工程物探-高密度电阻率法

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。

探究工程地质勘查中常用的工程物探方法摘要：在实际地质勘探过程中，地球物理方法具有探测精度高、前沿探测深度大、对施工现场影响小的特点。

各种地球物理方法的应用可以从根本上提高工程勘察水平。

目前，在工程地质勘察中使用的物探方法很多。

深入分析这些方法具有重要意义。

从根本上提高工程地质勘察水平。

因此，有必要进一步加强他们的研究。

同时，还要求地质调查人员准确及时地记录工作中遇到的问题和发现的现象，为今后的科学研究提供参考数据，这将推动中国地质调查的发展。

在此基础上，分析了工程地质勘探中常用的工程物探方法。

关键词：工程地质勘查；地球物理勘探方法；分析前言近年来，工程技术方法随着经济的发展不断更新，目前常用的工程勘探方法有钻探、勘探、物探等方法，但对于新阶段工程发展来说物探方法越来越受到工程项目的青睐，成为工程勘探的主流方法，取得了良好的应用效果。

但由于勘探方法的使用存在一系列问题，这里需要开展勘探方法的研究。

1.工程地质勘探中物质勘探方法的重要意义物质勘探方法是一种新兴的勘探技术，不仅应用于地质勘探领域，也应用于地质勘探以外的其他领域。

从地质勘探角度看，周围环境的水资源和岩石中所具备的电磁特性特别适合物探技术的使用，同时有物探技术的支持，工作人员可以全面掌握周围地质环境以避免和预防地质灾害的发生。

从工程建设的角度看，周围地质环境一直是工程建设过程中的重要因素，因此，利用物质勘探方法对地质环境的全面把握可以保证施工时的安全性，进一步提高工程质量。

此外，在工程建设过程中，由于工程量较大，施工周期较长，管理人员往往缺乏工程质量气体，但有了物探技术，就可以给予管理人员数据的支持，提高管理人员的决策信心，增强工程建设中的安全性。

2.物质勘探方法特征分析我国国土面积较大，地理环境复杂多样，对不同区域的地质环境有一定差异，因此可以采用物质勘探方法对不同地质环境给予综合评价。

在传统的勘探技术中，一般勘探深度仅限于地表部分，而物探技术可以勘探地表深度100米，提供了足够的勘探分析数据。

常用物探方法的工作原理1、瞬变电磁法：时间域电磁法（Time domain Electromagnetic Methods）或称瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Methods），简写为TEM。

它是利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场的间歇期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。

其数学物理基础都是基于导电介质在阶跃变化的激励磁场激发下引起的涡流场的问题。

其工作原理为：通过地面布设的线圈，向地下发射一个脉冲磁场（一次场），在一次场磁力线的作用下，地下介质将产生涡流场。

当脉冲磁场消失后，涡流并没有同步消失，它有一个缓慢的衰减过程，在地表观测涡流衰减过程所产生的二次磁场，即可了解地下介质的电性分布。

该二次场衰减过程是一条负指数衰减曲线，如图1所示。

图1 二次场衰减曲线图一般来说，对于导电性差的地质体，二次场初始值较大，但衰减速度较快；反之，导电性良好的地质体，二次场初始值小，但衰减速度慢（图2)。

瞬变电磁场这一特性构成了TEM区分不同地质体的基本原理。

二次场的衰减曲线早期主要反映浅层信息，晚期主要反映深部信息。

因此，观测和研究大地瞬变电磁场随时间的变化规律，可以探测大地电位的垂向变化。

图2 瞬变电场随时间衰减规律与地质体导电性的关系仪器野外工作方法及原理见图3。

主机通过发射线圈向地下发射烟圈状磁脉冲，当磁脉冲遇到不均匀导电介质时形成涡流场，仪器断电后，涡流场衰减过程中形成的二次场以烟圈状辐射，接收线圈接收到返回地面的二次场信号并将其传输给主机进行处理、显示。

图3 仪器工作原理图瞬变电磁法的特点表现为可以采用同点组合进行观测，使与探测目的物耦合最紧，取得的异常响应强，形态简单，分层能力强；在高阻围岩区不会产生地形起伏影响的假异常，在低电阻率围岩区，由于是多道观测，早期道的地形影响也较易分辨；线圈点位、方位或接发距要求相对不严格，测地工作简单，工作效率高；有穿透低电阻率覆盖层的能力，探测深度大；剖面工作与测深工作同时完成，提供了更多有用信息。

│2021·3│中铁二院工程集团有限责任公司协办103高密度电阻率法是一种有效结合电测深和电剖面法，具有多种装置、多种极距特点的勘探方法，属于直流电阻率法的内容。

与传统电阻率相比，高密度电阻率法具有观点密度大、多级电极能够实现自动排列和测量参数等优势。

目前，高密度电阻率法在工程地质勘察、水利水电工程、地质构造等诸多领域已得到广泛应用，并取得优异效果和社会经济效益。

本文结合某水利工程勘察实例，分析高密度电阻率法在水利工程地质勘察中的具体应用。

1. 高密度电阻率法的基本原理高密度电阻率法是建立在传统电法原理基础上的一种新型方法，由人工在导电性不同的介质上加入直流电场，并使用预定装置排列模式扫描，对目标区域内空间视电阻率变化规律进行观察。

其原理是在地下通过A 、B 两个供电极输入稳定的直流电流I ，在电极M 、N 间会产生其电位差ΔU MN ，对其进行测量，并依据公式（1）（2）计算出该测点的视电阻率值的大小。

公式如下：Ρs =KΔU MN / I （1）K =2π/（1/AM-1/AN-1/BM+1/BN ） （K 为装置系数）（2）在收集野外数据时，装置设备所需的电极需要事先全部安装准备好，不需要对测量中的电极进行任何的更换操作。

实际操作中，可以配合多种装置形式和电极距进行工作，再将这些测量好的数据精准地录入到计算机中，然后利用实际测量到的视电阻率精确地计算这些数据剖面，对其进行分析推测出所测地层中的电阻率分布规律，并结合相关的地质资料，进行一系列的研究分析，确定哪些为地质目标体。

电极距的数据点采集使用固定装置形式，逐渐匀速地向右移动这些电极距。

每一个电极距的测量结果，可以显示出在一定深度范围内的岩层使用电阻率剖面法分析电阻率的横向电性变化情况。

其中，每一个电测深点是观测到不同电极距的某一个记录点，对该深点进行分析，可以得出某一个记录点岩层的视电阻率随电极距变化的垂向电性规律，可将岩层分为不同的电极层，从而计算出其深厚度。

物探高密度电法一、引言物探高密度电法（High-Density Electrical Resistivity Method）是一种应用于地质勘探和环境工程中的非侵入性调查技术。

通过测量地下电阻率分布来推断地下结构和岩土体特性。

本文将对物探高密度电法的原理、仪器设备、实施方法以及应用领域进行详细介绍。

二、原理物探高密度电法基于地下岩土体的电阻率差异进行测量和分析。

在该方法中，通过在地表上布置一系列电极，施加直流电流，并测量电位差来计算地下岩土体的电阻率。

根据欧姆定律，当直流电流通过岩土体时，会产生一个电势差。

根据测量到的电势差和已知的注入电流值，可以计算出不同位置处的地下岩土体的电阻率。

三、仪器设备1. 野外仪器物探高密度电法野外测量主要使用多通道自动测量系统（Multi-Channel Automatic Measuring System）。

该系统包括多个相互独立的通道，每个通道都由一个发射电极和多个接收电极组成。

通常使用的电极间距为1-10米，以获得更高分辨率的数据。

2. 数据处理设备野外测量得到的原始数据需要进行处理和分析。

数据处理设备通常包括计算机、数据采集卡和相关软件。

通过将原始数据输入计算机，可以进行数据滤波、去噪和反演等操作，从而得到地下岩土体的电阻率剖面图。

四、实施方法物探高密度电法的实施方法包括以下几个步骤：1.布置测量线：根据勘探区域的需求，在地表上布置一条或多条测量线，并确定好电极间距。

2.安装电极：根据测量线上的位置，在地表上安装发射电极和接收电极。

确保电极与地表接触良好，并保持稳定。

3.施加直流电流：通过发射电极注入直流电流，通常使用恒流源进行控制。

注入的直流电流大小根据具体情况而定。

4.测量电位差：使用接收电极测量不同位置处的地下岩土体产生的电位差，并记录下来。

5.数据处理和分析：将测量得到的原始数据输入计算机进行数据处理和分析，得到地下岩土体的电阻率剖面图。

五、应用领域物探高密度电法在地质勘探和环境工程中有广泛的应用。