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
与常规电阻率法勘探相比，高密度电法具有如下几个方面的特点：（1）电极布设通常需要一次性完成，这样一来不仅可以有效的降低由于电极设置而对测量结果的影响，而且还能够实现野外数据的快速自动测量；（2）能够实现多种电极排列方式的扫描测量，可以全方位的获取地电断面结构特征信息；（3）能够完成对相关数据资料的预处理，并直观的呈现出剖面曲线形态，而且脱机处理后能够完成各种成果图件的自动绘制和打印；（4）野外数据能够进行自动化或半自动化采集，通常一个测点只需要大概2-5秒钟就能够完成，而且能够有效的避免由于人为原因产生的误差；（5）效率高、成本低、信息丰富、解释方便，有效的提高了煤矿工程的勘察效果。
2.高密度电法在煤矿工程勘探中的应用现状
2.1供电时间、极化补偿问题
在对煤矿工程进行电法勘探的过程中，电极的极化电位一般包括了以下几方面：（1）当把金属电极插入地面之后，会导致土壤与金属电极表面之间出现一定程度的接触电位；（2）地面本身具有自然电位；（3）当有一定电流通过时，在土壤内部、电极与土壤之间会出现离子迁移现象，一旦断电后则会引起离子的继续扩散，从而产生了一系列的电位。同时，这些电位一般会随着时间和温度的变化而变化，并且其变化的大小范围一般在毫伏(mV)级以上，此时对于分辨率比较高的仪器反而无法发挥更好的效果。
在激化极化法中，待测的有用信号属于第三种电位，其一般属于干扰信号。而第一和第二种电位具有稳定性的特点，并且离子迁移过程中所产生的电位与供电时间、电场强度成一定的比例。通常情况下，高密度电法具有非常快的数据采集速度，并且一般在供电电极完成供电之后，就会立刻转换成测量电极。但是由于转换的时间非常短暂，而此时的极化电位下降速度比较慢，从而对测量结果产生较大的影响，诱发d s值畸变。
2.2方法选取存在非适宜性
在煤炭工程中高密度电法得到了广泛的应用，但是由于受到地形起伏、场地范围的限制，一般要求高密度电法选择MNB和AMN的三极装置，就好比常规电法的三极装置一样。但是这样的方法在电性界面附近会由于d s电流密度的非线性改变，而导致MN极的电位差出现一定幅度的阶跃，致使d s出现规律性畸变，影响测量结果的准确性。实际上，在电性界面两侧会出现比较明显的阶跃状改变，具有比较强的值畸变程度，但是超出地质范围的各极距，一般不会出现比较明显的d s畸变现象。对于三极装置，一般可以根据联合剖面的方法对其进行测量，但是其需要把最终的测得结果按照对称四极装置进行处理。
2.3其它电性干扰
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
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
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。
X(m)
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AB/3(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。
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
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。
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
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 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
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。