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。
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
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
矿井直流电法勘探涵盖了巷道顶底板电测深法和矿井高密度电阻率法这两种方法，两者属于频率域，而矿井瞬变电磁法则为时间域的方法。 1直流电法技术的基本原理 直流电法勘探是测定岩石电阻率的传统方法。它通过一对接地电极把电流供入大地中，而通过另一对接地电极观测用于计算岩石电阻率所必需的电位或电位差信息（见图1）。 图1 电法勘探工作原理示意图 一个点电源O 在均匀介质中的电场形态为球形(见图2) ，每个球壳为一个等电位面，不同等电位面上A、B 两点会产生电位差，电位差的大小与其通过的介质的导电性(电阻率)有关。 此时通过直流电法仪测得A、B 两点的电位差，即可计算出介质的视电阻率。 A' j电流线 图2点电源在均匀介质中的电场形态 矿井直流电法勘探在井下巷道内安放物理场源和接收装置，因测点位置靠近勘探对象，缩短了目标体的探测距离，许多在地表无法探测到的较小规模地电异常体，在井下可获得较强异常响应，为提高电法勘探应用能力创造了有利条件。 巷道顶底板直流电测深法装置形式 固定MN法（施伦贝尔装置）
工作布置方式为A---M-O-N---B ，即以 O 点为中心，两边对称布置A 、M 、N 、B 四个电极四个电极按比例由近及远同步移动。 三极装置（常用于井下迎头超前探测） 工作布置方式为A---M — O —N----B （*）。即以 O 点为中心，两边对称布置M 、N 两个电极，A 、M 、N 三极由近及远逐步移动，B 极位于无穷远处。 图2 三极测深法示意图 上述两种装置中A 、B 、均为供电电极，用于向岩层供电；M 、N 均为测量电极，用于探测地电场电压，根据测出的电流、电压值结合装置系数就可以换算出地层视电阻率值。通过对不同深度地层的视电阻率值进行全方位探测和综合分析，就可以达到探测岩性或构造的目的。 矿井高密度电法 巷道顶底板电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，便发展出了高密度电阻率这项新的勘探技术。 其在原理上属于电法勘探中电阻率法的范畴，它是以岩土体的电性差异为基础，以研究在施加电场的作用下，地下传导电流的变化分布规律，它是在常规电法勘探基础上发展起来的一种新的勘探方法。高密度电法集中了常规剖面法和电测深法两者的特点，不仅可以观测地下一定深度范围内横向电性变化情况，同时还可以观测垂向电性的变化特征，总体而言具
第11卷 第12期 中 国 水 运 Vol.12 No.11 2011年 12月 China Water Transport December 2011 收稿日期：2011-09-15 作者简介：李 艳，灌云县建科建筑工程质量检测中心。 高密度电法勘探的应用分析 李 艳 （灌云县建科建筑工程质量检测中心，江苏 连云港 222200） 摘 要：运用温纳剖面法、施伦贝尔测深法对下洞室进行勘测，从测量结果来看，施伦贝尔测深法在接地条件较差时，所测得数据偏离较大，不能采用。温纳剖面法所测数据虽然可以采用，但是在反演过程中误差较大。在实际应用中宜改善接地条件并选择合适的勘测方法。 关键词：高密度电法；温纳剖面法；施伦贝尔测深法；接地条件 中图分类号：P631.3 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2011）12-0243-02 前言 高密度电法在岩溶勘察、找水等方面已经得到了较为广泛的应用[1-3]，气反演程序也较为成熟，此种勘察手段在接地条件较好的情况下，如电极布设在土壤中，测量数据经过反演后能够较好的反应实际情况。但是在接地条件较差时，反演误差较大，结果不可信。对两种勘测方法的比较中发现，施伦贝尔测深法效果较差，说明此种方法在接地条件较差的情况下不可用，温纳剖面法测得数据在反演中误差较大，但是把数据绘成等值线进行推断，推断结果可信。因此，在接地条件较差时，测量方法应选择剖面法而不是测深法，在对测量数据进行解译时，不宜地数据进行反演，可以直接用视电阻率等值线图来推断。 一、高密度电法工作原理 高密度电法是工程物探有效方法之一，由常规电法发展而来[4]，就其原理而言，与常规电阻率法完全相同，仍然以岩、土的电性差异为基础，通过观测和研究人工建立的地下稳定电场的分布规律来解决矿产资源、环境和工程地质问题。当人工向地下加载直流电流时，在地表利用相应仪器观测其电场分布，研究在施加电场的作用下，地层中传导电流的分布规律即视电阻率的分布规律，根据不同部位电阻率的差异性来推断岩溶发育情况等。 高密度电阻率法的物理前提是地下介质间的导电性差异。和常规电阻率法一样，它通过A、B 电极向地下供电流I，然后在M、N 极间测量电位差ΔV，从而可求得该点（M、N 之间）的视电阻率值ρs =KΔV/I。根据实测的视电阻率剖面，进行计算、分析，便可获得地下地层中的电阻率分布情况，从而可以划分地层，判定异常等。图1为高密度电法的工作示意图。 数据处理部分 数据采集部分 图1 高密度电法系统示意图 二、高密度电法的特点 高密度电阻率法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电测仪便可实现数据的快速和自动采集。当测量结果传送至电脑后，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。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。 三、结果讨论 在某工程中对温纳剖面法、施伦贝尔测深法进行了比较分析。勘察路线约1Km，针对勘察路段的岩溶发育规律，为了达到应有的勘察深度拟选用温纳剖面法、施伦贝尔测深法两种测量方法，具体的参数相同，电极间距为4m，最大电极数60根，最大隔离系数为10，最小隔离系数为1。测线长度为236m，理论勘察深度为40m，符合勘察要求。 图2 温纳剖面法成果反演图
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
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
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：
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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。
X(m)
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可编辑
高密度电法勘探的装置选择和资料解释 祁增云，任海翔，乔佃岳 （国家电力公司西北勘测设计研究院，甘肃兰州730050） 摘要：本文就高密度电法勘探做了一些综合性论述，重点就装置的选择、资料解释、限制因素以及高密度电法勘探后期展望做了一些探讨。 关键词：高密度电法；装置；解释 1 概况 高密度电法勘探的出现使得电法勘探的野外数据采集工作得到了质的提高和飞跃，同时使得资料的可利用信息大为丰富，使电法勘探智能化程度向前迈进了一大步。但高密度电法其核心只是实现了野外测量数据的快速、自动和智能化采集，它的工作实质依然是常规电法勘探原理，所以说它只是一种基于老原理的采集手段的提高，它并未脱离直流电法的框架，并算不得是一门全新的勘探方法。但是，由于其采集密度的增大、排列装置的增多，为传统电法带来了新的活力，同时也为技术处理带来了新的课题。 高密度电法勘探的装置选择、资料解释是两个关键环节。排列装置选择得合适与否，直接关系到是否测试出探测目的所反映出的异常。资料解释则是探测目的最终反映和探测效果最直接表达。 2 装置的选择 选择哪种装置取决于场地大小、地形起伏、探测任务以及探测精度等因素。 2.1 场地因素 如果场地开阔，一般都使用四极装置（α、α2），因为该方法会获得最大的测量电位。这对于节省外接电源，减少供电电压，特别是压制干扰，增强有效信号，有着重要的意义。如果场地不允许，那么最好使用三极装置（AMN、MNB），三极装置比四极装置将节省一半的场地。 2.2 地形因素 高密度电法勘探应尽力避免地形的起伏,然而事实常难随人意，这时候就得考虑哪种装置受地形的影响最小。在众多装置中，偶极装置受地形影响最为剧烈，它本身的电测曲线就已经复杂，如果加上地形的因素，其电测剖面形态会变得很难辨别。其次是三极装置，该装置遇到山谷或山脊时电测曲线会出现多个峰值，并且AMN和MNB两个装置的反映程度不均衡，故而判别起来困难较大。相对而言，四级装置受地形的影响较小，电测剖面形态比较好判断。 2.3探测精度因素 掌握探测精度(灵敏度)与装置的关系，是高密度电法中很重要的环节，也是众说纷纭，很难形成一个定论的问题。根据《高密度电法探测岩溶试验》结果，β装置灵敏度最高，γ次之，α最次，而据中国地质大学罗延钟教授研究，不等距偶极最灵敏，β次之，α再次之，γ最次，许多生产单位只单纯使用α一种装置。 Dr.M.H.Loke 认为: （1）α装置对于电性的垂向变化比水平向变化反映灵敏些。一般来说，此装置解决垂向变化（例如水平层状结构）问题比较有利，而去探测水平变化（例如狭窄垂向结构）就相对差一些。 （2）不等间距偶极装置对于电阻率变化有着最大的灵敏度，它对垂向电性变化十分灵敏而对水平变化相对不灵敏。
常规物探仪器校准方法
前言 量值的溯源性是质量检验机构出具的检验数据具有法律效力、并能取得国际互认的基本条件。为保证量值的溯源，确保所有对检测的准确度或有效性有影响的仪器设备（包括标准物质），在投入使用前，都应具有有效的检定或校准证书。 仪器设备的量值溯源管理一般分为两部分：一是列入了《中华人民共和国强制检定的工作计量器具目录》并直接用于贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测方面的工作计量器具必须定点、定期送检；二是对专用仪器的行业检定规程中政府授权检定机构无法检定/校验的仪器设备，以校准报告（或校准证书）实现其溯源性。 仪器设备的检定或校准应优先选择具有资格和能力的、并能出示其溯源性证明的法定或授权计量检定机构。 对于未列入强检目录的仪器设备，可以检定也可以校准；对于不能溯源的、非强检仪器的仪器，被评审机构可以自己进行校准。应制定校验方法。自校方法应参照《国家计量检定规程编写规则》（JJF1002-1998）的要求进行。 现有的常用物探检测仪器设备中，电法仪、大地电磁测深仪、透视仪、地质雷达、地震仪、钻孔彩电摄像仪、测斜仪、综合测井仪、锚杆仪等九种仪器没有列入《中华人民共和国强制检定的工作计量器具目录》中，在法定或授权计量检定机构中没有相应的资质，无法进行相应的检定/校准，亦无（政府部门、）仪器厂家、有关单位相应文件可借鉴或引用，而工程物探检测行业主要是使用这些仪器来进行工作的，因此，针对这类仪器开展自校准，编制这部分仪器的自校方法来实现量值的溯源性是十分必要的。 ——目的 增强常规物探仪器量值溯源的规范性、准确性、可靠性； 确保检测数据的准确度。 ——依据 本校准方法依据中华人民共和国国家计量检定规程《国家计量检定规程编写规则》（JJF1002-1998）、《水利水电工程物探规程》（SL326-2005）、仪器说明书等要求编制。 每种仪器的校准方法内容包括：概述、校准项目和校准条件、技术要求和校准方法、校准结果的处理、附录等部分。 ——适用范围 本校准方法适用于以下十种常规物探仪器的校准：电法仪、大地电磁测深仪、透视仪、地质雷达、地震仪、声波仪、钻孔彩电摄像仪、测斜仪、综合测井仪、锚杆仪。 ——仪器校准人员和批准人员资格 ●校准人员 ◆从事物探检测工作五年以上的技术人员； ◆熟悉仪器操作、了解仪器原理和具有一定的分析判断能力； ◆经校准单位考核认定授权。 ●批准人员 ◆从事物探检测工作十年以上、具有本专业丰富的技术知识的高级工程师及以上职务人 员； ◆经校准单位考核认定授权。 ——校准周期
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
登封市慧祥煤业YDZ(A)直流电法仪探测报告 探测地点：12181巷道 探测日期：2007.10.23
本次YDZ(A)井下直流电法仪探测的地质任务是：12181掘进巷道前方地质含水结构 1、井下电法基本原理 矿井直流电法属全空间电法勘探。它以岩石的电性差异为基础，与地面电法不同，在全空间条件下建场，在地下巷道中进行电法测量工作，地下电流通过布置在巷道内的供电电极在巷道周围岩层中建立起全空间稳定电场，该稳定电场特征取决于巷道周围岩石的电性特征及其赋存状态，测量该电场的变化规律，使用全空间电场理论处理和解释，就可找到巷道周围岩石中引起电场变化的水文、地质构造等规律。 井下直流电法的方法技术很多，巷道迎头超前探测使用三点——三极探测法效果好； 该技术改变了传统的探测方法和解释方法，包括： （a）不使用传统容易的对数坐标，而使用难度较大的算术坐标，进行高密度采集数据； （b）改变过去单点解释方法，使用新的断面连续解释方法，能大大提高物探解释的准确性； （c）确定相应方法判断解释潜在突水通道的物探标准。 井下采集第一手资料是反映岩石电性特征的视电阻率，使用西安分院研制的具有国内先进水平的矿井电法专用软件进行处理和解释：（1）单独提取视电阻率中的含水信息——用于解释工作面巷道底板100m深度内的含水、导水规律，潜在的突水通道。 （2）单独提取视电阻率中的岩石电性分层信息——用于解释工作面底板隔水层厚度、含水层厚度、含水层原始导升高度。 （3）超前探测——井下巷道侧帮、迎头前方80米内的断层及含水、导水构造。
（4）立体成图——对工作面底板下不同深度进行类似“CT”成像的断面、平面切片，分离出电法含水异常区域，得到视电阻率低阻异常断面图、平面图，进行立体解释。 2、系统组成 YDZ(A)防爆数字直流电法仪（以下简称电法仪）是井下电法勘探仪器，也可用于地面进行电法探测地质构造。由9节1.8Ah锂电池组成5.4 Ah 10.8V电池组，逆变电路，整流滤波电路，极性变换发射输出，单片机控制电路，接收电路，显示、存储、通讯等电路组成。 电法仪的各功能板如图1所示，电池输出的直流电压经逆变升压电路产生70或100V的高压，经整流滤波、极性变换输出，通过AB 供入大地；同时通过MN接收大地的感应信号，经A/D转换器放大并转换成数字后送给单板机存入存储器。存储器中的数据通过RS232串行通讯口进行数据交换；供电时间有可选。供出的电流在显示器上显示。 电法仪的组成
第一章野外工作方法和技术 3.1频率域激电工作程序 3.1.1 踏勘 根据地质任务在选择测区时，应组织力量进行踏勘，踏勘的目的在于了解测区的地质特点和地球物理前提以及接地条件、干扰水平、生活驻地、交通运输等情况。 3.1.2试验工作 对新的工作测区，在编写设计时应在典型的地质剖面上或具有代表性的地段，做一定数量的试验工作，具体实验工作量以能对测区的地球物理特征有一定的了解为宜。 3.1.3草查与普查 对于１:５万～１:２.５万的大面积草查与普查时，其工作方法的选择以偶极法或近场源法（ＡMＢN）为宜。就某一具体测区而言，应根据地质任务，通过分析所掌握的地质及以往的物化探资料或通过试验，确定一个适当的极距进行面积性的工作，以迅速得到面积性的资料，达到发现异常的目的。 3.1.4 详查 在普查所发现异常的基础上，开展１：１万～１：２千的详查工作，这时可用中梯装置扫面。建议采用一线供电多线测量的工作方式，以便在短时间内圈出异常的形态、做出成果的解释推断以及对异常进行轻型山地工程揭露。 对精测剖面，可采用偶极装置，根据不同极距（一般４－６个）
的观测结果勾绘出断面图，以判断矿体的埋深、倾向和形态，然后根据综合解释结果建议施钻验证，进而达到对异常的再解释。 在上述工作的同时，还要进行岩矿石物性测定和幅频特性的研究。 一、联合剖面法 图2-10 联合和剖面装置 如图2-10所示，装置系数计算方法和三极装置相同 联合剖面法是两个三极排列AMN∞和MNB∞的联合。所谓三极排列是指供电电极之一位于无穷远的排列。采用联合剖面装置时，可以用A电极，也可以用B电极供电，而A和B有一个共同的无穷远电极C。也就是当A或B供电时，供电迴路中另一电极C位于无穷远。如果以O表示测量电极M和N的中点，则在联合剖面装置时，四个电极A、M、N和B极位于同一直线上（这条直线就是测线），且AO=BO。无穷远极C一般铺设在测线的中垂线上，与测线之间的距离大于AO的五倍（CO＞5AO） 工作中将AMNB四个电极沿测线一起转动，并保持各电极间距离不变，中点O就作为测点的位置。在每个测点上分别测出AMN∞排列和MNB∞排列Fs、ρs。对于同一极化体，AMN、BMN的测量结果将在极化体上方形成交点。利用这种交点性质和曲线的不对称性可判断极化体的产状、形态。
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
本科生实习报告 实习类型生产实习 题目AMT生产实习 学院名称地球物理学院 专业名称勘查技术与工程 学生姓名ZRY 学生学号 指导教师 实习地点东苑及5417 实习成绩 二〇一二年十一月二〇一二年十一月
目录 AMT音频大地电磁法 摘要 学会使用V8仪器以及野外音频大地电磁法测量的基本原理和方法，从而进行数据资料的采集；此外也需要学会使用SSMT2000软件对所采集的电磁信号进行处理，最终通过一系列的计算得到最终的成果，这是要求学会AMT数据资料的处理与解释。 关键字：V8；SMT；SSMT2000 第1章AMT数据资料的采集 1.1数据采集仪器 V8主机，AMTC-30磁棒，不极化电极，GPS，电线及屏蔽电缆，CF卡以及读卡器，蓄电池等，参数设计工具软件TBLEDIT.exe，台式机或笔记本电脑。 其中V8多功能电法仪具备时间域的常规电剖面、电测深、高密度电法、瞬变电磁测量功能；具备频率域的MT（大地电磁法）AMT（音频大地电磁法）CSAMT（可控源音频大地电磁法）SIP（频谱激电）勘探测量功能. 1.2实习内容 1.学习使用V8仪器，会熟练操作V8仪器； 2.学会AMT数据资料采集的野外布线方式； 3.掌握音频大地电磁法的基本原理以及操作方式。
1.3V8布线方式 1.3.1“十”字布极法 图 1“十”字布极法 工作特点：AMT/MT单点测；张量观测：五分量测量；为适应不同地形条件。 1.3.2“L”型布极法 图 2 “L”型布极法 工作特点：AMT/MT单点测；张量观测：五分量测量；为适应不同地形条件。
1.3.3“T”字型布极法 图 3 “T”字型布极法 工作特点：AMT/MT单点测；张量观测：五分量测量；为适应不同地形条件。 1.3.4 RXU-3ER连接方法 图 44 RXU-3ER连接方法 工作特点：AMT/MT单点测深；张量观测：2电道观测；也有三种布极方法；只测量两个电道与V8主机共用磁道；提高工作效率 本次实习采用的是“十”字布极法。
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