工程物探-高密度电阻率法
第五讲高密度电法
（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。
高密度电法
• 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。
（一） 两个点源的电场特征：
A(I)
B(-I)
M
U
AB M
一、需要了解的一些基本知识：
电阻率或导电率
介质 电阻率（·m） 介质
黄土
0-200
雨水
粘土
含水砾石 层
隔水粘土 层
1-200 50-500
5-30
河水 海水
潜水
影响因素：
成份 含水量（潜水面） 矿化度（咸、淡水层位） 温度（地热）
电阻率 （·m）
>1000
10-100 0.1-1
<100
二、如何测定大地的电阻率？
温纳四极（等间距的对称四极）
温纳偶极
温纳微分
I
123456789
U
I
123456789
U
I
123456789
U
一次组合，获得三种电极排列的测量参数
三种排列测得的视电阻率关系如下：
s
1 3
s
2 3
s
可形成各种视参数的的等值线断面图
• 单独的
s
s
s
• 比值参数 T s相/邻两s 点的视电阻率值的比值
地表面剖面法 井中电阻率成像
单孔 跨孔
2. 电极距的确定：
a nx
n为隔离系数，x点距
I
0123456789
U
n=1
3. 测点分布
I
环境与工程物探：高密度电阻率法
高密度电法—基于传统电法理论在计 算机、信息测控等现代科技基础上发展 起来的新一代电法仪器。 在解决电源装备过重的情况后，仪器 会更轻便， 使用程序控制，使得一次布 极就能完成更多的信号采集任务，大大 降低了人为失误，减轻工作强度。
由于工程与环境地质调查的特殊性， 常规电阻率法勘察很难满足实际工作需 要。在70年代末期，英国学者设计了电 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。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，研制了 约3~5种类型的仪器。
电阻率法的仪器装备
一、电阻率法的仪器原理
仪器设备
骄鹏工程技术有限公司生产的E60BN型高密度电法仪
电阻率法的仪器装备
一、电阻率法的仪器原理
2、仪器设备
重庆地质仪器厂的DUK-3智能高密度电法仪
电阻率法的仪器装备
一、电阻率法的仪器原理
2、仪器设备
奔腾公司的WGMD-1型高密度电法仪
高密度电阻率法
• 传统电法 • 高密度电法 • 高密度电法的仪器 • 高密度电法的野外工作方式 • 高密度电法的应用实例讨论
基本工作方法：
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；然后用多芯电缆将它们连接 到特制的电极转换装置；后者可根据操作员的指 令，将这些电极组合成指定的电极装置和电极距； 或由仪器的测量程序控制，快速完成多种电极装 置和多电极距在观测剖面的多个测点上的电阻率 法观测。再配上相应的数据处理、成图和解释软 件，便可及时完成给定的地质勘查任务。
高密度电法特点:
（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；
高密度电阻率法介绍课件
04
考古研究： 用于寻找地 下文物和遗 址
高密度电阻率法的优 缺点
优点
01
精度高：，效率 高
03
成本低：设备简单，成本低 廉
04
应用广泛：适用于各种地质条 件，如土壤、岩石、地下水等
缺点
01
测量精度受地下介质的 影响较大
02
测量结果受环境因素的 影响较大
03
测量成本较高
04
测量速度较慢
05
测量结果受测量设备的 影响较大
06
测量结果受操作人员的 技术水平的影响较大
适用范围与局限性
适用范围：适用于地下水、土 壤、岩石等介质的电阻率测量
局限性：不适用于高电阻率介 质，如金属、石墨等
局限性：受温度、湿度、土壤 结构等因素影响较大
局限性：测量精度受电极间距、 测量深度等因素影响较大
灾害预警等
市场竞争：与其 他电阻率测量方 法竞争，如电磁
法、地震法等
政策支持：争取 政府政策支持， 推动高密度电阻 率法在相关领域
的应用和发展
谢谢
工程勘察
地质勘探：用 于地下地质结 构的探测和分
析
地下水探测： 用于地下水资 源的探测和评
价
环境监测：用 于地下污染源 的探测和评价
工程设计：用 于工程设计和 施工方案的优
化和改进
物探领域
01
地质勘探： 用于寻找地 下矿产资源
02
工程勘察： 用于评估地 下工程风险
03
环境监测： 用于检测地 下水污染和 地质灾害
含水率、孔隙度等特征。
高密度电阻率法通过测量地层的电阻 率，可以推断地层的岩性、含水率、
孔隙度等特征。
高密度电阻率法可以应用于地质勘 探、地下水探测、工程地质调查等 领域，为地质研究和工程设计提供
高密度电阻率法应用（含举例、图解）
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。
工程物探-高密度电阻率法
二、高密度电阻率法的基本原理和工作方法
高密度电阻率法勘探系统结构示意图
二、高密度电阻率法的基本原理和工作方法
高密度电阻率法可以实现数据的快速采集和 微机处理，从而改变了电阻率法勘探传统的 工作模式，大大地提高了工作效率，减轻了 劳动强度，使电法勘探的智能化程度大大的 向前迈进了一步。
(c)非均匀初始模型的反演结果
（5）实例二：二极装置（古城墙勘查）
-AB/2
-5
视电阻率断面 -10
-15
5 0
10
15
20
25
30
35
40
-5
反演断面 -10
Depth(m)
-15
5
10
15
20
25
30
35
（6）实例三（矿产勘查） 实测视电阻率断面
-50
-100
-150
-200
50
100
150
正演：已知地下介质物性参数的空间分布信 息，获取与物性参数有关的数据，这个数 学或物理实现过程，就被成为正演。
反演：根据获取与物性参数有关的数据，反 推地下介质物性参数的空间分布信息，这 个数学或物理实现过程，就被成为反演。
Depth(m)
1、正演——有限元法
-10 -20 -30
(a)正演模型 10m
数据处理阶段 成果应用阶段
三、高密度电阻率法的工作流程
2、排列的合理设计
电极的排列长度和点距的大小直接影响着高密度电法对地下目标 物的勘探能力。 1> 点距越小对目标体的探测精度相对越高， 2> 但是如果电极数不变，随着点距的减小，排列长度也相应减小， 从而也减小了探测深度，影响了对埋深较大的异常体的探测能力。
探究工程地质勘查中常用的工程物探方法
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。
高密度电法.
每一层的测点数计算式：
N 总电极数 3 隔离系数
呈倒梯形
4. 野外工作示意图
0 11 12 23 24 35 36 47 48 59
程控开关
观测系统
5. 测量系统
理论图示
电流
I
E
A
M
N
B
ρs=KU/I
ρ—视电阻率，单位(Ω· m) K—装置系数 U—电位差，单位（mV) I—电流强度，单位（mI)
高密度电法常见装置
施伦贝尔1(SBl)装置模式
测量时，M，N不动，A逐点向左移动，同时B逐点向右移动， 得到一条滚动线：接着A、M、N、B同时向右移动一个电极， M、N不动，A点逐点向左移动，同时B逐点向右移动，得到另 一条滚动线：这样不断滚动测量下去，得到矩形断面 。
温施装置模式(WSl)： 其特点是：此模式介于温纳与施伦贝尔之间，适用于固定断面 扫描测量，测量得到是矩形的测深断面，探测的有效面积相对 较少，在有效地面积范围内地电信息丰富，灵敏度高。
1 2 s s s 3 3
可形成各种视参数的的等值线断面图
•
•
单独的
比值参数
s s s
T s / s
相邻两点的视电阻率值的比值
（能够更为直观地反映地电断面的特征）
高密度电阻率的装臵及工作原理：
温纳三极装臵（W-A）
联合三极装置
温纳三极装臵（W-B）
K
U MN I
K为电极排列系数（联合剖面、对称四极排列、温纳四极排列）
均匀大地电阻率的概念：
实际上相当于将本来不均匀的的地电断面用某一等效 的均匀断面来代替，按上式计算的电阻率不应当是地下介 质的真实值，而是在电场分布范围内、各种地下介质电阻 率综合影响的结果，视电阻率。
高密度电阻率法在工程物探中应用研究
高密度 电法 在地 下管道 探测 中也 有较 好 的应用 效果 。图 １ 为长治市梅辉坡小 区地下管道调查 中 ， 高密度 电法探测地下管道
的实 测 剖 面 。
２ ２ 数 据 采 集 ．
高密度电法数 据采集系统 由主机 、 多路 电极 转换器及 电极系 三部分组成 。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 、 电 电缆 向多路 电极转换 器 供
第３ ６卷 第 ２ ８期 ２０１０年 １０月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥＣｒ ＵＲＥ
Ｖ０ ． ６Ｎｏ ２８ １３ ．
Ｏ ｔ ２ １ ｃ． ０ ０
・ １３ ・ ０
文 章 编号 ：０ ９６ ２ （００ ２ —１ ３０ １ ０ —８ ５ ２ １ ）８０ ０ —２
０ ３ ４ １ １ ９ ． １ ３ １ ．６ ８ ９ ２ ． ７ ． ．６ ５３ １８ ２３ ０ ５６ ７
２． 数 据 处理 ３
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
钢筋混凝土管道
图 １ 高 密 度 电法 探 测地 下 管道 的 实 测 剖 面 图
中图 分 类 号 ： Ｕ４２ Ｔ １ 文 献标 识 码 ： Ａ
１ 概述
高密度 电阻率法是一种方便快捷 的勘探方法 ， 属直流 电阻率
３２ 山区找水 ．
黎城县程家 山乡张家 山村生 活用水 为浅水 源问题 ， 曾委托黎 法范畴 ， 它集传统 电剖面法和 电测深 于一体 ， 采用高密度布 点 ， 进 季为枯水期 用水 困难 。据 村委介 绍 ， 城县水利局进行过常规 电法找水 工作 ， 但未成 功。后 我院受张家 行二维地电断面测量 ， 其采集 的数据量 大、 信息多 ， 且观测精度 并 为 采 高， 速度快 ， 探测深度 也很灵 活 ， 因此在工程地质勘察 和水文地质 山村村委委托 ， 了解该村 富水构 造发 育情况 ， 用 了高 密度 电 勘察中有着广阔 的应用前景。 法开展工作 。
常用物探方法的工作原理
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。
工程物探-高密度电阻率法
高密度电阻率法
一、高密度电阻率法的特点、应用范围 二、高密度电阻率法的基本原理和工作方法 三、高密度电阻率法的工作流程 四、数据处理与解释
三、高密度电阻率法的工作流程
1、工作流程
选 择 装 置
原 始 数
设
据
置
采
点
集
距
实地探测阶段
修 饰 性 数 据 处 理
实 质 性 数 据 处 理
地 质 推 断 解 释
-1 0
2、反演——最小二乘法
目标函数：
W d ( Δ d J m )2 W m ( m m b m )2
通常的最小二乘法
先验信息项
3、算 例
（1）模型一：温纳装置
视电阻率断面
-AB/2(M)
-10 -20 -30 -40
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
点距选择：探测深度D的1/10～1/15 探测方案：排列长度、探测深度、数据断面及探测区
域之间的对应关系
排列长度
探测区域
探测深度D
高密度电阻率法
一、高密度电阻率法的特点、应用范围 二、高密度电阻率法的基本原理和工作方法 三、高密度电阻率法的工作流程 四、数据处理与解释
四、数据处理与解释
Depth(m)
电阻率反演断面
0 -5 -10 -15 -20 -25
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
（2）模型二：偶极装置 （起伏地形）
Elevation / m
0
-20
-40
10Ω.m
-60 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
测点号
第四章高密度电法
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。
物探-电阻率法的基础知识资料
一般情况下．正演结果是唯一的，而反演结果
则是多解的。
一、稳定电流场的基本规律
稳定电流场的基本规律包括：
电流强度与密度、欧姆定律、可
希霍夫定律、电场强度、电流场
的基本方程（拉普拉斯方程）
1. 电流强度与密度
电流强度：单位时间内通过某截面的电量
物理意义：一秒钟通过某截面 1 库仑的电量，则 电流强度就为 1 安培 电流密度：通过单位截面的电流强度
△En
+ + + +
△En
E1n
E2n
△j2n j2n
此时，界面两侧的总电场和电 流密度：
△j1n j1n
+
+ + +
3. 形成稳定电流场
形成附加电场后，若 j1n总 仍大于 j2n总 时，继
续重复上述过程，最终要达到 j1n总=j2n总，即
所谓的动平衡。此时电流场为稳定电流场。
上述的三步平衡过程是在通电的瞬间内完成的 积累面电荷的符号：电流由低阻流入高阻是为 正，反之为负
jMAB=35%joAB
以上对电流密度与深度关系的讨论，可 得出如下结论：
① 我们是通过观测电场在地表的分布来研究地下地质情 况的，勘探深度要达到M处，必须在M处要有足够大 的电流密度JM、即：JM/JO要达到一定的数值才能引 起地表电流密度的变化，因此rAO/h要足够大。一般探 测深度h≤rAO（AB/2）； ② JM/JO比例于rAO/h，也就是勘探深度正比于AB之间的 距离，改变AB之间的距离，可改变勘探深度。
物理意义：稳定电流场中，电流处处是连续的
4. 电场强度
场强为单位距离上的电位变化，即电位梯度
微分表现形式：
高密度电阻率法测试在工程勘察中的应用
│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
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
二、高密度电阻率法的基本原理和工作方法
高密度电阻率法可以实现数据的快速采集和 微机处理，从而改变了电阻率法勘探传统的 工作模式，大大地提高了工作效率，减轻了 劳动强度，使电法勘探的智能化程度大大的 向前迈进了一步。
高密度电阻率法
一、高密度电阻率法的特点、应用范围 二、高密度电阻率法的基本原理和工作方法 三、高密度电阻率法的工作流程 四、数据处理与解释
-AB/2(m)
1110 -5 -1 0 -1 5 -2 0 -2 5 -3 0 -3 5 -4 0 -4 5
1120
1130
1140
1150
1160
1170
1180
1190
1200
1210
1220
(a)原 始 视 电 阻 率 数 据 等 值 线 图
5 0 -5 -1 0 -1 5 -2 0 -2 5 -3 0 -3 5 -4 0 -4 5
-100
50
100
150
200
250
0
-50
50
100
150
200
250
（3）模型三：温纳装置
视电阻率断面
-AB/2(m)
-10 -20 -30 -40
20
40
60
80
100
电阻率反演断面
-5
-15
-25
20
40
60
80
100
Depth(m)
（4）实例一：施伦贝尔装置（岩溶勘查）
在730号点经钻孔验证： 0－9.8m为粘土； 9.8－15.2m为白云质灰岩； 15.2－18.6m为含砾粘土， 18.6－72.8m为白云质灰岩， 其中67.3－73.6m为溶洞。
(c)非均匀初始模型的反演结果
（5）实例二：二极装置（古城墙勘查）
-AB/2
-5
视电阻率断面 -10
-15
5 0
10
15
20
25
30
35
40
-5
反演断面 -10
Depth(m)
-15
5
10
15
20
25
30
35
（6）实例三（矿产勘查） 实测视电阻率断面
-50
-100
-150
-200
50
100
150
点距选择：探测深度D的1/10～1/15 探测方案：排列长度、探测深度、数据断面及探测区
域之间的对应关系
排列长度
探测区域
探测深度D
高密度电阻率法
一、高密度电阻率法的特点、应用范围 二、高密度电阻率法的基本原理和工作方法 三、高密度电阻率法的工作流程 四、数据处理与解释
四、数据处理与解释
10 14m 10
100
-40
(b)最 优 化 离 散 波 数
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
-1 0
position(m)
-2 0
-3 0
-4 0
-AB/2(m)
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100 110
p o s itio n (m )
温纳装置视(c电)等 比阻离 散 率波 数 等值线图
200
250
300
350
400
450
500
200 500 800 1100 1400 1700 2000 2300 2600
电阻率二维反演断面
400
350
300
250 50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
1 2 5 10 21 45 96 204 437 935 1999
（7）实例四：温纳装置（路基勘查）
高密度电阻率法
一、高密度电阻率法的特点、应用范围 二、高密度电阻率法的基本原理和工作方法 三、高密度电阻率法的工作流程 四、数据处理与解释
一、高密度电阻率法的特点、应用范围
1、高密度电法的特点
①地电信息丰富 ②数据采集和记录实现了自动化 ③解释方便且勘探能力高 ④工作效率高、成本低
Depth(m)
电阻率反演断面
0 -5 -10 -15 -20 -25
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
（2）模型二：偶极装置 （起伏地形）
Elevation / m
0
-20
-40
10Ω.m
-60 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
测点号
-50
-1 0
2、反演——最小二乘法
目标函数：
W d ( Δ d J m )2 W m ( m m b m )2
通常的最小二乘法
先验信息项
3、算 例
（1）模型一：温纳装置
视电阻率断面
-AB/2(M)
-10 -20 -30 -40
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
正演：已知地下介质物性参数的空间分布信 息，获取与物性参数有关的数据，这个数 学或物理实现过程，就被成为正演。
反演：根据获取与物性参数有关的数据，反 推地下介质物性参数的空间分布信息，这 个数学或物理实现过程，就被成为反演。
Depth(m)
1、正演——有限元法
-10 -20 -30
(a)正演模型 10m
15
25
35
45
55
65
75
85
95 105 115
(b)反 演 电 阻 率 数 据 等 值 线 图
Depth(m)
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微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。
测量信号用电极转换开关送入微机工程电测仪，并将测量 结果依次存人随机存储器。将数据回放并送人微机便可按 给定程序对原始资料进行处理。
二、高密度电阻率法的基本原理和工作方法
Depth(m)
-AB/2(m)
桩 号 (m) 595 615 635 655 675 695 715 735 755 775 795 815 835 855
-15 -25 -35 -45 -55 -65 -75 -85 -95
(a)实测视电阻率断面
桩 号 (m) 595 615 635 655 675 695 715 735 755 775 795 815 835 855 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80
三、高密度电阻率法的工作流程
1、工作流程
选 择 装 置
原 始 数
设
据
置
采
点
集
距
实地探测阶段
修 饰 性 数 据 处 理
实 质 性 数 据 处 理
地 质 推 断 解 释
数据处理阶段 成果应用阶段
三、高密度电阻率法的工作流程
2、排列的合理设计
电极的排列长度和点距的大小直接影响着高密度电法对地下目标 物的勘探能力。 1> 点距越小对目标体的探测精度相对越高， 2> 但是如果电极数不变，随着点距的减小，排列长度也相应减小， 从而也减小了探测深度，影响了对埋深较大的异常体的探测能力。
一、高密度电阻率法的特点、应用范围
2、高密度电阻率法的应用范围
主要应用：
①隧道病害探测
②建筑物基础检测
③堤坝管涌探测
④岩溶勘查
⑤煤田采空区
⑥地下古墓探测等工程勘查方面
二、高密度电阻率法的基本原理和工作方法
1.主机 2.转换开关 3.电池 4.电极 5.电缆线
二、高密度电阻率法的基本原理和工作方法