高密度电阻率法
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
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。
高密度电阻率法二维和三维有限差分正演计算
高密度电阻率法二维和三维有限差分正演计算高密度电阻率法（High-Resistivity Method，简称HRM）是一种用于精确描述电流在较大空间内散射和复杂反射情况下的分布和阻抗、电磁场和电动势场强度的方法。
它可以精确地计算出沿一个给定路径上电流和电场强度的分布，从而获得某一个时刻电阻地层的特点。
有别于PT和MT方法，HRM有明显优势，可以处理电磁参数和地质参数的复杂变化，适应复杂的反射现象，以及更好地解析各种地表以下界面及其结构形成的脉动反射特征。
HRM二维和三维正演计算都基于相同的数学模型，有一个主要的区别，即边界条件的处理不同。
二维正演计算是基于一维电磁方程组和单边带边界条件，而三维正演计算基于3维电磁方程组，具有等张场及大气层的沿着深度的变化。
HRM的数值正演模拟具有以下特点：（1）快速收敛：基于电磁方程组，通过精确描述电极间耦合时，就可以获得快速收敛。
（2）反射损失小：以解耦形式处理反射，它们的损失更小，从而可以更好地获得精确的结果。
（3）地质参数可调：由于地表以下空间有不同的地质参数，如电导率、磁导率等，只需简单地修改这些参数，就可以很好地模拟不同的深部地质结构。
HRM正演模拟分为2步完成：第一步建立模型，根据真实的地质情况设置正演路径，并确定正演模型的地表，地表以下的地质学参数及边界条件；第二步进行数值正演模拟，根据建立的模型，使用有限差分法的方法解决电磁方程，获得强度场及电场、磁场，并与水文地质诸要素参数建立联系以便反演出水文地质参数。
HRM正演模拟应用非常广泛，能够获得较精确的电流分布和阻抗、电磁场和电动势数据集，对地质勘查提供了有效的技术手段，例如辅助高精度的地质资料的获取和评价，预测浅层以及深部复杂地质结构非常有用，可帮助开发者识别和定位储层分布，有助于钻井现场安全和高效地进行。
第五章高密度电阻率法
（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
工程物探-高密度电阻率法
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。
高密度电阻率法实验报告
高密度电阻率法实验报告实验报告：高密度电阻率法一、实验目的1.熟悉高密度电阻率法的实验原理和实验方法；2.掌握电阻率测量实验的基本操作步骤；3.研究不同材料的电阻率特性，分析其导电性能。
二、实验原理四电极法是在样品上加入四个电极，两个电极起电流作用，两个电极测量电压，通过测量电流和电压可以得出样品的电阻。
为了减小接触电阻对实验结果的影响，电极要采用大面积接触面积，以及保持电极与样品接点清洁，减小接触电阻。
电阻率的计算公式为：ρ=R*A/L其中，ρ为电阻率，R为电阻，A为电阻的横截面积，L为电阻的长度。
三、实验仪器与材料1.高密度电阻率测试仪；2.不同导电材料样品。
四、实验步骤1.打开高密度电阻率测试仪，确保设备的工作状态正常；2.将要测试的导电材料样品放置在测试夹具上，并将电极接触到样品表面；3.选择合适的电流大小，通过测试仪的控制面板设置电流；4.设置测量时间，保证样品得到充分供电；5.点击“开始测量”按钮，测试仪开始对样品进行电阻率测量；6.测量完成后，记录下电阻率的数值；7.更换不同导电材料样品，重复步骤2-6五、实验结果与分析根据实验步骤进行电阻率测量，记录下不同导电材料样品的电阻率数值。
导电材料，电阻率(Ω·m)-----------，---------------铜，X铁，Y铝，Z通过实验结果我们可以看出，不同导电材料的电阻率有所差异。
铜的电阻率最低，铁的电阻率中等，铝的电阻率最高。
这与材料的导电性质相对应，导电性越好的材料电阻率越低。
六、实验总结通过高密度电阻率法的实验，我们熟悉了该实验方法的基本原理和操作步骤，并且对不同导电材料的电阻率特性有了初步的了解。
在实验过程中，要注意保持电极与样品的接触面积大和接触点的清洁，以减小接触电阻的影响。
此外，实验中所测得的电阻率值还受到温度和材料状态的影响，因此在进行比较时应注意这些因素可能带来的误差。
综上所述，高密度电阻率法是一种常用的测量导体材料电阻率的方法，对于研究材料的导电性能具有重要意义。
第四章第三节高密度电阻率法.
上图为大坝1+134断面高密度电阻率成像。从 该图可以看出，大坝垂向上存在三处隐患：① 坝 顶1.0～1.5m以上，坝料电阻率较高，一般在 50～60 范围.5m～16.0m处 电阻率较高，一般在40～60 范围内，系砂类土的 反映；③ 从深度上分析，深度16～17m应为坝基， 电阻率较高，一般为50～60 ，亦系砂类土的反映。
第三节 高密度电阻率法
一、高密度电阻率法概述 高密度电阻率法仍然是以岩、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 中传到电流分布规律的一种电探方法。因此，它 的理论基础与常规电阻率法想同，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。
2.装置
高密度电阻率法采用的主要电极排列方式有 温纳四极排列、联合三极排列、偶极排列和微分 拍了。不同的测量系统基本上以这几种装置为主， 但也各有特点。此外，当进行单孔或跨孔电阻率 成像的数据采集时，二极法供收方式往往成为最 经常使用的电极排列。
极距取决于地质对象的埋藏深度，由于高密 度电阻率法实际上是一种二维探测方法，所以在 保证最大极距能够探测到主要地质对象的前提下， 还要考虑围岩背景也能在二维断面图中得到充分 的反应。根据上考虑，三电位电极系的极距设计 如下：a=n· ∆x，其中n为隔离系数，可以由1改变 到15，也可任选， ∆x为点距。显然a=1/3AB，它 与勘探深度之间存在某种系数关系。
如上所述，用充电法查明了大坝渗漏隐患的 平面分布，然后用高密度电法查明了大坝河槽段 渗漏隐患的垂向分布，但是隐患部位砂类土的颗 粒级配、渗透系数等物理力学指标需要地质钻探、 现场试验和室内试验来完成。 为此确定在充电法探测存在严重渗漏的两个 断面，即1+134和1+213横断面布置了6个钻孔来 取得土的物理力学指标。钻探结果：坝顶存在一 层粗砂砾石层，厚度为1.0～1.2m；坝体内部 12.0～17.0m存在厚5.6m的中粗砂透镜体；坝基 砂没有清除、隐患部位钻进时漏水。钻探结果与 物探判别基本一致。
高密度电阻率法简介
高密度电阻率法简介
高密度电阻率法是在常规电法基础上发展起来的新型物探方法，其工作原理与常规电法一致，以岩土介质的导电性差异为基础，通过观测和研究人工建立的地下稳定电流场的分布规律从而来解决地下地质
问题。
与常规电法相比，高密度电法通过多道电极转换开关自动转换测量电极，一次性测量，具有直观、高效、高分辨率、高精度等特点。
通过地面观测人工建立的稳定电流场的变化研究地下介质的电性变化，经分析判断地下障碍物的埋深、性质和形状等。
方法特点是集电测深和电剖面装置于一体，一次布极可获得更丰富的信息，效率和精度较高。
以下是高密度电法探测主要用途：
a. 堤、坝的隐患（管涌、脱空、塌陷等）探测
b. 江河水位探测、地下水位探测和找水等工作
c. 地质构造探测（岩溶、断层破碎带、滑坡体等）
d. 路基检测；地质勘探、矿床探测
e. 相关部门公路、铁路、水利水电、地矿、环境等检测。
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数据资料处理
16
数据预处理步骤：
在地质条件不同的情况下 ,在地 下存在地电体不均匀的情况中 , 有许多因素会对数据收集造成噪 音干扰，为了更接近实际情况的 地下地电的本质 ,野外数据在一 般情况下采集完成后 ,将收集的 数据导入到电脑后 ,通常必须进 行数据的预处理,
垂向分辨率较高，适合垂向 分辨率要求高的勘探任务
温施装置(WS1)
测深分辨率较高，抗干扰 能力较强，水平、垂直都 有一定灵敏度，适合测深 测量。
12
施伦贝尔1装置(SB1)
水平分辨率较高，适合水平分 辨率要求高的勘探任务
采集装置
13
温纳( WN) 装置方式
温纳装置方式( WN) 又称为对称四极装置方式 。A 、 M 、N 、B 等间 距列 , 其中 A 、B 是供电电极, M 、N 是测量电极, AM =MN =NB 为一个电极 距,电极间距按隔离系数由小到大的顺序等间隔增加,四个电极之间的间距也 均匀拉开 。该测量方式为剖面测量方式,所得断面为倒梯形( 跑极方式见图 1) 。
结语
? 1220深圳山体滑坡：2015年12月20日11时40分，广东深圳市光明新区
凤凰社区恒泰裕工业园发生山体滑坡，附近西气东输管道发生爆炸。据统计 截至12月21日6时，已致 33栋建筑物被掩埋或不同程度受损，共有 91人失 联！
选题背景与目的
5
? 目的：在目前滑坡体稳定性计算与滑坡体治理方案的设计过程中 , 滑坡体
22
zk065
图7-18 双柳镇高密度电法L3线视电阻率（ρ??）反演地断面图
1. 结合钻孔资料，推测 在测点 45m至145m 处， 为滑坡主体，碳质板 岩深度逐渐加大， 从 -10m增置 -30m。整个 剖面电性界面呈现锅 型分布。
2. 说明滑坡体中间部分 土层较厚，两翼较薄 的特点。测点 45m 和 145m 处为滑坡边缘界 线。
的几何形态 、构造情况是整个设计的关键因素, 因此如何准确而又经济地确 定滑坡体的这些参数就显得尤为重要。
? 从工程地质的角度分析 , 通常滑坡体的滑面岩土体相对较为软弱 , 而且含水 率较高, 因此与滑坡体以及下伏的基岩相比 , 存在着较大的电阻率差异, 这为 高密度电法勘探带来有利条件。
0 PA R T 2T W O
0P A R T 5 FIV E
研究结果及应用
研究结果及应用
24
高密度电阻率法在滑坡体覆盖层勘探中,由于滑坡体与基岩之间存在明显的 电性差异,故电阻率反演断面图反映的物性界面清晰。覆盖层多呈低电阻率 的闭合圈 , 而下伏基岩则表现为高电阻率 ,且连续性较好 ,因此基岩覆界线 较为明显 。从而查明了滑坡体厚度及滑面起伏形态 , 为所需工区滑坡的稳 定性评价提供依据。
0P A R T 4F O U R
应用实例
高桥镇高密度电法资料解释
18
?s
?s 高桥镇高密度电法资料解释
19
1. 分析认为 140-170m 该 段的第四系覆盖层较 为疏松，透水性较好。 拟推断滑动面为表层 相对低阻与其下伏高 阻的界面，形态如图 红线所示。
双柳镇镇高密度电法资料解释
20
?s
采集装置
15
温施 1( WS1) 装置方式
此装置的测量方式是测深测量, 它是温纳和施伦贝尔的结合, 在整条剖 面测量中 MN 要由小到大变化几次 ,但在 MN 为某一固定值时, A 、 B 按施 伦贝尔 1 的方式移动。当温施间隔选择一固定值 a时,则 M、N 间的间距每 隔 a 层增加两个电极距, 即M 、 N 间的间距按 1,3,5,7, ……等间隔增加, A 和
国内外发展现状
工作原理
7
高密度电法工作原理
1. 高密度电阻率法是一种阵列勘探方法。 2. 原理：与传统电阻率法相同。 3. 工作：利用程控电极板控制电极的闭合。 4. 优势：一次布设，自动跑极。 5. 创新：将剖面法和测深法结合在一起。
特点
8
高密度电阻率法是集电剖面法和 电测深法的特点为一体的一种采 集装置。 ? 特点一：测点密度大。 ? 特点二：采集信息量大。 ? 特点三：工作效率高。
国内外发展现状
9
高密度电法发展历程
1990 1980
国内外发展现状
10
? 高密度电法仪现在朝着三个方向发展着，第一个方向是多参数， 第二个方向为多功能，多通道，第三个方向为大功率的方向发展 着
多参数
多功能 多通道
大功率
0P A R T 3T H R E E
主要研究内容
野外数据采集及处理
温纳装置(WN)
采集装置
14
施伦贝尔 1( SB1) 装置方式
该装置的测量方式是测深测量 。测量时 , M 、N保持不动, A、B 同时逐 点分别向左 、 向右移动, 得到一条滚动扫描测量线, 然后 A 、M 、N 、B 同 时向右移动一个电极 ,再按照同样的方式跑极, 得到另一条滚动扫描测量线。 所得断面为矩形( 跑极方式见图 2) 。
?s 双柳镇高密度电法资料解释
21
1. 滑坡的边缘根据野外实地 勘探发现测点55m向上，
有整块岩石出露，表层有 风化。
2. 分析认为，55m-65m处为 滑坡的后缘位置，在0-
55m处，上覆为滑坡主体， 而在55-114m处，主要为
出露的岩石。这些与野外 实地勘探的结果一致。
?s
?s 双柳镇镇高密度电法资料解释
高密度电阻率法在滑坡中
的应用-以紫阳地区为例Leabharlann 姓名：李晨导师：孙乃泉
目C O 录N TE N T
01 | 选题背景与目的 02 | 国内外发展现状 03 | 主要研究内容 04 | 应用实例 05 | 研究结果及应用
0P A R 1T O N E
选题背景与目的
选题背景与目的
4
? 背景：滑坡是指岩石、碎石或者土体沿坡面的运动。在美国，每年滑坡带
来约 10~20 亿美元的经济损失和 25~50 人死亡。意大利在 1279~1999 年期间 840 次滑坡中的死亡人数超过 1 万人 。在中国 ，1949~2011 年期 间 ， 由滑坡引起的死亡人数保守估计超过 25000 人 ， 平均每年超过 400 人 ， 而且平均每年的经济损失大约为 5000 万美元。