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。
5.1 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；
5.2 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
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。
U MN s K I
5.3 高密度电阻率的装置及工作原理：
温纳四极（等间距的对称四极） 温纳偶极 温纳微分
N=4
U I
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
N=3
N=2
U I
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
I
0 1 2
U
3 4 5 6 7 8 9
N=1
地面
U
nx
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
5.7 应用范围
广泛应用于堤防隐患探测（如对江河大堤的蚁穴，鼠洞和软 弱夹层及裂缝的高分辨率探测） 用于水文、工程、环境的地质勘探及高分辨率电阻率法工程 地质勘探； 用于煤矿采空区、人防工程及喀斯特地区的溶洞等勘探； 厂房地基、高速公路、桥梁、铁路、山体滑坡等地质灾害勘 探； 用于金属与非金属矿产资源勘探地热勘探。
s ( ) / 2
A s B s

5.4 高密度电法野外工作方法技术
1. 数据采集方式：
①地表面剖面法
②井中电阻率成像 单孔 跨孔
2.
电极距的确定：
a n x
n为隔离系数，x点距
I
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
n=1
U
3. 测点分布
I
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
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)
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
①严重渗水区 ③渗水区 ②严重渗水区
测线3剖面图
①点位141～147米，深度38.5～44米处有一24～40ohm-m的明显 低阻体（蓝色），是严重渗水区。②点位129～134米，深度45 ～49米处有一24～40ohm-m的明显低阻异常体（蓝色），是严重 渗水区。③点位126～154米，深度32～58米范围内有一40～ 140ohm-m的大面积低阻体（浅蓝色），是渗水区域。
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。 测线5（剖面8）位于坝体后坡上，与测线4平行，距测线4斜距为 29.4米。起点位于测线4起点前21.5米处下方，总长177米
测 线 1
.75 1:2 .00 1:3
25 1:3.
2032米 1:2 .5 测 线 2 测 线 3 1:2 测 线 4 .75 测 线 5 1:3 .00
认识一下高密度电阻率成果图像
某河堤土工膜完整性探测
破裂处
底部深度变化
完整处
土工膜
河床
河堤
某地区岩性界线探测
混合花岗岩
岩性界线
凝灰岩
某厂房基础溶洞探测
溶洞
溶洞
大理岩
某地区含金石英脉探测
含金石英脉
沈阳怪坡含水断裂探测
设计钻孔
石英砂岩
含水断裂
安山岩
某金属矿探测
点距：3M
地形线
古采坑
硅化带矿体
某金矿脉探测
第五章 高密度电阻率法
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阻率测深法和电阻率剖面 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。
点距：5M
采矿坑道
金矿脉
侵入岩体
应用实例一：云南某水库高密度电法
1.
基本情况
对水库坝体状况进行高密度电阻率法勘探。
水库坝型为粘土心墙风化料坝，坝高48米（坝底 高程1985米，坝顶高程2033米），坝顶长154米 ，坝顶宽7米，总库容433万立方米。
2. 坝址区水文地质条件
1) 地下水类型 坝址区地下水类型较为单一。根据各含水层岩性、地下水赋存 条件及水力特征等，可分为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水两大类。 2) 各含水层透水性能 右岸山体 残坡积、红粘土和砂壤土：微弱透水； 全强风化岩体、砂及砂土夹碎块：微弱、弱透水； 弱至新鲜岩体：中等透水。 左岸山体 残坡积、红粘土和砂壤土：微弱透水； 全强风化岩体、砂及砂土夹碎块：弱透水； 弱至新鲜岩体：极微透水。 河中河床 冲积砂碎石：弱透水； 断层破碎带及强弱风化岩体：微弱透水； 新鲜岩体：极微透水。
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
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，
一、需要了解的一些基本知识： 电阻率或导电率
介质
黄土
电阻率（· m）
0-200
介质
雨水
电阻率（· m）
>1000
粘土
含水砾石层 隔水粘土层
1-200
50-500 5-30
河水
海水 潜水
10-100
0.1-1 <100
影响因素：



T＝/
5.6 高密度电阻率资料的反演
基于电磁测深曲线的佐迪反演的方法 最小二乘优化法，通过不断调整初始模型直至使 实际测深曲线和模型测深曲线之差达到最小，最 终的模型参数即作为反演的结果。 高密度电阻率资料的层析成像，方法类同于此
初始模型 正演计算 反演分析
网格化
2.5维有限元 法
理论与实 测断面的 比较
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
s 和 s 值相同，即 5、如果沿观测点剖面方向有相邻三个测点 TS等于1那么可以认为对应勘探范围内的介质是均匀的。 6、由于比值参数Gs和λ是以联合三极装置的测量结果为基础的， 因而通过求取比值参数可有效地抑制所测区域的空间效应， 同样TS参数的求取也又类似作用。 7、综合分析各类视参数所反映的介质电阻率和几何参数的信息， 并结合已知区域的矿井地质、水文地质资料以及其他地球物 理勘探资料，建立该区域的地电断面图，并选择一些有意义 的地段进行正演模拟等，以验证地电模型的建立是否符合实 际。 8、选择部分构造影响较小的测点，由不同极距的视电阻率剖面 曲线转换出垂向电测深曲线，并利用计算机进行自动反演解 释。