电法实验报告

电法勘探实验报告
◆姓名：邱乐稳
◆学号：0145110130
◆专业：地球科学信息与物理学院◆班级：1101班
◆指导老师：龚安栋严家斌
◆实验名称：直流电法DDC-5电子自动补偿仪实验(电阻率法)
◆实验仪器：
1.DDC-5电子自动补偿仪
2.12V直流蓄电池
3.带有标尺的水槽
4.水平铜板或者高阻砖块
5.连接线若干，点电极面电极各若干
◆实验目的：
1、熟悉了解DDC-5电子自动补偿（电阻率）仪的基本操作方法。

2、通过实验验证一些疑问及教材上的理论曲线，尝试调节一起参数，如观察工
作模式的变化，进一步体会生产操作中电法勘探的利弊。

3、掌握电法勘探的基本工作模式，熟悉电阻率法各种装置的具体应用，在实践中加深对其的认识。

◆实验装置：
1.中间梯度装置
中间梯度法工作示意图
工作方法：供电电极AB固定，测量电极MN在AB中部1/3范围内移动，MN极还可以在离开AB连线一定距离（AB/6范围内）且与之平行的旁测线上进行观测，原点O 为AB的中点，记录点号位置为MN中点。

反映一定深度内电阻率水平横向变化情况。

实验装置系数K=2π/|1/AM-1/AN-1/BM+1/BN|。

2.偶极偶极剖面装置
偶极偶极装置工作示意图
工作方法：如图所示，这种装置的特点是供电电极AB和测量电极MN均采用偶极子，并分开有一定距离。

由于四个电极都在一条线上，故又称轴向偶极。

其中，原点取OO’中点（O为AB中点，O’为MN中点），它适用于研究沿着剖面不同深度电阻率的变化。

剖面的延伸是通过同时移动AB和MN（通常移动距离为d）来实现的。

取AB=MN=d（d为偶极子长度），OO’=nd(n为正整数），n为电极的间隔系数，则K=π*n*（n^2-1）*d（DDC-5仪器中间隔系数n 与书上理论中提到的间隔系数n不同，前者是AB中点与MN中点的间距，后者是BM的间距）。

3.联合剖面装置
联合剖面工作示意图
工作方法：电极B放在无穷远处，AMN沿测线同时移动，各电极间相对距离保持不变。

且K始终为K=π*（a^2-b^2)/b。

4.对称四级剖面装置
对称四级装置工作示意图
工作方法：四个电极沿X移动的动源电剖面测量，用来研究电阻率的横向变
化，电极相对位置保持恒定，K 值是常数。

原点O 是X 轴上的固定点（通常选为MN 最初的中点）。

5. 四级测深装置与对称四级剖面装置相同，只是测量时移动方式不同。

◆ 实验原理：
电阻率法包括电阻率剖面法和电测深法，电阻率剖面法：电极距保持一致，探测深度大致一致，反映一定深度内横向变化，电测深法：MN 不动或有变化，AB 逐渐增大以加大探测深度，反映纵向变化。

电阻率法是用直流电源通过导线经供电电极（A 、B ）向地下供电建立电场，经测量电极（M 、N ）将该电场引起的电位差△U 引入仪器进行测量。

随电极不同的布置方法与地下情况的复杂，使供电电极产生的地下电流场分布不同，高阻体具有排斥电流的能力，电阻率越高，排斥能力超强，低阻体具有吸引电流的能力，电阻率越低，吸引能力越强，电流从A 极经过避开高阻岩体和通过低阻岩体到达B 极，每条电流线的路径都按所受阻力最小运行，服从最小能量原理。

实际应用地表不是水平，地下也不是均匀各向同性的，通过同样的装置得到的电阻率是就不是岩体或矿体的真实电阻率，我们把它称为视电阻率s ρ，中梯装置、联合剖面装置、对称四级装置、偶极偶极装置等装置只是装置系数不同，对称四级与四级测深则只是装置系数表达式里面的极距不同而已。

BN
AN BM AM K I
U K
I
U BN
AN
BM
AM MN
MN
s 1
1
1
1
11
1
1
2+
-
-
=
∆=∆+--=
π
ρ
视电阻率公式的微分形式：
MN MN
s j j ρρ0
=
视电阻率的微分公式可以看出视电阻率与电流大小是无关，实际上由于E 或J 均与电流强度成正比，故所有的视电阻率公式中视电阻率值均与电流大小无关,只与不均匀体的分布及电极排列方式相关，但电流的大小会影响我们的观测精度。

◆ 实验步骤：
1. 实验前的准备
（A ）检查仪器是否正常，仪器本身所带的附件是否完整。

（B ）据实验内容准备实验所需的供电线，测量线，仪器供电线，夹子是否齐全。

为了实验安全，供电线与测量线、A 极线与B 极线，M 极线与N 极线最好在颜色上要有区分或做上记号。

2．把观测体放在水槽中间，水下2-5CM 。

3．按不同装置要求布置电极A 、B 、M 、N 。

4．把仪器接入高压12V ，检查所有的接线柱是否正确。

5．按仪器开关键，仪器显示DDC-5。

6．按电池键，检查电池电压，应不低于10V。

7．选择不同装置，.按排列键，按前进键选择排列如RECTCL、3P/PRFL、4 P/PRFL、OIPOLE、4P/VES等。

8．按各装置要求设置极距等各参数。

9．按测量键，显示INJECTION，测量结果显示R0=XXXX，V/I=XXXMV，XXXMA。

10．记录下测点号和测量的视电阻率，按存储键，显示存储号，第一次输入1，以后按前进键即可。

11．移动测量至下一个测点。

重复第8步。

安全注意事项：开始接线时先连接仪器一端再连电源一端，测量完毕先收电源线再断其他的线；对于不同的电极布置方式，实验室有可选的不同种类的电极如点电极、面电极等，电极间相差较远时供电电极选择面电极，以增大接触面积减少输出电阻增大供电电流。

实验数据处理及分析：
水槽中的铜板水平横放，铜板尺寸为：29cm*17cm*0.25cm，AB=100m，MN=2cm，以下相关图形：
-0.4
-0.3-0.2-0.1
00.10.20.3
-500
50
100
水平产状铜块上中梯装置的ρs 实验曲线
x/m
ρs (Ω⋅m )
总体测量ρs 曲线背景场ρs 曲线
减去背景场ρs 曲线
由图可以看出，总体测量视电阻率曲线表现为中间往下凹，两边出现双峰，与理论曲线较吻合，下凹反映了底下水平铜块异常，曲线极小值所在测线位置，也是铜板中心所在测线位置，曲线出现双峰这是由于水平铜块的激化极化效应产生的；背景场曲线呈现上凸现象是由于受到水槽壁的影响，曲线在个别点上并不平滑可能是操作人员的失误；减去背景场后的视电阻率曲线异常更加明显，在纯异常曲线的两侧出现负值及纯异常曲线双峰出现负值，而理论模型的双峰值是大于0且理论曲线的两侧均大于并趋于0，这是由于水槽壁的影响使得测量的背景值较大，使得减去背景场的异常曲线偏低，从而得到双峰小于0的错误。

埋深估计：利用第一种经验公式估计水平低阻板埋深：∆x=（15−（−15））cm=30cm ，h0=
√221.4cm 利用第二种经验公式估计水平低阻板埋深：
q=18cm ， h0=1.3×q=23.4cm ，由此可见误差较大。

② 偶极偶极剖面
n=4 n=6 n=8
x/m ρs(Ω.m) x/m ρs(Ω.m) x/m ρs(Ω.m) 0.04 49.4 0.06 52.81 0.08 54.98 0.08 47.5 0.1 51.87 0.12 54.73 0.12 48.98 0.14 53.21 0.16 54.7 0.16 47.55 0.18 52.68 0.2 53.93 0.2 45.78 0.22 53.51 0.24 52.86 0.24 47.43 0.26 52 0.28 51.19 0.28 45.35 0.3 49.99 0.32 56.76
130 120 110 100 90 80 70 60
,
00.10.20.30.4
0.50.60.70.80.91
25
30
35
40
45
50
55
60
x/m
ρs (Ω⋅m )
由图可知：两条对称四级剖面曲线的基本形状相同，中间下凹反映了水下低阻铜板的存在，两侧双峰体现了激化极化效应。

随着极距AB/2的变大，视电阻率异常幅值变大，因为随着极距变大测到的深度越大直至铜板得到充分感应，即开始只是测到铜板上方的视电阻率，而增大极距之后，测量深度加大，于是测到整个铜板的视电阻率。

根据理论分析，异常幅值最后会趋于某一渐进值，此时即与用中梯装置测量的异常相同了。

利用两条曲线中间的变化转折点可以近似估计铜板
MN=2cm ，以下相关图形：
0.05
0.10.150.2
0.250.30.350.40.45
3638
40
42
44
46
48
50
x/m
ρs (Ω⋅m )
曲线整体为H 型曲线，通过水槽壁模拟分析知：随着AB 极距的变大，会增强水槽壁的影响，即使背景场视电阻率曲线上凸程度更大，所以在上图的左侧会出现上升的趋势，随后曲线呈下降趋势是因为水下低阻铜板的存在，曲线最后上升反映了由铜板到更深层水的过渡。

◆ 实验结论：
1. 由于水池壁的反射作用，使背景场呈上凸弧线曲线。

2. 对于水平低阻铜板的中间梯度，联合剖面，对称四极几种方法的测量结果基本与课本中理论曲线无异，皆能得到较明显异常。

3. 用中梯装置测量的低阻板状体异常幅值比联剖装置和对称四级剖面测量到的大且异常位置更明显，所以用中间梯度法寻找水平的良导脉状时最有利，对称四极效果次之。

4. 中间梯度法较为简单高效，偶极偶极法综合效率偏低，只能做定性分析，偶极偶极法、联合剖面法与对称四极法受极距影响大。

◆ 实验不足及误差分析：
① 水质的影响。

② 供电电极和测量电极的位置误差。

③ 标尺和测量仪器的误差和精度。

④ 供电电源电压的微动都会影响测量结果。

⑤ 操作人员的专业素养及操作习惯等也会影响实验结果。

⑥ 仪器的精度有限。

◆ 电测深曲线模拟（一维直流电测深）：
采用四级测深，当MN →0时的四极装置视电阻率表达式:
地下一层测量直流电测深响应曲线模拟
先求出转换函数T，下面程序会用到：
【syms m I A22 A1 B1 A2 B2 A3;
rho=sym('[rho22,rho1,rho2,rho3]');
h=sym('[h1,h2]');
[A22 A1 B1 A2 B2 A3]=solve('-exp(2*m*h(1))*A22+exp(2*m*h(1))*A1+B1=0','rho(2)*exp(2*m*h(1)) *A22-rho(1)*exp(2*m*h(1))*A1+rho(1)*B1=0','exp((-2)*m*h(1))*A1+B1-exp((-2)* m*h(1))*A2-B2=-rho(2)*I*exp(-2*m*h(1))/(4*pi)','-rho(3)*exp((-2)*m*h(1))*A1+rh o(3)*B1+rho(2)*exp((-2)*m*h(1))*A2-rho(2)*B2=rho(2)*rho(3)*I*exp(-2*m*h(1))/( 4*pi)','exp((-2)*m*(h(1)+h(2)))*A2+B2-exp((-2)*m*(h(1)+h(2)))*A3=0','-rho(4)*exp ((-2)*m*(h(1)+h(2)))*A2+rho(4)*B2+rho(3)*exp((-2)*m*(h(1)+h(2)))*A3=0','A22,A 1,B1,A2,B2,A3');
T=2*pi*(A1+B1)/I;
simplify(T)】
模拟程序：
function z1=hankel1_47(fun,B)
a=-3.05078187595e+00;
s=1.10599010095e-01;
wt1=[3.17926147465e-06
1.64866227408e-05 -1.81501261160e-05 1.87556556369e-05 -1.46550406038e-05 1.53799733803e-05 -6.9562827393e-05 1.41881555665e-05 3.41445665537e-06
2.139********e-05 2.34962369042e-05 4.84340283290e-05 7.33732978590e-5
1.27703784430e-04
2.0812*******e-04
3.49803898913e-04 5.79107814687e-04 9.65887918451e-04
1.60401273703e-03
2.66903777685e-03 4.43111590040e-03 7.35631696247e-03
1.21782796293e-02
2.010********e-02
3.30096953061e-02 5.37143591532e-02 8.60516613299e-02
1.34267607144e-01
2.00125033067e-01
2.94027505792e-01
3.181********e-01 2.41655667461e-01 -5.40549161658e-02 -
4.46912952135e-01 -1.92231885629e-01
5.52376753950e-01 -3.57429049025e-01 1.41510519002e-01 -4.61421935309e-02 1.48273761923e-02 -5.07479209193e-03 1.83829713749e-03 -
6.67742804324e-04 2.21277518118e-04
7.88229202853e-06];
z1=0;
for i=1:size(wt1,1)
lamda=(1/B)*10^(a+(i-1)*s);
z1=z1+feval(fun,lamda)*wt1(i);
end
z1=z1/B;
function T=Transfer_Fun1(m)
global rho
global h
T=-rho(2)*(-rho(3)*rho(2)*rho(4)*exp(2*m*(3*h(1)+h(2)))-rho(2)*rho(3)^2*exp(2* m*(3*h(1)+h(2)))+rho(3)*rho(4)*rho(1)*exp(2*m*(3*h(1)+h(2)))+rho(1)*rho(3)^2* exp(2*m*(3*h(1)+h(2)))-exp(2*m*h(1))*rho(3)^2*rho(1)-rho(2)*exp(2*m*h(1))*rho (3)*rho(1)+rho(3)*exp(2*m*h(1))*rho(4)*rho(1)+rho(2)*exp(2*m*h(1))*rho(4)*rho( 1)-rho(2)*exp(2*m*(h(1)+h(2)))*rho(4)*rho(1)+exp(2*m*(h(1)+h(2)))*rho(3)^2*rho (1)+rho(3)*exp(2*m*(h(1)+h(2)))*rho(4)*rho(1)-rho(2)*rho(3)*exp(2*m*(h(1)+h(2) ))*rho(1))/(-rho(2)*exp(2*m*h(1))*rho(3)^2+exp(2*m*(h(1)+h(2)))*rho(3)^2*rho(1) -rho(3)*exp(6*m*h(1))*rho(1)*rho(4)+rho(3)*exp(6*m*h(1))*rho(2)*rho(4)-rho(2)^ 2*exp(6*m*h(1))*rho(4)+rho(3)*rho(2)*rho(4)*exp(2*m*(3*h(1)+h(2)))-rho(3)*rho( 4)*rho(1)*exp(2*m*(3*h(1)+h(2)))+rho(3)*exp(2*m*(h(1)+h(2)))*rho(4)*rho(1)-rho (2)*exp(2*m*(h(1)+h(2)))*rho(4)*rho(1)+rho(3)*exp(2*m*(h(1)+h(2)))*rho(4)*rho( 2)-rho(2)*rho(3)*exp(2*m*(h(1)+h(2)))*rho(1)-exp(6*m*h(1))*rho(2)*rho(3)^2+rho (2)*rho(3)^2*exp(2*m*(h(1)+h(2)))-rho(2)^2*exp(2*m*(h(1)+h(2)))*rho(4)+rho(2)* exp(6*m*h(1))*rho(4)*rho(1)-rho(2)*exp(6*m*h(1))*rho(3)*rho(1)-rho(2)*rho(3)*rh o(1)*exp(2*m*(3*h(1)+h(2)))-rho(2)*rho(4)*rho(1)*exp(2*m*(3*h(1)+h(2)))+rho(2) ^2*rho(3)*exp(2*m*(3*h(1)+h(2)))+rho(2)*rho(3)^2*exp(2*m*(3*h(1)+h(2)))+rho( 2)^2*rho(4)*exp(2*m*(3*h(1)+h(2)))-rho(1)*rho(3)^2*exp(2*m*(3*h(1)+h(2)))-rho( 2)^2*rho(3)*exp(2*m*(h(1)+h(2)))-exp(2*m*h(1))*rho(3)^2*rho(1)-rho(2)^2*exp(2 *m*h(1))*rho(3)+rho(2)^2*exp(2*m*h(1))*rho(4)+rho(2)*exp(2*m*h(1))*rho(4)*rh o(1)-rho(2)*exp(2*m*h(1))*rho(3)*rho(1)+rho(3)*rho(2)*exp(2*m*h(1))*rho(4)+rho (3)*exp(2*m*h(1))*rho(4)*rho(1)+exp(6*m*h(1))*rho(1)*rho(3)^2+rho(2)^2*exp(6 *m*h(1))*rho(3));
T=rho(2)/2*(1+T/rho(2));
T=T*m;
function [r,rho_s]=DC1D_Forward1(rho1,h1)
global rho;
global h;
rho=rho1;
h=h1;
r1=logspace(3,6,40);
r=r1/h(1);
for i=1:size(r,2)
z(i)=hankel1_47('Transfer_Fun1',r(i));
rho_s(i)=r(i)*r(i)*z(i)/rho(2);
end
P1=10000;
P2=20:20:200;
P3=60;
P4=100;
x1=20;
x2=20;
for i=1:10
[r,rho_s]=DC1D_Forward1([P1 P2(i) P3 P4],[x1 x2]);
loglog(r,rho_s,'-*');
title('地下一层测量直流电测深响应曲线');
xlabel('AB/(2h_1)');
ylabel('\rho_s/\rho_1');
hold on
end
地下一层模型示意图
取参数：ρ1=10000;ρ2=20:20:200;ρ3=60;ρ4=100;h1=20;h2=20; 用matlab画图如下：
由图所示，第一层电阻率视为无穷大，当ρ
2 /ρ
3
=1/3，ρ
2
/ρ
4
=1/5时，曲线
呈上升趋势，主要体现出第三层向第四层的过度，当ρ
2 /ρ
3
=1，ρ
2
/ρ
4
=3/5
时，曲线依旧呈上升趋势，上升幅度减少，最后趋向于1，即ρ
2=ρ
1
，随着ρ
2
的增加，第二层与第三层的综合作用值逐渐超过第四层电阻率，所以最后当ρ
2
/
ρ
4
=2时，曲线呈下降趋势。

垂直接触面电测深曲线模拟（测线平行接触面）
模拟程序：
figure(2)
t1=10000;
t2=20:20:200;
t3=60;
t4=100;
x1=20;
x2=20;
for i=1:10
[r,rho_s]=DC1D_Forward1([t1 t2(i) t3 t4],[x1 x2]); loglog(r,rho_s,'-*');
title('地下一层测量直流电测深响应曲线');
xlabel('AB/(2h_1) ');
ylabel('\rho_s/\rho_1');
hold on
end
垂直接触面电测深曲线模拟（测线垂直接触面）
模拟程序：
figure(3)
t1=20:20:200;
t2=100;
t3=100;
t4=20:20:200;
x1=20;
x2=20;
for i=1:10
[r,rho_s]=DC1D_Forward1([t1(i) t2 t3 t4(i)],[x1 x2]); loglog(r,rho_s,'-*');
title('地下对称测量直流电测深响应曲线');
xlabel('AB/(2h_1)');
ylabel('\rho_s/\rho_1');
hold on
end
实验总结:
该学期共做了四次以上实验，通过动手做这些实验我收获良多。

一方面我熟悉了DDC-5电子自动补偿仪的操作与使用方法，熟悉了各种电阻率法的各种测量装置，对直流电法的工作方法也有了较深的认识。

另一方面，实践是检验真理的唯一标准，只有在不断地实验操作中摸索才能使从书本上学到的理论在今后的具体工作中站住脚，通过实验，我在课堂上及书本上学到的知识得到了很好的应用实践，加深了我对本课程的相关认识，平时上课或者看书的一些疑问也得到了很好的解决与印证。

实验过程中尤其感谢龚老师对我们的详细耐心的指导，同学们较默契的合作也让我受益匪浅。

课外的电测深模拟实践过程中虽然遇到了许多问题，最后大多都解决了，犯过错误的地方印象尤其深刻，所以通过解决理论推导及写程序模拟过程中遇到的一些问题，加深了我对电测深及一些电法基础公式的认识。

通过本次专业实验，我更加明确了自己专业所涉及到的某些研究领域，对今后的工作概况也有了一个感性的认识，希望在今后的学习中，老师能为我们提供更多的具体操作的机会，更能在其他多种地球物理研究方法中给予我们动手操作的机会，真正做到学以致用。