高密度电法-新解析

高密度电阻率法是日本地质株式会社提出的，由于 高密度电阻率法可以实现电阻率的快速采集，并在现场 进行数据处理。从而改变了电法勘探传统的工作模式， 使其和地震勘探的野外工作方式类似，提高了工作效率， 减轻了劳动强度。高密度电阻率法在原理上仍属电 率法的范畴，但与常规电阻率法相比布置了较高的测点 密度，一次可以完成纵横二维勘探过程，所以观测精度 较高，数据采集可靠，获得地质信息丰富。
地表A点供电，在M、N点处的电位表达式，和地表B点供电在M、N点处的电位表达式：
MN间的电位差为 由此可得，对于非均勾大地温纳装置有 为温纳装置系数。
同理可得
点距为X，极距a＝n· X(n为电极隔离系数)
高密度电阻率勘探系统，以地质矿产部机械电子研究所产 的仪器为例，由MIR—lc多功能直流电测仪和MIS-2程控多 路电极转换仪组成。该系统一条剖面可设60根电极，电极 隔离系数n从l到16，记录剖面为梯形断面，如图所示。
二、高密度电阻率剖面法资料整理与图示
(一)视电阻率参数及其计算 由于高密度电阻率法包括五种装置，故视电阻率参数 的计算包括
(二)比值参数及其计算
这里介绍两类比值参数：一类是直接利用三电位
电极系的观测数据进行组合；另一类则是用联合三极 的观测数据组合而成的。两种比值参数不仅具有以某
种更为醒目的方式再现原有异常特征，而且某些比值
参数在一定程度上还具有抑制干扰和分解、复合异常 的能力，从而大大地改善了常规电阻率剖面法反映地 下地质异常体赋存状况的能力。
由于高密度电阻率 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 化程度大大地向前 迈进了一步。图为 高密度电阻率法勘 探系统结构示意图。
一、高密度电阻率剖面法的 电极排列和测量方法
高密度电阻率剖面法的基本原理与 常规的电阻率法完全相同，仍是以岩土 体的导电性差异为物理依据的一类电法 勘探方法。
高密度电阻率法
常规电阻率剖面法由于其观测方式的 限制，不仅测点密度较低，而且也难以通 过电极排列的多种组合来研究地电断面的 结构与分布，因此一般电剖面法所提供的 地电断面结构特征的地质信息较为贫乏， 故无法对其结果进行综合处理和对比解释。 所以在城市工程地质调查中，常规电 阻率剖面法难以满足实际工作需要。
装置的选取受场地大小、地形起伏、探测任务以及探测精 度等因素的影响： （1）温纳四极在开阔地使用能获得最大的测量电位，并节省 外接电源，压制干扰，增强有效信号，它是公认的最稳妥的装 置；如果场地不允许，最好使用三极装置。三极装置比四极装 置将节省一半的场地。 （2）在众多装置中，偶极装置受地形影响最为剧烈，其次是 三极装置，四极装置受地形的影响较小，电测剖面形态比较好 判别。 （3）偶极排列灵敏度最高，温纳四极排列次之，微分排列最 次。 根据工作任务的要求、工地的地质条件及各种装置的特点， 将采用以温纳四极为主，其它三种为辅的排列装置对工区进行 勘查。
为了使高密度电阻率法能够获得关于地电断面结构特征的丰富信息，且 考虑到提高工作效率，参数间可以互相转换，获得不同装置系统的地电断面 数据，我们以下可推导出不同装置视电阻率间的关系式。 当采用温纳四极 (AMNB)，偶极(ABMN)及微分(AMBN)装置进行数据采集时， 由供电电极在测量电Hale Waihona Puke Baidu间所产生的电位差有以下关系：
高密度电阻率法实质上仍属直流电阻率法，基本原理与直流电 阻率法相同，不同的是它的装置排列是一种组合式的电极排列， 通常以多电位测量为主，即：温纳四极装里、偶极装置、微分 装置和联剖装置测量；各种装置测量的电极排列如图所示。
上述电极排 列即可联合 使用，也可 根据需要单 独使用
为了讨论方便，用 分别表示温纳装置(AMNB)、 偶极装置(ABMN)和微分装置(AMBN)的视电视率。多电位测量 中，通过供电电极 AB向地下供以 I安培的电流，在测量电极 MN 之间便可测量电位差，由电位差可计算其视电阻率。
随着电法勘探在水文地质和工程地 质勘察应用领域的不断扩展，对技术方 法提出了超浅层、超密度等一系列高难 要求。
要求电法勘探解决的问题，不仅有 第四系地质研究问题，也有基岩地质以 及近代和古代人文活动遗迹勘察等各个 方面的问题。
近年来，国内外研究和开展了 高密度电阻率剖面法勘探技术，该 方法具有较高的分辨力，可探测埋 深与直径之比大于10：1的地下洞穴， 在调查地下洞穴 ( 高阻或低阻的 ) 及 矿山废坑道等方面取得了较好的效 果。
显然，当供电电流一定时，三者间的阻抗关系为： 当引入视电阻率和装置系数后式后可以写成
从而有 对于三种电极距排列，其装置系数依次为
下标中一个是供 电电极的位置， 一个是测量电极 的位置
联合三极测深剖面装置实际上采用两个三极排列 AMN 和 MNB，另一共用电极c置于无穷远处。两个三极排列分别称为 A(AMN)排列和B(MNB)排列。 由此可知，高密度电阻率法实质上是上述五种装置组合 而成的一种统一测量系统。在实际测量时，只需利用电极转 换开关依次将A、B、M、N及C五个电极进行五种组合，这样在 一个测点上便可获得这五种装置的视电阻率测量参数。
高密度电阻率法是根据水文、工程及环境 地质调查的实际需要而研制的一种电阻率法观 测系统。与常规电阻率法相比，高密度电阻率 法在野外信息采集过程中可组合使用多种装置 形式，因而采集的信息量大，数据观测精度高， 在电性不均匀体的探测中取得了良好的地质效 果。
该观测系统包括数据的采集和资料处理两 部分，现场测量时，只需将全部电极设置在一 定间隔的测点上，测点密度远较常规电阻率法 大，一般从 1 － 10m 。然后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 是一种由单片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入随机存 储器。将数据回放送入微机，便可按给定程序 对原始资料进行处理。