高密度电阻率法分辨率影响因素研究及应用

高密度电阻率法及其在工程勘查中的应用摘要：本文简要介绍了高密度电阻率法的发展、基本工作原理、野外工作方法和室内资料处理方法，以实例说明高密度电阻率法在工程勘查的工作应用，阐明充分研究工作区地质及地球物理条件，恰当选用物探方法，合理进行工作部署，从而取得良好的勘查效果的工作思路。

关键词：高密度电阻率法；电阻率；温纳装置；偶极装置；RES2DINV二维高密度电法反演软件1 高密度电阻率法的概述高密度电阻率法又称为电阻率影像法。

该方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。

高密度电法的基本设计思想在上世纪七十年代末就由英国的地球物理工作者提出了。

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。

八十年代中期，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。

八十年代后期，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方法理论及有关技术问题、研制成了几种类型的仪器。

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 工作原理与仪器简介2.1 高密度电阻法的基本工作原理高密度电阻率法的基本工作原理与常规电阻率法大体相同，是以地壳中不同岩（矿）石的电阻率差异为基础，通过观测和研究人工电场的分布规律和特点，实现解决各类地质问题的一种电法勘探方法。

将直流电送入地下，在地下即可建立起人工电场。

如果在电场控制的范围内存在不同的导电岩（矿）石时，它们就会影响正常电场的分布，使正常电场产生畸变。

高密度电阻率法实验报告实验报告：高密度电阻率法实验研究一、实验目的高密度电阻率法是一种常用的地球物理勘探方法，主要用于研究地下岩土体的电学性质，如电阻率、电导率等。

本实验旨在通过高密度电阻率法实验，掌握该方法的基本原理、测量方法和技术流程，提高实际操作能力和对地下岩土体的认识。

二、实验原理高密度电阻率法基于地下岩土体的电学性质差异，通过测量不同位置的电位分布，推断地下岩土体的电阻率分布情况。

该方法采用高密度电极排列，能够快速获取大量数据，提高测量精度和分辨率。

三、实验步骤1.实验准备（1）收集实验场地信息，包括地形、地质、水文等条件；（2）准备实验仪器，包括高密度电阻率仪、电极、导线等；（3）设计实验方案，包括电极排列、测量深度、扫描范围等。

2.现场布置（1）根据实验方案，布置电极排列；（2）连接导线，确保连接稳定可靠；（3）检查仪器设备，确保正常运行。

3.数据采集（1）设置测量参数，包括采样间隔、扫描速度等；（2）开始测量，记录电位数据；（3）检查测量数据，确保质量合格。

4.数据处理与分析（1）处理测量数据，进行滤波、去噪等操作；（2）根据处理后的数据，绘制电阻率分布图；（3）结合地质资料，对电阻率分布进行分析解释。

5.实验总结与报告编写（1）总结实验过程和结果；（2）编写实验报告，包括实验目的、原理、步骤、结果分析等。

四、实验结果与分析通过本次实验，我们获取了实验场地的电阻率分布数据。

根据数据绘制出的电阻率分布图显示，实验场地的电阻率值存在明显的差异。

结合地质资料分析可知，这些差异可能与地下岩土体的类型、含水性等因素有关。

通过对数据的进一步处理和分析，我们可以得到更精确的电阻率分布情况，为后续的工程设计提供参考。

五、实验结论与建议本次实验通过高密度电阻率法测量了实验场地的电阻率分布情况，掌握了该方法的基本原理和操作流程。

通过数据处理和分析，我们得到了地下岩土体的电阻率分布情况，并对其进行了解释。

高密度电阻率法实验报告实验目的：通过在不同电极间施加电场，测量样品体积内所产生的电势差，得到样品电阻率，并掌握高密度电阻率法的基本原理和实验方法。

实验仪器：高密度电阻率仪，电极系统，计算机等。

实验原理：高密度电阻率法是一种间接测量样品电阻率的方法。

当在样品内部施加一定的电势差时，通过测量样品内部产生的电流强度，可以计算出样品电阻率的大小。

在实验中，首先将样品置于电极系统中，然后通过高密度电阻率仪在不同电极间施加一定的电势差。

当电场强度足够大时，样品内部会产生电流，电流的大小与电势差和电极间距有关。

通过测量样品内部电流的大小和样品尺寸，可以计算出样品电阻率的大小。

实验步骤：1. 准备样品和电极系统。

样品应具有一定的导电性，表面应平整，干净。

电极系统应密封严密，电极间距应根据样品尺寸和电势差确定。

2. 连接电路。

将电极系统连接到高密度电阻率仪上，并根据仪器说明连接相应的控制和测量电路。

3. 施加电势差。

根据实验要求，通过仪器控制，施加一定的电势差。

4. 测量电流强度。

在施加电势差的同时，测量样品内部产生的电流强度。

5. 计算电阻率。

根据测量结果，通过计算公式计算样品电阻率的大小。

6. 统计实验结果并分析。

实验注意事项：1. 样品应保持干净，避免外部因素影响实验结果。

2. 电极间距应根据实验需要进行调整，太近或太远都会影响实验结果。

3. 电势差应尽量稳定，避免突然的变化。

4. 对于不同类型的样品，可能需要采用不同的电势差和电极间距，以保证实验结果的准确性。

实验结果：样品编号：001样品尺寸：10cm x 10cm x 10cm 电极间距：5cm施加电势差：10V测量电流强度：0.5A计算电阻率：1Ωm样品编号：002样品尺寸：20cm x 20cm x 20cm 电极间距：10cm施加电势差：20V测量电流强度：0.8A计算电阻率：0.5Ωm实验结论：通过高密度电阻率法实验得到的样品电阻率结果，与样品本身的导电性质有关。

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）-1-90-20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。

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。

高密度电阻率法简介
高密度电阻率法是在常规电法基础上发展起来的新型物探方法，其工作原理与常规电法一致，以岩土介质的导电性差异为基础，通过观测和研究人工建立的地下稳定电流场的分布规律从而来解决地下地质
问题。

与常规电法相比，高密度电法通过多道电极转换开关自动转换测量电极，一次性测量，具有直观、高效、高分辨率、高精度等特点。

通过地面观测人工建立的稳定电流场的变化研究地下介质的电性变化，经分析判断地下障碍物的埋深、性质和形状等。

方法特点是集电测深和电剖面装置于一体，一次布极可获得更丰富的信息，效率和精度较高。

以下是高密度电法探测主要用途：
a. 堤、坝的隐患（管涌、脱空、塌陷等）探测
b. 江河水位探测、地下水位探测和找水等工作
c. 地质构造探测（岩溶、断层破碎带、滑坡体等）
d. 路基检测；地质勘探、矿床探测
e. 相关部门公路、铁路、水利水电、地矿、环境等检测。

高密度电阻率法正反演研究及应用
高密度电阻率法正反演是一种地球物理勘探方法，它利用电流通过地下岩石和土壤时的电阻率差异来推断地下结构，以帮助地质勘探、环境监测和水资源管理等领域。

在正演过程中，高密度电阻率法通过在地表放置电极，并向地下注入一定的电流，然后测量地下的电位差，以确定地下岩石或土壤的电阻率分布。

电阻率是材料对电流通过的障碍程度的度量，不同类型的岩石或土壤具有不同的电阻率值。

通过进行正演实验，可以获得地下电阻率的分布图。

在反演过程中，根据正演实验的数据以及地球物理的数学模型，可以使用正问题求解的方法来估计地下的电阻率分布。

反演方法通常通过建立优化问题，将正问题与观测数据进行对比，并通过迭代算法来调整模型参数，以得到最佳的地下电阻率模型。

这样就可以提供地下结构的信息，从而帮助地质勘探和资源管理等领域做出决策。

高密度电阻率法可以应用于不同的领域。

在矿产勘探中，它可以帮助确定矿体的位置、大小和性质，从而指导矿产资源的开发。

在环境监测中，高密度电阻率法可以用于检测地下水位、地下水流方向和土壤污染等问题。

在水资源管理中，它可以用于地下水资源的调查和管理。

总之，高密度电阻率法正反演是一种重要的地球物理勘探技术，具有广泛的应用前景。

随着技术的进步和理论的发展，它将进
一步提高地下结构的探测能力，为各个领域的决策和规划提供更准确的地下信息。

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，不利于自动测量方式的实现。

高密度电阻率法工程分析一、高密度电阻率法工作原理和使用意义（一）工作原理和优势高密度电阻率法是一种在方法技术上有较大进步的电阻率法，是集电阻率剖面法和电阻率测深法的特点于一身的一组电法勘探方法。

就其原理而言，它与常规电阻率法完全相同，也是以不同岩（矿）石之间导电性能差异为基础，通过接地电极在地下建立人工电场，以电测仪器观测因不同导电地质体存在时地表电场的变化，进而在此基础之上推测出地下水的分布、构造、含量等情况，以达到探测水资源的目的。

同时，对于工程建设而言，利于此方法能够充分了解地质水文情况进而确保工程建设的安全。

与常规的电阻率相比较而言，因高密度电阻率法采用的是多电机密度一次步极的方式，使之具有更强的性能。

在实际运用具有诸多优势，主要如下：其一，测试过程中电极分布一次性即可完成，不用多次调整可以有效防止测试过程中出现其他故障；其二，对于同一观测剖面，可以通过数据的转换以变化电极的方式以获得ps断面等值线图，数据更为完备；其三，因降低了故障率，提升了工作效果，成本更低，效益更佳，使之用途更加广泛。

因而，在上世纪80年代由日本引进之后，经过科研机构对其使用方法与仪器的研究和生产，使之很快就在我国诸多行业中发挥着巨大作用，在实际运用中取得了效果得到了广泛肯定。

（二）高密度电法的使用意义当前，随着我国社会经济的快速发展，人们对于物质生活的要求日益提升，但水资源缺乏的形式日益加剧，使得对于水资源的探测和开发越发受到社会的广泛关注。

然而，就全国范围内而言，探测水资源的难度较大，在少雨的地区即使采用现代化钻进技术，达到地下100米也难以发现水资源的踪影，造成了极大的人力、物力、财力的浪费。

但是，随着技术的发展，使用电法勘探技术即可有效改变这一现状，低成本的探测水资源。

尤其是高密度电阻率法的使用进一步提升了探测的效果，在野外测量时只需将全部电极（几十至上白根）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白动采集。

管理及其他M anagement and other 高密度电阻率法在矿山水文地质勘察中的应用初探刘 星摘要：在我国矿山工程项目开展过程中，水文地质勘察工作是其中非常关键的技术内容。

但我国很多地区由于受到自然环境和地质条件因素的影响，造成矿山区域的水文地质条件的构成比较复杂，因此，对于水文地质勘察技术的使用要求和标准也相对较高。

高密度电阻率法在矿山水文地质勘察工作中的应用优势非常明显，该方法属于一种高效、精确的地球物理探测技术手段，在我国各大水文地质勘察工作中应用非常普遍。

基于此，本文首先针对高密度电阻率法，在地下水资源勘察工作、水质变化动态监测工作以及在水文地质参数反演工作中的相关应用策略进行深入探索，发挥出高密度电阻率法的使用工作优势，提高矿山水文地质勘察工作的质量效率以及安全性，保证地质工程项目的顺利进行，为后续类似工作的顺利实施提供相关参考和借鉴。

关键词：矿山；水文地质勘察；高密度电阻率；地下水资源；应用在我国矿山地质工程水文地质勘察工作当中，对于各种先进的地质勘察工作方法应用程度越来越高，高密度电阻率法是其中一种比较常用的水文地质勘察工作方法。

该项技术早在上世纪80年代初，由英国学者设计出的电阻率探测偏置装置系统为基础，并且在后续的技术优化和完善过程中，形成现代水文地质勘察工作中所使用的高密度电阻率成像工作方法。

在水文地质勘察和工程地质勘察过程当中，通过高密度电阻率法的有效应用，可以准确查明不同区域的矿山地质条件情况以及相关地质参数，特别是对地下水资源的勘察、地下水质变化监测以及水文地质参数的相关计算和分析工作，表现出的作用和优势非常明显，受到我国各大地质勘察工作单位的充分重视。

1 高密度电阻率法在地下水资源勘察工作中的具体应用结合我国某地区一处矿山水文地质条件勘察工作展开分析和研究，本次矿段露天采矿工作正在快速开展，并且已经逐渐开采到地下水位标高1915m左右位置，矿坑底部已经产生大量的积水，并且在排水过程中存在较大的困难，影响到整个矿山生产工作的顺利进行。

│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。

psbp在高密度电阻率法二维反演中的应用
高密度电阻率法（High Density Resistivity Method，简称HDRM）是一种基于地下电阻率探测技术的二维反演方法。

其应用复杂的数学模型以快速可靠的方式分析地下介质的结构、地质参数和静态特征。

PSBP（Potential Source-to-
Receiver/Receiver-to-Source Potential，简称PSRP）法是HDRM的一种。

PSBP代表潜在的电源，它是在源位置生成电荷，沿着地下电阻率分布中所设定的路径传输并在接收器所处位置得到控制的电场。

因此，对于采用PSBP方法的HDRM在反演中，首先需要从实验获取PSBP数据，其次就是将该记录的电位数据放入真实的地下电阻率物理模型中进行拟合。

最后，利用HDRM关于地质介质参数的估计反演出最佳的地下模型参数，形成动态的隐藏模型，从而揭示出地表下的地质结构。

此外，PSBP使用PSRP对地下介质模型参数进行非线性反演，并拟合电源-接收数据，从而在较大程度上提高反演精度和空间分辨率。

基于PSBP的HDRM能够更准确、更快速地获取地下结构及其物理属性，因此得到了广泛的应用。

总之，PSBP在高密度电阻率法二维反演中具有广泛的应用前景，能够帮助研究者从潜在的电源位置到接收位置的数据，从而获取更准确的地下介质参数，更好地理解地下地质结构。

高密度电阻率法三种不同装置应用效果对比研究收稿日期:20230321;修订日期:20230421;编辑:曹丽丽基金项目:中国地质调查局项目 新安江流域地下水资源调查评价 (项目编号:D D 20211571);中国地质调查局项目 胶东北海岸带与岛礁综合地质调查 (项目编号:D D 20220604)作者简介:李子永(1991 ),男,山东威海人,硕士研究生,主要从事地球物理勘探和数据处理工作;E m a i l :790006874@q q.c o m 李子永,张利峰,王小天(中国地质调查局烟台海岸带地质调查中心,山东烟台 264000)摘要:高密度电阻率法作为一种阵列式电法勘探方法,通过改变供电㊁观测电极的排列方式,可实现多种排列装置进行数据采集的功能,具有低成本㊁高效率的特点,已广泛应用于环境地质㊁工程地质和矿产地质等领域㊂为探究在不同地质背景㊁勘探目标时,各排列装置应用效果的特点,本文选取温纳㊁偶极 偶极和施伦贝谢尔(剖面)三种装置,对其在水库坝体渗漏检测和地下水勘查中的应用效果进行对比,研究各排列装置的特点㊂结果表明,温纳装置在勘探深度方面有明显的优势,纵向分辨率高,施工效率高,数据拟合效果好,信噪比高,抗干扰能强;偶极 偶极装置横向分辨率高,水平方向异常更细化,施工效率较高;施伦贝谢尔(剖面)装置具有较高的横向与纵向分辨率,采集数据点多,获取地电断面信息更丰富,抗干扰能力较强,勘探深度较深,数据拟合效果较好㊂综合对比研究认为,施伦贝谢尔(剖面)装置适宜在水库坝体渗漏检测中推广使用;温纳装置具适宜在勘探第四系潜水含水层中推广使用㊂关键词:高密度电阻率法;温纳装置;偶极 偶极装置;施伦贝谢尔(剖面)装置;效果对比中图分类号:P 641.8 文献标识码:A d o i :10.12128/j.i s s n .16726979.2023.07.008引文格式:李子永,张利峰,王小天.高密度电阻率法三种不同装置应用效果对比研究[J ].山东国土资源,2023,39(7):4651.L I Z i y o n g ,Z HA N GL i f e n g ,WA N G X i a o t i a n .C o m p a r a t i v eS t u d y o nt h eA p pl i c a t i o nE f f e c t o fT h r e e D i f f e r e n tD e v i c e s o fH i g hD e n s i t y R e s i s t i v i t y M e t h o d [J ].S h a n d o n g La n da n dR e s o u r c e s ,2023,39(7):4651.0 引言高密度电阻率法是浅层地球物理勘探的主要方法之一[1],近年来已广泛应用于环境地质㊁工程地质㊁矿产地质和灾害地质等众多行业[23]㊂高密度电阻率法有多种观测装置,常用的观测装置有温纳装置㊁施伦贝谢尔装置㊁单极 单极装置㊁单极 偶极装置和偶极 偶极装置[45],不同观测装置的应用效果有不同的特点㊂目前已有诸多学者对不同观测装置的观测效果开展了研究工作,研究指出,在实际工作中要因地制宜地综合地质情况,选择合适的装置进行探测[67]㊂因此,如何根据不同的地质背景㊁施工条件和勘探目标选择合适的观测装置显得十分重要㊂本文针对水库坝体渗漏和地下水勘查任务,选用温纳装置㊁施伦贝谢尔(剖面)装置和偶极 偶极装置进行观测试验,对比3种观测装置的反演结果,给出各观测装置的优缺点,并从多个方面对比3种装置的不同之处,为高密度电阻率法在库坝体渗漏和地下水勘查任务的生产实践提供一定的参考㊂1 高密度电阻率法概述1.1 高密度电阻率法基本原理高密度电阻率法的基本原理与常规电阻率法相同,是以岩矿石的电阻率差异为基础[89],研究人工条件下稳定电流场在地下的分布规律,进而查明地下地质体及地质构造分布规律的一种电法勘探方法[1012]㊂作为一种阵列式勘探方法[13],高密度电阻率法具有低成本㊁高效率㊁采集信息丰富㊁抗干扰能㊃64㊃第39卷第7期 山东国土资源 2023年7月Copyright ©博看网. All Rights Reserved.力强㊁适用范围广等优点[1415]㊂1.2 装置类型电阻率法勘探中将一定的电极排列方式称为装置类型,在电阻率法勘探中,根据不同的地质任务和不同的地电条件,需采用不同的装置类型㊂常用的观测装置主要有二极㊁三极和四极等装置类型,高密度电阻率法以此为基础,演变出十几种装置类型[16],各装置在探测深度㊁垂向和横向分辨率㊁断面数据覆盖范围和信息强度等方面各有特点㊂实际工作中,四极装置因不需要布设无穷远电极,可以压干扰,增强有效信号,应用较为广泛㊂本次工作主要研究温纳装置㊁施伦贝谢尔(剖面)装置和偶极 偶极装置的各自特点㊂1.2.1 温纳装置简介如图1所示,温纳装置是一种电极按A ㊁M ㊁N ㊁B 依次等间距排列的对称四极装置㊂测量时,AM=MN=N B =n a (A ㊁B 为供电电极,M ,N 为测量电极,n 为剖面层数,a 为电极间距),AM ㊁MN ㊁N B 逐点增大一个电极间距,得到第一条斜测深剖面;接着A ㊁M ㊁N ㊁B 同时移动一个电极,重复测量,得到下一条剖面;不断测量下去,得到一个倒梯形断面[1718]㊂温纳装置的视电阻率ρs =2πa әU MN /I1㊂由于测量电极在供电电极内部,温纳装置信号强度较高,具有较高的信噪比较,抗干扰性较强[1920]㊂图1 温纳装置示意图1.2.2 偶极 偶极装置简介如图2所示,偶极 偶极装置是一种电极按A ㊁B ㊁M ㊁N 依次等距排列的装置[21]㊂测量时,A B=MN=a ,B N=n a ,A B ㊁B M ㊁MN 逐点增大一个电极间距,得到第一条斜测深剖面;接着A ㊁B ㊁M ㊁N 同时移动一个电极,重复测量,得到下一条剖面;不断测量下去,得到一个倒梯形断面㊂偶极 偶极装置的视电阻率ρs=πa n (n +1)(n +2)әU MN /I1㊂由于测量电极在供电电极外部,一次电位幅度较小,对较小的异常体也有较好的灵敏度,但抗干扰能力较弱㊂图2 偶极 偶极装置示意图1.2.3 施伦贝谢尔(剖面)装置简介如图3所示,施伦贝谢尔(剖面)装置是一种电极按A ㊁B ㊁M ㊁N 依次等距排列的装置㊂测量时,MN 固定不动,AM=N B 按间隔系数由小到大逐次移动,得到第一条斜测深剖面;接着A ㊁B ㊁M ㊁N 同时移动一个电极,重复测量,得到下一条剖面;不断测量下去,得到一个倒梯形断面[22]㊂施伦贝谢尔(剖面)装置的视电阻率ρs =π(AMˑA N )MNәU MN /I1㊂相同剖面长度下,施伦贝谢尔(剖面)装置的观测数据点更密集,所以该装置具有更高的分辨率㊂图3 施伦贝谢尔(剖面)装置示意图2 应用实例对比为研究温纳装置㊁偶极 偶极装置和施伦贝谢尔(剖面)装置在实际应用中的效果和特点,分别在水库坝体渗漏检测和地下水勘查两个方面进行对比分析㊂高密度仪器采用武汉捷探科技公司生产的G T C E W 型常规电法工作站及专业电缆设备㊂仪器供电时长㊁停供时长均设为0.2s ,观测周期设为2个周期,供电电压大于400V ㊂按照仪器内置的温纳装置㊁偶极 偶极装置和施伦贝谢尔(剖面)装置㊃74㊃第39卷第7期 技术方法 2023年7月Copyright ©博看网. All Rights Reserved.跑极方式分别采集观测数据并存储在仪器内㊂反演计算前,运用仪器配套的A5高密度二维预处理软件对观测数据进行预处理,剔除因电极故障和地表干扰等原因造成的畸变异常点[23]㊂采用R e s2s i n v软件对预处理后的数据进行反演计算,阻尼系数设为0.16,阻尼系数增长因子设为1.05,模型正演计算算法选择有限差分法,单位电极距节点数设为2节点,层厚度随深度增加系数设为1.1,采用最小二乘法对实测数据进行反演,分别计算三种装置的反演模型,得到对应的反演视电阻率断面图㊂2.1水库坝体渗漏检测中的应用研究区位于牟平区高陵镇东约1k m处某水库,工区坝体为小型土石坝,坝体长约240m,宽约6 m,经过多年的运行,坝体土壤㊁砂㊁砾石等第四系堆积物的孔隙一般处于饱水状态,存在渗漏的风险[24]㊂通常而言,渗漏点电阻率值会低于20Ω㊃m,含水的砂㊁砾等堆积物电阻率一般低于50Ω㊃m,不含水的基岩等电阻率一般高于100Ω㊃m㊂测线布置于坝顶边坡处,沿坝体走向布设,测线长240m,点距3m,测线方位130ʎ,共布置电极80根,观测层数为24层㊂坝顶地势平坦,无地形起伏,数据处理时无需进行地形校正㊂3种装置的反演模型视电阻率断面图如图4所示㊂1 坝体范围;2 渗漏隐患点;3 大坝排水洞图4水库坝体渗漏检测反演模型视电阻率断面图从图4可以看出,在同一剖面相同电极距相同供电条件下,观测层数均为24层时,各排列装置视电阻率反演结果的电阻率异常垂向变化规律比较一致,均能揭露坝体内部岩土体的垂向分层规律,呈现低阻 高阻的电性组合,在剖面36~201m间,浅部0~27m的电阻率值以中低阻为主,27m深部电阻率以高值为主,电阻率主要呈层状分布,两侧的电阻率梯度变化较为平缓;温纳排列与施伦贝谢尔排列的电阻率异常横向变化特征较为明显,在深度10~14m,剖面84m㊁141m㊁174m处圈出了3处明显的低阻异常区;施伦贝谢尔装置在剖面213m和222m处圈出两处低阻异常区,其位置与水库排水洞一致;偶极排列的电阻率异常横向变化特征与温纳排列与施伦贝谢尔排列并不相同,上述3处低阻异常特征不明显,低阻异常呈现 凹 字形㊂综合上述3种排列装置视电阻率反演效果的特点,在土石坝坝体渗漏检测应用中,施伦贝谢尔(剖面)装置的应用效果最优[5],温纳装置次之,偶极㊃84㊃第39卷第7期山东国土资源2023年7月Copyright©博看网. All Rights Reserved.偶极装置较差㊂以施伦贝谢尔(剖面)装置视电阻率反演断面图对水库坝体渗漏情况进行解释,土石坝坝体位于剖面60~195m ,深度0~15m 的区域,两侧为第四系沉积物,深部为基岩岩体,坝体由于多年的运行已处于饱水状态,在深度10~14m ,剖面84m ㊁141m ㊁174m 处存在3处低阻异常区,电阻率值低于20Ω㊃m ,电阻率特征与排水洞类似,推断3处低阻异常区为渗漏隐患点㊂2.2 地下水勘查中的应用研究区位于屯溪区傍霞村内,地表为第四系覆盖层,北邻新安江,根据地质条件及水文地质条件,研究区内红层泥岩分布广泛[25],将找水目标定为第四系松散孔隙水㊂研究区内,第四系松散沉积物电阻率高于100Ω㊃m ,含水砂层电阻率低于50Ω㊃m ,饱水红层泥岩电阻率低于10Ω㊃m ㊂本次测量工作测线长900m ,点距10m ,测线方位340ʎ,共布设电极90根,观测层数26层㊂工区内地势平坦,无地形起伏,数据处理时无需进行地形校正㊂3种装置的反演模型视电阻率断面图如图5所示㊂1 含水砂层位置;2 公路干扰图5 地下水勘查反演模型视电阻率断面图从图5可以看出,在同一剖面相同电极距相同供电条件下,观测层数均为26层时,各排列装置的视电阻率反演结果基本相似,视电阻率异常垂向变化规律比较一致,均能揭露地下地质体的垂向分布规律,地下地质体整体呈相对高阻 低阻 高阻 低阻的电性组合,浅部0~3m 电阻率以中高阻为主,3~20m 电阻率以低阻为主,20~65m 以高阻为主,65m 以深以低阻为主;温纳排列与施伦贝谢尔排列的电阻率异常横向变化特征较为相似,在剖面0~300m 主要为中低阻异常区,在剖面300~550m 主要为低阻异常区,其中剖面300~400m 及450~550m 深度20~65m 为两处高阻异常区,550m 至测线尾主要为中低阻;偶极排列的电阻率异常横向变化特征与温纳排列与施伦贝谢尔排列并不完全相同,上述的两处高阻异常形态更加细化,呈现为鞍形[6]㊂综合上述3种排列装置各自反演效果的特点,在此次地下第四系松散孔隙水勘查应用中[7],温纳装置的应用效果最优,施伦贝谢尔(剖面)装置次之,偶极 偶极装置再次之㊂以温纳装置视电阻率反演断面图对测线地下地层分布情况进行解释,0~65m 相对高阻区域为第四系覆盖层,0~3m 中高阻区为地表松散砂砾层,3~20m 低阻区为砂砾黏土层,20~65m 高阻区为大小不等㊁磨圆不同的卵石层,㊃94㊃第39卷第7期 技术方法 2023年7月Copyright ©博看网. All Rights Reserved.电阻率升高至400Ω㊃m以上,65m深部低阻区为泥质红层,泥质红层孔隙度小,虽然表现为低阻异常,但含水性较差,测线距起点750m,深度50m 处,存在一处相对低阻异常,电阻率在10~ 30Ω㊃m之间,为孔隙度较大的砂砾层,推断为潜水含水层富水区㊂在水库坝体渗漏检测与第四系松散孔隙水勘查应用时,三种排列装置在分辨能力㊁施工效率㊁有效剖面长度和抗干扰能力等方面还是存在一些差异[8]㊂(1)在分辨能力方面,本次工作中温纳装置的抗干扰能力更强,纵向分辨率高,垂向地层分界线明显,异常的垂向分辨率高于横向分辨率;施伦贝谢尔(剖面)装置横向分辨率高,水平方向异常更细化,可较好地反映地层横向的地电结构特征;偶极装置横向分辨率更高,但水平方向异常形态更加复杂,不利于数据的解释,垂向分辨能力较差㊂(2)在施工效率方面,本次工作中在相同的供电条件下,采用相同电极距㊁电极数及观测层数时,温纳装置与偶极 偶极装置的数据采集时间要小于施伦贝谢尔(剖面)装置;可见温纳装置与偶极 偶极装置效率更高,施伦贝谢尔(剖面)装置效率较低㊂(3)有效剖面长度方面,本次工作中施伦贝谢尔(剖面)装置反演结果的深部剖面有效长度要明显大于温纳装置和偶极 偶极装置反演结果的深部剖面有效长度,可见水平方向上施伦贝谢尔(剖面)装置能够获取更多的深部地层地电结构特征信息㊂(4)抗干扰能力方面,在第四系松散孔隙水勘查应用中,测线在距剖面起点650m处横穿一条水泥路,因路面硬化问题影响附近电极供电和观测,偶极 偶极装置抗干扰能力较差,反演结果中仍能明显看到因公路干扰产生的虚假高值异常,温纳装置与施伦贝谢尔(剖面)装置抗干扰能力较强,反演结果中无明显的虚假异常㊂3结论从实际应用效果可以看出,由于温纳装置㊁偶极 偶极装置和施伦贝谢尔(剖面)装置的排列方式不同,观测跑极方式不同,导致在相同观测条件下对同一剖面的观测效果不尽相同㊂三种排列装置在水库坝体渗漏检测与第四系松散沉积层地下水勘探方面,都能取得较为理想的数据,能清晰地反映地下的地电特征分布规律,并且各排列装置的视电阻率反演断面图显示的异常体电阻率均与实际地下结构基本类似㊂从上述的应用效果可以看出,三种排列装置在应用效果上还是有差异和优劣的,温纳装置施工效率高,纵向分辨率高,抗干扰能力较强;偶极装置施工效率较高,横向分辨率高,水平方向异常更细化,异常形态更为复杂,异常解释难度较大,抗干扰能力较弱;施伦贝谢尔(剖面)装置具有较高的横向与纵向分辨率,采集数据点更密,获取地电断面信息更丰富,浅部抗干扰能力较强,但施工效率较低㊂综合考虑施工效率㊁纵向分辨率㊁横向分辨率㊁异常解释难度及抗干扰能力情况,温纳装置相较于另两种排列装置在勘探第四系松散孔隙水勘查中效果更明显,施伦贝谢尔(剖面)装置在水库坝体渗漏检测应用中效果更明显㊂在正式开展高密度电阻率法工作之前,应根据工作目标㊁探测深度㊁目标体规模㊁施工效率㊁地形条件及地质条件等情况具体分析,先进行不同排列装置的试验,根据试验结果对装置类型及工作参数做出合理的选择,从而实现勘探效果的最优化㊂参考文献:[1]杨磊,金维浚,尚彦军.电极布置方式对高密度电法探测分辨率的影响[J].地球物理学进展,2019,34(1):406411. 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T h e d i p o l e d i p o l e d e v i c eh a s h i g h l a t e r a l r e s o l u t i o n,m o r e d e t a i l e dh o r i z o n t a l a n o m a l i e s,a n dh i g h e r c o n-s t r u c t i o ne f f i c i e n c y.T h eS c h l u m b e r g e r(p r o f i l e)d e v i c eh a sh i g h e r t r a n s v e r s e a n d l o n g i t u d i n a l r e s o l u t i o n, m o r e c o l l e c t e dd a t a p o i n t s,r i c h e ro b t a i n e d g e o e l e c t r i c s e c t i o n i n f o r m a t i o n,s t r o n g e r a n t i i n t e r f e r e n c ea-b i l i t y,d e e p e r e x p l o r a t i o nd e p t h,a n db e t t e r d a t a f i t t i n g e f f e c t.I t i s c o n c l u d e d t h a t S c h l u m b e r g e r(p r o f i l e) d e v i c e i s s u i t a b l e t ob e a p p l i e d i ns e e p a g e d e t e c t i o no f r e s e r v o i r d a m,W e n n e r d e v i c e i s s u i t a b l e t ob e u s e d i ne x p l o r a t i o no f q u a t e r n a r y a q u i f e r.K e y w o r d s:H i g hd e n s i t y r e s i s t i v i t y m e t h o d;W e n n e rd e v i c e;D i p o l e d i p o l ed e v i c e;S c h l u m b e r g e r(p r o-f i l e)u n i t;e f f e c t c o m p a r i s o n㊃15㊃第39卷第7期技术方法2023年7月Copyright©博看网. 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