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。
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。
高密度电阻率法二维和三维有限差分正演计算
高密度电阻率法二维和三维有限差分正演计算高密度电阻率法（High-Resistivity Method，简称HRM）是一种用于精确描述电流在较大空间内散射和复杂反射情况下的分布和阻抗、电磁场和电动势场强度的方法。
它可以精确地计算出沿一个给定路径上电流和电场强度的分布，从而获得某一个时刻电阻地层的特点。
有别于PT和MT方法，HRM有明显优势，可以处理电磁参数和地质参数的复杂变化，适应复杂的反射现象，以及更好地解析各种地表以下界面及其结构形成的脉动反射特征。
HRM二维和三维正演计算都基于相同的数学模型，有一个主要的区别，即边界条件的处理不同。
二维正演计算是基于一维电磁方程组和单边带边界条件，而三维正演计算基于3维电磁方程组，具有等张场及大气层的沿着深度的变化。
HRM的数值正演模拟具有以下特点：（1）快速收敛：基于电磁方程组，通过精确描述电极间耦合时，就可以获得快速收敛。
（2）反射损失小：以解耦形式处理反射，它们的损失更小，从而可以更好地获得精确的结果。
（3）地质参数可调：由于地表以下空间有不同的地质参数，如电导率、磁导率等，只需简单地修改这些参数，就可以很好地模拟不同的深部地质结构。
HRM正演模拟分为2步完成：第一步建立模型，根据真实的地质情况设置正演路径，并确定正演模型的地表，地表以下的地质学参数及边界条件；第二步进行数值正演模拟，根据建立的模型，使用有限差分法的方法解决电磁方程，获得强度场及电场、磁场，并与水文地质诸要素参数建立联系以便反演出水文地质参数。
HRM正演模拟应用非常广泛，能够获得较精确的电流分布和阻抗、电磁场和电动势数据集，对地质勘查提供了有效的技术手段，例如辅助高精度的地质资料的获取和评价，预测浅层以及深部复杂地质结构非常有用，可帮助开发者识别和定位储层分布，有助于钻井现场安全和高效地进行。
第五章高密度电阻率法
（1.5.4）
104
测量时，AB=BM=MN=α为一个电极间距，A、B、M、N 逐点同时向右移动，得到第一条 剖面线；接着 AB、BM、MN 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；这样不断扫描测量下去，得到倒梯形断面。
⒊γ排列（微分装置 AMBN） 该装置适用于固定断面扫描测量，电极排列如图 1.5.5：其rs 表达式为
（1.5.8）
由上式得到
r
a s
Ka =
Kb
r
b s
Ka +
Kg
r
g s
（1.5.9）
当 三 电 位 电 极 系 的 极 距 为 a 时 ， 上 述 三 种 电 极 装 置 系 数 依 次 为 ： K a = 2pa, K b
= 6pa, K g = 3pa ，于是（1.5.9）式写成
r
a s
=
1 3
r
b s
+
2 3
r
g s
（1.5.10）
可见，当已知其中任意两种电极排列的视电阻率时，通过（1.5.10）式便可计算第三种电极排列
的电阻率。
四、视参数及其计算
高密度电阻率法采用上述三电位电极系，其视电阻率参数将包括
r
a s
= 2pa U b I
;
r
g s
= 3pa DU g I
结果并将其加以组合而构成的；
Ts (i)
=
r
b s
(i
)
r
g s
(i)
（1.5.11）
Ts 比值参数综合了同一地电断面 b 和 g 两种视参数所反映异常分布的相对关系，因而用该 参数所绘制的比值断面图在反映地电结构的分布形态方面，远较相应排列的视电阻率断面图要
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。
高密度电阻率法实验报告
高密度电阻率法实验报告实验报告：高密度电阻率法一、实验目的1.熟悉高密度电阻率法的实验原理和实验方法；2.掌握电阻率测量实验的基本操作步骤；3.研究不同材料的电阻率特性，分析其导电性能。
二、实验原理四电极法是在样品上加入四个电极，两个电极起电流作用，两个电极测量电压，通过测量电流和电压可以得出样品的电阻。
为了减小接触电阻对实验结果的影响，电极要采用大面积接触面积，以及保持电极与样品接点清洁，减小接触电阻。
电阻率的计算公式为：ρ=R*A/L其中，ρ为电阻率，R为电阻，A为电阻的横截面积，L为电阻的长度。
三、实验仪器与材料1.高密度电阻率测试仪；2.不同导电材料样品。
四、实验步骤1.打开高密度电阻率测试仪，确保设备的工作状态正常；2.将要测试的导电材料样品放置在测试夹具上，并将电极接触到样品表面；3.选择合适的电流大小，通过测试仪的控制面板设置电流；4.设置测量时间，保证样品得到充分供电；5.点击“开始测量”按钮，测试仪开始对样品进行电阻率测量；6.测量完成后，记录下电阻率的数值；7.更换不同导电材料样品，重复步骤2-6五、实验结果与分析根据实验步骤进行电阻率测量，记录下不同导电材料样品的电阻率数值。
导电材料，电阻率(Ω·m)-----------，---------------铜，X铁，Y铝，Z通过实验结果我们可以看出，不同导电材料的电阻率有所差异。
铜的电阻率最低，铁的电阻率中等，铝的电阻率最高。
这与材料的导电性质相对应，导电性越好的材料电阻率越低。
六、实验总结通过高密度电阻率法的实验，我们熟悉了该实验方法的基本原理和操作步骤，并且对不同导电材料的电阻率特性有了初步的了解。
在实验过程中，要注意保持电极与样品的接触面积大和接触点的清洁，以减小接触电阻的影响。
此外，实验中所测得的电阻率值还受到温度和材料状态的影响，因此在进行比较时应注意这些因素可能带来的误差。
综上所述，高密度电阻率法是一种常用的测量导体材料电阻率的方法，对于研究材料的导电性能具有重要意义。
第四章第三节高密度电阻率法.
上图为大坝1+134断面高密度电阻率成像。从 该图可以看出，大坝垂向上存在三处隐患：① 坝 顶1.0～1.5m以上，坝料电阻率较高，一般在 50～60 范围.5m～16.0m处 电阻率较高，一般在40～60 范围内，系砂类土的 反映；③ 从深度上分析，深度16～17m应为坝基， 电阻率较高，一般为50～60 ，亦系砂类土的反映。
第三节 高密度电阻率法
一、高密度电阻率法概述 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 中传到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想同，所不同的是方 法技术。高密度电阻率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。
2.装置
高密度电阻率法采用的主要电极排列方式有 温纳四极排列、联合三极排列、偶极排列和微分 拍了。不同的测量系统基本上以这几种装置为主， 但也各有特点。此外，当进行单孔或跨孔电阻率 成像的数据采集时，二极法供收方式往往成为最 经常使用的电极排列。
极距取决于地质对象的埋藏深度，由于高密 度电阻率法实际上是一种二维探测方法，所以在 保证最大极距能够探测到主要地质对象的前提下， 还要考虑围岩背景也能在二维断面图中得到充分 的反应。根据上考虑，三电位电极系的极距设计 如下：a=n· ∆x，其中n为隔离系数，可以由1改变 到15，也可任选， ∆x为点距。显然a=1/3AB，它 与勘探深度之间存在某种系数关系。
如上所述，用充电法查明了大坝渗漏隐患的 平面分布，然后用高密度电法查明了大坝河槽段 渗漏隐患的垂向分布，但是隐患部位砂类土的颗 粒级配、渗透系数等物理力学指标需要地质钻探、 现场试验和室内试验来完成。 为此确定在充电法探测存在严重渗漏的两个 断面，即1+134和1+213横断面布置了6个钻孔来 取得土的物理力学指标。钻探结果：坝顶存在一 层粗砂砾石层，厚度为1.0～1.2m；坝体内部 12.0～17.0m存在厚5.6m的中粗砂透镜体；坝基 砂没有清除、隐患部位钻进时漏水。钻探结果与 物探判别基本一致。
高密度电阻率法简介
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
图1.8
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• 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。
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• 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。
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• 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。
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（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
ert法和高密度电阻率法
法勘探方法，通过在地下埋设大量电极并进行多通道测量 ，以获取更高分辨率的电阻率图像。相比于传统的ERT法，高密度电阻率法可以提供更详细 、更精确的地下电阻率分布信息，适用于复杂地质条件下的勘探研究。
两种方法的基本原理相似，都是通过测量地下电阻率分布来推断地下介质的性质。它们的 差异主要在于测量方式和数据处理方法的不同。ERT法通常使用较少的电极布置，测量数据 较少，适用于较大尺度的勘探研究；而高密度电阻率法则需要更多的电极布置，测量数据更 为密集，适用于较小尺度的勘探研究。
ert法和高密度电阻率法
ERT法（Electrical Resistivity Tomography，电阻率层析成像法）和高密度电阻率法（ High-Density Resistivity Method）都是地球物理勘探中常用的电法勘探方法，用于研究地 下介质的电阻率分布情况。
ERT法是一种非侵入性的电法勘探方法，通过在地下埋设电极并施加电流，测量地下不同 位置的电压，从而推断地下介质的电阻率分布。ERT法可用于研究地下水资源、岩土工程、 环境地质等领域。
ert法和高密度电阻率法
无论是ERT法还是高密度电阻率法，都需要进行数据采集、处理和解释，以获得地下介质 的电阻率分布图像。这些方法在地质、水文、环境等领域的勘探和研究中具有重要的应用价 值，可以提供地下介质结构和性质的非侵入性信息。
高密度电阻率法介绍课件
工程勘察：用于建 筑地基和地下工程
勘察
环境监测：用于地 下水污染监测和土
壤污染调查
农业灌溉：用于地 下水灌溉和土壤水
分监测
城市规划：用于地 下管线探测和城市
地下空间开发
灾害预警：用于地 震、滑坡、泥石流
等自然灾害预警
面临的挑战与机遇
技术挑战：提高 测量精度，降低 成本，提高数据
传输速度
应用挑战：拓展 应用领域，如地 下水监测、地质
高密度电阻率法介绍课件
演讲人
目录
01. 高密度电阻率法的原理 02. 高密度电阻率法的应用 03. 高密度电阻率法的优缺点 04. 高密度电阻率法的发展趋势
高密度电阻率法的原 理
电阻率与地层特性的关系
电阻率是地层特性的重要指标，反映 了地层的岩性、含水率、孔隙度等特
征。
地层的电阻率与岩性、含水率、孔隙度 等特征之间存在一定的相关性，可以通 过分析电阻率数据来推断地层的岩性、
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
Байду номын сангаас
高密度电阻率法的发 展趋势
技术改进与创新
1
提高测量精度：通过改进传感器和算 法，提高测量精度和稳定性
2
降低成本：通过优化设计，降低设备 成本和维护成本
3
提高数据传输速度：通过改进数据传 输协议，提高数据传输速度和实时性
4
智能化：通过引入人工智能技术，实 现自动分析、诊断和预测
应用领域拓展
地质勘探：用于矿 产资源勘探和地质
工程勘察
高密度电阻率法工程分析
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。
高密度电阻率法
高密度电法研究专家 单位 姓名 中国地质大学（武汉）师学明 中国地质大学（武汉）王传雷 河海大学周杨（了解更多信息点击） 技术原理 在地表水平、地下半空间被导电性均匀、各向同性的岩石所充满的特定条件下，若通过地面的点电流源A(+)和B(-)向地下供入电流强度I 时，根据点源电场的基本公式，很容易写出地面任意两点M 和N 处的电位U M 、U N ，从而可以根据公式推出电阻率ρ。
AM 、AN 、BM 、BN 分别为各电极间的水平距离。
图2.1.1-1 电源电场电流分布图⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=BN AN I U N 112πρ................................................................................................(2-1) ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=BM AM I U M 112πρ................................................................................................(2-2) ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=-=∆BN BM AN AM I U U U N M MN 11112πρ...........................................(2-3) IU BNBM AN AM MN ∆•+--=11112πρ.....................................................................(2-4) 各个电极位置的几何关系通常用装置系数K 表示，即BN BM AN AMK 11112+--=π.....................................................................................(2-5)则电阻率 I U K MN∆=ρ...................................................................................................................(2-6)电测深法（electrical sounding ）包括电阻率测深和激发极化测深。
工程物探-高密度电阻率法
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。
(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
Hale Waihona Puke -20050100
150
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）
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。
高密度电阻率法
高密度电阻率法（multi-electrode resistivity method）是一种阵列勘探方法，它以岩、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。
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。
简介对取得的多种参数经相应程序的处理和自动反演成像，可快速、准确地给出所测地电断面的地质解释图件，从而提高了电阻率方法的效果和工作效率。
在条件适当时，此方法对工程物探以及探测煤矿的老硐，探测古墓墓穴等有较好的效果。
高密度电阻率法使用的仪器称为高密度电阻率仪或高密度电法测量系统。
高密度电法实际上是集中了电剖面法和电测深法。
其原理与普通电阻率法相同．所不同的是在观测中设置了高密度的观测点。
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, 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。
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方法理论及有关技术问题, 研制成了约3 ～5 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查领域取得了明显的地质效果和显著的社会经济效益。
与常规电阻率法相比．高密度电法具有以下优势：（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。
高密度电阻率法
RS l
2020/3/16
高密度电阻率法
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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：
第五讲高密度电法
程控开关
观测系统
5. 测量系统
理论ห้องสมุดไป่ตู้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)
等位面
电力线
DUK-1探测系统测试记录仪
DUK-1探测系统电极控制仪
DUK-1探测系统工作站
测量电极示意图
电缆抽头
拔插卡
电极
I
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
温纳四极装置
U I
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
I
0 1 2 3 4
U
5 6 7 8 9
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：
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
成份 含水量（潜水面） 矿化度（咸、淡水层位） 温度（地热）
电性标志层
① 电性层：以电阻率大小划分的地层。
电性层与地层有时不一致 ！
②电性标志层：找出与某一地质层符合最好的电性层
意义：以电性标志层作为曲线连续对比的标志，追踪目的层。
③原则：a. 电阻率横向稳定，与围岩差异大（10倍以上）； b. 测区内连续性好，控制着工作区的地质构造； c. 厚度大。 ④ 煤炭电法：灰岩基底 水文电法：含水层下的粘土隔水层（低阻） 工程电法：高阻基底
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。
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数据资料处理
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数据预处理步骤：
在地质条件不同的情况下 ,在地 下存在地电体不均匀的情况中 , 有许多因素会对数据收集造成噪 音干扰，为了更接近实际情况的 地下地电的本质 ,野外数据在一 般情况下采集完成后 ,将收集的 数据导入到电脑后 ,通常必须进 行数据的预处理,
垂向分辨率较高，适合垂向 分辨率要求高的勘探任务
温施装置(WS1)
测深分辨率较高，抗干扰 能力较强，水平、垂直都 有一定灵敏度，适合测深 测量。
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施伦贝尔1装置(SB1)
水平分辨率较高，适合水平分 辨率要求高的勘探任务
采集装置
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温纳( WN) 装置方式
温纳装置方式( WN) 又称为对称四极装置方式 。A 、 M 、N 、B 等间 距列 , 其中 A 、B 是供电电极, M 、N 是测量电极, AM =MN =NB 为一个电极 距,电极间距按隔离系数由小到大的顺序等间隔增加,四个电极之间的间距也 均匀拉开 。该测量方式为剖面测量方式,所得断面为倒梯形( 跑极方式见图 1) 。
结语
? 1220深圳山体滑坡：2015年12月20日11时40分，广东深圳市光明新区
凤凰社区恒泰裕工业园发生山体滑坡，附近西气东输管道发生爆炸。据统计 截至12月21日6时，已致 33栋建筑物被掩埋或不同程度受损，共有 91人失 联！
选题背景与目的
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? 目的：在目前滑坡体稳定性计算与滑坡体治理方案的设计过程中 , 滑坡体
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zk065
图7-18 双柳镇高密度电法L3线视电阻率（ρ??）反演地断面图
1. 结合钻孔资料，推测 在测点 45m至145m 处， 为滑坡主体，碳质板 岩深度逐渐加大， 从 -10m增置 -30m。整个 剖面电性界面呈现锅 型分布。
2. 说明滑坡体中间部分 土层较厚，两翼较薄 的特点。测点 45m 和 145m 处为滑坡边缘界 线。
的几何形态 、构造情况是整个设计的关键因素, 因此如何准确而又经济地确 定滑坡体的这些参数就显得尤为重要。
? 从工程地质的角度分析 , 通常滑坡体的滑面岩土体相对较为软弱 , 而且含水 率较高, 因此与滑坡体以及下伏的基岩相比 , 存在着较大的电阻率差异, 这为 高密度电法勘探带来有利条件。
0 PA R T 2T W O
0P A R T 5 FIV E
研究结果及应用
研究结果及应用
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高密度电阻率法在滑坡体覆盖层勘探中,由于滑坡体与基岩之间存在明显的 电性差异,故电阻率反演断面图反映的物性界面清晰。覆盖层多呈低电阻率 的闭合圈 , 而下伏基岩则表现为高电阻率 ,且连续性较好 ,因此基岩覆界线 较为明显 。从而查明了滑坡体厚度及滑面起伏形态 , 为所需工区滑坡的稳 定性评价提供依据。
0P A R T 4F O U R
应用实例
高桥镇高密度电法资料解释
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?s
?s 高桥镇高密度电法资料解释
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1. 分析认为 140-170m 该 段的第四系覆盖层较 为疏松，透水性较好。 拟推断滑动面为表层 相对低阻与其下伏高 阻的界面，形态如图 红线所示。
双柳镇镇高密度电法资料解释
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?s
采集装置
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温施 1( WS1) 装置方式
此装置的测量方式是测深测量, 它是温纳和施伦贝尔的结合, 在整条剖 面测量中 MN 要由小到大变化几次 ,但在 MN 为某一固定值时, A 、 B 按施 伦贝尔 1 的方式移动。当温施间隔选择一固定值 a时,则 M、N 间的间距每 隔 a 层增加两个电极距, 即M 、 N 间的间距按 1,3,5,7, ……等间隔增加, A 和
国内外发展现状
工作原理
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高密度电法工作原理
1. 高密度电阻率法是一种阵列勘探方法。 2. 原理：与传统电阻率法相同。 3. 工作：利用程控电极板控制电极的闭合。 4. 优势：一次布设，自动跑极。 5. 创新：将剖面法和测深法结合在一起。
特点
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高密度电阻率法是集电剖面法和 电测深法的特点为一体的一种采 集装置。 ? 特点一：测点密度大。 ? 特点二：采集信息量大。 ? 特点三：工作效率高。
国内外发展现状
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高密度电法发展历程
1990 1980
国内外发展现状
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? 高密度电法仪现在朝着三个方向发展着，第一个方向是多参数， 第二个方向为多功能，多通道，第三个方向为大功率的方向发展 着
多参数
多功能 多通道
大功率
0P A R T 3T H R E E
主要研究内容
野外数据采集及处理
温纳装置(WN)
采集装置
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施伦贝尔 1( SB1) 装置方式
该装置的测量方式是测深测量 。测量时 , M 、N保持不动, A、B 同时逐 点分别向左 、 向右移动, 得到一条滚动扫描测量线, 然后 A 、M 、N 、B 同 时向右移动一个电极 ,再按照同样的方式跑极, 得到另一条滚动扫描测量线。 所得断面为矩形( 跑极方式见图 2) 。
?s 双柳镇高密度电法资料解释
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1. 滑坡的边缘根据野外实地 勘探发现测点55m向上，
有整块岩石出露，表层有 风化。
2. 分析认为，55m-65m处为 滑坡的后缘位置，在0-
55m处，上覆为滑坡主体， 而在55-114m处，主要为
出露的岩石。这些与野外 实地勘探的结果一致。
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?s 双柳镇镇高密度电法资料解释
高密度电阻率法在滑坡中
的应用-以紫阳地区为例Leabharlann 姓名：李晨导师：孙乃泉
目C O 录N TE N T
01 | 选题背景与目的 02 | 国内外发展现状 03 | 主要研究内容 04 | 应用实例 05 | 研究结果及应用
0P A R 1T O N E
选题背景与目的
选题背景与目的
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? 背景：滑坡是指岩石、碎石或者土体沿坡面的运动。在美国，每年滑坡带
来约 10~20 亿美元的经济损失和 25~50 人死亡。意大利在 1279~1999 年期间 840 次滑坡中的死亡人数超过 1 万人 。在中国 ，1949~2011 年期 间 ， 由滑坡引起的死亡人数保守估计超过 25000 人 ， 平均每年超过 400 人 ， 而且平均每年的经济损失大约为 5000 万美元。