高密度电阻率法在胶东地区工程勘察中的应用
高密度电阻率法在胶东地区工程勘察中的应用
蔡力挺胡均杰
（山东省地矿局第三地质矿产勘察院山东·烟台264000）
摘要：高密度电阻率法具有一次布线、连续测量、数据采集量大、地质信息丰富,成果可信度高等的优点，通过控制测量电极的距离来提高分辨率，加大有效勘察深度，提高观测精度，可有效地解决工程勘察中遇到的各种地质问题，相对其他物探方法具有无法比拟的优势。
关键词∶高密度电法工程勘察优势
Application of high density resistivity method in the jiaodong area engineering survey
Cai Liting Hu Junjie
(third of geology and mineral resources of Shandong Provincial Bureau of geology and mineral resources prospecting Institute ·Shandong Yantai 264,000)
Abstract:high density resistivity method with a large amount of wiring, continuous measurement, data acquisition, and geological information-rich, advantages of credibility high by controlling the distance to improve resolution of the measurement electrodes, increasing the effective depth of investigation, improving the precision of observation, effectively solve the geological problems encountered in engineering survey, compared to other geophysical methods has incomparable advantages.
Key word: high density resistivity method engineering exploration advantages
1前言
近年来随着城市建设规模的扩大，各种建设工程随之出现，对工程场地勘察的要求也越来越高。高密度电阻率法作为直流电法的一个分支，也是利用地下介质的电性差异来达到划分和圈定目标物、解决地质问题[2]。由于其分辩率高、采集数据量大、工作效率高、对地质体反映细致直观、易于解释等特点，在工程勘察中得了广泛的应用，特别是在解决地下溶洞、采空区、海水倒灌、划分第四系覆盖层厚及圈定基岩构造破碎带等工程方面得到了良好的效果[4]。下面结合其工作原理、野外工作方法并通过工程实例，验证了高密度电阻率法在工程勘察中的应用可行性、有效性和实用性。
1高密度电法工作原理
1.1工作原理
高密度电阻率法是基于垂向直流电阻率测深和水平直流电阻率剖面测量两种方法相结合的原理，通过高密度电法测量系统中的软硬件，控制在同一条多芯电缆中布置连接的多个电极，使其自动组成多个垂向电阻率测深测深点或多个不同探测深度的剖面，根据控制系统中选择的不同的探测装置类型，对电极进行相应的排列组合，按照测深点位置的排列顺序或探测剖面的深度顺序，逐点或逐层探测，实现了自动布点、自动跑极、自动供电、自动记录、自动计算、自动存储
[1]。把储存的数据调入Suffer图像处理软件，可自动生成各测深点及各剖面层的曲线或整体剖面图像。
1.2工作方法
高密度电阻率法一般采用温纳装置方式，即对称四极装置（AM=MN=AN＝点距）,记录点为MN中心点，采用由浅至深逐层观测，每层对应一个探测深度，若布设剖面长度为L，布设电极点距为a，观测层数为n，则每层测量距离为L －3*n*a，观测点数为（L－3*n*a）/a个，测量完成后，便可得到一个倒梯形视电阻率ρa拟断面图，从而确定地下电性地质体的埋深、形态、规模及产状。它不但可监视各个电极的接地情况，还可一边放线一边进行浅层测量，具有极高工作效率。具体布置见图1：
图1高密度电法工作原理图
2应用实例
2.1采空区探测
胶东地区金矿脉较多，采金盛行，民采点星罗棋布，矿硐更是纵横交错，且多数为乱挖滥采，对大部分采空区不能及时采取处理措施，造成当地地面沉陷、民房开裂倒蹋、水位下降污染等严重的地质灾害并对重大建筑工程选址造成潜在的威胁。治理地质灾害，已成为当地一件十分紧迫的事情。进行地质灾害治理，首先要查明地下矿硐的分布位置、顶部埋深、规模大小等情况。为此我单位采用高密度电法进行了多个地方的勘察，经验证均取得了满意的效果。
烟台国际机场拟建场地位于蓬莱市潮水镇东南约3km处，受甲方的委托，我单位承担了对拟建场区采空区的地质调查任务，采用多种地球物理勘探手段，来划分区内金矿采空区的分布情况，为该区建设规划提供物探依据，如图2为高密
度电法对该区0线的测量结果，推断如下：①0－20m层状低阻为第四系覆盖层及含水花岗岩风化层的反映。②20－90m处电性差异较大、总体上为低阻背景上叠加有局部等值线密集的高阻封闭异常，该高阻的封闭异常即为采空区所引起，如D1、D2、D3，而背景上低阻异常应为压扭性的小型构造裂隙及含矿蚀变带所引起。③90m以下视电阻率较高且总体上呈水平分布，推测为较完整的花岗岩。推断结果与区内20－100m内为含矿段的实际相吻合，经钻探验证，D1、D2、D3均为采空区。
2.2构造破碎探测
如青岛市拟在即墨市郊建一垃圾处理厂，厂区内出露岩性复杂，以片麻岩为主，穿插有安山岩、凝灰岩等，有为防止渗漏对周围地下水造成污染，需查明场地的地质特征及50m以上部位的构造破碎带及裂隙较发育处。考虑到探测深度及对小型断裂的反映，于是采用点距＝5m、测量23层的的温纳装置，最大探测深度约为172m。由图3可看出，该剖面0－400点浅部50m以上部位视电阻率呈水平层状分布，说明岩石较完整，而在300－400点的50m以下部位出现视电阻率等值线畸变，由水平向向下弯曲，说明该处存在一条倾向东的破碎带（命名为F1）。在450点附近从上到下视电阻率等值线均出现弯曲，呈一“V”型，说明该处亦存在一条倾向西构造带（命名为F2），且该构造上部较为破碎，裂隙发育影响带较宽，建议对F2进行处理，考虑到F1虽浅部未出露，但对工程存在潜在威胁，建议对该处基坑底部进行加固防渗处理。
2.3 划分岩性界限及圈定岩溶区
栖霞某地需建一水泥厂，拟建厂区出露灰岩和云母片岩，根据建筑设计要求，需查明厂区内灰岩和云母片岩的接触带及灰岩区的岩溶发育情况，由于二者的电性差异较为明显，满足高密度电阻率法应用前提[3]。考虑到岩溶规模可能较小，为提高分辩率，决定采用点距＝2m的温纳装置，剖面总长度180m，东西向布设，测量点号自西向东由小到大，测量层数27，最大探测深度约80m。由图4可看出，布设的Ⅰ剖面76点下部存在一条明显的视电阻率梯级带（命名为F），梯级带两侧，视电阻数值差异明显，西侧低阻，ρa＜200Ω·m，东侧高阻，ρa＞500Ω·m，由此推测该梯级带即为上述两种岩性的接触带，西侧低阻为片岩，东侧高阻为灰岩。而在东侧高阻区内，又出现一ρa介于两种岩性之间的半封闭低阻异常，结合地表风化积残物，推断该异常应为被红粘土充填的溶洞（即图中标注的＂岩溶区＂）的反映。后经钻探，验证上述推断结果是正确的。
3几点体会
①因高密度电阻率法作为直流电法的一个分支，故易受工业游散电流的干扰，工作场地受到一定的限制。地形起伏也会对其产生干扰，有时会产生一定的假异常，对解释起误导作用，所以当场地起伏变化较大时，要进行地形改正。
②因采空区、溶洞溶隙、构造破碎带等异常体都有一定的影响范围，故所推断的异常规模会略大于实际地质体的规模。
③根据工作范围、探测深度及目标物的性质埋深及产状，合理布设点距、剖面方向长度及所测层数，因同一地质体对不同的极距反映的异常形态也不尽相同。这一点应引起工程技术人员的注意。
④当剖面需跨越水体时，可采用在水面上布设电极，亦可取得较好的探测效果。
⑤对于球状体，异常中心在地面的投影位置一般对应于对于球体中心；但对于倾斜或近直立板状体的在倾斜方向上常出现低值现象，其顶部往往对应高阻异常部位；对于水平的板状体，异常中心一般对应于板体中心[5]。
4结论
综上所述，高密电阻率法在胶东地区的工程勘察中的不失为一种快速有效的好方法，其自动化程度高、效率高、分辨率高、观测精度高，应用广泛，可较全面快速地解决工程勘察、地质灾害治理等地质方面遇到的难题。对异常体反映较直观，易于解释，可提高物探推断的准确性和精确度。随着我国经济的快速发展，各种建筑工程不断涌现，高密电阻率法也必将有着赿来赿广泛的应用。
参考文献：
[1]、傅良魁. 应用地球物理教程－电法勘探[M].北京,地质出版社,1991.
[2]、李金铭,罗延钟.电法勘探新进展[M].北京,地质出版社, 1996.
[3]、葛如冰,黄伟义.高密度电阻率法在灰岩地区的应用[J].物探与化探,1999（1）,36－38.
[3]、刘晓东等.高密度电阻率法在工程物探中的应用[J].工程勘察, 2001（4）,64－66.
[5]、赵光辉. 高密度电法勘探技术及其应用[J].矿产与地质,2006,20(2),166-168.
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。在设计和技术实施上，高密度电测系统采用先进的自动控制理论和大规模集成电路，使用的电极数量多，而且电极之间可自由组合，这样就可以提取更多的地电信息，使电法勘探能像地震勘探—样使用覆盖式的测量方式，图1为高密度电法工作系统示意图。与常规电法相比，高密度电法具有以下优点：(1)电极布设一次性完成，减少了因电极设置引起的干扰和由此带来的测量误差；(2)能有效地进行多种电极排列方式的测量，从而可以获得较丰富的关于地电结构状态的地质信息；(3)数据的采集和收录全部实现了自动化(或半自动化)，不仅采集速度快，从而避免了由于人工操作所出现的误差和错误；(4)可以实现资料的现场实时处理和脱机处理，根据需要自动绘制和打印各种成果图件，大大提高了电阻率法的智能化程度。由此可见，高密度电阻率法是一种成本低、效率高、信息丰富、解释方便且勘探能力显著提高的电法勘探新方法[1-4]
高密度电阻率法实验报告
工程物探实验报告 实验一：高密度电阻率法勘探 班级： _________________________ 姓名： _________________________ 学号： _________________________ 贵州理工学院资源与环境工程学院 2016年11月
1实验目的 了解电阻率法（高密度电阻率法）的方法原理、野外工作布置及装置形式；掌握高密度 电阻率法数据的采集、处理和解释，熟练操作高密度电阻率法软件。 2高密度电阻率法原理 高密度电阻率法属于直流电阻率法的范畴，它是在常规电法勘探基础上发展起来的一 种勘探方法，仍然是以岩土体的电性差异为基础，研究在施加电场的作用下，地下传导电 流的变化分布规律。相对于传统电法而言，高密度电阻率法其特点是信息量大。利用程控 电极转换器，由微机控制选择供电电极和测量电极，实现了高效率的数据采集，可以快速 采集到大量原始数 据。具有观测精度高、数据采集量大、地质信息丰富、生产效率高等特 点。一次布极可以完成 纵、横向二维勘探过程，既能反映地下某一深度沿水平方向岩土体 的电性变化，同时又能提供 地层岩性沿纵向的电性变化情况，具备电剖面法和电测深法两 种方法的综合探测能力。 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 1m~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 由电极转换 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 对数据进行处理。高密度电 阻率法现场工作时是在 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，电极转换装置将这些电极组合成指定的电极装置和 电极距，进而用自动电测仪，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 | 説据处返邮分 説孫輕野汨分
跨孔高密度电阻率成像及反演
跨孔高密度电阻率成像 在大地表面布设电极的高密度电法测量的分辨率是随着深度呈指数规律减小的，想在深度上合理的获得一个较高分辨率的一个方法便是使用电极在钻孔中测量，这样能很好的反映出井周围及井间的地质状况。跨孔高密度电阻率与地表高密度测量相比，它较少使用，因此布极方式也与地表高密度布极方式有很大的不同。 跨孔高密度电阻率成像也称为井地电法勘探，井井地勘探，跨孔高密度CT 法等。国内的电法仪器一般也不支持此方法的测量。但实际使用的装置与地面电法无异，也分为单极，偶极，三极，四极等方式。因此可以用现有的高密度仪器将数据测出来，然后通过相应的转换软件变换为跨孔高密度的数据格式，再用国内使用比较广泛的高密度电法反演软件RES2DINV进行反演处理。 跨孔高密度电阻率的布极方式： 1、 跨孔高密度成像电极位置示意图(单孔+地表电极) 2、
跨孔高密度成像电极位置示意图(双孔+无地表电极) 3、 钻孔1 钻孔2钻孔N 跨孔高密度成像电极位置示意图(多孔+地表电极 ) 地面电极 使用RES2DINV 软件反演结果图： 双孔带地形校正结果图
孔中电极深度不一致反演结果：
孔中电阻率和极化率反演结果： 多孔反演结果： 野外实测钻孔反演结果：
用现有的高密度仪器做跨孔测量，可以使用温纳排列，斯伦贝尔排列，三极排列，偶极等排列方式测量，因井中视电阻率计算方法与地面不一样，因此需要保留测量时的电压电流值，然后用转换软件重新计算。因内容较多，转换繁琐，这儿先简单介绍一下跨孔高密度的测量效果，有这方面需要的朋友可以在我博客中留言，如果需求者较多，笔者再详细介绍测量方式，并编写转换程序。 博客地址：https://www.360docs.net/doc/a0836684.html,/u/2274611685
高密度电法
高密度电法 高密度电法即是高密度电阻率法，它是以岩、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下传导电流分布规律的一种电探方法 （一）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。( 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。(3) 野外数据采集实现了自动化或半自动化, 不仅采集速度快( 大约每一测点需2～5s) ,而且避免了由于手工操作所出现的错误。(4)可以对资料进行预处理并显示剖面曲线形态, 脱机处理后还可自动绘制和打印各种成果图件。(5)与传统的电阻率法相比, 成本低, 效率高, 信息丰富, 解释方便。 （二）高密度电阻率法采集系统：随着技术的发展，高密度电法仪日趋成熟。表现在：采用嵌入式工控机，大大提高系统的稳定性与可靠性；采用笔记本硬盘存储数据，可以满足野外长时间施工的工作需求；系统采用视窗化、嵌入式实时控制与处理软件，便于野外操作；可实现多种工作模式的转换，计算机与电测仪一体化，携带方便。新一代高密度电法仪多采用分布式设计。所谓分布式是相对于集中式而言的，是指将电极转换功能放在电极上。分布式智能电极器串联在多芯电缆上，地址随机分配，在任何位置都可以测量；实现滚动测量和多道、长剖面的连续测量
图高密度电阻率法测量系统结构示意图 系统可以做高密度电阻率测量，又可以同时做高密度极化率测量，应用范围宽。 常用装置：高密度电阻率法在一条剖面上布置一系列电极时可组合出十多种装置。高密度电阻率法的电极排列原则上可采用二极方式，即当依次对某一电极供电时，同时利用其余全部电极依次进行电位测量，然后将测量结果按需要转换成相应的电极方式。但对于目前单通道电测仪来讲，这样测量所费时间较长。其次，当测量电极逐渐远离供电电极时，电位测量幅值变化较大，需要不断改变电源，不利于自
高密度电阻率法应用中常见的问题
高密度电阻率法应用中常见的问题 [摘要]近十年来，高密度电阻率法在工程勘察中的应用越来越广泛，尤其在岩溶、水文、构造、检测等领域，高密度电法的应用效果，已远远超过了理论上的预期。在国内，从事高密度电阻率法的单位和人员正呈逐年上升的趋势，可以说是形势喜人。 [关键词]有效数据有效分辨率高密度电阻率法 1存在问题及分析 1.1有效数据的分辨率 这是个最基本的问题。不仅是本方法，其它的物探方法也是如此。在数据采集的现场，我们必需能有效地分辨：采集到的数据是不是有效的数据，用句简单的话就是：原始数据是否真实。 图1是最近见到的两个剖面的数据：从A剖面数据可以看出：在145m处，数据明显出现异常，有两条非常有规律的高阻异常斜向右下角，其间距越来越大——这实际上是由于145m附近，电极接地条件太差，形成的“假异常”；有时，如电缆的某一点或多路转换开关的某点断开也会形成类似的“八字异常”，如该点位位于观测剖面中间，则会出现“双八字”异常；点位在两端，则会出现“半八字”异常。在现场采样时，应及时处理。图1中B剖面的问题则更为严重，图左侧出现了太多的漩涡状封闭异常，这在地电断面中是不真实的。一般而言，我们直流电法采集到的地电断面，其等值线的起伏会比较缓，较难形成小型的封闭异常，更不用说形成如图中的密集型“漩涡异常”。图中剖面形成的原因是：剖面左侧是水泥路面，接地条件很差，现场操作人员未对接地条件进行有效改善就进行了数据采集，其数据当然是不可信的。 一般而言，有效的高密度电阻率法成果数据有如下特征：等值线较为平缓，没有突变起伏点，高阻、低阻区的变化是渐变的；视电阻率数值上没有孤值畸变异常，反应到等值线上是没有“漩涡异常”（独立的漩涡状异常是可以通过编辑原始数据来解决，密集的，如出现较多的漩涡状异常则需要重测）；等值线上没有出现规律的“八字异常”及其演变而成的“半八字”或“双八字”异常。 1.2观测方式对数据成果的影响 目前，高密度电阻率法仪器发展得相当快，几乎所有的电阻率法观测装置都可以在高密度仪器中实现。总体而言，我倾向于将高密度电阻率法的观测方式分为两大类：剖面类观测方式和测深类观测方式。如图2所示：剖面类观测是以电剖面法为主体的，如图2（A）——观测方式由电剖面开始，由左至右，依次增大AMNB之间的间距，一层一层采集数据，从而建立电法剖面，其剖面资料是倒梯形的；测深类观测是以电测深为主体的，如图2（B），其由左至右（有些仪
高密度电阻率法物探技术及其应用
高密度电阻率法物探技术及其应用 [摘要]高密度电阻率法作为物探方法中的一种应用最为广泛的勘探方法，在特殊地质的勘探和工程勘查中起着不可替代的作用，为我国地勘队伍在解决相应地质问题时带来许多便利之处。本文主要通过对高密度电阻率法工作原理的研究，结合二维成像技术和正反演技术在工程中的运用，提出了一些针对不同环境下勘测时的注意事项。 [关键词]高密度电阻率法二维成像技术正反演技术 0引言 高密度电阻率法基本工作原理与传统的电法勘探是相同的，主要是根据岩石、矿石以及不同地层、不同地质体等导电性的差异，通过地面的测定，研究人工或天然电场的分布特点和变化规律来推断地下电阻率分布，从而准确的推断出不同地质体的分布状况。高密度电阻率法凭借其测试简便、效果好、成本低、效率高等优点在勘探工程中具有较高的使用价值。高密度电阻率法是一种快捷的地质勘探方法，其工作的范畴属于直流电阻率，其采用高密度的布点进行二维电断面测量，采集的数据量大、全面、准确、观测的精度高，在我国的工程地质与水文勘探中运用非常的广泛。但是也存在许多的不足之处，例如在进行野外勘探时数据处理不够精准、正反演成像技术在进行图像分析时存在误差、二维成像技术的反演问题等等，这些问题都需要勘测人员在理论与实际工程相结合的基础上进行研究，找出相应的解决办法，将高密度电阻率法应用更加的广泛。 1高密度电阻率法的工作原理 高密度电阻率法的工作范畴包括数据的采集与数据的处理，与常规的电阻率法工作原理相同，主要是以地下介质之间的导电性的差异为基础，通过A、B两个电极向地下传递电流，然后在M、N电极之间测得电位差△V，从而求得该记录点的视电阻率值Qs=K△V/I。在进行现场的勘测时，只需要将全部的电极合理的安放在一定距离的测点上，然后将多芯电缆连接到由单片机控制多路电极自动转换开关，这样机器就能够根据自身的需求进行电极与测点之间的自动转换。测量的数据通过电极转换开关传输到微机工程电测仪，根据实测的电阻率剖面数据，通过专业的计算机软件进行反演数据处理，就可以获得地层电阻率的分布状况，从而推断出地层结构的分布状况[1]。 2高密度电阻率法的工作方法与数据处理 2.1高密度电阻率法的工作方法 针对不同的使用环境，我们要采取不同的观测方法，高密度电阻率法的工作方法主要有以下几种：
高密度电阻率法在污染调查中的装置参数试验分析
高密度电阻率法在污染调查中的装置参数试验分析 发表时间：2019-09-04T16:54:43.200Z 来源：《工程管理前沿》2019年10期作者：孙世龙胡超郭华王楠 [导读] 为了了解装置参数对高密度电阻率法探测结果的影响，以某污染场地为例，在场地内选择典型污染剖面， 江苏省地质环境勘查院，江苏南京 211100 摘要：为了了解装置参数对高密度电阻率法探测结果的影响，以某污染场地为例，在场地内选择典型污染剖面，对比使用不同装置参数对高密度电阻率法探测结果的影响，最后选择适合该污染场地的装置参数组合。结果表明，适宜本场地的高密度电阻率法装置参数为：供电电压采用240V，供电脉宽为0.5s，供电周期数为1，电极距为2m。采用温施装置，其中最小隔离系数为1，最大隔离系数为30，温施间隔系数为3。 关键词：高密度电阻率法；污染调查；装置参数试验 中图分类号：P631.3+4 Device Parameters Analysis of High-density Resistivity Method in Pollution Investigation SUN Shilong, HU Chao，WANG Nan （Environmental Geology Exploration Institute of Jiangsu Province, Nanjing 211100, Jiangsu） Abstract: In order to grasp the influence of device parameters on detection results of high-density resistivity method, selected a typical pollution profile in a contaminated site, compared results of high-density resistivity method with different device parameters. and chose a suitable combination of high-density resistivity method parameters for the contaminated site. The results showed that suitable high-density resistivity method device parameters for the site contained: supply voltage of 240V, power supply pulse width of 0.5s, number of power supply cycles of 1 and electrode distance of 2m. The best device was warming device with minimum application coefficient of 1, maximum isolation coefficient of 30 and temperature application interval coefficient of 3. Key words:high density resistivity method; contamination investigation; device parameter test 1 引言 随着地球物理勘探方法在污染场地调查上的逐渐发展，以高密度电阻率法为代表的物探方法在污染调查中有着显著的社会效益和经济效益。[1-3]本文以某污染场地为例，在场地内选择典型污染剖面进行高密度电阻率法参数试验。通过本文的研究，可以分析高密度电阻率法中的参数对测试结果的影响，提升高密度电阻率法应用的高效性和全面性，为今后类似场地的高密度电阻率法应用提供一定的理论依据，对无损快速勘探领域具有研究意义。 某污染场地占地面积约11.2万m2，地形平坦，微有起伏，地表主要分布植被和建筑垃圾，地面高程2.58~3.29m，地基土主要为灰色粉质粘土夹粉土。典型污染剖面位于场地中部，近北东向，长度478m。 2工作机理 电阻率法是一种传导类的地电勘探方法，它基于各种介质之间具有的导电性差异，根据观测和研究与这些差异有关的天然或人工电场的分布特征，达到探测场地污染等问题的目的。[4]在污染场地内，进入土壤的污染物会使土壤的导电性和介电性发生改变，当污染物的浓度达到一定程度时，可以借助高密度电阻率法观测到土壤导电性的变化，这是高密度电阻率法在污染调查中的物性基础。[5]在电阻率法工作中，一般是在地面上任意两点用供电电极A、B供电，在另两点用测量电极M、N测量电位差。式（1）[6]为运用四极装置测量各向同性均匀半空间电阻率的计算公式： 式中K被称作装置系数（或排列系数），它与各电极间的距离相关。在野外工作中，确定装置类型和电极间距之后，K值就可以计算出来。高密度电阻率法是电阻率法的一种，其在探测过程中一次布设多道电极（如90道或120道），通过电极转换器控制供电和测量电极转换。 [7]当排列电极的电极距不变，而记录点位置移动时，即为电剖面法，测地电横向变化；若排列电极的电极距变化，而记录点位置不变时，即为电测深法，测地电垂向变化。高密度电法将电剖面法与电测深法进行结合并同步进行，一次性完成二维视电阻率剖面。 本次选择位于污染场地中部的典型污染剖面进行参数试验，试验参数包括供电电压、供电脉宽、供电周期数、电极距和装置类型，通过使用不同的参数分析其对测量结果的影响。 3 结果与讨论 3.1供电电压 供电电压的大小决定仪器测量的电压、电流大小，影响信号抗干扰能力，进而对视电阻率值计算产生影响。试验在保持其他参数一样条件下，采用48V、240V、288V供电电压测量并计算电阻率。计算供电电压为48V、240V、288V时电阻率均方相对误差分别为±0.24%、±0.16%、±0.11%。可见供电电压的提高有利于抗干扰能力的提高，当供电电压超过240V时，供电电压对电阻率值影响可忽略。 3.2供电脉宽 供电脉宽的大小是矩形波的宽度，对仪器测量的电压、电流的一致性有影响。试验在保持其他参数一样条件下，采用0.3s、0.5s、1.0s、2.0s供电脉宽测量并计算电阻率。计算供电脉宽为0.3s、0.5s、1.0s、2.0s时电阻率均方相对误差分别为±0.18%、±0.06%、 ±0.10%、±0.22%。供电脉宽小于0.3s时，仪器无法读数，供电脉宽大于0.3s时，供电脉宽对电阻率值无规律性影响。 3.3供电周期数 供电周期数的变化主要是改变测量次数，压制噪声干扰的影响。试验在保持其他参数一样条件下，采用周期数1、2、3次测量并计算电阻率。计算周期数为1、2、3时电阻率均方相对误差分别为±0.20%、±0.06%、±0.15%。从试验结果中可以看出，供电周期数变化对电
高密度电阻率法在工程勘察中的应用.
浅释高密度电阻率法方法特点
陕西省地勘局物化探队 2004 年 10 月
浅释高密度电阻率法方法特点
一、绪言 工程物探是工程地质勘察中的重要手段之一，但其本身由于勘探
仪器的限制，还存在着很多不足。例如，应用岩石的电性差异来解决 地质问题时，我们以前采用常规电法-----电阻率测深法，一般是供电 极 AB，接收极 MN，若排列形式为 AMNB 对称排列（a 法排列）， 称该方法为对称四极电阻率测深法。电阻率测深法在某一测点上逐次 扩大供电电极距 AB：AB=1、3、7、10、15、25、50、70、100、150、 200、300、500 米，使探测深度逐渐加大，这样便可得到沿垂直（纵 深）方向由浅到深的视电阻率变化情况。但是电阻率测深法由于受其 观测方式的制约，不仅测点稀，工作效率低信息量小，而且更难从多 种电极排列去研究地电断面的特征、结构与分布。因此，所提供的关 于地电断面的地质信息贫乏，资料解释存在相当困难。为了克服上述 困难与不足，更好的发挥物探在工程勘察中的优势，我们引进了高密 度电阻率这项新的勘探技术。
高密度电阻率法相对常规电阻率测深法，有以下优点： 1、电极布设是一次完成的。虽然在工作开始观测前要投入较大 的工作量来完成多电极的布设工作，但这样做可以防止因电极重复设 置引起的干扰，减小了测量误差。 2、常规电阻率测深一次只能得到一条剖面上一个点的电阻率值， 而高密度电法在电极布设好时可以得到一条剖面下整个断面的电阻 率参数。大量的信息使我们在异常解译上排除电法工作的多解性有了
1
高密度电法勘探施工指导书
高密度电法勘探作业指导书 一、高密度电法勘探概述 高密度电阻率法是以岩土导电性差异为物性基础，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的一种电探方法。它与常规电阻率法原理相同，所不同之处在于采取的方法技术。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置于观测剖面的各测点上，然后利用程控电极转换器或者微机工程电测仪器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。高密度电阻率勘探技术的运动和发展使电法勘探的智能化程度大大向前迈进了一步，相比传统电阻率法，高密度电法勘探具有以下特点： （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。 （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。 （3）野外数据采集实现了自动化或半自动化，不仅采集速度快，（大约每一测点需2~5s），而且避免了由于手工操作所出现的错误。 （4）可以对资料进行预处理并显示剖面并显示剖面曲线形态，脱机处理后还可自动绘制和打印各种成果图件。 （5）与传统的电阻率法相比，成本低，效率高，信息丰富，解释方便。 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装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器实现了野外高密度电阻率法的数据采集，但由于整体设计的不完整性，这套设备并没有充分发挥高密度电阻率法的优越性。80年代后期至今，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，从理论与实际相结合的角度，进一步探讨并完善了方法理论及有关技术问题，研制成了几种类型的仪器，如重庆奔腾数控技术研究所研制的WGMD-3高密度电阻率测量系统。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察领域取得了明显的地质效果和显著的社会经济效益。 二、测量系统和观测装置 （一）测量系统 高密度电阻率法的勘探系统一般由两部分组成，即野外数据采集（测量）系统和资料处理系统或实时处理系统。目前的大部分仪器都仍然是按分离方式设计的。现以重庆奔腾数控技术研究所研制的WGMD-3高密度电阻率测量系统为例说明。以WDJD-3多功能数字直流激电仪为测控主机，配以WDZJ-3多路电极转换器构成高密度电阻率测量系统。该系统具有存储量大，测量准确、快速，操作方便等特点，并且可方便地与国内常用高密度电法处理软件配合使用，使解释工作更加方便直观。该系统可广泛应用于能源勘探与城市物探铁道与桥梁勘探，金属与非金属矿产资源勘探等方面，亦用于寻找地下水确定水库坝基和防洪大堤隐患位置等水文工程地质勘探中，还能用于地热勘探。 1. 仪器的主要特点： （1）准确、高效。在保持良好重复性的前提下，测量一个552个点的断面所需时间一般
用高密度电阻率法进行空洞探测的几个问题
第25卷第4期物 探 与 化 探Vol.25,No.4 2001年8月GEOPHYSICAL&GEOCHEMICAL EXPLORA TION Aug.,2001用高密度电阻率法进行空洞探测的几个问题 郭秀军1,王兴泰2 (1.青岛海洋大学地学院,山东青岛 266003; 2.长春科技大学,吉林长春 130026) 摘要:通过大量的正演计算,重点阐明了利用高密度电阻率法进行洞室探测的前提、不同采集装置 异常形态特征及判别方式、对相邻洞体的分辨能力和提高洞室探测定量解释精度的方法,明确了 该项技术在洞室探测应用中的模糊点,提高了该项技术的应用效果。 关键词:高密度电阻率法;空洞探测;有限元正演计算;异常特征;比值参数 中图分类号:P631.3 文献标识码:A 文章编号:1000Ο8918(2001)04Ο0306Ο06 对防空洞、涵管、涵洞、溶洞、地下局部不明障碍物、动物洞穴等物理性质有别于周围介质的地下有形体的探测,在此都归纳为空洞探测。近年来,随着高密度电阻率应用技术的发展,空洞探测已经成为其应用的主要内容(特别在堤坝隐患探测中)并取得了良好的效果。但是在利用高密度电阻率法开展工作的过程中也出现了许多问题,例如某些情况下不能确定是否对目标体进行有效探测、某些情况下对探测目标体异常形态的认识各不相同、大多数情况下对洞体的量化解释精度不高等。在静电场理论的基础上,通过有限元正演计算手段给出了不同地电模型的异常分布情况,从而说明了产生这些问题的原因和解决方法。文中新提出的一些提高解释精度的数据处理方法在实际应用中也取得了良好的效果。 1 对空洞进行有效探测的前提 从物性差异的角度来说,高密度电阻率法的理论基础是静电场理论,是以探测目标体和周围介质存在明显的电性差异为探测前提的。也就是说如果在低阻背景中对空洞进行探测,空洞不能被水或其他低阻物质充填;而在高阻背景中对空洞进行探测,必须要求空洞被水或其他低阻物质充填,否则便不能进行有效探测。 从探测目标体的几何尺寸来说,洞径埋深比一直是人们评定是否对空洞进行有效探测的指标。在早期的电法研究中,许多学者从电场理论的角度,结合对计算电测深、电剖面曲线和实测曲线的分析,认为洞径埋深比为1∶1、最小为1∶2为有效探测的界限。近年来,随着勘探新技术手段的出现、电测仪器测量精度及数据解释水平的提高和应用范围的扩大,人们对电法勘探能力的要求越来越高。 图1、图2为不同地层背景下,对不同尺寸的高阻洞进行正演模拟得到的视电阻率剖面。为计算方便,设定1个电极间距为1m。 图1中地电模型按60×16网格构制,高阻洞和周围介质电阻率充填值分别为498Ω?m 和98Ω?m。从图中可以看到2种情况下洞体的异常分布形态基本相同。 图2中地电模型按60×16网格构制,背景电阻率充填值1～4层为98Ω?m,5～12层为收稿日期:2000Ο10Ο23
高密度电阻率法值得探讨的问题
高密度电阻率法在工程勘查中的问题探讨 钟梁 （广东省地质局广东省地质建设工程集团公司，广州，510510） 1前言 高密度电阻率法近些年受到越来越多的关注和讨论。高密度电阻率法的雏形虽然是由英国人设计，但其真正的研究和应用还是中国人率先开展，并取得了令世人瞩目的工作成果。高密度电阻率法在工程物探工作中具有不可替代的作用，比如在工程地质勘查、厂址或坝基的选择、地下空洞探测、岩溶探测、地下隐蔽物探测、土壤污染范围调查、地下管线探测等等方面均取得过显著的效果。本文就高密度电阻率法因为工作模式的改变，可能存在“电磁感应”、“激发极化”和“地下电容”等问题作肤浅讨论。并提出针对改善这些问题所带来的负面影响，建议改进的工作作法。 2应用实例 2．1溶土洞勘查 图1 岩溶探测高密度视电阻率等值线剖面图 图1是截取的一段在广东湛江市湛江-北海原油管道九州江段的一段高密度电阻率法实测剖面。物探勘查区普遍为第四系覆盖，岩性为黄色粘土、亚粘土。高密度电阻率法极距3m，工作周期4s。本剖面数据采用斯伦贝尔装置采集，很好地反映出了岩溶发育区域在横向及深度上的分布情况。 2．2隐伏岩性界面勘查
图2 中风化石灰岩界面探测高密度视电阻率等值线剖面 高密度电阻率法结合钻探的成果常被用来对隐伏岩性界面进行追踪勘查，笔者也进行过多次此类高密度电阻率法勘查工作。图2为截取的一段广州市白云国际机场公务机坪高密度勘查实测剖面，其目的是勘查场区内基岩面（石灰岩）的埋深和起伏情况。电测剖面上有一钻孔资料作为验证结果和解释参数。 工作采用3m极距，使用了施伦贝尔、温纳两种装置。 仪器使用重庆地质仪器厂生产的分布式智能高密度电法仪（）。从图2看到，该剖面对岩层顶面起伏状况反映非常清晰。结合钻孔资料进行标定，获得深度转化的校准参数后对岩面埋藏深度也能进行准确定位。综合有以下结论： ⑴岩面在10-25米深度范围内起伏（在截取剖面段内）； ⑶局部位置岩面深度急剧加深，推测该处为石灰岩面附近的溶蚀发育形成的溶沟； ⑹高密度电阻率法测得的结果与钻孔吻合程度较好。 2．4地下不明结构体探测 图3 地下掩埋结构体探测高密度视电阻率剖面图 地球物理方法应用的前提是目的体与其周围介质存在较明显的物理性质差异，因此，当地下结构体与覆盖土层之间电性差异明显的时候也可以采用高密度视电阻率法对其埋藏分布情况进行探测。 图3也是白云国际机场公务机坪高密度电阻率法探测的一段实测剖面，探测的目的体为勘查区域地下埋藏的暗涵。实测剖面很清楚地反映出了暗涵在剖面上的埋藏位置，而且从剖
高密度电阻率法在工程勘察中的应用.
浅释高密度电阻率法方法特点 陕西省地勘局物化探队 2004年10 月
浅释高密度电阻率法方法特点 一、绪言 工程物探是工程地质勘察中的重要手段之一，但其本身由于勘探仪器的限制，还存在着很多不足。例如，应用岩石的电性差异来解决 地质问题时，我们以前采用常规电法电阻率测深法，一般是供电 极AB ，接收极MN ，若排列形式为AMNB 对称排列（a 法排列）， 称该方法为对称四极电阻率测深法。电阻率测深法在某一测点上逐次 扩大供电电极距AB ：AB=1 、3、7、10、15、25、50、70、100、150、200、300、500 米，使探测深度逐渐加大，这样便可得到沿垂直（纵深）方向 由浅到深的视电阻率变化情况。但是电阻率测深法由于受其观测方式的制约，不仅测点稀，工作效率低信息量小，而且更难从多种电极排列去研究地电断面的特征、结构与分布。因此，所提供的关于地电断面的地质信息贫乏，资料解释存在相当困难。为了克服上述困难与不足，更好的发挥物探在工程勘察中的优势，我们引进了高密度电阻率这项新的勘探技术。 高密度电阻率法相对常规电阻率测深法，有以下优点： 1、电极布设是一次完成的。虽然在工作开始观测前要投入较大 的工作量来完成多电极的布设工作，但这样做可以防止因电极重复设置引起的干扰，减小了测量误差。 2、常规电阻率测深一次只能得到一条剖面上一个点的电阻率值， 而高密度电法在电极布设好时可以得到一条剖面下整个断面的电阻率参数。大量的信息使我们在异常解译上排除电法工作的多解性有了 较大的帮助。 3、野外的数据采集、收录实现自动化、智能化，因此可以方便 的采集到同一深度上多个电阻率参数以及不同深度上电阻率参数。数据的自动存储避免了人为的观测记录误差，智能化可以实时看到地电断面电阻率变化特征，便于与计算机联接实现数据共享，便于后期资料处理。 4、由于在一条地电断面上有很多的电阻率值（所以称之为高密
高密度电阻率法
高密度电法 研究专家 （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 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) I U BN BM AN AM MN ??+--= 11 1 12π ρ.....................................................................(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 AM K 1111 2+--=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。resistivity sounding 简称电测深法。它是在地面的一个测深点上（即MN 极的中点），通过逐次加大供电电极，AB 极距的大小，测量同—点的、不同AB 极距的视电阻率ρS 值或极化率ηs ，研究这个测深点下不同深度的地质断面情况。保持测量电极MN 的位置固定，在不断增大供电电极距的同时，逐次进行观测。但是，在实际工作中，由于AB 极距不断加大，若MN 的距离始终保持不变，则ΔＵＭＮ将逐渐减小，以至于无法观测。因此，随着 AB 极距的加大，需要适当地加大 MN 距离，以保证顺利进行观测。 电测深法分为直流电测深法和电阻率断面法。 直流电测深法是研究指定地点岩层的电阻率随深度变化的一种物探方法"该方法是在地面上以测点为中心,从近到远逐渐增加观测装置距离进行测量,根据视电阻率随极距的变化可划分不同的电性层,了解其垂向分布,计算其埋深及厚度。 电阻率断面法是研究岩层电阻率在一定深度范围内的水平方向上物性变化的一种探测方法。该方法是在供电和测量电极保持一定距离,按一定的探测深度,沿着测线方向逐点进行观测,获得电阻率曲线,以此反映一定深度内电性层的变化情况, 高密度电法的基本工作原理是基于以上电法基础之上的。通过高密度电法测量系统中的软件,控制着在同一条多芯电缆上布置连结的多个(30—120)电极,使其自动组成多个垂向测深点或多个不同深度的探测断面,根据控制系统中选择的探测装置类型,对电极进行相应的排列组合,按照测深点位置的排列顺序或探测断面的深度顺序,逐点或逐层探测,实现供电和测量电极的自动布点、自动跑极、自动供电、自动观测、自动记录、自动计算、自动存储。通过数据传输软件把探测系统中存储的探测数据调入计算机中,经软件对数据处理后,可自动生成各测深点曲线及各断面层或整体地电断面的图像。 图2.1.1-2 电源电场电流分布图 1) 布置方案
高密度电阻率法在探测岩石溶洞中的应用
高密度电阻率法在探测岩石溶洞中的应用 【摘要】地下岩溶的发育影响着地面基础工程的安全使用，所以我们要查明岩溶地区的溶洞分布范围、具体位置和溶洞规模，以采取相应的措施保证该地区地面建筑的安全。本文在简述高密度电阻率法概要的基础上，通过列举相关地区的岩石溶洞物探勘查工程，阐明了该方法在探测溶洞中的良好效果。 【关键词】溶洞；工程物探；高密度电阻率法 1.引言 目前，随着我国建筑事业的蓬勃发展，建筑场地的不断扩充，在工程项目施工中遇到了很多工程地质方面的问题，如建筑场地局部地面塌陷，施工桩基础时，出现塌孔、漏浆、掉钻等现象，地上建筑物突然的混动或倾斜及不均匀沉降，而引起这些事故发生的隐患之一就是溶洞。所以查明岩溶地区的溶洞分布范围、具体位置和溶洞规模是十分重要的。 工程物探作为解决土木工程勘察中工程地质、水文地质问题的一种物理勘探方法，它是以研究地下不同地质体在物理性质上的差异，直接影响地下物理场的分布规律，通过观测、分析和研究这些物理场，并结合有关地质资料，判断与工程勘察有关的地质构造问题。其中，高密度电阻率法具有成本低、效率高、信息丰富、解释方便、受场地干扰小等优点，在调查岩溶发育地区溶洞的分布情况的勘查工程中更为有效和实用。 2.高密度电阻率法原理概述 高密度电阻率法是以岩、土导电性差异为基础，研究在人工施加稳定电流场的作用下地中传导电流分布规律的一种电探方法。它的理论基础与常规电阻率法相同，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计算机工程电测仪便可实现数据的快速和自动采集，当测量结果送入计算机后，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[1]。其工作流程图见图1。 3.工程实例 3.1 测区地质概况 测区拟建一栋28层高层住宅及多栋5层住宅。区域地质资料显示，该场地位于汤岗子断裂带东侧，二台子断裂带北侧，石灰岩岩溶发育区。本区第四系为粘土及粉质粘土，夹中粗砂层，基岩下古生界寒武系页岩、石灰岩，基岩埋深约50～60米，断裂构造及溶洞较为发育。