高密度电法的发展与应用
董浩斌, 王传雷
(中国地质大学地球物理系,湖北武汉430074)
摘 要:文中从电极排列、反演处理方法、仪器等几个方面,介绍了高密度电法的发展,说明了所有电极排列方式是从对称四极、单极偶极和单极单极发展而来。在反演方法软件方面,介绍了基于圆滑约束最小二乘法及计算机反演快速计算程序。同时,提出供电时间、极化补偿和电极转换开关是高密度电法仪器发展的关键技术。文中列举了高密度电法在多个领域的应用简况,最后提出了高密度电法在今后发展的趋势为高密度激发极化法、三维高密度电阻率法。关键词:高密度电法;电极排列;反演软件;仪器;电阻率成像
中图分类号:P631.3 文献标识码:A 文章编号:10052321(2003)01017106
收稿日期:2003
01
10;修订日期:2003
0220
基金项目:国家“九五”重点攻关项目(96-221-01-02)
作者简介:董浩斌(1964— ),男,博士,教授,地球物理及智能化仪器专业,主要从事地学、工控等智能化仪器仪表的研究开发、信号处理等研究和教学工作。
1 高密度电法发展概况
这里的高密度电法指的是直流高密度电阻率法,但由于从中发展出直流激发极化法,所以统称高
密度电法。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(几十至上百根)置于测点上,然后利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现数据的快速和自动采集。当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物理解释的结果。显然,高密度电阻率勘探技术的运用与发展,使电法勘探的智能化程度大大向前迈进了一步。由于高密度电阻率法所具备的上述优势,因此相对于常规电阻率法而言,它具有以下特点:(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曲线形态,脱机处理后还可以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,勘探能力显著提高。
关于阵列电探的思想在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
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板实现了野外高密度电阻率法的数据采集,只是由于整体设计的不完善性,这套设备没有充分发挥高密度电
阻率法的优越性。80年代后期,我国原地质矿产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,也研制成了几种类型的仪器。
目前,研究高密度电法的方法技术和仪器的主要有中国地质大学等,生产仪器的还有原长春地质学院、重庆的有关仪器厂家。
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。
2 高密度电法电极排列的发展
(1)高密度电阻率法测量方式:高密度电法开始
时,研究的排列方式主要有3种:α,β和γ[1～8]。现
第10卷第1期2003年3月
地学前缘(中国地质大学,北京)
Earth Science Frontiers (China University of Geosciences ,Beij ing )Vol .10No .1
M ar .2003
在排列方式已发展到十几种。不过仔细研究就可发
现,所有排列都是从对称四极(施伦贝谢尔,Schlum -berger )、偶极偶极(dipole -dipole )、单极偶极(pole -dipole )、单极单极(pole -pole )演变而来(其中,γ排列方式无变种)。如:AM =MN =NB 时,Schlum -berger 排列就变成α排列;AB =BM =MN 时,偶极偶极排列就变成β排列;对于单极偶极排列,就有AMN ,M NB ,A M =MN 和AM ≠MN 等4种。至于所谓的滚动排列装置,在电极排列方式上基本不变,只不过是其排列方式有利剖面滚动衔接而已
。
图1 高密度电阻率法常用排列示意图
Fig .1 Common arrays used for 2D resistivity imaging surveys
A ,
B —供电电极;M ,N —测量电极;a —电极距;n —电极系数
(2)高密度电阻率法反演的发展:国内研究反演方法的很多,如王兴泰等“电阻率图像重建的佐迪
(Zohdy )反演及其应用效果”(1996年)[1～8]
;王若等“用改进的佐迪反演方法进行二维电阻率图像重建”(1998年);张大海等“二维视电阻率断面的快速最小二乘反演”(1999年);王丰等“改进的模拟退火方法及其在电阻率图像重建中的应用”(1999年);王运生等“用目标相关算法解释高密度电法资料”(2001年);但真正推出商用软件的不多。
国外主要研究计算机自动二维、三维反演。二维反演程序是基于圆滑约束最小二乘法(deGroot -Hedlin 和Constable 1990,Sasaki 1992)的计算机反演计算程序,使用了基于准牛顿最优化非线性最小
二乘新算法(Loke 和Barker ,1996)[7,8]
,使得大数
据量下的计算速度较常规最小二乘法快10倍以上。圆滑约束最小二乘法基于以下方程(J ′J +uF )d =J ′g (1)其中,F =f x f x ′+f z f z ′;f x =水平平滑滤波系数矩
阵(horizontal flatness filter );f z =垂直平滑滤波系
数矩阵(vertical flatness filter );J =偏导数矩阵;J ′=J 的转置矩阵;u =阻尼系数;d =模型参数修改矢量(model perturbation vecto r );g =残差矢量(dis -crepancy vector )。这种算法的一个优点是可以调节阻尼系数和平滑滤波器以适应不同类型的资料。
反演程序使用的二维模型把地下空间分为许多模型子块。然后确定这些子块的电阻率,使得正演计算出的视电阻率拟断面与实测拟断面相吻合。对于每一层子块的厚度与电极距之间给一定的比例系数。最优化方法主要靠调节模型子块的电阻率来减小正演值与实测视电阻率值的差异。这种差异用均方误差(RM S )来衡量。然而,有时最低均方误差值的模型却显示出了模型电阻率值巨大的和不切实际的变化,从地质勘察角度而言,这并不总是最好的模型。通常,最谨慎的逼近是选取迭代后均方误差不再明显改变的模型,这通常在第三和第五次迭代之中出现。
M .H .Loke 的二维、三维电阻率法和激发极化法反演程序已商品化,被国内外大多数公司、单位所使用,并与仪器相配套。(3)深度问题:电阻率法的探测深度随着供电电极AB 距离的增加而增大,当隔离系数n 逐次增大时,AB 电极距也逐次增大,对地下深部介质的反映能力亦逐步增加。常规电阻率法在资料处理时多是以AB /2为深度,为此,国内一些单位在处理高密度电法资料时,用SUFER 软件形成视电阻率断面图进行解释,没有进行反演处理。解释多数凭人的经验。在高密度电法中,由于极距小,地电信息丰富,人工解释的方法往往会造成误解。在M .H .Loke 的二维反演软件中,层厚的设置:对于温纳和施伦贝谢尔排列,第一层子块的厚度设置为0.5倍电极距。对于单极单极、偶极偶极和单极偶极排列,首层
层厚分别设置为0.9,0.3及0.6倍电极距。后继层的厚度依次递增10%(或25%)。层厚也可由使用者设置改变。(4)图示方法:高密度电阻率剖面一般采用拟断面等值线图、彩色图或灰度图表示,由于它表征了地
电断面每一测点视电阻率的相对变化,因此该图在反映地电结构特征方面具有更为直观和形象的特
点。(5)资料处理:数据圆滑是资料处理的常用方
法之一,原则上适用于各种电极排列的测量结果,但是考虑到偶极排列(包括偶极偶极、单极偶极和β排列)异常和地电体之间具有较复杂的对应关系,因此,一般只对温纳四极排列(即α和施伦贝谢尔排
列)的测量结果进行圆滑处理。圆滑处理一般采用坏点切除和滑动平均等。
3 高密度电法仪器的发展
高密度电法是在常规电法基础上发展起来的,高密度电法仪实质上是一个多电极测量系统,所以,
高密度电法仪形式是普通的电测仪+电极转换开关。早期,电极转换由人工进行,后来微型计算机(处理器)的发展,电极转换开关实现了自动化。
高密度电法测量系统包括数据收录和资料处理两大部分。高密度电法仪器结构上的主要问题是:如何实现测量主机与众多电极之间的连接。为此,出现两种形式:传统式高密度电法仪和分布式智能化高密度电法仪。(1)传统式高密度电法仪结构如图2,一般60根电极,通过60根导线(有的做法是用10芯或12芯的电缆,
有的干脆用工程浅层地震
图2 传统式高密度电法仪结构示意图
Fig .2 Schematic of traditional multi -channel
2D res istivity imaging
meter
图3 新型分布式智能化高密度电法仪结构示意图
Fig .3 Schematic of new distributed multi -channel
2D res istivity imaging meter
仪的检波器电缆,这样势必会造成耐压低、电流小)与电极转换器连接。电极转换器有前述的两种,一种是步进电机驱动的机械触点式,由60路触点底盘、4路触点、电极排列选择开关、驱动隔离电路及
步进电机等部件组成,由工程电测仪控制步进电机的转动,以实现不同的电极极距和不同的排列方式。再一种是继电器型电极转开关,工程电测仪输出一定的控制数码,通过译码电路分别驱动不同的继电
器的吸合、释放,达到不同电极、不同极距的切换。这两种转换开关的仪器有两点问题值得注意:机械式的问题主要是机械触点接触可靠性;继电器式主要是连接电线问题(前者同样存在此问题)。(2)新
型分布式智能化高密度电法仪结构示意如图3[9]
。主要由笔记本式计算机(或工控机)、主机、主电缆和电极连接盒等组成。主机包括发送控制命令、接收信号等部分;主电缆由10芯电线组成,主要作用是信号传输;电极连接盒根据主机的命令进行电极转换和数据采集、传输。由于是一根电缆覆盖所测量
的剖面,并且使用微机进行控制,使得每一个电极都可能成为A ,B ,M ,N 极,中国地质大学(武汉)研制生产的分布式高密度电法仪最多可进行240道电极输入,原则上可方便地进行无限扩展(由于受导线
电阻、工作电流、工作电压和干扰的原因的限制,所以建议道数不要过分追求),整套仪器体积小、重量轻;再者,电极的连接是任意的,使用十分方便。3.1 国外仪器
国外生产高密度电法仪的主要有日本的OYO 公司、瑞典的ABEM 公司、法国的IRIS 公司、美国的AGI 公司。这些仪器价位在6～7万美元(60个电极配置)。国外仪器大多数是将电测仪与电极转换开关分开的。2002年12月份,美国的AGI 公司
出品一款新仪器将电测量主机与开关单元结合在一起。但未见国外仪器中使用PC 机或类似PC 机作为仪器主控制器,实现现场测量曲线的报道。3.2 国内研制仪器的概况
国内自引进高密度电法以来,有不少单位投入了该方法的理论、方法技术和仪器准备的研制。最早的做法是:电极+连接导线或多芯电缆+机械式电极转换开关(由步进电机控制)+工程电测仪。1994年的《地学仪器》杂志上发表文章,报道了原地质矿产部机电研究所研制的M IR 高密度电法仪,其结构将机械式电极转换开关改进成由单片机控制的电子开关。现在,有的仪器厂生产的高密度电法仪
就是引用的该技术。1997年12月,《地学仪器》杂
志发表了中国地质大学(
武汉)在国内首创的分布式智能化高密度电法测量系统的文章[9]。可见,国内高密度电法仪电极转换开关方面分
3类:机械式电极转换开关、电子式电极转换开关及分布式智能化电极。
在主机方面,多数仪器使用的是单片机(微处理
器),而使用PC 机(或工控机)作为主控制器,并在屏幕进行现场曲线显示的只有中国地质大学(武汉)和原长春地质学院骄鹏公司等少数仪器。3.3 高密度电法仪的关键技术
(1)极化补偿、供电时间问题[10]
:电法勘探中,电极的极化电位成分是非常复杂的,笔者认为有如下电位:①金属电极插入地面,金属表面与土壤之间
就会产生接触电位。②地面本身存在自然电位。③在通过一定电流时,电极与土壤之间、土壤内部(特别是潮湿土壤)发生离子迁移,断电后,离子继续扩散,这一系列过程产生各种电位[4]。而且,这些电位是随时间、随温度变化的,其变化范围在毫伏(mV )级以上。就这一点而言,分辨率太高的仪器发挥不了作用
。
图4 不同供电情况下电极电位变化曲线
Fig .4 The potential curve in different supply
在激发极化法中,第三种电位是待测的有用信号,而在电阻率法中,该信号是干扰。第一和第二种电位相对讲是比较稳定的,而离子迁移产生的电位与电场强度、供电时间成比例。高密度电法数据采
集较快,供电电极供完电后,马上又转换成测量电极,如果转换的时间较短,而极化电位下降较慢,这就给测量结果带来较大的误差。做过高密度电法的
人都有体会,在极距较大、电位差信号较小时,同一极距的剖面曲线蹦跳得较厉害。实际上这种现象是电位差测量不准造成的。这也许是前述中,美国仪器做偶极偶极工作时要求n <8的原因之一。另外,还有一个体会,当测量时间间隔较小时(<3s ),
数据质量也不是很好。这都说明,在高密度电法中,有两点需要注意:①极化补偿要有多种方式,一般要
求硬件和软件双重补偿,必要时需要反复循环;②测
量时间间隔不能太短(笔者经验>3s ),这一点与工作效率矛盾。
图4(a )、图4(b )是高密度电法测量系统中,两种出现最大电极电位的情况。电极A 、B 之间的供
电电压都是15V 直流,电极距都是3m ,在断电瞬间开始,每隔1s 测量一次电位变化。经过180s ,电极电位都不能恢复到供电前的水平。可见,极化补偿在高密度电法测量系统中是比较关键的技术。
(2)电极转换开关:对于传统式仪器,电极与电缆是一一对应,但对于分布式仪器来说,智能电极是仪器的关键所在。从主机电缆输出的信号,通过接口电路控制电极转换开关进行电极切换。对此电路的要求是:①抗干扰能力强,正确执行主机的指令,不能有差错,否则造成测量结果不对或对仪器带来损害;②对意外情况有一定的保护功能;③由于电极道数较多,要求道间干扰小,对采集的数据无畸变。
4 高密度电法的应用
(1)国内应用:国内应用高密度电法比较多,领域也较广,据不完全收集,主要有[11～20]:刘晓东等(2002年)将高密度电法用在岩溶灾害调查中用于划分可溶岩区、勘查基岩断裂构造、了解基岩岩溶发育情况等方面;郭铁柱(2001年)使用高密度电法在某水库坝基渗漏勘查中收到了良好的效果;吴长盛(2001年)在某水库堤坝裂缝检测与评定研究中,运
用高密度电法,准确地确定了堤坝的隐患,并提出了水库堤坝隐患治理的建议;王文州(2001年)将高密度电法用在高速公路高架桥岩溶地区地质勘探中。刘晓东等(2001年)在管线探测、物探找水、岩溶及地质灾害调查等工程物探中使用了高密度电法;王玉清等(2001年)在高层建筑选址工作中的应用高
密度电法,对区内浅层溶洞的平面分布情况和空间展布形态,从环境地球物理角度对工程选址及地基处理提出了合理的建议;杨湘生(2001年)在湘西北岩溶石山区找水中应用高密度电法,在确定最佳井
位方面发挥了重要作用;张献民等(1994年)应用高密度电法探测煤田陷落柱,表明该法可有效地探测煤田陷落柱;刘康和等(1994年)采用高密度电法等,查明地表下一定深度的断层;侯烈忠等(1997年)通过对某机场主跑道高密度电法实测资料的处
理和分析,简述了所探测的异常体在多种处理图件上的反映特征及高密度电法在地基勘探中的效果;王士鹏(2000年)在水文地质和工程地质中的应用高密度电法,在寻找地下水,查明采空区,探测岩溶发育带和划分地层诸方面得到了应用。
值得一提的是,王传雷和董浩斌等(1999—2001年)将高密度电法应用于长江堤坝坝体电性随长江水位变化研究中,提出使用高密度电法来监测堤坝隐患的发展①。徐义贤、董浩斌等(2000年)使用高密度电法对树根分布情况进行探测,从而提出对名优树种进行科学施肥的方案②。
归纳起来看,主要应用领域和解决的问题有:水利水电工程:①堤坝探测;②水坝粘土芯墙渗检测;③堤坝灌注质量检测;④堤坝结构体探测;⑤水库堤防渗漏检测;⑥水库堤防裂缝检测;⑦黄河堤防隐患探测;⑧长江堤防垂直防渗墙质量检测。
环境工程地质:①滑坡调查;②边坡软弱夹层调查;③冻土调查;④古岩溶探测;⑤岩溶探测。
工程地质勘察:①基岩面调查;②隧道渗漏探测;③基岩面调查;④断层探测。
城市工程勘察:①城市管线探测;②人防工程探测;③城市地下埋藏物探测;④路面塌陷调查。工程质量检测:①隧道灌浆质量检测;②堤防灌浆质量检测;③煤田采空区处理灌注质量检测。考古、其它工程等。
(2)国外应用:从AGI 公司公布的资料情况看,高密度电法在国外被广泛应用,如:使用拖曳式电极对湖底、浅海海底电阻率分布进行研究;堤坝隐患探① 王传雷,董浩斌.科学技术部重点项目、武汉市配套项目“堤
坝隐患探测技术研究”(1999—2001年).
② 徐义贤,董浩斌.深圳市农科中心北侧树林探测根系试验报
告,2000年.
测;地下水探测;隧道开挖方案确定(尽可能寻找软土层位);污染物侵蚀分布情况探测;岩溶探测等等。
5 展望
(1)二维工作方式将更加完善,特别是数据处理
方面。我国有关部门和单位应该担负起此责任,开发出具有国产知识产权的软件产品。
(2)二维测量中,将同时进行时间域激电测量。该功能在传统式高密度电法仪中难以实现,在分布式仪器中,将能较好地解决。美国AGI 公司、中国
地质大学(武汉)都推出了多用智能电极转换开关,
可同时接金属电极和不极化电极,以便可同时进行电阻率和极化率测量。(3)三维高密度电法测量将得到应用。三维高密度电法由于其测量时间和反演运算时间长等原因,其应用受到影响。国外AGI 公司有相关报道,国内中国地质大学(武汉)也进行了相关研究和试
验[21]。随着仪器水平的提高,软件水平的进步,相信三维高密度电法将广泛应用。
本文应用了国内外相关的文献,但有些来源于Internet ,故有的难以注明出处,为此特向有关人士致谢!
References [参考文献]:
[1] WANG Xingtai ,LI Xiaoqin .T he image reconstruction of electric
resistivity by Zohdy inversion and its application effects [J ].Geo -physical &Ge ochemica l E xp loration ,1996,20(3):228-233(in Chinese ). [王兴泰,李小琴.电阻率图像重建的佐迪(Zo -hdy )反演及其应用效果[J ].物探与化探,1996,20(3):228-233.]
[2] WANG R uo ,WANG Xingtai .2-D resistivity image reconstruc -tion using improved Zohdy invers ion method [J ].Journa l of C hangch un Un iversity of Scienc e and Technol ogy ,1998,28(3):339-344(in Chinese ). [王若,王兴泰.用改进的佐迪反演方法进行二维电阻率图像重建[J ].长春科技大学学报,1998,28(3):339-344.]
[3] ZHANG Dahai ,WANG Xingtai .Rapid least -squaresinversion of
2D apparen t resistivity pseudosection [J ].Compu ting Tech -niques for Ge ophysica l and Geoc hemical E xploration ,1999,21(1):2-8(in Chinese ). [张大海,王兴泰.二维视电阻率断面的快速最小二乘反演[J ].物探化探计算技术,1999,21(1):2-8.]
[4] WANG Feng ,WANG Xingtai .A hybrid inversion method used
simulated annealing and simplex in the res istivity map reconstruc -tion [J ].Journa lof C hangch un Univers ity of Scienc e and Tech -nology ,1998,29(2):175-178(in Chinese ). [王丰,王兴泰.改进的模拟退火方法及其在电阻率图像重建中的应用[J ].长春科技大学学报,1999,29(2):175-178.]
[5] WANG Yunsheng ,WANG Xuming .The interpretation of high
density res istivity data by means of obj ective correlation method
[J].Pros pecting Science&Tec h nology,2001(1):62-64(in
Chinese). [王运生,王旭明.用目标相关算法解释高密度
电法资料[J].勘察科学技术,2001(1):62-64.]
[6] deGROOT-HEDLIN C,CONS TABLE S.Occam六s invers ion
to generate s mooth,two-dimensional models form magnetotel-
luric data[J].Geophysics,1990,55:1613-1624.
[7] SASAKI Y.Resol ution of resistivity tomography inferred from
numerical s imulation[J].Geophysical Pr ospecting,1992,40:
453-464.
[8] LOKE M H,BARKE R R D.Rapid l east-squares inversion of
apparent resistivity pseudosections by a quas i-New ton method
[J].Ge ophys ical Pros pecting,1996,44:131-152.
[9] DONG Haobin.T he distributed and smart multi-channel2D re-
sistivity imaging s ystem[J].Geo-instru ment,1997(4):11-13
(in C hinese). [董浩斌.分布式智能化高密度电法测量系
统[J].地学仪器,1997(4):11-13.]
[10] DONG Haobin.Discuss ion of in2D resistivity imaging and tdem
[A].Chines e Ge ophys ical Engine ering[C].Beijing:S eismic
Publ ishing House,2001(in Chinese). [董浩斌.高密度电法
和瞬变电磁法几个问题探讨[A].中国工程地球物理检测技
术2001[C].北京:地震出版社,2001.]
[11] LI U Xiaodong.The application of high density electrical method
to karst geological survey in Yichun City[J].The Chinese Jour-
na l of Ge ological Haz ardan d C ontrol,2002,13(1):72-75(in
Chinese). [刘晓东.高密度电法在宜春市岩溶地质调查
中的应用[J].中国地质灾害与防治学报,2002,13(1):72-
75.]
[12] GUO Tiezhu.The application of high dens ity el ectrical method to
leakage detecting in Chongqing Reservoir Dam[J].Beijing Wa-
ter Res ources,2001(2):39-40(in Chines e). [郭铁柱.高密
度电法在崇青水库坝基渗漏勘查中的应用[J].北京水利,
2001(2):39-40.]
[13] W U Changsheng.Detecting technology of dam leakage of Beida-
gang R eservoir[J].Water Res our c es and Hydroelectric Tech nol-
ogy,2001(5):61-63(in Chinese). [吴长盛.北大港水库
堤坝裂缝检测与评定技术研究[J].水利水电技术,2001(5):
61-63.]
[14] WANG Wenzhou.T he appl ication of geophysical prospecting for
geological surveys in karst region of highw ay[J].Foreign and
C h ines e Highway,2001(4):56-58(in Chinese). [王文州.
物探技术在高速公路岩溶地区地质勘探中的应用[J〗.中外
公路,2001(4):56-58.]
[15] LI U Xiaodong.Practical examples for engineering geophys ics by
high dens ity electrical method[J].Geotec h nical I nvestigation&
S ur veying,2001(4):64-66(in C hinese). [刘晓东.高密
度电法在工程物探中的应用[J].工程勘察,2001(4):64-66.] [16] WANG Yuqing.The application of comprehensive physical
prospecting in selecting address on high building[J].Henan Ge-
ology,2001(3):208-211(in Chinese). [王玉清.综合物
探在高层建筑选址工作中的应用[J].河南地质,2001(3):
208-211.]
[17] YANG Xiangsheng.Application of high dens ity e-phase method
for prospecting undergroud w ater in karst mountain area in
Northw estern Hunan[J].Hunan Ge ology,2001(3):230-232
(in C hinese). [杨湘生.高密度电法在湘西北岩溶石山区
找水中的应用[J].湖南地质,2001(3):230-232.]
[18] ZHANG Xianmin.The application of the high-density electrical
method to the detection of coalfield depress ed pillars[J].Geo-
physical&Ge ochemica l E xp loration,1994(5):363-370(in
Chinese). [张献民.应用高密度电法探测煤田陷落柱[J].
物探与化探,1994(5):363-370.]
[19] LI U Kanghe,PANG Xuemao.T he geophysical prospecting and
its effect in dam address selecting in Daliushu Dam of Yellow
River[J].Y ell ow River,1994(1):30-32(in Chinese).
[刘康和,庞学懋.黄河大柳树坝址区物探方法及其效果浅析
[J].人民黄河,1994(1):30-32.]
[20] HOU Liezhong,QIU Xingguo,LUO Yi.T he effectiveness of
high dens ity electrical method in foundation detection[J].Coal
Ge ology&Exp l oration,1997(4):58-60(in Chinese).[侯烈
忠,秋兴国,罗奕.高密度电法在地基勘探中的效果[J].煤田
地质与勘探,1997(4):58-60.]
[21] DONG Haobin,W ANG Chuanlei.3D electrical imaging surveys
and its experiments[J].Collection of2001An nual Meeting of
the Chines e Geophysics,2001(in Chinese). [董浩斌,王传
雷.三维高密度电法试验[J].中国地球物理年刊,2001.]
DEVELOPMEN T AND APPLICAT ION OF2D
RESIST IV IT Y IMAG ING SURVEYS
DONG Hao-bin, WANG Chuan-lei
(G eophysics Department,China University of Ge osciences,Wuhan430074,China)
A bstract:The development of2D resistivity imaging survey s is introduced including electrodes array,data in-version and instrument.The switch time of current electrodes,SP com pensating and sw itches of m ulti-elec-trodes are the special technology in the instrument of multi-electrodes system.Some examples of application of 2D resistivity imaging surveys are represented over m any domains.The developing tendencies of2D resistivity imaging surveys are also discussed.
Key words:2D resistivity im aging surveys;electrodes array;inversion softw are;instrument;resistivity CT
1 前言 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。 2 问题及分析 2.1 有效数据的分辨 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？ 我曾不少次碰到这样的情况：一些技术人员需要得到高密度电阻率法解释方面的帮助，可实际上，其原始数据的质量太差，根本无法进行资料解释，原始数据不行，就是再高级的大师也无法帮忙。如果在得到此类数据却不自知的话，其后果可想而知。这种情况在初学者中很普遍，而在一些多年的“老手”也会存在，如果其未对此进行过深入思考的话。 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，应及时发现此类异常并及时处理。 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。 X(m) A B /3(m )A 剖面 X(m)A B /3(m ) B 剖面 图1 典型的无效剖面 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
高密度电法在水面岩土勘查中的应用 李瑞华伍群才 （江西省勘察设计研究院江西南昌） 1 前言 江西某高速公路选线岩土勘察中。勘察线路穿越了多处水域，最宽水面2km。为不影响当地农民的渔业养殖环境。设计方确定在穿越水域部分勘察线路进行高密度电法勘查工作。目的是通过开展高密度电法工作，初步查明场内岩土层的分布，为确定下一步工作方案提供依据。 2、高密度电法勘探的基本基本原理 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。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，而民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 3 基本地质概况 （1）地层 勘察区域出露的地层有：①第四系残坡积物（Q2el-dl）粉质粘土，岩性成分为褐黄、褐红色、棕红色粉质粘土夹碎石的粘土和粉土，厚度3.0～15.0米；②寒武系（∈）页岩：为灰黑色。隐晶质结构，泥质、碳质胶结，页理构造。③寒武系（∈）灰岩：为灰黑色。隐晶质结构，泥质、碳质胶结，中～厚层构造。 （2）地球物理特征 场地的岩土（水）体电性特征：湖水100～120Ω·M；粉质粘土层30～100Ω·M；页岩、炭质页岩30～60Ω·M；灰岩、炭质灰岩100～300Ω·M。本区各地层存在一定的电性差异，具备较好的地球物理勘察前提。 4 现场施工 （1）仪器设备 本次高密度电法工作使用的仪器为重庆地质仪器厂生产的DZD-6型/DUK－2型电法测量系统及配套辅助设备。 （2）装置技术 高密度电法的电极装置采用温纳装置。最小间隔系数为1，最大间隔系数为14，电极点距5米。探测深度为60米，满足勘查工作要求。 （3）野外作业 水上作业采用干毛竹作为载体，将一个排列的测量电极按一定的电极距固定在毛竹上，利用机动船牵引至勘探剖面处，左右两端利用船体抛锚固定。示意图见下图1。 图1 水面高密度电法勘查示意图
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1 前言 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。
2 问题及分析
2.1 有效数据的分辨
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？
我曾不少次碰到这样的情况：一些技术人员需要得到高密度电阻率法解释方面的帮助，
可实际上，其原始数据的质量太差，根本无法进行资料解释，原始数据不行，就是再高级
的大师也无法帮忙。如果在得到此类数据却不自知的话，其后果可想而知。这种情况在初
学者中很普遍，而在一些多年的“老手”也会存在，如果其未对此进行过深入思考的话。
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，应及时发现此类异
常并及时处理。
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。
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论高密度电法探测技术及其工程应用 发表时间：2019-07-17T14:51:34.510Z 来源：《基层建设》2019年第12期作者：徐伟[导读] 摘要：电法勘探作为一种常见的地球物理勘探方法，经常在实际工程中得以运用。 广州市天驰测绘技术有限公司 510663摘要：电法勘探作为一种常见的地球物理勘探方法，经常在实际工程中得以运用。本文对高密度电法探测技术及其工程应用进行分析和了解。 关键词：高密度电法；探测技术；工程应用引言： 高密度电法是电法勘探方法的一部分，它相对于普通勘探方法具有多快好省的特点，因此它经常在城市工程、地质工程、管线工程和考古工作等方面发挥了重要的作用，并且以其自身的特点取得了良好的效果。高密度电法测试装置有很多，如：温纳装置、微分装置、偶极装置、温施装置等。 一、高密度电法的发展及现状 密度电法最早应该是从二十世纪六七十年代开始的，在那之前只有传统的电法，可是传统电法却有着相当大的弊端，所以科学家们都在大力对电法勘探进行改进研究，通过大量的研究以后把阵列的思想结合到了电法勘探应用之中，而在这个研究过程中，最早研制出相关的仪器的是英国的一个科学家，他研制出了一个叫做电测探装置的仪器，这也可以认为是高密度电法最开始的模式。然后等到二十世纪八十年代，日本通过了电极转换的思想将野外高密度电法的数据采集工作变成了现实，虽然当时的技术并不完善，还有很多地方存在不足，没有让高密度电法的特点和优势得到充分的利用，可是不得不说那时高密度电法勘探技术的基本思想已经基本上得到了充分的体现。而在这之后，世界多个国家的研究学者也开始对高密度电法进行深入研究，其中代表性的国家有：中国、英国、美国、意大利、加拿大、法国等等。他们进行了很多对高密度电法的基本原理和相关工程应用的研究，通过将理论和实际情况互相结合的方法，逐步对高密度电法的理论和技术进行改进和完善，而在这个阶段高密度电法的发展也可以说是达到了一个新的高度，在这个过程中也出现许多代表性的探测仪器和装置等。 二、高密度电法基本原理 高密度电法以地下岩土的电性差异作为基础，有效的对程控式地下探测仪和程控式地下电极转换仪进行利用，来实现对测线数据的测量、采集、存储等工作，然后对测得数据进行数据处理得到其地下视电阻率剖面图，通过对剖面图进行合理的分析和解释，推断此区域的实际地下地质情况。 需要做的是将需要测试的电极埋设在具有一定的电极间距的测点之上，电极间距通常在1m-10m的范围之间。电极转换开关是一种自动控制的装置，主要是通过单片机对其进行控制，然后可以根据需要自行选择合适的电极装置形式，或者对电极极距和测点随时进行转换控制。所需要的电极信号就是通过电极转换装置送入测量主机对数据进行储存，储存完毕后将数据导入计算机，运用相关的软件对数据进行处理，然后通过彩色绘图机绘制彩色剖面图。图1为高密度电法探测系统图，图2为高密度电法装置线路连接示意图。 三、高密度电法数据处理与分析 在进行高密度电法数据处理过程中，首先需要做的就是对野外探测所得到的数据的格式进行相应的转化，利用剔除坏的数据、数据拼接以及校正畸变数据等方法对测得的数据进行一定的处理，最后通过高密度电法反演，得到反演的效果图。下图即为高密度电法数据处理流程图：
高密度电法工作方式 2008年08月29日星期五 06:30 P.M. 一、电极检查。 将测线上的电极依次两个一组地与M、N测量输入端接通，每步的电极转换规律如下： 第一步： M=1#，N=2# 第二步： M=2#，N=3# …… 第五十九步: M=59#,N=60#. 二、工作方式 1、（WN）温纳 它的电极排列规律是：A，M，N，B（其中A，B是供电电极，M，N是测量电极），随着极距系数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，设电极总数60，n（MIN）=1，n（MAX）=16，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。 2、(SB1)施伦贝尔1 电极排列规律是：A，M，N，B测量过程中： MN固定不动，AB按隔离系数由小到大的顺序逐次移动，然后将MN 向前移动一个点距，再重复上诉过程。 数据按隔离系数由下到大的顺序分层存储，结果为矩形区域。 例如测定16层时，M=17#，N=18#,A=16#—1#移动，B=19#—34#移动（第一测深点）。当第二测深点时，A=17#开始，M=18#，N=119#,B=20#开始，方式同上。之后，以此类推。 这种方法分辨率高，效率高，劳动力低。 3、（SB2）是施伦贝尔2
高密度电法的发展与应用 董浩斌, 王传雷 (中国地质大学地球物理系,湖北武汉430074) 摘 要:文中从电极排列、反演处理方法、仪器等几个方面,介绍了高密度电法的发展,说明了所有电极排列方式是从对称四极、单极偶极和单极单极发展而来。在反演方法软件方面,介绍了基于圆滑约束最小二乘法及计算机反演快速计算程序。同时,提出供电时间、极化补偿和电极转换开关是高密度电法仪器发展的关键技术。文中列举了高密度电法在多个领域的应用简况,最后提出了高密度电法在今后发展的趋势为高密度激发极化法、三维高密度电阻率法。关键词:高密度电法;电极排列;反演软件;仪器;电阻率成像 中图分类号:P631.3 文献标识码:A 文章编号:10052321(2003)01017106 收稿日期:2003 01 10;修订日期:2003 0220 基金项目:国家“九五”重点攻关项目(96-221-01-02) 作者简介:董浩斌(1964— ),男,博士,教授,地球物理及智能化仪器专业,主要从事地学、工控等智能化仪器仪表的研究开发、信号处理等研究和教学工作。 1 高密度电法发展概况 这里的高密度电法指的是直流高密度电阻率法,但由于从中发展出直流激发极化法,所以统称高 密度电法。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(几十至上百根)置于测点上,然后利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现数据的快速和自动采集。当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物理解释的结果。显然,高密度电阻率勘探技术的运用与发展,使电法勘探的智能化程度大大向前迈进了一步。由于高密度电阻率法所具备的上述优势,因此相对于常规电阻率法而言,它具有以下特点:(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曲线形态,脱机处理后还可以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,勘探能力显著提高。 关于阵列电探的思想在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 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板实现了野外高密度电阻率法的数据采集,只是由于整体设计的不完善性,这套设备没有充分发挥高密度电 阻率法的优越性。80年代后期,我国原地质矿产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,也研制成了几种类型的仪器。 目前,研究高密度电法的方法技术和仪器的主要有中国地质大学等,生产仪器的还有原长春地质学院、重庆的有关仪器厂家。 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。 2 高密度电法电极排列的发展 (1)高密度电阻率法测量方式:高密度电法开始 时,研究的排列方式主要有3种:α,β和γ[1～8]。现 第10卷第1期2003年3月 地学前缘(中国地质大学,北京) Earth Science Frontiers (China University of Geosciences ,Beij ing )Vol .10No .1 M ar .2003
实验二高密度电法实验 一、实验目的 1.学习高密度电阻率法数据采集工作方法；了解数据处理的基本流程。 二、高密度电法的勘探原理 高密度电法的基本工作原理与常规电阻率法大体相同。它是以岩土体的电性差异为基础的一种电探方法,根据在施加电场作用下地中传导电流的分布规律,推断地下具有不同电阻率的地质体的赋存情况。高密度电法数据采集系统由主机、多路电极转换器、电极系 3 部分组成。多路电极转换器通过电缆控制电极系各电极的供电与测量状态。主机通过通讯电缆、供电电缆向多路电极转换器发出工作指令、向电极供电并接收、存贮测量数据。数据采集结果自动存入主机,主机通过通讯软件把原始数据传输给计算机。计算机将数据转换成处理软件要求的数据格式,经相应处理模块进行畸变点剔除、地形校正等预处理后,做视电阻率等值线图。在等值线图上根据视电阻率的变化特征结合钻探、地质调查资料作地质解释,并绘制出物探成果解释图。 三、实验内容及步骤 （一）实验内容 本实验在室外采用温纳装置做剖面观测，学习电法勘探的野外工作过程和仪器操作，对观测的数据进行整理，编写实验报告。 （二）仪器 高密度电阻率勘探工作仪器包括测量系统和反演软件系统。测量系统包括WDJD-3多功能数字直流激电仪（测控主机）和WDZJ-3多路电极转换器。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。（三）装置形式 采用的装置形式为：固定断面扫描装置α排列（温纳装置AMNB）见图1-1。测量时，AM=MN=NB为一个电极间距，A、B、M、N逐点同时向右移动，得到一条剖面线；接着AM、MN、NB增大一个电极间距，A、B、M、N逐点同时向右移动，得到另一条剖面线；依此不断扫描下去，得到倒梯形断面，由于供电电极AB和MN均按一定比例增大，所以在反映深部信息是
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
高密度电法勘探实习报告 一、基本原理 高密度电法指的是直流高密度电阻率法,但由于从中发展出直流激发极化法,所以统称高密度电法。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(几十至上百根)置于测点上,然后利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现数据的快速和自动采集。当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物理解释的结果。显然,高密度电阻率勘探技术的运用与发展,使电法勘探的智能化程度大大向前迈进了一步。由于高密度电阻率法所具备的上述优势,因此相对于常规电阻率法而言,它具有以下特点: (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2～5 s) ,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,脱机处理后还可以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,勘探能力显著提高。 高密度电法的基本原理与传统的电阻率法完全相同，不同的是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。由于使用电极数量多，而且电极之间可以自由组合，这样可以提供更多的地电信息，使电法勘探能像地震勘探一样使用覆盖式的测量方式。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，不仅采集速度快，而且避免了由于人工操作所引起的误差和错误；(4)可以实现资料的现场实时处理和脱机处理，大大提高了电阻率法的智能化程度。 按布线方式分类。一、集中式高密度电法测量系统：如WGMD-3 WGMD-4高密度电法测量系统，它以WDJD系列多功能数字直流激电仪为测控主机，再配以WDZJ系列多路电极转换器。二、分布式高密度电法测量系统：如WGMD-9超级高密度电法测量系统，它以WDA系列超级数字直流电法仪为测控主机，在配以分布式开关电缆，即可完成测量工作。
高密度电法在工程物探中的应用 摘要:近几年，高密度电法由于其经济性、快速性、简易性等优点，在工程勘察中的应用程度越来越广。本文首先对高密度电法的原理进行了简要描述，并举出应用的实例加以分析，阐述了对反演成果的评价问题，展望了高密度电法大力发展的美好前景。 关键词:高密度电法；工程物探;应用；反演处理 前言 高密度电法作为一种先进的直流电法勘探技术，具有测点密度高，信息量大，对探测对象不造成损伤，成果直观、准确、高效等特点，己被广泛应用于我国的矿产开发及工程建设中。而由于地球物理反演方法在不断地完善，高密度电法的电阻率成像水准己经有了很大提高，从曾经的一维跨度到了三维，极精确地的完成了解释精度的跨越。高密度电法己经相对成熟，具有快速、经济、渐变、有效、应用广泛的优点。它的应用领域很广，特别是工程物探领域。 1高密度电法工作原理及特征识别 1. 1工作原理 高密度电法是根据水文、工程及环境地质调查的实际需要而研制的一种电阻率法，是以岩、矿石之间电阻率差异为基础，通过观测和研究与这些差异有关的电场在空间上的分布特点和变化规律，来查明地下地质构造和寻找地下不均匀电性体(岩溶、风化层、滑坡体等)的一类勘查地球物理方法。高密度电法在数据采集过程中组合电阻率剖面和电阻率测深的两种方法观测系统，因而，采集数据量大，数据观测精度高，在电性不均匀体的探测中取得良好的地质效果。 如图1所示，当以地面A1 、B1为供电点，向地下输入电流强度为I的电流时，地下形成稳定电场E，以A1 、B1的中点()为中心，1/3A1 B1长的范围内电场为均匀场，在此范围内安置测量电极M、N得到电位差△U，其中k为装置系数，不同的测量装置的装置系数不同，由此可得视电阻率计算公式: 高密度观测系统包括数据的采集和资料处理两部分，现场测量时，只需要将全部电极设置在一定间隔的测点上，观测密度远比常规的电阻率法大，测点间隔一般为1-10m。采用多芯电缆连接到程控式多路电极开关上，电极开关式一种由单片机控制的电极自动转换装置，可以根据需要自动进行电极装置形式、极距及测点的转换。不同装置电极逐点同时向右移动的得到第一条剖面;增大一个电极距离，电极再次逐点由左向右移动，得到另外一条剖面，这样不断扫描得到倒梯形剖面。
高密度电法在工程勘察中的应用 在建设发展中，遇到越来越多的复杂岩土地基，传统的勘察测量方法很难满足实际需要。因此，本文分析了高密度电法的原理、特点，列举高密度电法在工程实例。浅述了高密度电法的实际应用。 标签：高密度电法工程勘察应用 随着工程勘察市场竞争日益激烈，很多的勘察单位为了提升自身综合实力，不断引进各种先进的原位测试方法，以提高勘察的技术水平和精度。其中高密度电法能够对整个场地进行全方位的测深勘察，对岩土地层进行合理的划分，可以有效保证实际工作中的准确、效率。因此，本文就针对高密度电法在工程勘察中的应用展开浅述。 1高密度电法法系 高密度电法兴起与上个世纪80年代，随着科学技术的发展，电极转换器的研发成功，使得数据采集效率不断提高。与传统的电法相比，高密度电法的信息量更大，可以充分利用实测数据进行反复的分析。 1.1高密度电法的工作原理 在实际勘察测量过程中，采用高密度电法最重要的前提就是岩土工程介质中在导电性能方面，存在不同程度的差異。在使用过程中，高密度电法会通过A 和B两个电极向地下通电，从而建立一个人工电场，通过工作人员对地上M和N的电极测量电位差，然后记录下每个记录点的视电阻率值。把测量出来的实测视电阻率值输入到电脑中，再经过合理有效的处理和解释后，进行地层的划分。与其他一般电法不同，高密度电法是一种阵列勘探。工作原理及工作系统示意详见图1、图2。 1.2高密度电法的主要特点 高密度电法就是高密度条件下的电阻法，主要根据岩石和土壤不同的导电性为基础，是一种在施加稳定电流场的前提下，分析和研究地下传导电流分布规律的方法，其测排点距离小。高密度电法能够进行二维地电断面测量，还可以进行多种电极排列方式的扫描探测，具有点距小、采样密度高的特点；另外，高密度电法的另一个重要特点就是可以采用交叉测量和供电方式，最大限度的提高分辨能力，降低外界因素的干扰。 1.3高密度电法的优势 高密度电法需要的成本较低、效率很高，信息采集全面。尤其适合完成目标体埋深较浅、规模较小、工程量不大的地质勘察任务。其稳定性和可靠性不断提
二维高密度电法反演程序 ver.3.6 for WIN98/Me/2000/XP/2003 使 用 说 明
一、安装软件 当您拿本软件光盘后，双击2DRES，将软件解压至C:\2DRES目录中，插入USB加密锁后，双击2DRES.EXE即可运行该二维高密度电法反演程序。 如果你的操作系统是Windows98，则需安装USB加密锁驱动程序。 （1）点击DONGLE.exe，安装USB加密锁驱动程序。 （2）在98下插入USB加密狗后，提示寻找驱动程序，点击下一步，选择“搜索设备的最新驱动程序（推荐）”再点击下一步,找到C:\windows 目录，点击下一步，提示“请插入标签为......”点击确定后找到 C:\windows\system32\drivers”点击确定便可找到并安装该驱动程序。 以下是软件自带的一些示例数据可用于测试软件的全部功能： LANDFILL.DAT 有50个电极的温纳排列 GRUNDFOR.DAT 不规则数据分布的温纳排列 ODARSLOV.DAT 高阻体上的温纳排列 ROMO.DAT 另一个大型温纳排列 DUFUYA.DAT 有300根电极且超过1200个数据的温纳排列 GLADOE2.DAT 含有地形信息温纳排列 BLOCKWEN.DAT 带有坏数据点的温纳排列 BLOCKDIP.DAT 偶极－偶极排列 BLOCKTWO.DAT 单极－单极排列 RATHCRO.DAT 带有地形信息的温纳排列 PIPESCHL.DAT 温纳—施伦贝谢尔排列 WATER.DAT 水下测量 MODEL101.DAT 一个很大的数据文件，需64兆内存以上 DIPOLEN5.DAT 偶极排列方式，“n”为非整数 BLUERIDGE.DAT 不同“n、a”的偶极排列方式 WENSCHN5.DAT n为非整数的温纳－施伦贝谢尔排列方式 PDIPREV.DAT 单极－偶极排列方式 POLDPIN5.DAT n为非整数的的单极－偶极排列方式 OHMMAPPER.DAT 移动测量系统 KNIVSAS.DAT 中间梯度排列 IPMODEL.DAT 极化数据（IP） IPSHAN.DAT PFE的极化数据 IPMAGUSI.DAT 含金属因子的极化数据 IPKENN.DAT 带有相位角度的极化数据
高密度电阻率法实习报告 专业： 姓名： 学号： 指导教师： 2014/11/5
一、实验目的 在实际地质勘察的工作中，物探技术是必不可少的，其具有使用方便、快捷、成本小的优点，可以迅速的获取工程区域的相关地层地质情况。高密度电阻率法又是其中使用非常广泛的一种物探方法，是工程地质人员在今后的工作中经常使用的一种技术手段，所以我们有必要熟练的掌握高密度电阻率法的试验方法和数据解释。 二、实验原理 高密度电阻率法是结合电剖面和电测深的直流勘探方法，它是在常规电阻率法的基础上发展起来的，仍然以岩土体的电性差异的为基础，研究在施加电场的作用下，地下传导电流的变化规律。但它相对传统电阻率法而言，具有观测精度高、数据采集量大、地质信息丰富、生产效率高等优点。一次布极可以完成纵、横向二维勘探过程，既能反应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纵向的电性变化的情况，具备电剖面法和电测深法的综合探测能力。 高密度电阻率法的探测深度随着供电电极距的增大而增大，当隔离系数n主次增大时电极距也逐次增大，对地下深部介质的反应能力亦逐步增加。由于岩土剖面的测点总数是固定的，因此，当极距扩大时，反映不同勘探深度的测点将依次减少。通常把高密度电阻率法的测量结果记录在观测电极的中点、深度为na的点位上，整条剖面的测量结果就表示成为一种倒三角梯形的电性分布及工作剖面。 此次试验高密度电法用到两种装置： α排列（温纳装置AMNB）：Kα=2πa β排列（偶极装置AMBN）：Kβ=6πa
三、实验内容及步骤 测区：兰州大学榆中校区东区教学楼南侧草坪，测区地势平坦，地表植被除傍边有一排行道树外均为矮小杂草，见图1。 图1 测线布置方式：沿正东的方向布置单条侧线，电极间距a=8m，共n=32个电极。装置方式为温纳四极和偶极法依次进行。 步骤： （1）检查实验仪器; （2）将所用钢钎沿测线方向间隔一定距离插入土层中，要求与土层良好接触，将测线固定在钢钎上，使其相互接触； （3）将测线与仪器连接，进行电阻检测，检查各段测线与钢钎是否良好接触； （4）根据布设情况，选定参数及试验方法，开始测量； （5）将所得的视电阻率数据运用反演软件RES2DINV进行数据处理； （6）根据数据处理得到的地层剖面情况结合所测区域的地质情况，做出合理的地质解释。
高密度电法在工程勘察中的应用 潘文龙 山西阳煤集团碾沟煤业有限公司山西阳泉 【摘要】高密度电法属于工程勘察中比较常用的一种物探方法，其具有工作效率高、自动化程度高、异常现象直观等特点，因此在煤矿工程开采过程中得到了广泛的应用。借助高密度电法可以对煤矿井下的采空区、断层、含水层等有个直观的了解和掌握，从而为煤矿工程后续的开采工作提供一定的借鉴和参考，有效的降低了不必要的灾害，提高了煤矿工程的开采效率。 【关键词】高密度电法；煤矿工程勘察；应用 高密度电法在煤矿开采阶段得到了广泛的应用，其能够获取更加丰富、全面的地质信息，可以准确的对地下介质的地电情况进行反映，从而更好的提高了煤矿工程勘察的效果和质量。在煤矿生产过程中，地下空洞（裂隙、空隙等）、采空区、断层、含水层等，这些都会对煤矿工程的正常开采产生或多或少的影响，借助高密度电法能够对上述现象进行准确的探测，从而为煤矿的正常、安全开采提供保障。 1.高密度电法概述 1.1高密度电法含义 实际上，高密度电法隶属于电阻率法的范畴，其一般是在常规电法勘探的基础上进行不断的改进和创新而发展起来的一项新技术手段。高密度电法是根据岩土体的电性差异来进行判别的，通过对地下岩体施加电场，来发现地下传导电流的分布和变化规律。实际上，高密度电法是借助微机来对测量电极和供电电极进行有效的选择和控制，这样不仅可以有效的提高设备的数据采集效率，而且还能提高测量的准确性。 高密度电法是阵列勘探方法，在进行野外测量的过程中，一般需要把几十至上百根电极按照一定的方式置于测点上，借助微机工程电测仪和程控电极转换开关就能够实现对数据的快速采集。然后把测量的结果传送至微机上对数据进行针对性的处理，从而获取地电断面分布的解释结果。同时，电阻率剖面图是高密度电法测量中比较常用的表示方法，其一般采用拟断面彩色图、等值线图或灰度图来对相关数据进行有效的采集，其能够直观的反映地电断面任何一个测点的电阻率变化情况，因此在煤矿工程勘察中得到了广泛的应用。 1.2高密度电法的特点
****高速公路西段K275（原K101）滑坡 工程地质物探报告 2011年9月
目录 1、前言 ................................................ 错误!未定义书签。 2、工程概况 (1) 2.1、第四系地层 (2) 2.2、燕山期中粗粒（混合）花岗岩 (2) 3、工作目的与任务解释 (2) 4、探测对象地球物理前提分析 (3) 5、探测依据的标准和规范 (4) 6、剖面布置及完成工作量统计 (4) 7、探测原理及数据处理解释 (6) 7.1、探测原理 (6) 7.2、质量评价 (7) 7.3、数据处理与资料解释 (7) 8、纵剖面解释 (8) 8.1、II-II剖面解释 (8) 8.2、III-III剖面解释 (8) 8.3、IV- IV剖面解释 (11) 8.4、V- V剖面解释 (13) 8.5、加I剖面解释 (13) 9、横剖面解释 (16) 9.1、横剖面1-1解释 (16) 9.2、横剖面2-2解释 (17) 9.3、横剖面3-3解释 (18) 9.4、横剖面4-4解释 (19) 10、综合电法层析成像剖面解释 (19) 11、截水隧洞纵剖面解释 (22) 11.1、隧洞SD3-4剖面解释 (22) 11.2、隧洞SD4-5剖面解释 (23) 11.3、隧洞SD2-5剖面解释 (24) 11.4、隧洞SD5-6剖面解释 (25) 11.5、隧洞综合地质解释 (26)
1、工程概况 ****区域为华夏陆台多轮回造山区，地质构造运动和岩浆活动频繁。侏罗纪燕山期造山运动基本奠定了本地区现代地貌的轮廓。在地球史上距今最近的是“喜马拉雅山运动”，使汕尾地区表现为断裂隆起和多处塌陷，产生了侵蚀剥削和堆积，北部上升，南部下降。以后的新构造运动继续抬高，使花岗岩逐步暴露地表，形成广阔的花岗岩山地，丘陵及台地。 工区为粤东沿海平原丘陵区，属亚热带海洋季风，全年气候温暖湿润，雨量充沛，年平均气温为21.8℃，年平均降雨量为1828mm，并常受台风侵袭。常年的日照和雨水侵袭，加速了表面岩石的风化，致使路线所经地区地质情况复杂。平原地区一般为中粗砂表面厚度不等的淤质泥土，地下水位较高，软土地基较多；而丘陵区地形复杂，横坡较陡，起伏甚大，一般为强风化的页岩和花岗岩，林木植被茂密，交通发达。工区交通位置图见下图1所示。 图1 工区位置分布图 该段公路近东西走向，滑坡路段位于粤东海丰县境峨埠至鲘门的低山丘陵地带，属构造剥蚀地貌类型。后山体的总体走向为近东西向，滑坡平缓开阔，呈南陡（60~70°）北缓（15~20°）舒缓地形，山顶海拔200~250m，坡缘海拔30~35m。由南向北滑坡体呈半圆状，
烈山污水截流管道提工程 物探报告 二0一六年六月
报告名称：烈山污水截流管道提工程物探报告单位：物探院 项目负责：嵇星华 编写人：嵇星华 物探院 二0一六年六月
目录 1、工程概况 (4) 1.1、探测区地质概况 (5) 1.2、探测区地质概况 (5) 2、探测对象地球物理前提分析 (5) 3、探测依据的标准和规范 (6) 4、仪器设备 (6) 5、工作布置及完成工作量统计 (6) 6、探测原理及数据处理解释 (7) 6.1、探测原理 (7) 6.2、质量评价 (7) 6.3、数据处理与资料解释 (8) 7、剖面解释 (8) 7.1、雷河物探横剖面图 (9) 7.2、致富路物探横剖面图 (10) 7.3、琪嘉物探横剖面图 (11) 8、结论及建议 (14)
前言 1、工程概况 烈山污水截流管道提工程位于烈区，本次工作分别为雷河、致富路、琪嘉路道路两旁的绿化带内，地势较平坦，交通便利，见物探工作示意图（图1）。我院受委托开展该项目的工程物探工作。2016年6月9号设备、仪器进场开始野外工作，2015年6月11日结束野外转入室内数据处理，综合分析报告编写工作，2016年6月13提交物探成果报告。 （图1）
1.1、探测区地质概况 本区地下水动态变化主要受大气降水和蒸发因素的影响，地下水丰水期多现于6～9月份，枯水期多出现于12月至第二年2月。年水位变幅2.0m左右。本次勘查期水位埋深大约为4.0～4.3m。 根据以往地质资料，场地内埋深10.0m以浅地基土自上而下可分为四个地层，主要特性分析如下： ①层杂填土（Q4ml）:灰黄、黄褐色，松散，潮湿，主要由混泥土路面、石块及煤矸石结 构组成。本层厚度1.0～2.1m。 ②层黏土（Q4al）:黄褐色，可塑，光泽反应有光泽，干强度高，韧性中等，夹薄层粉土， 本层层底埋深3.5.0～4.4m。本层厚度1.3～3.4m。 ③层粉质黏土（亚黏土）（Q4al）：黄褐～青黄杂，可～硬塑状态，干强度高，韧性中等， 含砂礓，本层层底埋深3.5～4.4m，厚度4.2～5.0m。 ④层粉砂（Q3al）：浅黄色，饱和，中密状态，土质均匀。本层层底埋深4.4m以下（未揭 穿），最大揭露厚度1.9米。 1.2、探测区地质概况 本次烈山污水截流管道提工程物探勘察的目的主要是查明污水管道铺设路线地下隐伏的管线等地质情况，为该污水截流管道提工程管道的铺设路径及施工方法提供指导性科学依据。 2、探测对象地球物理前提分析 城市地下管道主要包括煤气、自来水、污水、雨水、通讯、暖气管线等等。地下管线在地面以下层层交错，错综复杂，形成了网状的地下管网。从制作材质上来说，地下管道可分为金属和非金属管道，其中非金属管道占据了很重要的一部分，施工过程中，为避免损坏地下管线，需要查阅施工区域的地下管线资料，但实际中，往往查阅不到精确、详细的资料，因此，地下管道的探测是一项很重要的任务。一般说来，在淮北平原地区，无论是金属材质的管道还是混凝土管道，在视电阻率或反演模型电阻率剖面上都呈现高阻反映。因为在埋设金属管道时，要在其表面包裹防锈防腐塑料布或涂复具有同样效果的涂层，管道沟内及管道周围大量投放碎石和砂土，完全覆盖后还要进行夯实碾压。反映在实际探测中，与管道周围的土层相比，应当呈现出相对高阻的闭合圈。此外，如钢质供水管道和钢质煤气管道的外面都包裹有塑料防腐材料，供热的钢质管道更包裹有一定厚度的泡沫海绵及橡胶保护层，地下集束型通讯电缆、光缆的塑料外皮毫无疑问属于高绝缘材质，其铺设需要事先埋置塑料材质的外保护管，这些外管也都是高绝缘物质，与周围相对低阻土层有明显的电性差异。因此，通过这种地电性质，我们可以很轻易的利用电阻率方法来找到管线的分界面。这一特性构成
注意事项 1. 如果您是首次使用WGMD-4高密度电法系统，请您先仔细阅读本手册， 并留意其中的注意事项。 2. 每次测量工作前，必须确保各仪器有电，若电池电量不足，要重新对其 进行充电，以免影响测量工作。 3. 测量前必须把AB供电电极、MN测量电极接好，供电电极接仪器的A、 B（∞）接线柱，测量电极接M、N接线柱。严禁将A、B、M、N相互混接。 4. 使用集中式高密度开关工作时，直流高压不能高于400V、电流不能大于 2.5A；使用分布式高密度电缆工作时，直流高压不能高于800V、电流不 能大于3A。 5. 高密度电阻率法进行分布式测量时，除了跨孔偶极装置需要用到两个分 布式电缆插座外，其余15种装置只能在两个插座中任接一个。 6. 对于新的工作测线，在测量前，请首先设置正确的工作参数。 7. 如仪器显示“供电电流过大!”，请关掉电源检查AB是否短路。 8. 高密度电阻率测量时，在整个断面的长度内，每根电极的接地电阻相差 不要太大，尽量减小接地电阻，以利于供电，若表层土壤干燥，应浇水或打深电极保证电极接地良好。 9. 测点的电压VP值最好大于10mV以上，一般要求供电电流IP大于 100mA以上，不能满足要求时应采取措施减小接地电阻、增加供电电压、电阻率不能有负值，否则应查找原因，重新测量。 10. 与仪器配套工作的电缆不能破损、各插头连接处一定要确保干燥、更不 能进水、泥沙。否则轻则导致电缆绝缘过低，影响测量的数据质量；重则烧毁电缆甚至是仪器。 11. 定期检查WDZJ-4的绝缘性能，WDZJ-4的“1～30插座”、“31～60插 座”的每根针与面板上A、B、M、N接线柱绝缘均≥500Ω（500VMΩ表），若绝缘性能达不到上述要求，应及时与我们联系。 12. 出工前需对仪器进行检测、配套工作的电缆进行自检，确保电缆与主机 都能正常工作。 13. 仪器不应长期存放在潮湿或有腐蚀性气体环境中。 14. 严禁将仪器工作或存放在-20℃以下温度的环境中。 15. 下雨时尽量不要开展工作，特别是地表积水太多时更不要开展工作。 16. 本仪器采用可充电的内置12V锂电池供电，若仪器长时间不用，每三个 月需充电一次，以免因锂电池的自放电损坏电池。
高密度电法在划分地层中的应用效果 【摘要】本文介绍了高密度电法的基本特点及应用状况。通过在试验区应用高密度电法进行探测、反演及资料解释，基本了解了两条试验线的电性分布特征，并尝试划分出了两条试验线地面以下240m深度的岩层分布，最后说明应用高密度电法划分地层是可行的。 【关键词】高密度电法；探测；划分地层 1.前言 高密度电法也称之为高密度电阻率法，是20世纪80年代提出来的一种电法勘探新技术[1]。可进行二维地电断面测量，兼具剖面法和测深法的功能，是进行地层划分、探测隐伏断层构造、岩溶空洞以及地质滑坡体等的一种有效手段[2][3][4]。相对而言，高密度电法具有测点密度大、信息量大、工作效率高等特点，测量过程中，通过转换装置控制电极间的不同排列组合，能够实现直流电法勘探中的各种装置形式的探测，如温纳、偶极、施贝和微分等，可以提供更多的地电断面信息，有利于对比分析，因此充分发挥了物探技术在勘查中的优势。 2.测区地质概况及地球物理特征 工作区位于太行山中段西侧的山前地带（上党盆地之内）。地貌类型为漳河的二级阶地，其地表均为第四纪黄土覆盖，地势平坦，区内海拔标高900～940m，相对高差40m，整体趋势为东高西低。岩性主要由红土、黄土、亚粘土组成，局部夹有结核层，底部有砾石层，厚80.62～255.16m，平均厚184m。 工作区内表层为松散的耕植土，电阻率表现为高阻，在以下为一些细沙、粉沙、粉细沙、粘土及亚粘土互层。它们在电性特性上表现为高阻到低阻逐渐降低，但在有地下水存在是，则表现为低阻到高阻逐渐升高。 3.高密度电法原理、仪器设备 高密度电法的基本原理是：利用不同物质成份所具有的电性差异，通过地表不同电极距的设置采集到地下不同深度的视电阻率值，再对蕴含有各种地质体信息的视电阻率值，采用计算机数据处理、解释及成图，从而推演出地质体的大小、形状、分布和特征。 野外测量采用重庆地质仪器厂生产的DUK-2型高密度电法仪测量系统，该仪器由多路电极转换器DUK-2和多功能直流电法仪DZD-6A共同组成，观测参数为视电阻率ρs。 仪器主要技术指标