高密度电法
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。
高密度电法
• 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
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？
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
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
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.
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
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)
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。
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 s s
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）
高密度电阻率的装臵及工作原理：
温纳三极装臵（W-A）
联合三极装置
温纳三极装臵（W-B）
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）
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。
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。
高密度电法数据处理
高密度电法数据处理一、引言高密度电法是一种地球物理勘探方法，通过测量地下电阻率的变化来推断地下构造和岩性的分布情况。
在进行高密度电法勘探时，需要对采集到的数据进行处理和解释，以获得准确的地下模型。
二、数据处理步骤1. 数据预处理在进行数据处理之前，需要对采集到的原始数据进行预处理。
这包括对数据进行滤波处理，去除噪声和异常值，以提高数据的质量和可靠性。
2. 数据分析与解释对预处理后的数据进行分析与解释，以获得地下构造和岩性的信息。
这可以通过绘制等电阻线图、剖面图和三维模型来实现。
通过观察数据的空间和时间变化规律，可以推断出地下构造的分布情况。
3. 反演处理反演处理是高密度电法数据处理的核心步骤之一。
它通过数学模型和计算方法，将观测数据转化为地下模型。
常用的反演方法有有限元法、有限差分法和最小二乘法等。
通过反演处理，可以获得地下电阻率的空间分布。
4. 数据解释与验证在进行数据解释时，需要将得到的地下模型与地质背景知识进行对比和验证。
这可以通过与钻探、地质剖面等数据进行对比，以确保解释结果的准确性和可靠性。
三、数据处理的应用高密度电法数据处理在地质勘探、环境调查和水资源评价等领域具有广泛的应用价值。
1. 地质勘探高密度电法数据处理可以帮助地质勘探人员了解地下构造和岩性的分布情况，指导矿产资源的勘探和开发工作。
通过分析电阻率数据，可以确定矿体的位置、大小和形态等信息。
2. 环境调查高密度电法数据处理可以用于环境调查和污染源追踪。
通过分析地下电阻率的变化，可以确定地下水和土壤的污染程度和分布情况，为环境保护和治理提供科学依据。
3. 水资源评价高密度电法数据处理可以用于水资源评价和地下水开发利用。
通过分析电阻率数据，可以确定地下水的含水层分布、储量和质量，为水资源的合理开发和利用提供技术支持。
四、总结高密度电法数据处理是一项重要的地球物理勘探技术，通过对采集到的数据进行处理和解释，可以获得地下构造和岩性的信息。
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。
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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
动测量方式的实现。
高密度电阻率法常用的装置见下图：
（三）高密度电阻率法的应用
1.野外工作技术（1）测网布置地球物理工作的测区一般是由地质任务确定的。
对主要应用于工程及环境地质调查中的高密度电法而言, 按工程地质任务所给出的测区往往是非常有限的，我们只能在需要解决工程问题的有限范围内布设测线、测网，可供选择的余地往往很少，这是一般工程物探经常遇到的情况。
测网布设除了建立测区的坐标系统外，还包含了技术人员试图以多大的网度和怎样的工作模式去解决所给出的工程地质问题，在这里，经验和技巧非常重要。
特殊情况下，高密度电阻率法可布设不规则的测线和测网，尽可能在有限的测区内获得更多的测量数据。
（2）装置选择如Wenner，Dipole-Dipole、Pole-Dipoler和Wenner-Schlumberger装置等。
通常使用的装置还如上述四种类型。
不同的测量系统基本上以这几种装置为主, 但也各有特点, 有的高密度电阻率仪提供了十多种装置以供选择。
不同装置可联合使用, 也可根据需要单独使用。
选择一个合适的
工作装置应考虑：（a）探测目标的特性、(b)仪器灵敏度以及(c)场地噪声本底水平，更要考虑：d）装置对地下电阻率水平或垂向变化分辨能力、(e)探测深度、（f）有效探测范围以及（g）信号强度。
（3）最小电极距和排列长度的选择最小电极距和排列长度的选择取决于地质对象的大小和埋藏深度。
要保证有足够的横向分辨率，探测目标体横向上至少要有2～3根电极通过。
同时，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映。
如对小而深的探测目标体，要求较小的电极间距和较多的电极数。
对于长剖面，可以通过电极的移动来获得连续的断面数据。
2. 高密度电阻率法在工程与环境地质中的应用
在煤气管道探测中的应用场地地形有微小的起伏，测线左侧是水田，右侧是沙石公路。
水田一侧地势较低，公路一侧地势较高。
实测时，最小电极距为0.3m，电极数为30，N=9。
图7a 是温纳α装置视电阻率等值线断面图。
从图中可以看出，地下介质视电阻率在30～80m ⋅Ω范围内，反映了地下耕织土及其下部亚粘土的电阻率；在16～24号电极之间，浅部出现100～120m⋅Ω相对高阻电阻率值，是由于沙石公路引起的。
大约在16～17号电极之间，见明显的视电阻率等值线封闭圈，指示了煤气管道的位置。
其上部视电阻率等值线局部密集，这是由于采用明挖埋设煤气管后填埋性质不同的渣料所致。
图b，是sT视参数等值线断面图。
在煤气管道位置，出现了sT高值等值线圈，其异常较sρ异常明显。
煤气管道中心位置埋深对应N=4，此时装
置极距为1.8m，估算埋深大约为0.6m左右，这一结果也为雷达探测和实地调查结果所证实。