第五讲高密度电法

⾼密度电法⾼密度电法地质14-1班姓名:杨栋学号:142009020117⾼密度电法勘探实验报告⼀、实验⽬的以及要求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插⾼密度电阻率法的试验⽅法和数据解释。

本实验要求达到以下⼏点:1.学会⾼密度电法装置的布设⽅法以及测线的连接⽅式;2.掌插⾼密度电法温纳四极、偶极法两种装置的数据采集;3.学会数据的接收及转换;4.学会电法的数据处理及计算机作图⽅法;5.需要掌插的软件有:a、BTRC2004数据接收不格式转换软件;b、RES2DINV⾼密度电法处理软件。

⼆、基本原理⾼密度电阻率法是⼀种新兴阵列勘探⽅法,将多个电极，可达上百根，置于测线上,通过电极转换开关和⼯程电测仪便可实现数据的快速⾃动采集并能够进⾏现场数据处理、分析和成图。

它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,仌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地质14-1班姓名:杨栋学号:142009020117 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。

2007年6月韶关学院学报 自然科学 Jun.2007第28卷 第6期Journal of Shaoguan University Natural Science Vol.28 No.6高密度电法的原理及工程应用邓超文(广东省公路勘察规划设计院,广东广州510507)摘要:介绍了高密度电法的发展、原理及应用.高密度电法具有设备简单、使用方便、准确度高、对工程无破损等特点.经比较分析,其结果与地质资料吻合较好,这为推广应用高密度电法提供了科学合理的依据.关键词:高密度电法;采空区;隧道;探查方法中图分类号:TN915.02 文献标识码:A 文章编号:1007-5348(2007)06-0065-03高密度电法是采空区、岩溶、断裂构造调查中的有效方法之一,高密度电法兼具剖面法与电测深法的效果,并具有点距小、数据采集密度大、能直接反映基岩起伏状态等优点.高密度电法测量的二维地电断面能较直观地反映基岩界线和基岩构造,能够了解与围岩存在电性差异的断裂构造的发育情况,圈定采空区的范围.1高密度电法发展简介电法勘探的研究始于19世纪初期,1815年首先在英国康瓦尔铜矿上观察到了由矿产生的天然电流场,当时仅限于科学研究,还没有实际应用.到了20世纪为了适应工业发展的需要,矿产资源的开发和科学技术的进步促使电法勘探方法产生并应用到生产实际中.电法勘探是地球物理勘探中的重要方法之一.它是以岩矿石的电性差异为物理基础.电法勘探从产生至今日,得到了广泛的应用并且经过80余年的实践和创新,已经形成了一个理论比较完善、方法多样的地球物理勘探的重要技术手段.但是,通过常规电法获得的信息量很少,所提供的地电断面的结构特征的地质信息极为贫乏,无法对其进行统计处理和解释.近年来随着数理方法的不断进步和计算机技术的发展,使处理大量的数据进行反演成为可能,电法勘探的专家们不断探索新的方法,来解决更加复杂的电法勘探的问题.高密度电法的提出和付诸实施使电法勘探也可以和地震勘探一样采用覆盖方式更快、更准确的采集信息,更高精度的进行多维反演,使电法解释资料更加直观、明了,可以说这一新技术的出现是电法勘探的一大进步.20世纪80年代后期,我国地矿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理论及有关技术问题.近年来该方法先后在重大场地的工程地质调查、坝址及桥墩选址、采空区、岩溶区及地裂缝探测等众多工程勘察领域取得了明显的效果[1].高密度电阻率法同常规电阻率剖面法、测深法相比,既能提供探测地质体在某一深度沿水平方向的电性的变化趋势,也能反映地质体在沿垂直方向不同深度电性的变化情况,该方法能从二维水平上反映出探测地质体的电性畸变特征.高密度电阻率法主要有如下优点[2]:(1)电极布设是一次完成,测量过程中无须更换电极,可以防止因电极设置而引起的故障和干扰.(2)能有效的进行多种电极排列方式的参数测定,可以获得较丰富的关于地电结构的信息.(3)数据的采集和收录实现了自动化(或半自动化),不仅采集速度快,收稿日期:2007-04-23作者简介:邓超文(1973-),男,广东阳西人,广东省公路勘察规划设计院工程师,主要从事高速公路工程勘察及研究.而且可避免人工操作引起的误差和错误.(4)可以实现资料的现场实时处理或脱机处理,可以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.(5)与传统的电阻率法相比,成本低、效率高,信息量丰富,解释能力方面显著提高.但是,高密度电法是一种较新的物探方法,需要通过实践应用和总结归纳对该方法进一步完善.2高密度电法的基本原理图1 高密度电阻率法工作原理示意图2.1 高密度电法的工作原理高密度电法的基本工作原理[1]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层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.高密度电阻率法的原理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 V,从而可求得该点(M 、N 之间)的视电阻率值(图1).根据实测的视电阻率剖面进行计算、分析,便可获得地层中的电阻率分布情况,从而可以划分地层,确定异常地层等.2.2 高密度电法的设备组成高密度电法数据采集系统[1]由主机、多路电极转换器、电极系统3部分组成.多路电极转换器通过电缆控制电极系统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、地质调查资料进行地质解释,图2 高密度电法系统示意图并绘制出物探成果解释图.目前,国内外生产的高密度电法观测系统较多,主要是由多功能数字激电仪、多路电极转换器、高级电法处理软件等部分组成.3应用实例高密度电法是许多普通电法排列、测点的集合,通常将许多电极(一般为60个),按一定极距(一般为1~5m)排列,通过电缆、开关控制箱与测量仪器相连.测量时,测量仪器通过指令控制开关控制箱,以一定的排列顺序将电极转换成供电电极或测量电极.根据不同的电极排列顺序和测量方式,可分为不同的装置方式,以下实例勘察使用装置为:点距5m 、60图3 某隧道高密度电法视电阻率剖面图个电极、排列长295m,滚动覆盖, 排列(温纳装置).近年来,高密度电阻率法被广泛应用于大型高速公路工程中,如:广梧高速公路、西部沿海高速公路、广贺高速公路、韶赣高速公路等等,现举若干工程实例,以说明其应用效果.3.1 应用于隧道工程某隧道高密度电法剖面表现出较规则的高阻、低阻相间异常现象(见图3),其地面位置与地质调查中隧道破碎带露头位置相符,结合地质情况,推测为断裂构造引起,其埋深的隧道线路位置 66 韶关学院学报 自然科学2007年约在10~30m,隧道区地质情况较复杂.该隧道进行了工程地质调绘及钻探,资料表明与高密度电法的勘察结果相吻合.3.2 应用于采空区高密度电法视电阻率拟断面图中对于空洞、裂缝等隐患主要表现为高电阻(如果空洞充水或充泥则表现为低电阻)、低密度和低介电常数等[3,4];对于软弱层或软弱体、渗漏通道等主要表现为低电阻、低密度等.采用高密度电法结合钻孔资料,可以确定若干异常为采空区引起.从图4的探测剖面图看,采空区的发育及规模等特征一目了然,某些钻探未揭露的采空区也反映出来了,这种效果仅靠钻探是无法做到的.图4 某采空区高密度电法视电阻率拟断面图(A)及地质解译图(B)4结束语实践结果表明,该方法对山区、采空区等特殊地区的浅层构造及不良地质均可取得较理想的探查效果,为工程建设提供了可靠依据,节省了勘察费用,具有较高的经济价值.高密度电阻率法有其独特的优越性,也存在局限性和不足之处.如沿线的电力设施、地下管线等都可能引起视电阻率曲线的畸变,影响探测结果的精度,也不能了解岩土的力学性质.由于方法的局限性,异常区不排除由于局部地质体的物性突变(例如大块孤石、劣质碳、炭质页岩夹层等)的影响,需进一步进行钻探验证[2].因此需要与钻探配合方可取得优质高效的勘察成果.参考文献:[1]傅良魁.应用地球物理教程 电法勘探[M].北京:地质出版社,1991.[2]葛如冰,黄伟义.高密度电阻率法在灰岩地区的应用研究[J].物探与化探,1999(1):36-38.[3]王文州.物探技术在高速公路溶岩地区地质勘探中的应用[J].中外公路,1986,21(4):56-58.[4]刘晓东,张虎生,朱伟忠.高密度电法在工程物探中的应用[J].工程勘察,2001(4):64-66.The principle and application of highdensity electrical method techniqueDENG Chao -wen(Highway Survey &Design Institute of Guangdong Province,Guangzhou 510507,Guangdong,China)Abstract :The fundamental principle and application of high-density electrical method are introduced in this article.This me thod has some specialties such as simple equipment,use conveniently,high accuracy and needn t do any harm -less to works.After c omparison and analysis,author found that the outc ome of this method is unanimous with geology da -tum and this end gives scientific,justified evidence for recommendation.Key words :high density electrical method;hollow area in mining;tunnel;exploration method(责任编辑:颜志森) 第6期邓超文:高密度电法的原理及工程应用 67。

重庆精凡科技有限公司1.4多电极阵列电阻率法关于阵列电探的思想早在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。

随着电子技术、计算机技术和信息处理技术的发展，阵列电探得到了快速的发展和应用。

微电极电阻率成像测井、阵列感应测井、阵列电磁剖面法、地面高密度电阻率法、三维电阻率法以及地-井、井-井电阻率成像等都属于阵列电探法这一范畴。

在本书中，所谓多电极阵列电阻率法，就是在测线上或测区内一次性布设几十～几百根电极，通过事先设定的工作方式让仪器自动选择供电电极和测量电极，这样可同时完成了电测剖面和电测深两种形式的测量，得到地下不同位置视电阻率值，展示地下导电性横向变化和纵向变化。

主要包括地面高密度电阻率法和三维电阻率法。

由于布设电极数量毕竟有限，只适合浅小目标体，是工程电法的一种主要方法。

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查领域取得了明显的地质效果和显著的社会经济效益。

1.4.1高密度电阻率法高密度电阻率法仍然是以岩、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中传导电流分布规律的一种电探方法。

因此,它的理论基础与常规电阻率法相同,所不同的是方法技术。

高密度电阻率法野外测量时只需将全部电极(几十至上百根)置于观测剖面的各测点上,然后利用程控电极转换装置和微机工程电测仪便可实现数据的快速和自动采集,当将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图示结果。

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的上述特点,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。

高密度电法的发展与应用高密度电法的发展与应用一、简介高密度电法（High-Density Electrical Resistivity Method，HD-EM）是一种地球物理勘探方法，用于获取地下岩石或土壤的电阻率分布，以推断地下构造和含水情况。

它通过电极阵列和电流注入来测量地下电场的分布，并利用数学模型进行解释。

本文将从技术发展、应用范围和未来趋势几个方面探讨高密度电法在科学研究和工程应用中的重要性与前景。

二、技术发展高密度电法起源于地球物理勘探领域的电法方法，它的发展得益于电子技术和计算机科学的进步。

随着传感器技术的提升和数值模型的改进，高密度电法已经成为解析地下结构和水文地质问题的重要工具。

目前，高密度电法已经分为多种测量技术，如大电极面积阵列法、小电极间距阵列法和多频率法。

这些技术的出现使得高密度电法的测量更加准确与高效。

三、应用范围高密度电法在地质学、环境科学和工程领域应用广泛。

在地质学中，高密度电法可用于地下构造和岩石类型的研究，如火山地质、断层研究和矿产资源勘探等。

在环境科学中，高密度电法被用于土壤盐渍化、地下水污染和地下水补给区域的研究。

在工程领域，高密度电法可用于地质灾害评估、基础设施建设和隧道工程等方面。

它的非破坏性、快速性和相对低成本使得高密度电法成为了这些领域中的重要辅助手段。

四、高密度电法的优势与传统电法方法相比，高密度电法具有以下优势：1. 高空间分辨率：高密度电法可以提供更高分辨率的电阻率数据，揭示地下细节更为精确。

2. 快速测量：高密度电法测量速度快，大大提高了数据采集的效率。

3. 数据获取：高密度电法可以获取更多的电场和电流数据，并从中获得更多的信息。

4. 数值模型：高密度电法利用数值模型解释数据，降低了解释的主观性。

五、未来趋势随着电子技术和计算机科学的不断发展，高密度电法仍然具有很大的潜力和前景。

未来的趋势可能包括以下几个方面：1. 仪器技术的改进：随着传感器技术的日益先进，高密度电法的仪器设备将更小巧、高灵敏度和便于携带。

实验二十一 高密度电法测量的方法原理 实验二十二 地下已知模型的异常电场剖面测量 实验二十三 高密度电法测量数据的处理与解释(一)实验目的了解高阻体和低阻体模型上的视电阻率剖面异常。

(二)设备：1．DUK 一1高密度电法测量系统：其包括：“DZD 一4多功能直流电法仪器”、“多路电极转换器《II 》”及一套高密度测量专用电缆和电极。

2．供电用电池 3．皮尺 4．钉锤(三)原理及装置：地电学是研究大气，海洋和固体地球内部的电性及电场分布规律的科学。

我们利用电法勘探中的某些方法，来研究固体地球岗位介质及其周围的电性及其电场的分布。

地电学在地震预报和地球物理研究中都占有十分重要地位。

在地球表面存在头着天然的变化电场和稳定电场，其中天然的变化电场是由地球外部的各种电流系在地球内部感应产生的，分布于整个地表和广大地区，一般具有较小的梯度。

而天然的稳定电场主要是由矿体，地下水和各种水系产生的，分布于局部地区，一般具有较大的梯度。

电法工作主要研究对象就是这种稳定场。

这种稳定场又和变化场交融在一起，我们则要在测量中去伪存真，找出真正反映地下物质结构的稳定电场。

建立地下直流电场，则要将电源两端分别经两个供电电极（A 、B ）接地，电流由A 输入地下，通过B 又从地中流出，构成闭合回路，因电极的尺寸与其到观测点的距离相比很小，可视为点电流源。

如果把B 极置于相距很远（可认为“无穷远”）的地方，那么A 极附近的电场将不受B 极电场的影响或甚微，可忽略不计，我们则获得一个点电流源的电场。

这里地下任一点的电位为：rI U πρ2=（I ：A 极处电流强度；ρ：地下介质的电阻率；r ：该点距点电流源A 的距离）当供电电极A 、B 不远，且电流由A 极输入地下而由B 极自地中流出时，按场的迭加原理，该点的电场应是电流强度为I 的A 点电流源和电流强度为-I 的B 点电流源分别在该点产生的电场的矢量和，该点的电位则是A 、B 两电流源分别在该点的电位之和。

高密度直流电法原理与测线布置探究1、高密度直流电法的原理及测线布置1.1 高密度电法的原理高密度电阻率法是以地下介质导电性差异为基础，通过观测和研究与这些差异有关人工电场的分布规律，可达到查明地下地质构造和寻找地下电性不均匀体（岩溶、风化层、滑坡体等）的一种地球物理勘探方法。

高密度电法的勘探原理，与一般电法勘探原理相同。

本文主要用三极法进行勘察预报。

1.2 测线布置长基岭隧道进口左线供电电极布置在距掌子面14m处，2个接收电极布置在供电电极后，各供电电极间距为4m。

测量电极向掌子面后方移动，每次移动间距为4m。

测量电极间的距离为4m。

通过移动测量电极，采集隧道周围岩石的视电阻率值，即可得到掌子面前方视电阻率相关比值等值线图。

2、长基岭隧道地质条件概况隧道区位于粤北凹褶束-韶关凹褶中的天门坳隆起区，地层复杂，断裂发育。

地质调绘显示，该隧道共发育和穿过13条断层，其走向为北北东向和北东向，南北向。

另外，隧道随处地层岩性复杂，构造复杂，岩溶发育，断层发育，地质条件极其复杂。

本次探测段所处的地层属于区域强岩溶段，小管道状岩溶泉，垂向分带为季节性变化带岩溶水，横向分带为补给径流区，在ZK91+100处见一处季节性岩溶泉，出露高程为301m处的洼地中，雨季流量5～20L/S，旱季斷流，长年不干。

该里程段物探勘测为3条断层，且三条断层均与隧道相交，切过沟系，极可能成为导水通道。

另CSA7ZK5钻孔稳定水位位于高程313.71m、CSA7ZK4钻孔位于孔深99.6m处涌水，即标高为206m，说明在此高程处存在岩溶通道压力水，水一直上升至孔口溢出，因此，隧道开挖至该断层处时，将出现渗水或突水的可能性极大。

3、探测结果及分析3.1高密度直流电法探测结果及分析通过洞内仪器探测，数据传输，解译，整理成图，ZK90+975～ZK91+015段的探测结果见图1。

图1 ZK90+975～ZK91+015段探测结果从上面的探测结果中可以看到，此次三级法超前探测反映掌子面前方距离为0～40m，视电阻率相关比值在低区域反映为蓝色，在高阻区域反映为红色，过渡颜色为黄色。

1 前言高密度电法是集激电剖面及激电测深为一体，采用高密[1]度布点，进行二维地电断面测量的一种勘探方法。

采用了程控式电极转换开关和高密度数字电测仪，在一条剖面上可以采集大量不同装置和不同极距的数据，经数据处理，便可获得相应的剖面图或断面图。

和常规电法相比，具有测点密度高、采集信息量大、人为干扰少、工作效率高等优点，已广泛用于矿产勘查、工程勘察与检测、寻找地下水等各领域。

2 高密度电法工作方法简述高密度电阻率法数据采集系统由主机、多路开关转换器、电极系三部分组成（见图1）。

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指令，控制电极供[2]电、测量接收并存贮测量数据。

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格式，经相应处理模块进行畸变点剔除、地形校正的预处[3]理后，最终二维反演成图。

3 矿区概况矿区地处念青唐古拉山区，位于冈底斯—念青唐古拉板片次级构造单元念青唐古拉背断隆之东段。

矿区主要出露2地层为石炭系上统—二叠系下统来姑组二段（C P l ）和三313段（C P l ），其中来姑组二段出露于工作区北部，岩性为31千枚状板岩夹变质石英砂岩，局部夹泥质板岩、硅质板岩；来姑组三段主要出露于工作区南部，岩性为灰色含砾砂质板岩[4]夹变质石英砂岩，局部夹灰岩、凝灰岩、泥质砂岩。

矿区内石膏矿体主要产于石炭系上统—二叠系下统来姑组二段及来姑组三段接触部位，矿体呈层状产出。

矿石多呈白色、褐黄色，条带状、条纹状构造，纤维集晶状结构。

矿体围岩主要为千枚状板岩与含砾砂质板岩。

根据收集的资料显示，千枚状板岩与含砾砂质板岩其电阻率变化范24围为n×10-n×10Ω·m；石膏为固体离子型导电矿物，其6电阻率较高，一般实验室测量结果都大于10Ω·m。

在理论上，石膏矿体电阻率比围岩要高出两个数量级以上，矿体[5]与围岩存在显著的电阻率差异。

高密度电法数据采集和资料处理一、实验目的1.学习高密度电阻率法数据采集工作方法；2.深刻理解高密度电法的基本工作原理；3.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层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. 高密度电阻率法的原理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Δ V ,从而可求得该点M 、N 之间的视电阻率值进行计算、分析,便可获得地层中的电阻率分布情况,从而可以划分地层,确定异常地层等.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。

（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有比较好的效果。