跨孔高密度电阻率成像及反演

（一）
两个点源的电场特征：
A(I)
M
B(-I)
U
AB M
I 1 1 ( ) 2 AM BM
电位差表达式 地下均匀介质的电阻率
二、如何测定大地的电阻率？
• 在地下半空间中建立人工的电流场，研究由于地质对象
的存在而产生的电场的变化（探测对象与周围介质之间 的电阻率差异是前提条件）。 • 将直流电通过电极向地下供电以形成人工直流电场，由于 直流电场中电荷的分布不随时间改变，这是一种稳定的 电流场。
沟 沟
测线1位于坝体顶部，与防浪墙相距1m。测线从溢洪道内边缘开始， 过输水隧洞上部，至水库管理所门口路边结束，总长206.5米。 测线2位于坝体后坡上，与测线1平行，距坝顶斜距为17米。起点位 于测线1的54.5米处下方，总长206.5米
测线3位于坝体后坡上，与测线2平行，距测线2 斜距为20.4米。起 点与测线2的起点对齐，总长206.5米
4.
结合正演资料进行分析地下断面的分布特征。
高密度电法数据处理中几个比值参数：
s (i) Ts (i) s (i)
sA (i ) B (i, i 1) s (i )
sA (i 1) sB (i 1)
G(i)
(i) (i 1)
A s A s
高密度电法野外观测示意图
5.5 基本的资料处理方法
1. 统计处理：视电阻率参数断面图或灰度图 取滑动平均；计算均值、方差；视参数分级 比值换算法：等值线断面图或灰度图 λ 参数对局部低阻体 T 参数对局部高阻体有较强的分辨能力。
2.
3.
滤波处理 视电阻率曲线随极距的增大由单峰变为双峰，绘 制断面后除了主异常外，一般还会出现强的伴随异常， 应消除这种成分的影响。

评价
•物探成果与钻探结果吻合很好，基岩面标定准确，纵向溶洞大小 和顶底高度探测准确，且具有分辨溶洞上层薄层顶板的能力，从 电阻率大小看薄层顶板电阻率数值比充填溶洞高，比完整岩低， 最后分析是因为顶板裂隙较发育导致；总体评价探测效果理想。
电话：13805216922 ricky000305@
电阻率色谱 （ 欧姆·米）
跨孔电阻率CT剖面图
跨孔电阻率CT剖面及地质解释剖面图
高程 （m）
0.0
WT01
0 0
WT02 5
-5.0 5
-10.0 10
-15.0 15
-20.0 20
图例 第四系土层 微、未风化花岗岩
剖面号
跨孔电阻率CT地质解释剖面图
L1剖面
第1页 共5页
说明
•利用WT01和WT02跨孔探测，孔深20m，孔间距10m；分析试验点岩 土 层 电 阻 率 特 点 ： 富 含 孔 隙 水 粘 性 土 ， 电 阻 率 非 常 低 （ <55 欧 姆·米），花岗岩残积土导水性好，电阻率较低（<500），微风 化花岗岩电阻率极高（600～6000）；各岩土层间较大电阻率差 异为跨孔电阻率CT方法的应用提供了较好物性条件。
工程 概况
此是一科研课题，根据科研课题所取得成果编写如题名的论文，现 已正式发表，为了更充分说明该方法应用效果，现把论文内容再丰 富，以便大家参考。该试验是在已揭露有花岗岩球状风化体的钻孔 周围进行，该区浅表地层分布情况大致是堆积粘性土、坡积粉质粘 土、残积砂质粘性土和燕山期花岗岩，稳定水位2.5m。经初步勘察 结果表明，局部地段在残积粘性土中发育有微风化花岗岩球状体， 此异常体给某些工程带来不利影响，需要探明。
跨孔地震CT反演剖面图

1、程序简介RES2DINV是一种能自动确定电子成象测量资料的地下二维电阻率模型的最小二乘法计算机反演计算程序，适用于二维电阻率&激发极化资料快速反演，可用于约25～650个电极采集的大型数据（约100～5000个数据点）资料反演。

本反演计算程序除适用于电极布设于地面的正常勘查外，还可用于水下及跨孔高密度电阻率法勘查。

由于它是基于WINDOWS的程序，能支持任何与WINDOWS兼容的图形卡或打印机。

程序在1600X1200象素、256色的显示器上测试通过。

2、计算机系统需求由于反演计算需要运行二维逼近模拟和最小二乘子程序，本程序设计运行于80386及其以上的IBM PC兼容微机、操作系统为Windows 3.1、Windows 95或Windows NT。

在奔腾机上，进行50个电极的数据资料反演，仅需几分钟。

最低配置：48MB硬盘自由空间、16MB RAM、640×480 SVGA彩色图形系统、Windows3.1 或95操作系统、80386/387 80486DX Pentium, Pentium Pro or Pentium II CPU（或兼容CPU）。

建议使用800×600分辨率（对于14英寸或15英寸监视器）或1024×768分辨率（对于17英寸或21英寸监视器）、256色彩色SVGA图形模式。

如果需要处理多于300根电极、2000个数据点的资料，建议使用32MB以上内存的系统。

3、程序的安装使用在Windows环境下先运行安装盘上的SETUP.EXE安装程序，然后再运行硬盘res2dinv子目录下的JACOBWIN.EXE程序，完成系统安装。

此时，主程序RES2DINV.EXE以及支持文件（GRADWEN, GRADTWO and GRADDIP）、示例文件将被安装在硬盘的res2dinv子目录下。

双击RES2DINV图标，便可运行电阻率反演程序。

图1.8
2020/5/24
16
• ⒋δA排列（联剖正装置AMN∞） • 该装置适用于固定断面扫描测量，电极排列如图1.9： • 图1.9 联剖正装置排列示意图
• 【特点】测量断面为倒梯形。
• 【描述】测量时，AM=MN为一个电极间距，A、M、N逐点同时向右移动， 得到第一条剖面线；接着AM、MN增大一个电极间距， A、M、N 逐点同时 向右移动，得到另一条剖面线；这样不断扫描测量下去，得到倒梯形断面。
2020/5/24
18
• ⒍A-M
二极排列
• 该装置适用于变断面连续滚动扫描测量，电极排列如图1.11：
• 【特点】测量断面为平行四边形。
• 【描述】测量时，A不动，M逐点向右移动，得到一条滚动线；接着A、 M同时向右移动一个电极，A不动，M逐点向右移动，得到另一条滚动 线；这样不断滚动测量下去，得到平行四边形断面。
2020/5/24
14
• ⒉β排列（偶极装置ABMN） • 该装置适用于固定断面扫描测量，电极排列如图1.7：
偶极装置排列示意图
• 这种装置的特点是供电电极A、B和测量电极M、N均采用偶极，并按一定的距
离分开。由于四个电极都在同一测线上，故又称偶向偶极。其s表达式为
•
s
K
U I
M（N 1.5）
• 其中 Kβ=6 a
该断面总测点数＝Ｒsum×Ｎ＝200×16＝3200。
2020/5/24
13
（三）、电极排列
• ⒈α排列（温纳装置AMNB）
• 该装置适用于固定断面扫描测量，电极排列如下：
•
K 2
• 图1.6 温纳装置排列示意图
• 采用对称四极装置方式时，当AM=MN=NB=α时，这种对称等距排列称为温纳

比智能施工172智能城市INTELLIGENT CITY NO.ll2020地下连续墙墙体质量检测方法尹军衡(广州港湾工程质量检测有限公司，广东广州510230)摘要：地下连续墙是现阶段深基坑围护工程中的关键结构，但受多方面因素影响，地下连续墙易出现质量问题。

虽然检测地下连续墙质量的方法越来越多，但用一种方法解决施工中的所有问题并不现实，每种方法都有局限。

鉴于此,文章提出综合检测法，探讨现阶段地下连续墙墙体质量检测中较为典型的方法，如声波CT法、超声波投射法等，并引入工程实例进行针对性分析，明确综合检测法的应用效果。

关键词：地下连续墙；墙体质量；检测方法基坑围护结构的应用有助于提高基坑的稳定性，作为较为典型的围护结构，地下连续墙兼具刚度大、稳定性好、抗渗能力强等多重优势。

此外，从设计到施工有较成熟的技术支撑。

但从工程实践来看，其在应用中依然存在诸多不足之处，基坑变形、坍塌等问题普遍存在。

对此，值得工程人员探讨可行的质量检测方法，全面掌握地下连续墙施工情况，以确保工程质量。

1综合检测法基于行业的发展，地下连续墙质量检测的方式颇为丰富，包含超声波透射法、声波CT法、高密度电阻率法、钻孔取芯与钻孔垂直度检测、钻孔摄像检测等"。

不同方法的适用条件不同，也各有其局限性，工程中出现的多种问题仅用一种方法无法解决。

此时，集多种检测方法于一体的综合检测法成为轄突破口。

综合检测法即采用各类检测法，相互验证且各取所长,使得检测地下连续墙质量的结果更加全面和准确。

现阶段,上述所提的五种检测方法用性，可在一定程度上反哋下连续墙的质量。

2地下连续墙墙体质量检测方法2.1超声波透射法(1)基本原理:向混凝土发射超声波，根据回波判断质量惜况。

发射时要保持一定的距离，一般通过人为激励的方式进行发射。

全面检査超声波在传播途中产生的声学参数(声速、波幅)和波形，以此为依据给出判断。

(2)检测方法:声测管以埋设的方式置于待测混凝土中，可作为换能器的通道而使用。

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。

第四章 高密度电阻率法
High Density Resistivity Method
是一种重要的工程物探方法 以地下岩土介质的电性差异为基础 主要是观测研究人工建立的地下稳定 电流场的分布规律 主要用于水文、工程和环境地质调查
高密度电阻率法是集电测深和剖面法于一体的一 种多装置，多极距的组合方法，它具有一次布极即 可进行的装置数据采集以及通过求取比值参数而能 突出异常信息，信息多并且观察精度高，速度快， 探测深度灵活等特点。
DUK-1探测系统测试记录仪
DUK-1探测系统测量电极示意图
电缆抽头 拔插卡
电极
高密度电法野外观测示意图
4.5 基本的资料处理方法
1. 统计处理：视电阻率参数断面图或灰度图 取滑动平均；计算均值、方差；视参数分级
2. 比值换算法：等值线断面图或灰度图 λ 参数对局部低阻体
4.1 高密度电阻率法的特点（相对常规的电阻率法）
电极布设一次性完成，减少因电极布置而 产生的故障和干扰；
可进行有效的多种电极排列方式采集，或 获得丰富的地电断面；
野外数据采集自动化，避免手工操作出现 的错误；
4.2 高密度电阻率勘探系统：
➢采集及处理（电极系、程控式电极转换开关、电 测仪） ➢ 将全部电极按一定的间距布置在测点上（110m），利用电极转换开关，将每四个相邻电极进 行一次组合，实现多种电极排列的测量参数。 ➢快速采集，提高工作效率、智能化，
测线2位于坝体后坡上，与测线1平行，距坝顶斜距为17米。起点位 于测线1的54.5米处下方，总长206.5米
测线3位于坝体后坡上，与测线2平行，距测线2 斜距为20.4米。起 点与测线2的起点对齐，总长206.5米
测线4（剖面7）位于坝体后坡上，与测线3平行，距测线3斜距为 15.5米。起点位于测线3的6米处下方，总长177米。

两种跨孔层析CT方法在地质勘查中的对比应用黄子龙（广东核力工程勘察院，广东　广州　５１０８００）摘 要：随着国家工程建设的快速发展，大量的工程项目须在地下地质较为发育区进行建设，因此地质勘查受到越来越多的重视。

综合物探方法作为一种有效的勘探手段在工程地质勘查中被广泛应用。

本文主要介绍跨孔电磁波ＣＴ和跨孔超高密度电阻率法两种跨孔层析ＣＴ方法的工作原理，并结合某工区地质勘查项目，分析两种物探方法在实际应用中的效果。

关键词：跨孔；超高密度电阻率法；电磁波ＣＴ中图分类号：Ｐ６３１．４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０１９）０２－０２８３－２Comparative application of two cross-hole tomography CT methods in geological explorationHUANG Zi-long（Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１０８００，Ｃｈｉｎａ）Abstract:　Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｒａｐｉｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｎａｔｉｏｎａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，　ａ　ｌａｒｇｅ　ｎｕｍｂｅｒ　ｏｆ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｐｒｏｊｅｃｔｓ　ｎｅｅｄ　ｔｏ　ｂｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ　ｉｎ　ｍｏｒｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ａｒｅａｓ　ｏｆ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｇｅｏｌｏｇｙ，　ｓｏ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｈａｓ　ｒｅｃｅｉｖｅｄ　ｍｏｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ．　Ａｓ　ａｎ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ，　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ　ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ．　Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｍａｉｎｌｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｔｗｏ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｃｒｏｓｓ－ｈｏｌｅ　ｔｏｍｏｇｒａｐｈｉｃ　ＣＴ　ｍｅｔｈｏｄｓ：　ｃｒｏｓｓ－ｈｏｌｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｗａｖｅ　ＣＴ　ａｎｄ　ｃｒｏｓｓ－ｈｏｌｅ　ｕｌｔｒａ－ｈｉｇｈ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ　ｍｅｔｈｏｄ，　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｅｓ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｗｏ　ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｉｎ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ａ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｉｎ　ａ　ｗｏｒｋ　ａｒｅａ．Keywords:　ｃｒｏｓｓ－ｈｏｌｅ；　ｕｌｔｒａ－ｈｉｇｈ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ　ｍｅｔｈｏｄ；　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｗａｖｅ　ＣＴ在矿山工程地质勘查中，常规钻探是最基本的手段，它可以给出钻孔下直观的、详实的矿层信息，但是对于钻孔之间的地下地质信息束手无策；常规地面物探方法受场地限制大，且分辨率随深度增加而降低；跨孔层析CT方法可以弥补钻探和常规物探的不足，运用可控发射源，在两个钻孔之间进行发射和接收，根据井下各地质体地球物理参数的差异性，通过数据反演逐层分析绘制大地内部的精细结构。

│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。

验证
•结合反演电阻率剖面分析，距离WT01钻孔2～6m，深度9～15m有 一电阻率高阻区，与围岩差异明显，解释为花岗岩球状体位置； 黄色竖线为验证孔位，对应左边是验证孔柱状图。
评价
•物探探测结果与CK17钻探孔揭露位置9.8～12.2m较吻合，在钻孔 位置很吻合，同时和WT01-WT02勘探剖面解译结果也基本一致； 说明此孔间比例下勘探效果同小孔间距一样理想。
电话：13805216922 ricky000305@
2.跨孔超高密度电法在花岗岩球状风化体勘探中的试验研究
高程 （m）
0.0
WT01
0 0
WT02 5
-5.0 5
-10.0 10
-15.0 15
-20.0 20
图名
说明：黄色线条表示CK17钻孔位置，影像图右边是该钻 孔的柱状图。
-20.0 20
20
-25.0 25
25
-30.0 30 0
30
5
10 15
跨孔电阻率CT剖面图
验证孔钻孔柱状图
高程 钻孔1#
（m）
0
5 10
0.0 0
钻孔2#
15 0
-5.0 5
5
-10.0 10
10
-15.0 15
15
溶沟
-20.0 20
20
-25.0 25
25
-30.0
30
30
0
5
10 15
跨孔电阻率CT地质解释剖面
评价
•物探成果与钻探结果吻合很好，基岩面标定准确，在电阻率数值 较高地方无溶洞裂隙发育，基岩面处相对其他剖面阻值较高，这 是成图软件插值造成的，说明该方法对溶洞探测无假象和漏探。

高密度泛装置电阻率测量和反演成像
新型测量系统在电极阵布置后，尽可能进行各种装置测量，包 括传统和不对称的任意装置。突破原有程式化装置模式的束缚。 在已布电极阵范围内，这A、B、M、N四种电极的间距较任意， 不规定必须对称或等间隔。这样装置远不至十种，少则几十种。 实测时不必分装置方式观测，可混合观测。由多通道采集器在A、 B、M极选定后，所有N极采集。测量AB极间的供电电流I和所有 MN极间的电位差dV，获得观测数据dV/I。不再计算装置系数和 视电阻率。依次逐一变更M、B、A点位……，进行所需范围四极 泛装置情况的一系列数据采集。信号很少的情况可舍弃。
2#you3-1测线真电阻率剖面图
钻孔2#you3
0 深度（M） -5
297°
0m
0
泥夹卵石
2#you3-1剖面地质推断图
钻孔2#you3
297°
0m
泥夹卵石
-5
泥夹卵石
-10
9.6m 亚粘土 14.4m
-10
亚粘土
9.6m
亚粘土 14.4m
-15
16.0m
串珠状溶洞
-15
16.0m
串珠状溶洞
-20
单装置数据几百-千余个
照像技术 来比喻
1.1底片
图像模糊 分辨率低
1.2.底片冲印成照片。
图像可见 图片像素不够高
2.2..高密度泛装置电阻率成像……………
泛装置数据上万个 不用视电阻率拟断面图
2...数码相机 彩色照片
高像素 图像清晰 不用底片。
超高密度电法在昆明小哨机场作地面勘察
658
0 -20 -40 -60 7500 7550 7600 7650
弱风化灰岩

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。

关于电阻率层析成像法名词解释为了同时揭示电阻率在水平和深度方向上的变化，需要解决二维电阻率的观测技术和反演方法问题。

在这方面借鉴了医学上70年代实用的CT技术，众多的学者在80年代完成了基础理论研究工作。

在观测技术上，1984年日本地质检测公司制成了多道直流观测系统，将此技术命名日文汉字“高密度比抵抗法”。

但因为该命名不严谨，3年后1987年在产品广告中改称为“比抵抗映像法”（即电阻率层析成像法），也标明英文名称为Resistivity Tomography 。

英国伯明翰大学地质系研制成功20个电极的测量系统；1991年长春地院物探系研制成功60道的系统，命名为高密度电阻率仪；1992年地矿部机电所推出了MIR-1/MIS-2多电极探测系统，其中MIS-2微机控制多路电极转换器[2]为我国普遍使用的专利技术，是我国独有的设计。

一项新的技术出现，早期研究人员很多，各有各的命名，国内外都是如此。

名称众多，不利于交流发展。

科学技术的专有名称必须有真切的技术内涵，所以1992年，1995年两次在东京召开的地学成像会议上，各国代表一致同意对该技术采用同意的严谨的专业词汇—─电阻率层析成像或简称为电成像，英文为Resistivity Tomography 或Electrical Imging 。

我国工程界一直延用了日本人1987年就放弃的“高密度电阻率法”一词，“高密度”意指该方法使用电极多，密集排列而得名，显然反应不出该方法的技术内涵。

采用电位梯度法面对电极阵列探测在众多油井、大型建筑体等监测应用中就没有二维数据采集的内涵，显然没有成像功能，不能因为使用电极多而作为命名依据。

所以使用高密度电法，英文直译为“High Density Electrical Method ”是不对的，应当改为Resistivity Tomography 即电阻率层析成像法，英文Tomography是指层析X射线摄影法，英国电子工程师亨斯费尔德研制的CT装置，在1972年宣布成功，命名为Computed Tomography，意为电子计算机化X射线层析扫描技术。

各种岩、矿石的电阻率均无定值且有相当大的变化范围，这一事实表明，影 响岩、矿石导电性的因素很复杂.其主要是岩、矿石的矿物成分及其结构、湿 度、温度，以及岩石孔隙中所含水溶波的矿化度等。一船来说，岩、矿石中 良导金属含量增高，电阻率就降低。但相比之下，岩石的结构具有关键性的 影响。事实证明，在良导性矿物含量相同的条件下，呈浸染状结构的岩石比 细脉状或网脉状结构的岩石具有更高的电阻率。这是因为，前者良导矿物颗 粒周围被劣导电性的岩石基质所包围，以致使它们彼此不相连通，不能形成
RS l
2020/3/16
高密度电阻率法
6
显然，电阻率在数值上等于电流垂直通过单位立方 体截面时，该导体所呈现的电阻。岩矿石的电阻率 值越大，其导电性就越差；反之，则导电性越好。 在国际单位制中，电阻R的单位为 （欧姆），长 度l的单位为米，截面积S的单位为 m2 ，电阻率的单 位为欧姆•米，写作•m 。电阻率的倒数即为电导率， 以 表示 ，它直接表征了岩石的导电性能。其单位 为西门子/米，或s/m. 电阻率是物质的一种属性。从导电机制来看，溶液 主要是借助于其中的带电离子导电；而固体矿物则 可以分为三种类型：金属导体、半导体和固体电解 质。各种天然金属都属于金属导体，由于它们含有 大量的自由电子，因此电阻率很低。比较重要的天 然金属有自然铜和自然金。此外，石墨也是具有某 些特殊性质的电子导电体。
高密度电阻率法是常规电阻率法的一个变种，就 其原理而言，与常规电阻率法完全相同，仍然以 岩、矿石的电性差异为基础，通过观测和研究人 工建立的地下稳定电场的分布规律来解决矿产资 源、环境和工程地质问题。当人工向地下加载直 流电流时，在地表利用相应仪器观测其电场分布， 通过研究这种人工施加电场的分布规律来达到要 解决地质问题的目的，研究在施加电场的作用下， 地层中传导电流的分布规律。求解其电场分布时， 在理论上一般采用解析法。其电场分布满足式 （1.1）的偏微分方程：

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. [2]李进,王小明,谭磊,等.不同数据处理方法在高密度电法水库渗漏成像中的应用[J].工程地球物理学报,2022,19(2):141148.[3]丁廉超,李新斌,赵浩,等.高密度电法不同装置在第四系沉积盆地找水有效性对比研究[J].地下水,2022,44(1):144146, 199.[4]梁志宇,张玉池.基于不同装置的高密度电法对低阻填充溶洞探测的对比[J].四川地质学报,2021,41(1):123130,172.[5]宋先海,颜钟,王京涛.高密度电法在大幕山水库渗漏隐患探测中的应用[J].人民长江,2012,43(3):4647,51.[6]占文峰,张浩.二维高密度电法不同装置异常体探测模拟与实践分析[J].工程地球物理学报,2018,15(6):755763. [7]欧泽文,聂小力,罗敏玄.高密度电法中的两种不同装置应用效果对比研究[J].资源信息与工程,2021,36(4):1921,24.[8]张先林,许强,彭大雷,等.高密度电法在黑方台地下水探测中的应用[J].地球物理学进展,2017,32(4):18621867. [9]刘智,张继文,于永堂,等.高密度电法在黄土高填方工程中的应用研究[J].工程地球物理学报,2016,13(1):8893. [10]王诗东,庹先国,李怀良,等.氡气测量法高密度电法在断层定位中的应用[J].地学前缘,2011,18(2):315320.㊃05㊃第39卷第7期山东国土资源2023年7月Copyright©博看网. All Rights Reserved.[11]蒋富鹏,肖宏跃,刘垒,等.高密度电法在工程岩溶勘探中的应用[J].工程地球物理学报,2013,10(3):389393. [12]王宁,李正,田光彩,等.物探方法在检测采空区注浆填充效果中的应用:以山东章丘某建设场地为例[J].山东国土资源, 2022,38(12):4247.[13]李嘉瑞,马秀敏,姜自忠,等.高密度电法探测第四纪玄武岩覆盖区断裂及其活动性分析:以鸭绿江断裂带抚松段西支断裂为例[J].地质与勘探,2022,58(1):118128. [14]肖敏,陈昌彦,白朝旭,等.北京地区浅层采空区高密度电法探测应用分析[J].工程地球物理学报,2014,11(1):2935.[15]朱紫祥,胡俊杰.高密度电法在岩溶地区溶洞勘查中的应用[J].工程地球物理学报,2017,14(3):290293. [16]季洪伟,龚育龄,王粤.高密度电阻率法在某地区含水构造勘查中的应用[J].东华理工大学学报(自然科学版),2013,36(s l):4952.[17]姚晓勇.高密度电法勘探不同装置的研究[J].当代化工,2021,50(9):21872190.[18]武志敬,朱文科,李兆令,等.基于高密度电法的岩溶勘查:以枣庄某工程为例[J].山东国土资源,2022,38(3):4552.[19]郑冰,李柳得.高密度电法不同装置的探测效果对比[J].工程地球物理学报,2015,12(1):3339.[20]李新斌,田辉,丁廉超,等.基于高密度电法的岩溶储水构造识别[J].工程地球物理学报,2022,19(1):3542. [21]柳建新,曹创华,郭荣文,等.不同装置下的高密度电法测深试验研究[J].工程勘察,2013(4):8589.[22]梁学聪.高密度电法作常规联合剖面与施伦贝尔装置在寻找深部资源中的应用对比[J].世界有色金属,2020(7):288289.[23]田必林.高密度电阻率法数据平滑处理的分析研究[J].工程地球物理学报,2022,19(5):708715.[24]孔繁良,徐超,李军.高密度电法在新疆某水库大坝病险隐患探测中的应用[J].工程地球物理学报,2022,19(1):1620.[25]任妹娟,曹福祥.高密度电阻率法在红层区地下水勘查中的应用[J].中国西部科技,2009,8(5):5153.C o m p a r a t i v e S t u d y o n t h eA p p l i c a t i o nE f f e c t o fT h r e eD 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 dL I Z i y o n g,Z H A N GL i f e n g,WA N G X i a o t i a n(Y a n t a iC e n t e ro fC o a s t a lG e o l o g i c a lS u r v e y i n g,C h i n aG e o l o g i c a lS u r v e y i n g,S h a n d o n g Y a n t a i264000, C h i n a)A b s t r a c t:A s a na r r a y e l e c t r i c a l e x p l o r a t i o n m e t h o d,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 dc a nr e a l i z e t h e f u n c-t i o no f d a t a a c q u i s i t i o nw i t h v a r i o u s a r r a n g e m e n t d e v i c e s b y c h a n g i n g t h e a r r a n g e m e n t o f p o w e r s u p p l y a n d o b s e r v a t i o ne l e c t r o d e s.I t h a s t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f l o wc o s t a n dh i g he f f i c i e n c y,a n dh a s b e e nw i d e l y u s e d i n t h e f i e l d so f e n v i r o n m e n t a l g e o l o g y,e n g i n e e r i n gg e o l o g y a n d m i n e r a l g e o l o g y.I no r d e r t oe x p l o r e t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e a p p l i c a t i o ne f f e c t o f e a c ha r r a n g e m e n t d e v i c e i nd i f f e r e n t g e o l o g i c a l b a c k g r o u n d s a n d e x p l o r a t i o n t a r g e t s,t h r e ek i n d so fd e v i c e s,s u c ha s W e n n e r,d i p o l e d i p o l ea n dS c h l u m b e r g e r(s e c t i o n) a r e s e l e c t e d i n t h i s p a p e r t o c o m p a r e t h e i r a p p l i c a t i o n e f f e c t s i n t h e s 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 ma n d g r o u n d w a t e r e x p l o r a t i o n,a n dt os t u d y t h ec h a r a c t e r i s t i c so fe a c ha r r a n g e m e n td e v i c e.I t i ss h o w e dt h a t W e n n e r d e v i c eh a so b v i o u sa d v a n t a g e s i ne x p l o r a t i o nd e p t h,h i g h l o n g i t u d i n a l r e s o l u t i o n,h i g hc o n s t r u c-t i o ne f f i c i e n c y,g o o dd a t a f i t t i n g e f f e c t,h i g hs i g n a l t o n o i s e r a t i oa n ds t r o n g a n t i i n t e r f e r e n c e a b i l i t y. 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. All Rights Reserved.。

（下转第 138 页）
作者简介：龙斌（1990.07- ），男，土家族，中国贵州，大学本科，工程师，工程物探在西南岩溶地区的应用。 基金项目：项目为 2015 年贵州省交通厅科技项目《岩溶地区跨孔电阻率 CT 勘探技术研究》，项目编号：2015-121-021。
勘察钻探至 CD57 钻孔时，揭露 2 层未充填溶洞，深度范围分别为 13.2-16.3m、 25-26.4m，且钻孔内无地下水。
跨孔电阻率 CT 法共布置 2 对钻孔，分别为已有钻孔 ZK52、ZK53 和新增钻孔 ZK53+1、ZK53+2。钻孔布置如下图：
图 3-1 钻孔布置图 测量设置电极距为 1m，
1 ZK52-ZK53 跨孔探测 ZK52、ZK53 间距 13.5m，钻孔信息如下： ZK52：孔口高程为 1298.281m，0-0.5m，粉质粘土；0.5-4.0m，强风化灰岩夹 泥岩；4.0-29.5m，中～微风化灰岩夹泥岩。 ZK53：孔口高程为 1293.053m，0-0.5m，粉质粘土；0.5-3.0m，强风化灰岩夹 泥岩；3.0-30.0m，中～微风化灰岩夹泥岩；30.0-32.6m，溶洞：无充填；32.6-41.3m， 中～微风化灰岩夹泥岩。 根据跨孔电阻率 CT 法的工作原理并结合现场 2 孔的深度、高程，确定电缆布 置深度分别为 0-29m。以 ZK52 钻孔孔口作为原点，向下为正。 跨孔电阻率 CT 法反演结果如下：
图 3-2 ZK52-ZK53 跨孔电阻率 CT 成果对比图 由上图分析可知： 1）跨孔电阻率 CT 反演结果与 CD57 钻孔钻探结果一致。反演图上 2 个测量 孔中间深 15.8-18.8m 段，显示为低阻异常区，与 CD57 钻孔 13.2-16.3m 的无充填 溶洞位置一致。中间深 27.5-29m 低阻异常区，与 CD57 钻孔 25.0-26.4m 的无充填 溶洞位置一致。 2）根据反演图上低阻异常区的形态、位置、规模等特征，推断 CD57 钻孔 13.2-16.3m 的无充填溶洞发育方向为由 ZK52 钻孔方向倾斜向下延伸，水平投影长 度约 6m。由于部分视电阻率数值低，判断 CD57 钻孔右侧部分溶洞充填粘土等物 质。 CD57 钻孔 25.0-26.4m 段无充填溶洞，成果图上根据视电阻率数值，判断溶洞 发育方向为由 ZK52 钻孔方向倾斜向下延伸，并推断其与 ZK53 钻孔 30.0-32.6m 溶 洞相连通。 2 ZK53+1-ZK53+2 跨孔探测 ZK53+1、ZK53+2 间距 20m，钻孔信息如下： ZK53+1：孔口高程为 1293.571m，0-2.0m，粉质粘土；2.0-5.0m，强风化灰岩 夹泥岩；5.0-16.0m，中～微风化灰岩夹泥岩；16-16.8m，溶洞：无充填；16.8-33.1m， 中～微风化灰岩夹泥岩。 ZK53+2：孔口高程为 1298.388m，0-4.1m，强风化灰岩夹泥岩；4.1-15.6m， 中～微风化灰岩夹泥岩；15.6-19.3m，溶洞：无充填；19.3-32.3m，中～微风化灰 岩夹泥岩。 跨孔 CT 测量深度范围为 6.8-35.8m，以 ZK53+1 钻孔所在位置为 Y 轴，ZK53+2 孔口高程点为 X 轴，向下为正。 跨孔电阻率 CT 法反演结果如下：

1 基本原理
与常规电法类似，超高密度电法也是一种以岩石 和矿石电性差异为物性基础的阵列加密型勘探方法。 通过用供电电极 AB 向地下输入电流为 I 的供电电流， 再测量所有电极 MN 上电流 I 在介质中产生的电位差 ΔU。根据 ρ=KΔU/I，求出相应的电阻率 ρ。其中，K 是与 A、B、M 和 N 的排列及间距有关的电极系系数。 超高密度电法采用多条多芯电缆，当采用四电极 组合时，对所有测量电极 MN 进行数据采集，不再区 分观测装置方式，一次采集可兼含偶极排列、温纳排 列和施伦贝谢尔排列等，故称为“全四极装置观测方 式”。在全四极装置中，以 64 根电极为例[14]，将每个 排列的 64 根电极分为奇数组 32 个(1，3，5，…，61， 63)和偶数组 32 个(2，4，6，…，62，64)的 2 组电缆， 则电极变换步骤如下：1) 确定供电电极 AB，选定 A 为奇数组，B 为偶数组；2) 采用供电电极奇偶配对的 采集方式，先固定 A 电极为 1 号电极，然后依次变换 偶数组电极 B，即此时供电电极 AB 变化规律分别为 1−2， 1−4， …， 1−64， 当 B 电极选定后， 在 AB 附近(最 好在 AB 间的中部)选定一接地条件良好电极作为 M 极，剩余电极作为 N 极，组成多个 MN 测量电极同时
高密度电法具有快速、便捷、准确等优点，几十 年来，被广泛地应用于岩溶探测、断层破碎带追索和 管线探测等领域，解决了很多工程实际问题，成为浅
部勘探的主要地球物理方法[1−3]。 但伴随着工程勘探复 杂化的情况，传统高密度电法的一些自身缺陷也逐渐 显露出来，如同一地点因采用不同数据采集方式产生
Finite element forward simulation and least square generalized inversion of ultra-high density resistivity method