成本低, 效率高, 信息丰富, 解释方便。 （二）高密度电阻率法采集系统：随着技术的发展，高密度电法仪日趋成熟。表现在：采用嵌入式工控机，大大提高系统的稳定性与可靠性；采用笔记本硬盘存储数据，可以满足野外长时间施工的工作需求；系统采用视窗化、嵌入式实时控制与处理软件，便于野外操作；可实现多种工作模式的转换，计算机与电测仪一体化，携带方便。新一代高密度电法仪多采用分布式设计。所谓分布式是相对于集中式而言的，是指将电极转换功能放在电极上。分布式智能电极器串联在多芯电缆上，地址随机分配，在任何位置都可以测量；实现滚动测量和多道、长剖面的连续测量

图高密度电阻率法测量系统结构示意图 系统可以做高密度电阻率测量，又可以同时做高密度极化率测量，应用范围宽。 常用装置：高密度电阻率法在一条剖面上布置一系列电极时可组合出十多种装置。高密度电阻率法的电极排列原则上可采用二极方式，即当依次对某一电极供电时，同时利用其余全部电极依次进行电位测量，然后将测量结果按需要转换成相应的电极方式。但对于目前单通道电测仪来讲，这样测量所费时间较长。其次，当测量电极逐渐远离供电电极时，电位测量幅值变化较大，需要不断改变电源，不利于自

高密度电阻率法应用中常见的问题

高密度电阻率法应用中常见的问题 [摘要]近十年来，高密度电阻率法在工程勘察中的应用越来越广泛，尤其在岩溶、水文、构造、检测等领域，高密度电法的应用效果，已远远超过了理论上的预期。在国内，从事高密度电阻率法的单位和人员正呈逐年上升的趋势，可以说是形势喜人。 [关键词]有效数据有效分辨率高密度电阻率法 1存在问题及分析 1.1有效数据的分辨率 这是个最基本的问题。不仅是本方法，其它的物探方法也是如此。在数据采集的现场，我们必需能有效地分辨：采集到的数据是不是有效的数据，用句简单的话就是：原始数据是否真实。 图1是最近见到的两个剖面的数据：从A剖面数据可以看出：在145m处，数据明显出现异常，有两条非常有规律的高阻异常斜向右下角，其间距越来越大——这实际上是由于145m附近，电极接地条件太差，形成的“假异常”；有时，如电缆的某一点或多路转换开关的某点断开也会形成类似的“八字异常”，如该点位位于观测剖面中间，则会出现“双八字”异常；点位在两端，则会出现“半八字”异常。在现场采样时，应及时处理。图1中B剖面的问题则更为严重，图左侧出现了太多的漩涡状封闭异常，这在地电断面中是不真实的。一般而言，我们直流电法采集到的地电断面，其等值线的起伏会比较缓，较难形成小型的封闭异常，更不用说形成如图中的密集型“漩涡异常”。图中剖面形成的原因是：剖面左侧是水泥路面，接地条件很差，现场操作人员未对接地条件进行有效改善就进行了数据采集，其数据当然是不可信的。 一般而言，有效的高密度电阻率法成果数据有如下特征：等值线较为平缓，没有突变起伏点，高阻、低阻区的变化是渐变的；视电阻率数值上没有孤值畸变异常，反应到等值线上是没有“漩涡异常”（独立的漩涡状异常是可以通过编辑原始数据来解决，密集的，如出现较多的漩涡状异常则需要重测）；等值线上没有出现规律的“八字异常”及其演变而成的“半八字”或“双八字”异常。 1.2观测方式对数据成果的影响 目前，高密度电阻率法仪器发展得相当快，几乎所有的电阻率法观测装置都可以在高密度仪器中实现。总体而言，我倾向于将高密度电阻率法的观测方式分为两大类：剖面类观测方式和测深类观测方式。如图2所示：剖面类观测是以电剖面法为主体的，如图2（A）——观测方式由电剖面开始，由左至右，依次增大AMNB之间的间距，一层一层采集数据，从而建立电法剖面，其剖面资料是倒梯形的；测深类观测是以电测深为主体的，如图2（B），其由左至右（有些仪

高密度电阻率法物探技术及其应用

高密度电阻率法物探技术及其应用 [摘要]高密度电阻率法作为物探方法中的一种应用最为广泛的勘探方法，在特殊地质的勘探和工程勘查中起着不可替代的作用，为我国地勘队伍在解决相应地质问题时带来许多便利之处。本文主要通过对高密度电阻率法工作原理的研究，结合二维成像技术和正反演技术在工程中的运用，提出了一些针对不同环境下勘测时的注意事项。 [关键词]高密度电阻率法二维成像技术正反演技术 0引言 高密度电阻率法基本工作原理与传统的电法勘探是相同的，主要是根据岩石、矿石以及不同地层、不同地质体等导电性的差异，通过地面的测定，研究人工或天然电场的分布特点和变化规律来推断地下电阻率分布，从而准确的推断出不同地质体的分布状况。高密度电阻率法凭借其测试简便、效果好、成本低、效率高等优点在勘探工程中具有较高的使用价值。高密度电阻率法是一种快捷的地质勘探方法，其工作的范畴属于直流电阻率，其采用高密度的布点进行二维电断面测量，采集的数据量大、全面、准确、观测的精度高，在我国的工程地质与水文勘探中运用非常的广泛。但是也存在许多的不足之处，例如在进行野外勘探时数据处理不够精准、正反演成像技术在进行图像分析时存在误差、二维成像技术的反演问题等等，这些问题都需要勘测人员在理论与实际工程相结合的基础上进行研究，找出相应的解决办法，将高密度电阻率法应用更加的广泛。 1高密度电阻率法的工作原理 高密度电阻率法的工作范畴包括数据的采集与数据的处理，与常规的电阻率法工作原理相同，主要是以地下介质之间的导电性的差异为基础，通过A、B两个电极向地下传递电流，然后在M、N电极之间测得电位差△V，从而求得该记录点的视电阻率值Qs=K△V/I。在进行现场的勘测时，只需要将全部的电极合理的安放在一定距离的测点上，然后将多芯电缆连接到由单片机控制多路电极自动转换开关，这样机器就能够根据自身的需求进行电极与测点之间的自动转换。测量的数据通过电极转换开关传输到微机工程电测仪，根据实测的电阻率剖面数据，通过专业的计算机软件进行反演数据处理，就可以获得地层电阻率的分布状况，从而推断出地层结构的分布状况[1]。 2高密度电阻率法的工作方法与数据处理 2.1高密度电阻率法的工作方法 针对不同的使用环境，我们要采取不同的观测方法，高密度电阻率法的工作方法主要有以下几种：

高密度电阻率法在污染调查中的装置参数试验分析

高密度电阻率法在污染调查中的装置参数试验分析 发表时间：2019-09-04T16:54:43.200Z 来源：《工程管理前沿》2019年10期作者：孙世龙胡超郭华王楠 [导读] 为了了解装置参数对高密度电阻率法探测结果的影响，以某污染场地为例，在场地内选择典型污染剖面， 江苏省地质环境勘查院，江苏南京 211100 摘要：为了了解装置参数对高密度电阻率法探测结果的影响，以某污染场地为例，在场地内选择典型污染剖面，对比使用不同装置参数对高密度电阻率法探测结果的影响，最后选择适合该污染场地的装置参数组合。结果表明，适宜本场地的高密度电阻率法装置参数为：供电电压采用240V，供电脉宽为0.5s，供电周期数为1，电极距为2m。采用温施装置，其中最小隔离系数为1，最大隔离系数为30，温施间隔系数为3。 关键词：高密度电阻率法；污染调查；装置参数试验 中图分类号：P631.3+4 Device Parameters Analysis of High-density Resistivity Method in Pollution Investigation SUN Shilong, HU Chao，WANG Nan （Environmental Geology Exploration Institute of Jiangsu Province, Nanjing 211100, Jiangsu） Abstract: In order to grasp the influence of device parameters on detection results of high-density resistivity method, selected a typical pollution profile in a contaminated site, compared results of high-density resistivity method with different device parameters. and chose a suitable combination of high-density resistivity method parameters for the contaminated site. The results showed that suitable high-density resistivity method device parameters for the site contained: supply voltage of 240V, power supply pulse width of 0.5s, number of power supply cycles of 1 and electrode distance of 2m. The best device was warming device with minimum application coefficient of 1, maximum isolation coefficient of 30 and temperature application interval coefficient of 3. Key words:high density resistivity method; contamination investigation; device parameter test 1 引言 随着地球物理勘探方法在污染场地调查上的逐渐发展，以高密度电阻率法为代表的物探方法在污染调查中有着显著的社会效益和经济效益。[1-3]本文以某污染场地为例，在场地内选择典型污染剖面进行高密度电阻率法参数试验。通过本文的研究，可以分析高密度电阻率法中的参数对测试结果的影响，提升高密度电阻率法应用的高效性和全面性，为今后类似场地的高密度电阻率法应用提供一定的理论依据，对无损快速勘探领域具有研究意义。 某污染场地占地面积约11.2万m2，地形平坦，微有起伏，地表主要分布植被和建筑垃圾，地面高程2.58~3.29m，地基土主要为灰色粉质粘土夹粉土。典型污染剖面位于场地中部，近北东向，长度478m。 2工作机理 电阻率法是一种传导类的地电勘探方法，它基于各种介质之间具有的导电性差异，根据观测和研究与这些差异有关的天然或人工电场的分布特征，达到探测场地污染等问题的目的。[4]在污染场地内，进入土壤的污染物会使土壤的导电性和介电性发生改变，当污染物的浓度达到一定程度时，可以借助高密度电阻率法观测到土壤导电性的变化，这是高密度电阻率法在污染调查中的物性基础。[5]在电阻率法工作中，一般是在地面上任意两点用供电电极A、B供电，在另两点用测量电极M、N测量电位差。式（1）[6]为运用四极装置测量各向同性均匀半空间电阻率的计算公式： 式中K被称作装置系数（或排列系数），它与各电极间的距离相关。在野外工作中，确定装置类型和电极间距之后，K值就可以计算出来。高密度电阻率法是电阻率法的一种，其在探测过程中一次布设多道电极（如90道或120道），通过电极转换器控制供电和测量电极转换。 [7]当排列电极的电极距不变，而记录点位置移动时，即为电剖面法，测地电横向变化；若排列电极的电极距变化，而记录点位置不变时，即为电测深法，测地电垂向变化。高密度电法将电剖面法与电测深法进行结合并同步进行，一次性完成二维视电阻率剖面。 本次选择位于污染场地中部的典型污染剖面进行参数试验，试验参数包括供电电压、供电脉宽、供电周期数、电极距和装置类型，通过使用不同的参数分析其对测量结果的影响。 3 结果与讨论 3.1供电电压 供电电压的大小决定仪器测量的电压、电流大小，影响信号抗干扰能力，进而对视电阻率值计算产生影响。试验在保持其他参数一样条件下，采用48V、240V、288V供电电压测量并计算电阻率。计算供电电压为48V、240V、288V时电阻率均方相对误差分别为±0.24%、±0.16%、±0.11%。可见供电电压的提高有利于抗干扰能力的提高，当供电电压超过240V时，供电电压对电阻率值影响可忽略。 3.2供电脉宽 供电脉宽的大小是矩形波的宽度，对仪器测量的电压、电流的一致性有影响。试验在保持其他参数一样条件下，采用0.3s、0.5s、1.0s、2.0s供电脉宽测量并计算电阻率。计算供电脉宽为0.3s、0.5s、1.0s、2.0s时电阻率均方相对误差分别为±0.18%、±0.06%、 ±0.10%、±0.22%。供电脉宽小于0.3s时，仪器无法读数，供电脉宽大于0.3s时，供电脉宽对电阻率值无规律性影响。 3.3供电周期数 供电周期数的变化主要是改变测量次数，压制噪声干扰的影响。试验在保持其他参数一样条件下，采用周期数1、2、3次测量并计算电阻率。计算周期数为1、2、3时电阻率均方相对误差分别为±0.20%、±0.06%、±0.15%。从试验结果中可以看出，供电周期数变化对电

用高密度电阻率法进行空洞探测的几个问题

第25卷第4期物　探　与　化　探Vol.25,No.4 2001年8月GEOPHYSICAL&GEOCHEMICAL EXPLORA TION Aug.,2001用高密度电阻率法进行空洞探测的几个问题 郭秀军1,王兴泰2 (1.青岛海洋大学地学院,山东青岛　266003;　2.长春科技大学,吉林长春　130026) 摘要:通过大量的正演计算,重点阐明了利用高密度电阻率法进行洞室探测的前提、不同采集装置 异常形态特征及判别方式、对相邻洞体的分辨能力和提高洞室探测定量解释精度的方法,明确了 该项技术在洞室探测应用中的模糊点,提高了该项技术的应用效果。 关键词:高密度电阻率法;空洞探测;有限元正演计算;异常特征;比值参数 中图分类号:P631.3 文献标识码:A 文章编号:1000Ο8918(2001)04Ο0306Ο06 对防空洞、涵管、涵洞、溶洞、地下局部不明障碍物、动物洞穴等物理性质有别于周围介质的地下有形体的探测,在此都归纳为空洞探测。近年来,随着高密度电阻率应用技术的发展,空洞探测已经成为其应用的主要内容(特别在堤坝隐患探测中)并取得了良好的效果。但是在利用高密度电阻率法开展工作的过程中也出现了许多问题,例如某些情况下不能确定是否对目标体进行有效探测、某些情况下对探测目标体异常形态的认识各不相同、大多数情况下对洞体的量化解释精度不高等。在静电场理论的基础上,通过有限元正演计算手段给出了不同地电模型的异常分布情况,从而说明了产生这些问题的原因和解决方法。文中新提出的一些提高解释精度的数据处理方法在实际应用中也取得了良好的效果。 1　对空洞进行有效探测的前提 从物性差异的角度来说,高密度电阻率法的理论基础是静电场理论,是以探测目标体和周围介质存在明显的电性差异为探测前提的。也就是说如果在低阻背景中对空洞进行探测,空洞不能被水或其他低阻物质充填;而在高阻背景中对空洞进行探测,必须要求空洞被水或其他低阻物质充填,否则便不能进行有效探测。 从探测目标体的几何尺寸来说,洞径埋深比一直是人们评定是否对空洞进行有效探测的指标。在早期的电法研究中,许多学者从电场理论的角度,结合对计算电测深、电剖面曲线和实测曲线的分析,认为洞径埋深比为1∶1、最小为1∶2为有效探测的界限。近年来,随着勘探新技术手段的出现、电测仪器测量精度及数据解释水平的提高和应用范围的扩大,人们对电法勘探能力的要求越来越高。 图1、图2为不同地层背景下,对不同尺寸的高阻洞进行正演模拟得到的视电阻率剖面。为计算方便,设定1个电极间距为1m。 图1中地电模型按60×16网格构制,高阻洞和周围介质电阻率充填值分别为498Ω?m 和98Ω?m。从图中可以看到2种情况下洞体的异常分布形态基本相同。 图2中地电模型按60×16网格构制,背景电阻率充填值1～4层为98Ω?m,5～12层为收稿日期:2000Ο10Ο23

高密度电阻率法

实验二高密度电阻率法实验 一、实验目的及要求 在学习了高密度电阻率法的理论知识后，为了更好地理解其有关内容及特点，设计本次实验。要求认真复习所学过的相关课本内容，并认真做好实验的每一个步骤。 二、实验器材 1.仪器：DUK-2A高密度电法测量系统一套（DZD-6A主机、120道电极转 换器、各种接口的连接线） 2.其他材料：电池箱一组，30道的大线（两条）、配套电极（60根）、锤 子若干、导线、万用表等。 三、实验的装置类型选择 1.装置类型的选择 因课时所限，本实验仅采用温纳装置和施贝测深装置，最大隔离系数设置为15. 2.装置方式，本次实验共采用两种装置型式进行测量。 温纳装置：电极排列规律是：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： 图1 温纳装置电极排列示意图 施贝测深装置：该装置适用于变断面连续滚动扫描测量，测量时，M、N不动，A逐点向左移动，同时B逐点向右移动，得到一条滚动线；接着A、M、N、B同时向右移动一个电极，M、N不动，A逐点向左移动，同时B逐点向右移动，得到另一条滚动线；这样不断滚动测量下去，得到矩形断面。其电极排列如下： 图2 施贝测深装置电极排列示意图 四、实验过程及实验数据 1.首先由实验指导老师对实验仪器及操作方法进行仔细的介绍，对其连接 方法进行示范。

2.将相关仪器设备运送到实验场地，首先按5m道间距沿直线布设60根电 极，同时如果需要无穷远线由部分学生去放无穷远线。 3.连接电路，设置参数如下：隔离系数：1-15，供电脉宽：0.5ms，供电周 期1ms。 4.首先检查电极的接地电阻，如果接地电阻过大要对相对应的电极进行处 理，此过程有时要重复若干次至到满足接地条件再进行测量。 5.观测数据：测量过程中观测DZD-6A主机测量数据的排列规律，观测电极 转换器屏幕上电极排列以及变化规律。 五、实验数据的处理及解释 1.数据的整理 施贝装置 序 序号序号

高密度电阻率法值得探讨的问题

高密度电阻率法在工程勘查中的问题探讨 钟梁 （广东省地质局广东省地质建设工程集团公司，广州，510510） 1前言 高密度电阻率法近些年受到越来越多的关注和讨论。高密度电阻率法的雏形虽然是由英国人设计，但其真正的研究和应用还是中国人率先开展，并取得了令世人瞩目的工作成果。高密度电阻率法在工程物探工作中具有不可替代的作用，比如在工程地质勘查、厂址或坝基的选择、地下空洞探测、岩溶探测、地下隐蔽物探测、土壤污染范围调查、地下管线探测等等方面均取得过显著的效果。本文就高密度电阻率法因为工作模式的改变，可能存在“电磁感应”、“激发极化”和“地下电容”等问题作肤浅讨论。并提出针对改善这些问题所带来的负面影响，建议改进的工作作法。 2应用实例 2．1溶土洞勘查 图1 岩溶探测高密度视电阻率等值线剖面图 图1是截取的一段在广东湛江市湛江-北海原油管道九州江段的一段高密度电阻率法实测剖面。物探勘查区普遍为第四系覆盖，岩性为黄色粘土、亚粘土。高密度电阻率法极距3m，工作周期4s。本剖面数据采用斯伦贝尔装置采集，很好地反映出了岩溶发育区域在横向及深度上的分布情况。 2．2隐伏岩性界面勘查

图2 中风化石灰岩界面探测高密度视电阻率等值线剖面 高密度电阻率法结合钻探的成果常被用来对隐伏岩性界面进行追踪勘查，笔者也进行过多次此类高密度电阻率法勘查工作。图2为截取的一段广州市白云国际机场公务机坪高密度勘查实测剖面，其目的是勘查场区内基岩面（石灰岩）的埋深和起伏情况。电测剖面上有一钻孔资料作为验证结果和解释参数。 工作采用3m极距，使用了施伦贝尔、温纳两种装置。 仪器使用重庆地质仪器厂生产的分布式智能高密度电法仪（）。从图2看到，该剖面对岩层顶面起伏状况反映非常清晰。结合钻孔资料进行标定，获得深度转化的校准参数后对岩面埋藏深度也能进行准确定位。综合有以下结论： ⑴岩面在10-25米深度范围内起伏（在截取剖面段内）； ⑶局部位置岩面深度急剧加深，推测该处为石灰岩面附近的溶蚀发育形成的溶沟； ⑹高密度电阻率法测得的结果与钻孔吻合程度较好。 2．4地下不明结构体探测 图3 地下掩埋结构体探测高密度视电阻率剖面图 地球物理方法应用的前提是目的体与其周围介质存在较明显的物理性质差异，因此，当地下结构体与覆盖土层之间电性差异明显的时候也可以采用高密度视电阻率法对其埋藏分布情况进行探测。 图3也是白云国际机场公务机坪高密度电阻率法探测的一段实测剖面，探测的目的体为勘查区域地下埋藏的暗涵。实测剖面很清楚地反映出了暗涵在剖面上的埋藏位置，而且从剖

高密度电阻率法

高密度电法 研究专家 （了解更多信息点击） 技术原理 在地表水平、地下半空间被导电性均匀、各向同性的岩石所充满的特定条件下，若通过地面的点电流源A(+)和B(-)向地下供入电流强度I 时，根据点源电场的基本公式，很容易写出地面任意两点M 和N 处的电位U M 、U N ，从而可以根据公式推出电阻率ρ。AM 、AN 、BM 、BN 图2.1.1-1 电源电场电流分布图 ???? ??-= BN AN I U N 112πρ................................................................................................(2-1) ???? ??-=BM AM I U M 112πρ ................................................................................................(2-2) ???? ??+--= -=?BN BM AN AM I U U U N M MN 11112πρ...........................................(2-3) I U BN BM AN AM MN ??+--= 11 1 12π ρ.....................................................................(2-4) 各个电极位置的几何关系通常用装置系数K 表示，即

BN BM AN AM K 1111 2+--=π .....................................................................................(2-5) 则电阻率 I U K MN ?=ρ...................................................................................................................(2-6) 电测深法（electrical sounding ）包括电阻率测深和激发极化测深。resistivity sounding 简称电测深法。它是在地面的一个测深点上（即MN 极的中点），通过逐次加大供电电极，AB 极距的大小，测量同—点的、不同AB 极距的视电阻率ρS 值或极化率ηs ，研究这个测深点下不同深度的地质断面情况。保持测量电极MN 的位置固定，在不断增大供电电极距的同时，逐次进行观测。但是，在实际工作中，由于AB 极距不断加大，若MN 的距离始终保持不变，则ΔＵＭＮ将逐渐减小，以至于无法观测。因此，随着 AB 极距的加大，需要适当地加大 MN 距离，以保证顺利进行观测。 电测深法分为直流电测深法和电阻率断面法。 直流电测深法是研究指定地点岩层的电阻率随深度变化的一种物探方法"该方法是在地面上以测点为中心,从近到远逐渐增加观测装置距离进行测量,根据视电阻率随极距的变化可划分不同的电性层,了解其垂向分布,计算其埋深及厚度。 电阻率断面法是研究岩层电阻率在一定深度范围内的水平方向上物性变化的一种探测方法。该方法是在供电和测量电极保持一定距离,按一定的探测深度,沿着测线方向逐点进行观测,获得电阻率曲线,以此反映一定深度内电性层的变化情况, 高密度电法的基本工作原理是基于以上电法基础之上的。通过高密度电法测量系统中的软件,控制着在同一条多芯电缆上布置连结的多个(30—120)电极,使其自动组成多个垂向测深点或多个不同深度的探测断面,根据控制系统中选择的探测装置类型,对电极进行相应的排列组合,按照测深点位置的排列顺序或探测断面的深度顺序,逐点或逐层探测,实现供电和测量电极的自动布点、自动跑极、自动供电、自动观测、自动记录、自动计算、自动存储。通过数据传输软件把探测系统中存储的探测数据调入计算机中,经软件对数据处理后,可自动生成各测深点曲线及各断面层或整体地电断面的图像。 图2.1.1-2 电源电场电流分布图 1) 布置方案

高密度电阻率法在工程勘察中的应用.

浅释高密度电阻率法方法特点
陕西省地勘局物化探队 2004 年 10 月

浅释高密度电阻率法方法特点
一、绪言 工程物探是工程地质勘察中的重要手段之一，但其本身由于勘探
仪器的限制，还存在着很多不足。例如，应用岩石的电性差异来解决 地质问题时，我们以前采用常规电法-----电阻率测深法，一般是供电 极 AB，接收极 MN，若排列形式为 AMNB 对称排列（a 法排列）， 称该方法为对称四极电阻率测深法。电阻率测深法在某一测点上逐次 扩大供电电极距 AB：AB=1、3、7、10、15、25、50、70、100、150、 200、300、500 米，使探测深度逐渐加大，这样便可得到沿垂直（纵 深）方向由浅到深的视电阻率变化情况。但是电阻率测深法由于受其 观测方式的制约，不仅测点稀，工作效率低信息量小，而且更难从多 种电极排列去研究地电断面的特征、结构与分布。因此，所提供的关 于地电断面的地质信息贫乏，资料解释存在相当困难。为了克服上述 困难与不足，更好的发挥物探在工程勘察中的优势，我们引进了高密 度电阻率这项新的勘探技术。
高密度电阻率法相对常规电阻率测深法，有以下优点： 1、电极布设是一次完成的。虽然在工作开始观测前要投入较大 的工作量来完成多电极的布设工作，但这样做可以防止因电极重复设 置引起的干扰，减小了测量误差。 2、常规电阻率测深一次只能得到一条剖面上一个点的电阻率值， 而高密度电法在电极布设好时可以得到一条剖面下整个断面的电阻 率参数。大量的信息使我们在异常解译上排除电法工作的多解性有了
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高密度电法勘探施工指导书

高密度电法勘探作业指导书 一、高密度电法勘探概述 高密度电阻率法是以岩土导电性差异为物性基础，研究人工施加稳定电流场的作用下地中传导电流分布规律的一种电探方法。它与常规电阻率法原理相同，所不同之处在于采取的方法技术。高密度电阻率法实际上是一种阵列勘探方法，野外测量时只需将全部电极置于观测剖面的各测点上，然后利用程控电极转换器或者微机工程电测仪器便可实现数据的快速和自动采集，当将测量结果送入微机后，还可对数据进行处理并给出关于地电断面分布的各种图示结果。高密度电阻率勘探技术的运动和发展使电法勘探的智能化程度大大向前迈进了一步，相比传统电阻率法，高密度电法勘探具有以下特点： （1）电极布设是一次完成的，这不仅减少了因电极设置而引起的故障和干扰，而且为野外数据的快速和自动测量奠定了基础。 （2）能有效地进行多种电极排列方式的扫描测量，因而可以获得较丰富的关于地电断面结构特征的地质信息。 （3）野外数据采集实现了自动化或半自动化，不仅采集速度快，（大约每一测点需2~5s），而且避免了由于手工操作所出现的错误。 （4）可以对资料进行预处理并显示剖面并显示剖面曲线形态，脱机处理后还可自动绘制和打印各种成果图件。 （5）与传统的电阻率法相比，成本低，效率高，信息丰富，解释方便。 阵列电探的思想早在20世纪70年代末期就有人开始考虑实施，英国学者所设计的电测深偏置装置系统实际上就是高密度电法的最初模式。80年代中期，日本地质计测株式会社曾借助电极转换器实现了野外高密度电阻率法的数据采集，但由于整体设计的不完整性，这套设备并没有充分发挥高密度电阻率法的优越性。80年代后期至今，我国地矿部系统率先开展了高密度电阻率法及其应用技术研究，从理论与实际相结合的角度，进一步探讨并完善了方法理论及有关技术问题，研制成了几种类型的仪器，如重庆奔腾数控技术研究所研制的WGMD-3高密度电阻率测量系统。近年来该方法先后在重大场地的工程地质调查，坝基及桥墩选址，采空区及地裂缝探测等众多工程勘察领域取得了明显的地质效果和显著的社会经济效益。 二、测量系统和观测装置 （一）测量系统 高密度电阻率法的勘探系统一般由两部分组成，即野外数据采集（测量）系统和资料处理系统或实时处理系统。目前的大部分仪器都仍然是按分离方式设计的。现以重庆奔腾数控技术研究所研制的WGMD-3高密度电阻率测量系统为例说明。以WDJD-3多功能数字直流激电仪为测控主机，配以WDZJ-3多路电极转换器构成高密度电阻率测量系统。该系统具有存储量大，测量准确、快速，操作方便等特点，并且可方便地与国内常用高密度电法处理软件配合使用，使解释工作更加方便直观。该系统可广泛应用于能源勘探与城市物探铁道与桥梁勘探，金属与非金属矿产资源勘探等方面，亦用于寻找地下水确定水库坝基和防洪大堤隐患位置等水文工程地质勘探中，还能用于地热勘探。 1. 仪器的主要特点： （1）准确、高效。在保持良好重复性的前提下，测量一个552个点的断面所需时间一般