第五章高密度电阻率法
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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。
工程物探-高密度电阻率法
高密度电阻率法勘探系统结构示意图
二、高密度电阻率法的基本原理和工作方法
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的 向前迈进了一步。
高密度电阻率法
一、高密度电阻率法的特点、应用范围 二、高密度电阻率法的基本原理和工作方法 三、高密度电阻率法的工作流程 四、数据处理与解释
-AB/2(m)
1110 -5 -1 0 -1 5 -2 0 -2 5 -3 0 -3 5 -4 0 -4 5
1120
1130
1140
1150
1160
1170
1180
1190
1200
1210
1220
(a)原 始 视 电 阻 率 数 据 等 值 线 图
5 0 -5 -1 0 -1 5 -2 0 -2 5 -3 0 -3 5 -4 0 -4 5
-100
50
100
150
200
250
0
-50
50
100
150
200
250
（3）模型三：温纳装置
视电阻率断面
-AB/2(m)
-10 -20 -30 -40
20
40
60
80
100
电阻率反演断面
-5
-15
-25
20
40
60
80
100
Depth(m)
（4）实例一：施伦贝尔装置（岩溶勘查）
在730号点经钻孔验证： 0－9.8m为粘土； 9.8－15.2m为白云质灰岩； 15.2－18.6m为含砾粘土， 18.6－72.8m为白云质灰岩， 其中67.3－73.6m为溶洞。
二、高密度电阻率法的基本原理和工作方法
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的 向前迈进了一步。
高密度电阻率法
一、高密度电阻率法的特点、应用范围 二、高密度电阻率法的基本原理和工作方法 三、高密度电阻率法的工作流程 四、数据处理与解释
-AB/2(m)
1110 -5 -1 0 -1 5 -2 0 -2 5 -3 0 -3 5 -4 0 -4 5
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1180
1190
1200
1210
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(a)原 始 视 电 阻 率 数 据 等 值 线 图
5 0 -5 -1 0 -1 5 -2 0 -2 5 -3 0 -3 5 -4 0 -4 5
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（3）模型三：温纳装置
视电阻率断面
-AB/2(m)
-10 -20 -30 -40
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电阻率反演断面
-5
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Depth(m)
（4）实例一：施伦贝尔装置（岩溶勘查）
在730号点经钻孔验证： 0－9.8m为粘土； 9.8－15.2m为白云质灰岩； 15.2－18.6m为含砾粘土， 18.6－72.8m为白云质灰岩， 其中67.3－73.6m为溶洞。
工程物探-高密度电阻率法
测量信号用电极转换开关送入微机工程电测仪，并将测量 结果依次存人随机存储器。将数据回放并送人微机便可按 给定程序对原始资料进行处理。
二、高密度电阻率法的基本原理和工作方法
高密度电阻率法勘探系统结构示意图
二、高密度电阻率法的基本原理和工作方法
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的 向前迈进了一步。
(c)非均匀初始模型的反演结果
（5）实例二：二极装置（古城墙勘查）
-AB/2
-5
视电阻率断面 -10
-15
5 0
10
15
20
25
30
35
40
-5
反演断面 -10
Depth(m)
-15
5
10
15
20
25
30
35
（6）实例三（矿产勘查） 实测视电阻率断面
-50
-100
-150
-200
50
100
150
正演：已知地下介质物性参数的空间分布信 息，获取与物性参数有关的数据，这个数 学或物理实现过程，就被成为正演。
反演：根据获取与物性参数有关的数据，反 推地下介质物性参数的空间分布信息，这 个数学或物理实现过程，就被成为反演。
Depth(m)
1、正演——有限元法
-10 -20 -30
(a)正演模型 10m
数据处理阶段 成果应用阶段
三、高密度电阻率法的工作流程
2、排列的合理设计
电极的排列长度和点距的大小直接影响着高密度电法对地下目标 物的勘探能力。 1> 点距越小对目标体的探测精度相对越高， 2> 但是如果电极数不变，随着点距的减小，排列长度也相应减小， 从而也减小了探测深度，影响了对埋深较大的异常体的探测能力。
二、高密度电阻率法的基本原理和工作方法
高密度电阻率法勘探系统结构示意图
二、高密度电阻率法的基本原理和工作方法
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的 向前迈进了一步。
(c)非均匀初始模型的反演结果
（5）实例二：二极装置（古城墙勘查）
-AB/2
-5
视电阻率断面 -10
-15
5 0
10
15
20
25
30
35
40
-5
反演断面 -10
Depth(m)
-15
5
10
15
20
25
30
35
（6）实例三（矿产勘查） 实测视电阻率断面
-50
-100
-150
-200
50
100
150
正演：已知地下介质物性参数的空间分布信 息，获取与物性参数有关的数据，这个数 学或物理实现过程，就被成为正演。
反演：根据获取与物性参数有关的数据，反 推地下介质物性参数的空间分布信息，这 个数学或物理实现过程，就被成为反演。
Depth(m)
1、正演——有限元法
-10 -20 -30
(a)正演模型 10m
数据处理阶段 成果应用阶段
三、高密度电阻率法的工作流程
2、排列的合理设计
电极的排列长度和点距的大小直接影响着高密度电法对地下目标 物的勘探能力。 1> 点距越小对目标体的探测精度相对越高， 2> 但是如果电极数不变，随着点距的减小，排列长度也相应减小， 从而也减小了探测深度，影响了对埋深较大的异常体的探测能力。
电勘高密度电阻率法5
29
30
31
32
33
白云岩
47/D6 岩溶异常
白云岩顶面溶沟、岩牙 发育层
200/D6
图7 铁岭某生产线基础勘察剖面图
辽宁铁岭某生产线基础勘察
此生产线基础位于山前坡地且地下水较发育的白云质灰岩区，具备了形成岩溶的岩性和水文条件。在 工程地质勘察时的部分钻孔中发现了溶洞，因此设计单位要求利用物探配合工程地质详勘。本剖面是 在如图7所示的初勘钻孔勘探线上的基础上开展的。通过对该成像剖面的分析解译，推断出土层的厚 度及基岩起伏情况如图7中的标注所示。该推断解释结果与钻探剖面中ZK29孔底已钻到风化岩0.2 米，ZK30终孔在土层中，ZK31刚钻到风化岩，ZK32终孔在土层中，ZK33钻入风化岩2米的钻探剖面 圈定出的风化岩顶面及风化溶沟、岩牙发育层位是一致的，说明该方法对探测风化岩层面及地表覆盖 层的厚度变化分布规律是一种有效的探测方法。
成都理工大学—李军
粘接 不合 格 完整段
破裂 埋置不到底
图12 浑河堤土工膜擦探测剖面图
辽宁浑河堤土工膜质量检测 对河堤防漏土工膜施工质量不合格处进行探测异常对比试验，剖面是布置在已知 土工膜存在破裂及粘接不合格的地段。通过对探测成像剖面分析解释，推断成果 如图12河堤土工膜质量检测剖面图中的标注所示。推测低阻异常是因土工膜破 裂，对电流线的阻挡程度减小而产生，高阻异常区是因土工膜完整对电流线阻挡 成度高而引起。通过推断异常结果与已知破裂、粘接不合格、埋置不到底等质量 问题的对比，证明了该方法能够对防渗漏土工膜进行施工质量监测。
成都理工大学—李军
辽宁宽甸万宝铜矿X勘探线矿体异常
矽 卡 岩 推测 矿体 ZK941
IP94 图2 万宝铜矿X线剖面图
高密度电阻率法
图1.8
2020/5/24
16
• ⒋δA排列（联剖正装置AMN∞） • 该装置适用于固定断面扫描测量，电极排列如图1.9： • 图1.9 联剖正装置排列示意图
• 【特点】测量断面为倒梯形。
• 【描述】测量时，AM=MN为一个电极间距，A、M、N逐点同时向右移动， 得到第一条剖面线；接着AM、MN增大一个电极间距， A、M、N 逐点同时 向右移动，得到另一条剖面线；这样不断扫描测量下去，得到倒梯形断面。
2020/5/24
18
• ⒍A-M
二极排列
• 该装置适用于变断面连续滚动扫描测量，电极排列如图1.11：
• 【特点】测量断面为平行四边形。
• 【描述】测量时，A不动，M逐点向右移动，得到一条滚动线；接着A、 M同时向右移动一个电极，A不动，M逐点向右移动，得到另一条滚动 线；这样不断滚动测量下去，得到平行四边形断面。
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14
• ⒉β排列（偶极装置ABMN） • 该装置适用于固定断面扫描测量，电极排列如图1.7：
偶极装置排列示意图
• 这种装置的特点是供电电极A、B和测量电极M、N均采用偶极，并按一定的距
离分开。由于四个电极都在同一测线上，故又称偶向偶极。其s表达式为
•
s
K
U I
M（N 1.5）
• 其中 Kβ=6 a
该断面总测点数＝Ｒsum×Ｎ＝200×16＝3200。
2020/5/24
13
（三）、电极排列
• ⒈α排列（温纳装置AMNB）
• 该装置适用于固定断面扫描测量，电极排列如下：
•
K 2
• 图1.6 温纳装置排列示意图
• 采用对称四极装置方式时，当AM=MN=NB=α时，这种对称等距排列称为温纳
第五章高密度电法教材
s
s
s
•
比值参数
T
s
/
s
相邻两点的视电阻率值的比值
（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：
联合三极装置
温纳三极装置（W-A） 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：
温纳四极装置 (三电位电极装置)
0
0 0
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
(i)
(i, i
1)
B s
(i)
A s
(i
1)
B s
(i
1)
G(i)
sA (i) sA(i 1)
sB (i)
B s
(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
横向电阻率的变化特征，并根据此确定断层和裂隙发育带 的位置、含水性及倾斜方向； 3、比值参数TS的分布变化特征既包含了垂向电阻率变化的信 息，又反映了横向电阻率的变化。因此利用TS的平面剖面 图和拟断面图研究地电断面的异常性质，要综合Gs和λ的 异常信息。 4、如果以单对数坐标系绘制的α法和β法视电阻率平面剖面 图上，两组剖面曲线之间存在固定间距，即比值参数TS是 一个常数，那么介质电阻率只存在垂向变化。若TS小于1则 说明介质电阻率随深度的变化而增大；否则减小；
高密度
常信息的特点 。
常规对比
高密度电阻率相对于常规电阻法而言、它具有以下特点： 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 能有效的进行多种电极排列方式的扫描测量， 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，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。勘探能力显著提高。
集中式
分布式 • 分布式测量方法
• 温纳装置(α)、偶极装置(β)、微分装置(γ)、AM排 列、AMN排列、MNB排列、施伦贝谢尔排列。
温纳装置
• 它的电极排列规律是（对于60道）：A， M，N，B（其中A，B是供电电极，M，N是 测量电极），AM=MN=NB为一个电极间距， 随着间隔系数n由最大逐渐减小到最小，四 个电极之间的间距也均匀收拢。该装置适 用于固定断面扫描测量，其特点是测量断 面为倒梯形，温纳装置为等比法。 • 测量深度为间距*测量层数
温纳跑极方式
总电极数： N
N 1 ) 测量层数： D ( 3 每层序号： i
每层点数： Di
N 3 i
总测点数： X
i* （D1 Di) / 2
高密度电阻率法测点分布示意图
施伦贝谢尔
该装置点击排列规律是：A、M、N、B.其 中A、B是供电电极，M、N是测量电极。测量 开始时，MN向右移动一个电极间距，接着 AM、NB增大一个电极间距，这样得到一条滚 动线；然后MN回到第2条滚动线的首位置， 逐点向右移动，同时AM、NB增大一个电极间 距，得到下一条滚动线，这样不断扫描测量 下去，得到倒梯形断面。在整个过程中，MN 极距保持不变 为定比法
高密度电阻率法
R S
式中比例系数ρ，称为该导体的电阻率。将上式改写成
R
S l
高密度电阻率法 6
2014-3-26
显然，电阻率在数值上等于电流垂直通过单位立方 体截面时，该导体所呈现的电阻。岩矿石的电阻率 值越大，其导电性就越差；反之，则导电性越好。 在国际单位制中，电阻R的单位为 （欧姆），长 度l的单位为米，截面积S的单位为 m 2 ，电阻率的单 位为欧姆•米，写作 m 。电阻率的倒数即为电导率， 以 表示，它直接表征了岩石的导电性能。其单位 为西门子/米，或s/m. 电阻率是物质的一种属性。从导电机制来看，溶液 主要是借助于其中的带电离子导电；而固体矿物则 可以分为三种类型：金属导体、半导体和固体电解 质。各种天然金属都属于金属导体，由于它们含有 大量的自由电子，因此电阻率很低。比较重要的天 然金属有自然铜和自然金。此外，石墨也是具有某 些特殊性质的电子导电体。
若地质体为高电阻率时，对电流有排斥作用，j MN ＞ j O ，则 S 增大。 于是我们可以说，如 S 在某处变小，则该处有低电阻率地质体存在(如硫 化矿体，地下水等)；如 S 增大，则有高电阻率地质体存在。我们在地表 供电，在地表进行观测以判断地下的地质情况，这是与电流密度在地下分 布状态有关的。
图1.1岩石中矿物结构示意图(a) 浸染状结构（b）细脉状结构
2014-3-26 高密度电阻率法 10
湿度对岩石的电阻率有很大的影响，这是因为水的电阻率 较小。含水岩石的电阻率远比干燥的岩石低。岩石的湿度 又与岩石自身的孔隙度有关，如岩桨岩孔隙度较小，故其 电阻率较高，但在受到风化或构造破坏而裂隙增多的情况 下，湿度要增大，其电阻率将大为降低。另外还有—个不 容忽视的因素是水溶液的矿化度。随着矿化度的增大，水 的电阻率明显减小，岩石的电阻率就降低。温度升高时， 地下水的溶解度增加，从而提高了矿化度,同时水溶液中 离子的迁移率增大，将导致岩石电阻率降低。当外界温度 低于0度时，岩、矿石中的裂隙水将由液态变为固态而使 电阻率增大。对于层理发育的岩层而言，由于层理间往往 存在良导性层和不良导性层互层，因此电流垂直穿过层理 时所呈现的电阻率比平行穿过层理时大，这种现象称为岩 层电阻率的各向异性。
式中比例系数ρ，称为该导体的电阻率。将上式改写成
R
S l
高密度电阻率法 6
2014-3-26
显然，电阻率在数值上等于电流垂直通过单位立方 体截面时，该导体所呈现的电阻。岩矿石的电阻率 值越大，其导电性就越差；反之，则导电性越好。 在国际单位制中，电阻R的单位为 （欧姆），长 度l的单位为米，截面积S的单位为 m 2 ，电阻率的单 位为欧姆•米，写作 m 。电阻率的倒数即为电导率， 以 表示，它直接表征了岩石的导电性能。其单位 为西门子/米，或s/m. 电阻率是物质的一种属性。从导电机制来看，溶液 主要是借助于其中的带电离子导电；而固体矿物则 可以分为三种类型：金属导体、半导体和固体电解 质。各种天然金属都属于金属导体，由于它们含有 大量的自由电子，因此电阻率很低。比较重要的天 然金属有自然铜和自然金。此外，石墨也是具有某 些特殊性质的电子导电体。
若地质体为高电阻率时，对电流有排斥作用，j MN ＞ j O ，则 S 增大。 于是我们可以说，如 S 在某处变小，则该处有低电阻率地质体存在(如硫 化矿体，地下水等)；如 S 增大，则有高电阻率地质体存在。我们在地表 供电，在地表进行观测以判断地下的地质情况，这是与电流密度在地下分 布状态有关的。
图1.1岩石中矿物结构示意图(a) 浸染状结构（b）细脉状结构
2014-3-26 高密度电阻率法 10
湿度对岩石的电阻率有很大的影响，这是因为水的电阻率 较小。含水岩石的电阻率远比干燥的岩石低。岩石的湿度 又与岩石自身的孔隙度有关，如岩桨岩孔隙度较小，故其 电阻率较高，但在受到风化或构造破坏而裂隙增多的情况 下，湿度要增大，其电阻率将大为降低。另外还有—个不 容忽视的因素是水溶液的矿化度。随着矿化度的增大，水 的电阻率明显减小，岩石的电阻率就降低。温度升高时， 地下水的溶解度增加，从而提高了矿化度,同时水溶液中 离子的迁移率增大，将导致岩石电阻率降低。当外界温度 低于0度时，岩、矿石中的裂隙水将由液态变为固态而使 电阻率增大。对于层理发育的岩层而言，由于层理间往往 存在良导性层和不良导性层互层，因此电流垂直穿过层理 时所呈现的电阻率比平行穿过层理时大，这种现象称为岩 层电阻率的各向异性。
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（1.5.4）
104
测量时，AB=BM=MN=α为一个电极间距，A、B、M、N 逐点同时向右移动，得到第一条 剖面线；接着 AB、BM、MN 增大一个电极间距， A、B、M、N 逐点同时向右移动，得到另 一条剖面线；这样不断扫描测量下去，得到倒梯形断面。
⒊γ排列（微分装置 AMBN） 该装置适用于固定断面扫描测量，电极排列如图 1.5.5：其rs 表达式为
（1.5.8）
由上式得到
r
a s
Ka =
Kb
r
b s
Ka +
Kg
r
g s
（1.5.9）
当 三 电 位 电 极 系 的 极 距 为 a 时 ， 上 述 三 种 电 极 装 置 系 数 依 次 为 ： K a = 2pa, K b
= 6pa, K g = 3pa ，于是（1.5.9）式写成
r
a s
=
1 3
r
b s
+
2 3
r
g s
（1.5.10）
可见，当已知其中任意两种电极排列的视电阻率时，通过（1.5.10）式便可计算第三种电极排列
的电阻率。
四、视参数及其计算
高密度电阻率法采用上述三电位电极系，其视电阻率参数将包括
r
a s
= 2pa U b I
;
r
g s
= 3pa DU g I
结果并将其加以组合而构成的；
Ts (i)
=
r
b s
(i
)
r
g s
(i)
（1.5.11）
Ts 比值参数综合了同一地电断面 b 和 g 两种视参数所反映异常分布的相对关系，因而用该 参数所绘制的比值断面图在反映地电结构的分布形态方面，远较相应排列的视电阻率断面图要
清晰得多。
107
另一λ比值参数则是利用联合三极测深的测量结果为基础（即不同极距的
⒎AMN 三极排列 该装置适用于变断面连续滚动扫描测量，电极排列如图 1.5.9： 测量时，A 不动，M、N 逐点向右同时移动，得到一条滚动线；接着 A、M、N 同时向右 移动一个电极，A 不动，M、N 逐点向右同时移动，得到另一条滚动线；这样不断滚动测量下 去，得到平行四边形断面。
⒏ABM 三极排列 该装置适用于变断面连续滚动扫描测量，电极排列如图 1.5.10：
面。 ⒍AM 二极排列 该装置适用于变断面连续滚动扫描测量，电
极排列如图 1.5.8：
测量时，A 不动，M 逐点向右移动，得到一
图 1.5.8 二极排列示意图 105
条滚动线；接着 A、M 同时向右移动一个电极，A 不动，M 逐点向右移动，得到另一条滚动线； 这样不断滚动测量下去，得到平行四边形断面。
装置（如图 1.5.3）。其rs 表达式为：
r
a s
=
Ka
DU MN I
（1.5.1）
其装置系数为： Ka = 2p a
（1.5.2）
图 1.5.3 温纳装置排列示意图
图 1.5.4 偶极装置排列示意图
测量时，AM=MN=NB=α为一个电极间距，A、M、N、B 逐点同时向右移动，得到第一条剖面 线；接着 AM、MN、NB 增大一个电极间距， A、M、N 、B 逐点同时向右移动，得到另一条 剖面线；这样不断扫描测量下去，得到倒梯形断面。
一个电极，M、N 不动，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。
三、三电位电极系测量装置
为获得地电断面结构特征的信息，可选择三电位电极系测量装置。三电位电极系是将等间
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距的对称四极（a 排列），偶极（ b 排列）及微分装置（g 排列）按一定方式组合后所构成的一 种测量系统。该系统在实际测量时，只须用电极转换开关将每四个相邻电极进行一次组合，便 在一个测点上获得了三种电极排列的测量参数。三电位电极系的电极排列方式如图（1.5.3、1.5.4、 1.5.5）所示。当点距设为 x 时，其极距 a = nx (n = 1, 2, 3,L) 。为了方便，我们把上述三种电极 排列形式依次用a 、 b 、 g 来代表。这里对某一测点上的四个电极按规定做了三次组合。为了 充分了解和利用三电位电极系的测量结果，我们首先讨论三种电极排列之间的关系。
r
A s
及
r
B s
）设计
了下述比值参数
l(i, i
+ 1)
=
r
A s
(i
)
r
A s
(i
+
1)
r
B s
(i
)
r
B s
(i
+
1)
（1.5.12）
式中 r s (i) 与 r s (i + 1) 分别表示相邻两点同一极距的视电阻率值，通常将计算结果示于第 i 点与 第 i + 1 点之间。
1.5.2 资料处理及模型实验
第五章 高密度电阻率法
1.5.1 高密度电阻率法概述
高密度电阻率法与常规直流电阻率法相比，在野外信息采集过程中可组合使用多种装置形 式，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。在 计算机数据处理与成像技术中，把大量的数据计算、成像处理变得极为快速准确，极大地提高 了方法的效率，因此该探测方法目前在金属与非金属矿产、地质、构造、水文地质、工程灾害 地质、考古、岩溶洞穴景观资源勘察等各领域得到了广泛的推广应用，解决了诸多实际问题， 产生了极大的社会效益及经济效益。
一、高密度电阻率法的工作原理
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
图 1.5.1 高密度电阻率法勘探系统结构示意图
给定的地质勘查任务。
103
高密度电阻率法的探测深度随着供电电极距的增大而增大，当隔离系数 n 逐次增大时电极
距也逐次增大，对地下深部介质的反
映能力亦逐步增加。由于岩土剖面的
测点总数是固定的，因此，当极距扩
大时，反映不同勘探深度的测点数将
依次减少。通常把高密度电阻率法的
⒉β排列（偶极装置 ABMN） 该装置适用于固定断面扫描测量，电极排列如图 1.5.4： 这种装置的特点是供电电极 A、B 和测量电极 M、N 均采用偶极，并按一定的距离分开。由 于四个电极都在同一测线上，故又称偶向偶极。其rs 表达式为
r
b s
=
Kb
DU MN I
（1.5.3）
其中 K = 6p a
测量结果记录在观测电极的中点、深
度为 na 的点位上，整条剖面的测量结
果就表示成为一种倒三角梯形的电性
分布及工作剖面(见图 1.5.2)。
二、高密度电阻率法常用装置
图 1.5.2 高密度电阻率法勘探系统示意图
⒈α排列（温纳装置 AMNB） 该装置适用于固定断面扫描测量，电极排列如下：
采用对称四极装置方式时，当 AM=MN=NB=α时，这种对称等距排列称为温纳（Wenner）
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。
图 1.5.1 为高密度电阻率法勘探系统结构
示意图。
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
成像色谱图(如图 1.5.13(a))。反演
工作是由所测得的高密度电法原
始数据作为正演数据，采用最小二
乘法等计算方法,确定地下岩石矿 石的电阻率分布（即地电断面），
图 1.5.13 直立高阻板状体上高密度电法成像图
如图 1.5.13(C)。再对反演结果进行正演计算,从而得到高密度电法正演成像色谱图(如图
由于一条剖面上段测点总数是固定的，因此，当极距逐渐扩大时，反映不同深度的测点
数将依次减少。当然，也可根据需要增设无穷远极，从而增加联合三极测深的测量方式，这
时相应的视参数为
r
A s
= 4pa DU A I
,
r
B s
= 4pa DU B I
。
利用三电位电极系的测量结果可以计算 T 类比值参数：是直接利用三电位电极系数的测量
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
高密度电阻率法在一条剖面上可采集到不同装置及不同极距的大量数据，将这些数据进行处 理便可获得各种视参数的等级断面图，也可直接根据断面上的数据分布绘成等值线断面图。
一、数据处理
高密度电阻率法的数据处理是把所测得的视电阻率，经数据格式转换、数据预处理、地形