高密度电法解析
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。
高密度电法在城市隧道勘察中的应用
高密度电法在城市隧道勘察中的应用随着城市建设的不断发展，城市隧道建设已成为现代城市交通发展的重要组成部分。
城市隧道穿越的地质环境多变，地质构造复杂，且常伴随着高压水、断层、煤矸石等地质灾害。
因此，在隧道设计、建设和管理中，对地质条件的认识和评价具有重要的指导作用。
高密度电法是地球物理勘探的一种技术手段，具有高分辨率、能探测深度较深、操作简便等特点，近年来逐渐在城市隧道勘察中得到广泛应用。
本文将介绍高密度电法在城市隧道勘察中的应用。
一、高密度电法的原理及特点高密度电法是一种电法勘探方法，即在地下埋设电极并加上外部电流激励后，测量地下电场分布情况并通过解释分布情况来获取地下介质的相关信息。
高密度电法与传统电法相比具有更高的空间分辨率和时间分辨率，能更准确地记录地下电场的细节，因此能揭示更复杂的地质结构。
1. 非侵入式：勘探过程不需要穿越地质层，对地下介质没有影响，不会对隧道周围环境造成影响。
2. 可深入探测：高密度电法能够在较深的地下区域探测到电极附近的变化，探测深度在数十米至上百米之间，特别适用于城市隧道地质构造的勘察。
3. 高精度：由于采用数十个或数百个电极布置方式测量，能够获得高密度的数据，并能够恢复出具有高精度的空间分辨率的电场分布。
4. 灵活性：高密度电法能够针对具体的勘探需求，通过电极间距，测线间距等勘探参数来定制探测方案，满足不同的地质勘探需求。
1. 地下水勘测城市隧道在施工过程中，常常受到高压地下水的影响，导致隧道施工难度加大，工程安全性降低。
此时，高密度电法可以很好地辅助勘测地下水情况。
通过测量不同水位条件下的电场变化，可以较为准确地推测地下水体的分布情况、水平位置和形状等信息，为隧道设计和施工提供科学依据和技术支持。
断层是城市隧道勘测中最常见的地质构造之一，隧道的切口或顶板常常穿过断层而引发地质灾害。
高密度电法的特点可以很好地辅助勘探地下断层及其构造特征，为隧道工程的设计和施工提供数据支撑。
高密度电法在城市隧道勘察中的应用
高密度电法在城市隧道勘察中的应用城市隧道是现代城市交通建设中不可缺少的一环。
在建设隧道时，为确保工程的安全性和可靠性，需要进行详细的地质勘察。
而在城市中进行地质勘察时，面临的问题很多，比如空间有限、噪音污染、人员安全等等。
在这样的背景下，高密度电法成为了一种重要的城市隧道勘察技术手段。
1、高密度电法的概念高密度电法是电法勘探技术的一种，通过在地面布设多个电极，在地下通过电流与电极之间产生的电场来探测地下介质的电学性质。
这种方法的优势在于它可以提供高空间分辨率和深度探测，这对于城市隧道勘察来说非常重要。
2、高密度电法在城市隧道勘察中的应用在城市隧道勘察中，高密度电法有许多应用。
其中包括：（1）检测隧道周围的地下管线城市中有大量的地下管线，包括水管、燃气管、电缆等等。
在建设隧道前，需要先了解周围的管线走向和位置，以便避免盲目开挖造成的损失。
高密度电法可以通过检测地下介质电学特性的差异来识别出地下管线并确定位置，大大提高了隧道建设的安全性。
（2）识别地下硬质岩石和松散土层建设隧道需要对隧道周围的地质情况进行准确的判断。
高密度电法可以通过测量地下介质的电阻率来区分不同类型的地层，从而准确识别出地下硬质岩石和松散土层，为建设隧道提供了准确地质信息。
（3）探测地下水文地质条件隧道建设的重要环节是水文地质勘察，而高密度电法可以通过测量地下介质的电阻率来直接识别水文地质条件，如水位、地下水流方向、水质等，为隧道的水文地质勘察提供准确信息。
（4）监测建筑物变形情况城市隧道建设可能会对周围建筑物产生一定的变形影响，这时需要对周边建筑物进行变形监测。
高密度电法可以通过测量地下介质的电学性质来监测周围建筑物的变形，以便及时采取措施保证隧道建设和周边建筑物的安全。
3、结语随着城市化进程的加速，城市隧道建设已经成为了一个不可避免的趋势。
对于这一领域，高密度电法作为一种非常有效的地质勘察技术手段，将在未来扮演越来越重要的角色。
概述高密度电法在水文和工程地质的应用
概述高密度电法在水文和工程地质的应用高密度电法是一种新型的电探方法，是依据水文地质和工程地质调查和建设而研究出的。
这种方法具有高密度测点、信息量巨大的特点，在勘探中的水文地质和工程地质中不断得到应用。
这种勘探方法在野外进行测量时，先把所有的电极集中到一个剖面上，再利用电极转换开关实现数据的转换，利用电测仪完成数据的采集。
这种电探方法，在操作时能够有效地减少电磁的干扰、故障的发生率，可以提高地质勘探的准确率和速度。
高密度电法以其众多的优势在地质勘探尤其是水文地质和工程地质中得到广泛的应用。
1 高密度电法的概述1.1 高密度电法的原理高密度电法和常规的电阻率法的原理一样，不同之处在于在观测的过程中，高密度电法设立了高密度的观测点，这种方法是阵列勘探法。
高密度电法具体的工作原理是在进行野外工作时，把电极全部置于剖面上，再利用程控电极转换开关和电测仪就可以实现数据的采集。
1.2 高密度电法的优点高密度电法具有不同于常规的电阻率法的优点，具体有：第一，可以一次性完成电极布置工作，能够有效地减少故障和电磁干扰，大大的提高了效率；第二，在野外测量时，可以选择多种电极的排列方式开展测量，能够获得大量的涉及地电断面的数据；第三，在野外的数据采集工作中，能够进行自动化或者是半自动化采集作业，大大的提高了数据采集的速度，有效地减少了数据采集中的手工操作失误；第四，随着探测技术的发展和反演方法的进步，高密度电阻率成像法的技术也使得到了很大的发展，实现了从一维和二维到三维的跨越，在很大程度上提高了地电资料的解释精度。
1.3 高密度电法的方法概述在本质上，高密度电法是一种直流电阻率法，但是在实际上，采用的是低频交流电进行供电，供电的频率应当保持在20～30HZ之间固定不变。
在实际的测量过程中，高密度电法的测点点距小到1～2m，同时兼有测深和剖面的两重功能。
所以，高密度电法的信息量是常规电阻率法的百倍。
1.4 高密度电法的测定方法图1下面通过温奈尔装置来解释高密度电法的测定方法。
高密度电法
高密度电法勘探指的是直流高密度电阻率法，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自动采集。
本次高密度电法勘探采用的仪器以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。
工作时每个排列实接电极数60根，测量一个断面时所有实接电极一次铺完，供电电压200-300V，电流大于3A,本次工作采用的电极间距为10m。
为了充分利用每个排列的观测数据和保证测量数据的横向和垂向反演精度，我们选用了2排列装置（见图2-1），固定断面扫描测量，断面上的测点呈倒梯形分布。
当实接电极数为60根时，剖面数为28，断面测点总数为841。
当剖面长度大于一个排列长度、在进行下一个排列测量时，电极布置应与前一排列重合30根，保证倒梯形断面上的测点无空隙。
野外工作中，为确保观测质量，取得详实、可靠的数据，每次开工前，对仪器的工作状态进行严格检查，保证仪器工作正常，并在每次测量前，对60根电极进行自动接地电阻检查，确保电极接地良好、各电极接地电阻均一。
高密度电法剖面电极布置及断面扫描测点见图2-1。
A M NB AM = NB = n * MN ,MN不变,同时移动。
n=1n=2n=3n=4n=5n=6n=7n=8n=9n=10n=11n=12n=13n=14排列（施伦贝谢尔装置：AM＝NB，MN不变）示意图图2-12内业资料处理使用Res2dinv电法处理软件；经该软件处理的数据自动转换成断面上对应的各测点的电阻率，以不同颜色在剖面上呈不同层次展示，因而各电性层层次清楚明了，地层异常部位亦非常清楚的展示出来。
高密度电法应用技术
高密度电法应用技术一、工作原理高密度电法应用技术是近几年发展应用起来的地球物理电法勘探技术，其工作原理与传统的电法勘探基本相同，其地球物理前提是被勘探体中介质的电性差异。
通过向被勘探体加入一定电压、电流的直流电，由于被勘探体中介质不同或电性存在差异，致使被勘探体存在电位、电流异常，这种异常经过反演得到被勘探体内部结构。
高密度电法技术与传统的电法勘探相比，具有一个排列多电极同时作业、极距根据需要可以加密调整、野外工作效率高、勘探精度高、勘探深度大等优点。
二、G MD高密度电法仪性能指标及野外工作布置（一）仪器性能指标该仪器性能优越，与国外同类仪器相比，各项性能指标处于领先地位。
外业施工方便，一根电缆(10芯)覆盖整个剖面，国内首创，连接方便、灵活。
1、仪器性能指标参数(1) 最大电极通道数240道(2) 电位测量范围±10V，分辨率10μV(3) 电流测量范围±3A，分辨率0.01mA(4) 输入阻抗大于20MΩ（内部>100 MΩ）(5) 供电电流±3A，最大电压400V(6) 50Hz工频抑制≥60dB2、仪器性能指标测试结果高阻斜板高阻背斜（模型）直立铜板充水铜球（二）野外工作布置高密度电法技术野外工作测线布置根据勘探目的，结合场地情况（地质、地形等），进行布线设网。
电极数量、极距应根据勘探目标体的大小、埋深等因素进行选择。
下图为高密度电法野外工作示意图。
三、高密度电法应用领域高密度电法技术应用领域非常广阔，涉及到水利水电、公路、铁路、城市建设、环保、地矿等部门。
在水利水电部门，应用高密度电法技术，进行堤、坝的隐患（管涌、脱空、塌陷等）探测、江河水位探测、地下水位探测和找水等工作；在公路部门，应用高密度电法技术，进行地质构造探测（岩溶、断层破碎带、滑坡体等）、路基检测等；在地矿部门，高密度电法技术用来地质勘探、矿床探测等。
总之，高密度电法技术愈来愈来被工程界看好，其应用领域会被人们的实践不断扩大。
高密度电法的原理及应用
高密度电法的原理及应用1. 引言高密度电法（High-Density Electrical Method）是一种地球物理勘探方法，利用电流通过地下的传导率差异来揭示地下的电阻率变化。
该方法广泛应用于矿产资源勘探、地下水资源评价、环境地质调查等领域。
本文将介绍高密度电法的原理及其在不同领域的应用。
2. 高密度电法的原理高密度电法是一种电阻率测量方法，通过电极对地的注入电流和测量地下电势差来反推地下电阻率分布。
其原理基于地下不同岩石和介质的电导率不同，从而推断地下结构和成分变化。
高密度电法的原理如下： 1. 在地表上选取适当的测线布设电极，并在地下注入一定电流。
2. 通过一组电极对地的电流注入和另一组电极对地的电势差测量，得到地下电压分布图。
3. 根据电流和电压数据，计算地下电阻率分布。
4. 通过解释电阻率数据，推断地下的岩石类型、含水性、断层和构造等信息。
3. 高密度电法的应用3.1 矿产资源勘探高密度电法在矿产资源勘探中发挥着重要作用。
通过测量地下电阻率分布，可以推断不同岩石类型和含矿石层的存在。
应用高密度电法可以帮助勘探人员快速找到潜在的矿产资源，指导矿区的开发和利用。
3.2 地下水资源评价高密度电法在地下水资源评价中也具有广泛的应用。
地下水的存在和分布与地下岩层的含水性和渗透性有关，而这些特性可以通过电阻率来反映。
通过高密度电法测量，可以快速获取地下水含水层的位置、厚度和均匀性等信息，为地下水资源开发和保护提供重要依据。
3.3 环境地质调查高密度电法在环境地质调查中的应用也日益广泛。
例如，在城市土地开发过程中，为了评估土壤和地下水的环境质量，需要了解地下污染源的存在和扩散情况。
高密度电法可以通过测量电阻率来揭示地下的地质层分布和污染程度，为环境保护和治理提供重要信息。
4. 结论高密度电法是一种有效的地球物理勘探方法，应用广泛于矿产资源勘探、地下水资源评价和环境地质调查等领域。
通过测量地下电阻率分布，可以推断地下结构和成分变化，为资源开发和环境保护提供重要依据。
高密度电法
高密度电法
高密度电法：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。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
高密度电法野外观测示意图
4.5 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
2. 比值换算法：等值线断面图或灰度图 λ 参数对局部低阻体
4.1 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；
4.2 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，
第四章 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测深和剖面法于一体的一 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。
温纳四极（等间距的对称四极）
温纳偶极
温纳微分
I
123456789
U
I
123456789
U
I
123456789
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：
s
1 3
s
2 3
s
可形成各种视参数的的等值线断面图
• 单独的
s
s
s
• 比值参数 T s相/邻两s 点的视电阻率值的比值
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。
s
K
U MN I
4.3 高密度电阻率的装置及工作原理：
温纳四极装置 (三电位电极装置)
0
0 0
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
程控开关
观测系统
5. 测量系统
电流
理论图示
E
I
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
T 参数对局部高阻体有较强的分辨能力。
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。
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：
Ts
(i)
s (i) s (i)
A s
(i)
(i, i
地表面剖面法 井中电阻率成像
单孔 跨孔
2. 电极距的确定：
a nx
n为隔离系数，x点距
I
0123456789
U
n=1
3. 测点分布
I
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
U I
0123456789
U
N=3
I
0123456789
I
U
0123456789
U nx
N=2 N=1
N=4
单边三极连续滚动式测深装置(S3P)A－MN矩形排列：
供电电极B 置于无穷远处，参与测线上的电极转换的是A,M,N。 测量时，M、N 不动，A 逐点向左移动，得到一条滚动线；接 着M、N、A 同时向右移动一个电极，M、N 不动，A 逐点向左 移动，得到另一条滚动线；这样不断滚动测量下去，得到矩 形断面。
一、需要了解的一些基本知识：
电阻率或导电率
介质 电阻率（·m） 介质
黄土
0-200
雨水
粘土
含水砾石 层
隔水粘土 层
1-200 50-500
5-30
河水 海水
潜水
影响因素：
成份 含水量（潜水面） 矿化度（咸、淡水层位） 温度（地热）
电阻率 （·m）
>1000
10-100 0.1-1
<100
二、如何测定大地的电阻率？
地面
高密度电法常见装置
施伦贝尔1(SBl)装置模式
测量时，M，N不动，A逐点向左移动，同时B逐点向右移动， 得到一条滚动线：接着A、M、N、B同时向右移动一个电极， M、N不动，A点逐点向左移动，同时B逐点向右移动，得到另 一条滚动线：这样不断滚动测量下去，得到矩形断面 。
温施装置模式(WSl)： 其特点是：此模式介于温纳与施伦贝尔之间，适用于固定断面 扫描测量，测量得到是矩形的测深断面，探测的有效面积相对 较少，在有效地面积范围内地电信息丰富，灵敏度高。
• 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。
（一） 两个点源的电场特征：
A(I)
B(-I)
M
U
AB M
（能够更为直观地反映地电断面的特征）
高密度电阻率的装置及工作原理：
温纳三极装置（W-A）
联合三极装置
温纳三极装置（W-B）
B→∞
0123456789
∞← A
U
0123456789
U
两种排列与对称四极装置测得的视电阻率关系如下：
s
(
A s
B s
)
/
2
4.4 高密度电法野外工作方法技术
1. 数据采集方s
(i
1)
B s
(i
1)
G(i)
sA (i)
A s
(i
1)
sB (i) sB (i 1)
2
资料解释的基本原则
1、首先根据所测地电阻率的结果评价地电阻率的分布特征； 2、利用比值参数Gs和λ的平面图和拟断面图，研究观测剖面
I 2
(
1 AM
1 BM
)
电位差表达式 地下均匀介质的电阻率
（二） 测定地下介质的电阻率：
在A\B两点供电、任意M/N点测量其间的电位差，来反算地下介质的电阻率
AM
NB
U MN
U
AB M
U
AB N
I ( 1 1 1 1 ) 2 AM BM AN BN
K U MN
I
K为电极排列系数（联合剖面、对称四极排列、温纳四极排列）