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]
实验 四探针法测电阻率 1．实验目的： 学习用四探针法测量半导体材料的体电阻率和扩散薄层的电阻率及方块电阻。 2．实验内容 ① 硅单晶片电阻率的测量：选不同电阻率及不同厚度的大单晶圆片，改变条件（光照 与否），对测量结果进行比较。 ② 薄层电阻率的测量：对不同尺寸的单面扩散片和双面扩散片的薄层电阻率进行测 量。改变条件进行测量（与①相同），对结果进行比较。 3． 实验原理： 在半导体器件的研制和生产过程中常常要对半导体单晶材料的原始电阻率和经过扩散、外延等工艺处理后的薄层电阻进行测量。测量电阻率的方法很多，有两探针法，四探针法，单探针扩展电阻法，范德堡法等，我们这里介绍的是四探针法。因为这种方法简便可行，适于批量生产，所以目前得到了广泛应用。 所谓四探针法，就是用针间距约1毫米的四根金属探针同时压在被测样品的平整表面上如图1a 所示。利用恒流源给1、4两个探针通以小电流，然后在2、3两个探针上用高输入阻抗的静电计、电位差计、电子毫伏计或数字电压表测量电压，最后根据理论 公式计算出样品的电阻率［１］ I V C 23 =ρ 式中，C 为四探针的修正系数，单位为厘米，C 的大小取决于四探针的排列方法和针距，
探针的位置和间距确定以后，探针系数C 就是一个常数；V 23为2、3两探针之间的电压，单位为伏特；I 为通过样品的电流，单位为安培。 半导体材料的体电阻率和薄层电阻率的测量结果往往与式样的形状和尺寸密切相关，下面我们分两种情况来进行讨论。 ⑴ 半无限大样品情形 图1给出了四探针法测半无穷大样品电阻率的原理图，图中(a)为四探针测量电阻率的装置；(b)为半无穷大样品上探针电流的分布及等势面图形；(c)和(d)分别为正方形排列及直线排列的四探针图形。因为四探针对半导体表面的接触均为点接触，所以，对图１（b ）所示的半无穷大样品，电流I 是以探针尖为圆心呈径向放射状流入体内的。因而电流在体内所形成的等位面为图中虚线所示的半球面。于是，样品电阻率为ρ，半径为r ，间距为dr 的两个半球等位面间的电阻为 dr r dR 2 2πρ = ， 它们之间的电位差为 dr r I IdR dV 2 2πρ= =。 考虑样品为半无限大，在r →∞处的电位为0，所以图１（a ）中流经探针１的电流I 在r 点形成的电位为 ()r I dr r I V r r πρπρ222 1== ? ∞ 。 流经探针１的电流在２、３两探针间形成的电位差为 ()??? ? ??-= 1312123112r r I V πρ； 流经探针４的电流与流经探针１的电流方向相反，所以流经探针４的电流I 在探针２、３之间引起的电位差为 ()??? ? ??--=4342423112r r I V πρ。 于是流经探针１、４之间的电流在探针２、３之间形成的电位差为 ??? ? ??+--= 434213122311112r r r r I V πρ。 由此可得样品的电阻率为 ()1111121 434213 1223-???? ??+--=r r r r I V πρ 上式就是四探针法测半无限大样品电阻率的普遍公式。 在采用四探针测量电阻率时通常使用图１（c ）的正方形结构（简称方形结构）和图１（d ）的等间距直线形结构，假设方形四探针和直线四探针的探针间距均为S ， 则对于直线四探针有 S r r S r r 2, 42134312==== ()2223 I V S ? =∴πρ 对于方形四探针有 S r r S r r 2,42134312==== () 322223 I V S ? -=∴ πρ
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
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/a18020965.html, 高密度电阻率法物探技术及其应用 作者：邱信强 来源：《地球》2014年第01期 [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 [中图分类号] P631.3 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-1-90-2 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
51 四探针法测电阻率1. 理解四探针测量半导体或金属薄膜电阻率的原理 2. 了解四探针测量材料电阻率的注意事项实验原理四探针法测量电阻率常用的四探针法是将四根金属探针的针尖排在同一直线上的直线型四探针法如图1-1a 所示。当四根探针同时在一块相对于探针间距可视为半无穷大的平面上时如果探针接触处的材料是均匀的并可忽略电流在探针处的少子注入则当电流I 由探针流入样品时可视为点电流源在半无穷大的均匀样品中所产生的电场线具有球面对称性即等势面为一系列以点电流源为中心的半球面。样品中距离点电源r 处的电流密度j电场ε和电位V 分别直流四探针法也称为四电极法主要用于低电阻率材料的测量。使用的仪器以及与样品的接线如图3-1所示。由图可见测试时四根金属探针与样品表面接触外侧两根1、4为通电流探针内侧两根2、3为测电压探针。由电流源输入小电流使样品内部产生压降同时用高阻抗的静电计、电子毫伏计或数字电压表测出其他二根探针的电压即V23伏。 a 仪器接线b点电流源c四探针排列图1-1 四探针法测试原理示意图一块电阻率为的均匀材料样品其几何尺寸相对于探针间距来说可以看作半无限大。当探针引入的点电流源的电流为I由于均匀导体内恒定电场的等位面为球面则在半径为r处等位面的面积为2r2则电流密度为jI/2r2 1-1 52 根据电导率与电流密度的关系可得E2222rIrIj 1-2 其中E为电场强度σ
和ρ分别是样品的电导率和电阻率。若电流由探针流出样品则距点电荷r处的电势为rIV2 1-3 因此当电流由探针1流入样品自探针4流出样品时根据电位叠加原理在探针2处的电位为在探针 3 处的电位为式中的S1是探针1和2之间的距离S2是探针2和3之间的距离S3是探针3和4之间的距离。各点的电势应为四个探针在该点形成电势的矢量和。所以探针2、3 之间的电位为通过数学推导可得四探针法测量电阻率的公式为IVCrrrrIV231341324122311112 3-4 式中13413241211112rrrrC为探针系数单位为cmr12、r24、r13、r34分别为相应探针间的距离见图3-1c。若四探针在同一平面的同一直线上其间距分别为S1、S2、S3且S1S2S3S时则SIVSSSSSSIV21111223133221123 3-5 这就是常见的直流等间距四探针法测电阻率的公式。根据样品在不同电流I下的电压值V计算出该样品的电阻值及电阻率。53 为了减小测量区域以观察电阻率的不均匀性四根探针不—定都排成—直线而可排成正方形或矩形此时只需改变计算电阻率公式中的探针系数C。四探针法的优点是可迅速、方便、无破坏地测量任意形状的样品且精度较高适合于大批生产中使用。但由于该方法受针距的限制很难发现小于0.5mm两点电阻的变化。注意事项a 预热打开电流源和电压表的电源开关使仪器预热30分钟。b 在联接电流源和切换电流量程前应先将电流输出调至近零以免造成电流对样品的冲击。电压表
Abstract The history,theory,apparatus and test methods related with electrical resistivity measurement are reviewed,with a focus on hydration process and prediction of the setting time and strength of cement -based materials.The studies on chemical admixtures and mineral admixtures using electrical resistivity measurement are discussed.Some existing problems are pointed out and further developments are suggested. Keywords electrical resistivity;cement-based materials;hydration;setting time;strength 0引言 水泥基材料的电阻率随水泥水化的不断进行而变化[1]， 因此，电阻率法可以用来研究水泥的水化过程。采用电阻率法研究水泥基材料的水化特性和物理性能已有一定的历史，最早的研究报道见于1932年，此后逐渐发展起来[2-3]。测试方法也有了很大变化，出现了两电极法[4-5]、三电极法[6]、四电极法[7]和无电极法[8-9]；采用直流电[4,6-7]或交流电[5,8-9]。不同的条件 对电阻率的影响很大，已有的研究分析了直流电和交流电的影响以及使用电极时产生的电容效应和极化效应[10-11]。此外，电极与水泥基材料之间还会产生开裂和接触电阻等问题，这些因素都会影响测量结果的准确性[9]。目前，国内外在采用电阻率法研究水泥基材料的水化过程、凝结时间、强度以及外加剂的作用和影响等方面取得了大量研究成果。本文主要介绍了无电极电阻率法在水泥基材料研究中的应用进展，希望为电阻率法更广泛地应用于水泥基材料各种性能的研究提供借鉴。 1 理论基础 Archie [12]对岩石的电阻率进行了的大量的实验研究，其结 果表明，岩石基体的电阻率与液相电阻率呈正比，与孔隙率呈反比。水泥在水化时，其浆体由固相、孔和液相等组成，这个体系中3相之间的比例随时间而变化，在微观结构上表现为孔结构的细化和孔隙率的降低，在物理形态上表现为从流态转变为塑性状态和固态，在力学性能上表现为从能承受较小的荷载发展到能承受较大荷载[11]。硬化水泥浆体的特征与岩石极其相似，因此，可以将Archie 方程[9]推广应用到水泥基材料中，即 ρ(t )=α·ρ0(t )准 m （1） 式中，ρ(t )为水泥基材料水化时t 时刻的电阻率，ρ0(t )为t 时刻的液相电阻率，准为孔隙率，α和m 为拟合系数。 水泥水化时，随着水化产物的积累，水泥浆体的液相离子浓度和孔隙率不断发生变化。液相离子浓度影响液相电阻率，离子浓度越小，液相电阻率越大。孔隙率影响基体电阻率，孔隙率越小，基体电阻率越大。这两个因素的变化进一步影响整个水泥浆体体系的电阻率，表现为水泥浆体的电阻率随 电阻率法在水泥基材料研究中的应用进展 摘要 介绍了电阻率法在水泥基材料中的应用历史、理论基础、测试仪器及测定方法，对采用电阻率法研究水泥基材料的水化过程 以及预测凝结时间和强度等方面的研究成果进行了总结，概述了电阻率法在化学外加剂与矿物掺合料作用机理方面的研究现状，并对其在其他方面中的应用情况进行了归纳，最后对电阻率法存在的问题及今后的应用方向提出了建议。 关键词电阻率；水泥基材料；水化；凝结时间；强度 中图分类号TQ172文献标识码A 文章编号1000-7857（2009）10-0092-06 魏小胜，廖宜顺，李国卫 华中科技大学土木工程与力学学院，控制结构湖北省重点实验室，武汉430074 Application of Electrical Resistivity Measurement for Cement-based Materials 收稿日期：2009-04-03 基金项目：国家自然科学基金项目（50778078） 作者简介：廖宜顺，研究方向为高性能混凝土，电子信箱：lys@https://www.doczj.com/doc/a18020965.html, ；魏小胜（通信作者），副教授，研究方向为水泥化学与高性能混凝土，电子 信箱：weixiaosheng@https://www.doczj.com/doc/a18020965.html, WEI Xiaosheng,LIAO Yishun,LI Guowei Hubei Key Laboratory of Control Structure,School of Civil Engineering and Mechanics,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430074,China
电阻率测深工作质量控制分析 本文对可能影响电阻率测深工作质量的各种因素进行了分析，针对影响电阻率测深工作质量的各种因素，对质量控制工作进行了详细阐述。 标签：电阻率测深质量控制 0引言 质量控制的目的在于确保产品的质量能够满足设计、顾客等方面所提出的质量要求。质量控制与质量检验的区别在于：质量控制立足于事前的预防，质量检验对产品质量的保证则着眼于事后把关。目前，电阻率测深工作质量的控制主要依靠后期的检验手段，而对电阻率测深过程的质量控制关注较少，不利于保证电测工程质量。本文根据工程实践对可能影响电阻率测深工作质量的各种因素进行了分析，针对影响电阻率测深工作质量的各种因素，对质量控制工作进行了详细阐述。 1电阻率测深工作质量影响因素 电阻率测深工作质量的影响因素一般包括人员、仪器设备、工作方法等三个方面。 1.1人的因素 人是电阻率测深工作的主体，电阻率测深工作质量的形成受到所有作业人员的共同作用，他们是形成工程质量的主要因素，只有从事电阻率测深工作的人员具备其工作岗位所需要的能力，其工作成果才可能满足工程质量要求。人的因素可细分为：岗位技能、职责和权限、质量意识、个人和团队目标是否一致、激励机制是否有效、沟通机制是否畅通等。 1.2仪器设备因素 投入工程使用的电测设备精度指标应高于工程精度的要求。仪器设备因素可细分为：仪器设备的类型是否与工程需要相匹配、仪器设备的数量是否满足工程需要、电测设备在投入使用前是否进行了一致性校验，能否满足工程需要的精度指标等。 1.3工作方法因素 电阻率测深工作方法包含所采取的技术方案、工艺流程、电测手段等。技术方案正确与否，直接影响工程质量控制能否顺利实现，往往由于施工方案考虑不周而拖延进度，影响质量，增加投资。为此，制定和审核技术方案时，必须结合工程实际，从技术、管理、工艺、组织、操作、经济等方面进行全面分析、综合
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
实验四探针法测电阻率 1．实验目的： 学习用四探针法测量半导体材料的体电阻率和扩散薄层的电阻率及方块电阻。 2．实验内容 ①硅单晶片电阻率的测量：选不同电阻率及不同厚度的大单晶圆片， 改变条件（光照与否），对测量结果进行比较。 ②薄层电阻率的测量：对不同尺寸的单面扩散片和双面扩散片的薄层 电阻率进行测量。改变条件进行测量（与①相同），对结果进行比较。 3．实验原理： 在半导体器件的研制和生产过程中常常要对半导体单晶材料的原始电阻率和经过扩散、外延等工艺处理后的薄层电阻进行测量。测量电阻率的方法很多，有两探针法，四探针法，单探针扩展电阻法，范德堡法等，我们这里介绍的是四探针法。因为这种方法简便可行，适于批量生产，所以目前得到了广泛应用。 所谓四探针法，就是用针间距约1毫米的四根金属探针同时压在被测样品的平整表面上如图1a所示。利用恒流源给1、4两个探针通以小电流，然后在2、3两个探针上用高输入阻抗的静电计、电位差计、电子毫伏计或数字电压表测量电压，最后根据理论公式计算出样品的电阻率［１］ 式中，C为四探针的修正系数，单位为厘米，C的大小取决于四探针的
排列方法和针距，探针的位置和间距确定以后，探针系数C 就是一个常数；V 23为2、3两探针之间的电压，单位为伏特；I 为通过样品的电流，单位为安培。 半导体材料的体电阻率和薄层电阻率的测量结果往往与式样的形状和尺寸密切相关，下面我们分两种情况来进行讨论。 ⑴ 半无限大样品情形 图1给出了四探针法测半无穷大样品电阻率的原理图，图中(a)为四探针测量电阻率的装置；(b)为半无穷大样品上探针电流的分布及等势面图形；(c)和(d)分别为正方形排列及直线排列的四探针图形。因为四探针对半导体表面的接触均为点接触，所以，对图１（b ）所示的半无穷大样品，电流I 是以探针尖为圆心呈径向放射状流入体内的。因而电流在体内所形成的等位面为图中虚线所示的半球面。于是，样品电阻率为ρ，半径为r ，间距为dr 的两个半球等位面间的电阻为 它们之间的电位差为 dr r I IdR dV 2 2πρ= =。 考虑样品为半无限大，在r →∞处的电位为0，所以图１（a ）中流经探针１的电流I 在r 点形成的电位为 ()r I dr r I V r r πρπρ222 1==? ∞。 流经探针１的电流在２、３两探针间形成的电位差为 ()??? ? ??-=1312 12311 2r r I V πρ； 流经探针４的电流与流经探针１的电流方向相反，所以流经探针４的电流I 在探针２、３之间引起的电位差为 ()??? ? ??--=43424 23112r r I V πρ。 于是流经探针１、４之间的电流在探针２、３之间形成的电位差为
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆 张秉来（青海省电力设计院青海西宁810008） 【摘要】本文简单介绍了对称四极电测深法的原理、装置及测量结果的解释方法，并结合工程实例介绍了对称四极电测深法在工程勘察中的应用效果，对类似地质条件的勘察工程具有一定的指导意义。【关键词】视电阻率；电测深法；量板法；岩土工程勘察 Application of resistivity sounding method in geotechnical engineering investigation Zhang Bing-lai (Qinghai Electric Power Design InstituteXiningQinghai810008) 【Abstract】In this paper,the basic principles of schlumberger array electrical sounding,its lay fundamental and the intricate methods are introduced.At the same time,on the basis of detailed analysis for a engineering instance ,the application of schlumberger array electrical sounding in engineering are alse introduced. 【Key words】Apparent resistivity；Electrical sounding；Template method；Geotechnical investigation 1. 引言由于岩土的种类、成分、结构、湿度和温度等因素的不同，而具有不同的电性差异，电法勘探是利用这种电性差异来解决某些工程地质问题的物探方法，利用这种电性差异的电法勘探方法较多，根据其电场性质的不同可分为电阻率法、充电法、自然电场法和激发极化法，其中电阻率法中的对称四极电测深法通过实践检验，其准确性完全能满足一般工程的需要，这种测量方法所需仪表设备少，操作简单，用电阻率来判断地基土对钢结构的腐蚀性已列入现行国家标准《岩土工程勘察规范》，而且在电力工程中根据土壤电阻率值来进行有效的接地设计，故这种电法测试技术引用前景较广泛，成为工程中一种常用的测试技术。 2. 对称四极电测深法的工作原理不同岩层或同一岩层由于成分或结构等因素的不同，而具有不同的电阻率，通过接地电极将直流电供入地下，建立稳定的人工电场在地表观测某点在垂直方向的电阻率变化，从而了解岩层的分布特点。均质各向同性岩层中电流的分布如图1所示，AB为供电电极，MN为测量电极，当AB供电时用仪器测出供电电流I和MN处的电位差ΔV，则岩层的电阻率用下式计算：图1均匀介质中电流线分布图ρ=KΔVI（1） 式中：ρ——岩层的电阻率（Ω·m）；ΔV——测量电极间的电位差（mV）；I——供电回路的 电流强度（mA）；K——装置系数（m），与供电和测量电极间距有关，按下式计算：K=πAM·ANMN （2）但实际工作中所遇到的地层既不同性又不均匀，所测到的电阻率为视电阻率ρs 值。 3. 对称四极电测深法的装置对称四极电测深法的装置：AMNB四个电极布置在同一条直线上，测量电极布置在供电电极AB中间，测量时MN不动（当AB增大到一定值后，MN按规定要求增大），对称式增大AB，每移动一次AB测得一次ρs值。 4. 资料整理及解释按电极距不同所测得的ρs 值，在双对数坐标纸上绘制ρs-AB/2关系曲线，电测深ρs-AB/2关系曲线的解释有定性解释和定量解释，定量解释中的量板法是比较常用的一种方法，对称电测深二层量板有D型和G型理论曲线两张。辅助量板有Q型、A型、H型、K型辅助曲线四张，分析所要解释的曲线类型，对于地层为两层的的岩性，反映出来的曲线有两类：当ρ1>ρ2时为D 型曲线；当ρ1<ρ2时为G型曲线。对于地层为三层的岩性，反映出来的曲线有四类：当ρ1>ρ2>ρ3 时为Q型；当ρ1<ρ2<ρ3时为A型；当ρ1>ρ2<ρ3时为H型；当ρ1<ρ2>ρ3时为K型。此外还有AK、HK、HA等四层断面类型和HAK、HKQ、AKQ等五层断面类型等。 5. 工程应用 5.1工程概况。某段地下管线工程沿线地层岩性由上至下依次为：(1)杂填土，主要由粉土组成，混少量生活垃圾，厚度一般0.5～2.0m之间；(2)卵石，中密，厚度在3.00～5.00m之间，局部夹中 粗砂；(3)下伏基岩为强风化泥岩。图3工程地质剖面图
第37卷第2期2010年3月水文地质工程地质 H Y D R O G E O L O G Y ＆E N G I N E E R I N GG E O L O G Y V o l .37N o .2 M a r .2010 高密度电阻率成像法在水文地质领域中的应用 姜振蛟1 ,卞建民1 ,査恩爽1 ,林年丰1 ,田沃野 2 (1.吉林大学环境与资源学院,长春 130026;2.吉林省水利水电工程局,长春 130026) 摘要:高密度电阻率成像法(E R T )作为一种高效、准确的地球物理探测手段,在水文地质领域得到了广泛的应用。本文通过文献追踪和分析,重点讨论了电阻率与含水率、渗透系数、含盐量等水文地质表征参数之间的相关性,并就该方法在地下水资源勘查、溶质运移动态监测以及水文地质参数反演等方面的应用进行了剖析,阐述了E R T 探测过程中的主要影响因素及各因素之间的相互关系。最后,针对E R T 方法在应用过程中存在的问题提出相应的改进建议。关键词:高密度电阻率成像法;地下水资源勘查;水盐动态监测;水文地质参数反演 中图分类号:P 641.12;P 631.13+22 文献标识码:A 文章编号:1000-3665(2010)02-0021-06 收稿日期:2009-06-14;修订日期:2009-11-03 基金项目:国土资源调查项目(1212010634701);吉林省地质 调查项目(2006-06) 作者简介:姜振蛟(1986-),男,地下水科学与工程专业硕士研 究生,主要从事水文物探方面的研究。E -m a i l :j i a n g z h e n j i a o @163.c o m 电法在水文地质领域中的应用始于20世纪50年代,最初以直流电阻率法为基础,通过电测深与电剖面 方法来分析地下空间的电性差异特征,以反映地质实体的空间变异状况。随着人们对电法探测原理研究的不断深入,多种基于地电属性的物探方法相继出现,相应地,探测仪器的性能也不断升级,高密度电阻率成像法(E R T )正是在这一背景下诞生,并得到了广泛的应用。上世纪70年代末期,英国学者L y t l e 设计的电测深偏置系统构成了E R T 方法的最初模型[1] 。至80年代中期,日本借助于电极反转板完成了野外电阻率的采集,随后,该方法被引入我国,在水文地质调查工作中发挥了重要作用 [2] 。 电法的勘测深度与供电电极间距有关,其所测的 深度与测量电极间距有关。E R T 方法基于阵列电探的思想,通过一次性布极、自动变换电极距,实现多尺度断面数据的采集。借助于二维或三维反演软件完成视电阻率※真电阻率※地质断面影像之间的转化。从而提供了丰富的地质空间信息 [3] 。 目前,E R T 方法兼具电测深、电剖面法的特点,相对于其他的物探方法也有其独有的优势。特别适用于含水地层的圈定以及含水介质中富水性、污染状况的调查。本文重点阐述高密度电法在地下水资源勘查、含水介质中溶质动态的监测及水文地质参数确定等方 面的应用现状,就其应用状况提出了改进的建议。 1 E R T 在地下水资源勘查中的应用 地下水资源勘查的主要任务是探明含水层的位置、储量及空间分布。对于高电阻率含水介质而言,水分的存在降低了其电阻率。利用电测深曲线解译的方式可达到上述目的,但由于勘查范围有限,使其工作效率不高。E R T 方法可快速完成大范围地电数据的采集,通过对所采集的数据反演成像,直观地实现地质空间中含水介质精细结构的探测,便于全面地了解含水介质的富水性及位置,具有明显的优势。主要体现在以下方面。 1.1 岩溶区地下水资源的调查 [4～5] 通过对灰岩地层的识别和判定,可以了解溶洞的发育状况及空间分布规律,判断溶洞充填状况及富水 特征。贵州大学杜定全教授[4] 将E R T 方法与地质雷达相结合用于溶洞探测中,利用E R T 方法获取地下溶洞分布的总体特征及其大体位置;借助于分辨率较高的地质雷达,探测埋深较大、个体较小的溶洞及溶洞内部特征。F r a n j o u m a n o v a c 等 [5] 在岩溶地区开展水文 地质调查过程中,将地震方法和E R T 方法相结合,通 过地震波折射法和高分辨率反射法准确查明了埋深100m 以下的破碎带、断层及其地质结构特征,而E R T 方法为合理解释含水层岩性及地下水循环条件提供了可靠的工具。 1.2 基岩裂隙水的勘查 [6] 在基岩发育的区域,隐伏的断裂带往往伴随着基岩的破碎,孔隙度较高,含水量大,电阻率低。通过E R T 方法成像分析,便可初步确定出基岩裂隙水的空间分布状况。而利用高频大地电磁法和钻探等方法来
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：
四探针法测电阻率
实验四探针法测电阻率 1．实验目的： 学习用四探针法测量半导体材料的体电阻率和扩散薄层的电阻率及方块电阻。 2．实验内容 ①硅单晶片电阻率的测量：选不同电阻率及不同厚度的大单晶圆片，改变 条件（光照与否），对测量结果进行比较。 ②薄层电阻率的测量：对不同尺寸的单面扩散片和双面扩散片的薄层电阻 率进行测量。改变条件进行测量（与①相同），对结果进行比较。 3．实验原理：
在半导体器件的研制和生产过程中常常要对半导体单晶材料的原始电阻率和经过扩散、外延等工艺处理后的薄层电阻进行测量。测量电阻率的方法很多，有两探针法，四探针法，单探针扩展电阻法，范德堡法等，我们这里介绍的是四探针法。因为这种方法简便可行，适于批量生产，所以目前得到了广泛应用。 所谓四探针法，就是用针间距约1毫米的四根金属探针同时压在被测样品的平整表面上如图1a 所示。利用恒流源给1、4两个探针通以小电流，然后在2、3两个探针上用高输入阻抗的静电计、电位差计、电子毫伏计或数字电压表测量电压，最后根 据理论公式计算出样品的电阻率［１］ I V C 23 =ρ 式中，C 为四探针的修正系数，单位为厘米，C 的大小取决于四探针的排列方法和针距，探针的位置和间距确定以后，探针系数C 就是一个常数；V 23为2、3两探针之间的电压，单位为伏特；I 为通过样品的电流，单位为安培。 半导体材料的体电阻率和薄层电阻率的测量结果往往与式样的形状和尺寸密切相关，下面我们分两种情况来进行讨论。 ⑴ 半无限大样品情形 图1给出了四探针法测半无穷大样品电阻率的原理图，图中(a)为四探针测量电阻率的装置；(b)为半无穷大样品上探针电流的分布及等势面图形；(c)和(d)分别为正方形排列及直线排列的四探针图形。因为四探针对半导体表面的接触均为点接触，所以，对图１（b ）所示的半无穷大样品，电流I 是以探针尖为圆心呈径向放射状流入体内的。因而电流在体内所形成的等位面为图中虚线所示的半球面。于是，样品电阻率为ρ，半径为r ，间距为dr 的两个半球等位面间的电阻为 dr r dR 2 2πρ = ， 它们之间的电位差为 dr r I IdR dV 2 2πρ= =。
电阻率法求取渗透系数的应用 【摘要】土壤电阻率能够表达土壤在时间变化和空间分布上的物理性质，如含水量、渗透系数等，并且电阻率法能够以非入侵的方式获得土壤特性，该方法成为了目前非常有效和便捷的研究手段。本文阐述了该方法的基本原理，分析了与土壤电阻率特性有关的因素，并讨论了其求取渗透系数方面的应用。总结了电阻率方法应用中存在的问题，并对未来研究提出了一些建议。 【关键词】电阻率；原理技术；影响因素；渗透系数 0 引言 用电阻率法测量地下岩体特性的思想是在1912年Schlumberger首先提出的，它被用来寻找石油储层和划分地质结构领域。由于当时没有找到岩石电阻率和其含油气饱和度之间的定量关系，该方法仅限于识别油层，划分岩性和进行底层对比，而不能用于定量解释和储层评价。直到1942年，美国壳牌公司的石油测井工程师G. E. Archie发表了关于砂岩电阻率的定律，这种情况才有了根本性的改变。 20世纪50年代，以直流电阻率法为基础的电法开始应用在水文地质领域中。常规的电阻率法通过电测深与电剖面的方式分析地下空间的电性差异特征，以反映地质实体的空间变异状况。该方法不仅测点密度较小，而且所提供的关于地电断面结构特征的地质信息较为贫乏。20世纪70年代末期英国学者Lytle设计的电测深偏置系统，是基于列阵电法勘探的电阻率法，构成了高密度电阻率法的最初模型[1]。 1 土壤电阻率法的基本原理及测量 土壤电阻率勘查的目的是为了得到所测土壤单位体积电阻率的分布。这就需要由两个通电电极人为地向土壤通电，然后再由两个测量电极测得它们之间的电势差，从而得到某位置单位体积土壤的电阻率。土壤基质的不均匀性越大，土的电阻率区别也越大，就越易于被测量出来。因此，土壤的电阻率被认为是土壤物理性质的表征。 电阻率法的测量通常由4个电极：两个供电电极A和B，两个测量电极M 和N。由A、B电极向地下供电流I，在电极M、N之间测得电位差U，如图1所示。 图1 电阻率法测量原理图 2 与土壤电阻率特性有关的因素