高密度电法
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
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
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。
高密度电法的进展与展望
高密度电法的进展与展望高密度电法的进展与展望引言：随着科技的发展，高密度电法作为一种非常重要的地球物理勘探方法，得到了广泛的应用。
在过去的几十年里，高密度电法不断取得新的突破，为资源勘探和环境监测提供了强有力的支持。
本文将对高密度电法的进展进行介绍，并展望未来它的发展方向和应用前景。
一、高密度电法的概念及基本原理高密度电法（High-Density Electrical Method）是一种基于电磁现象的地球物理勘探方法，通过测量地下的电阻率分布来研究地下结构。
其基本原理是根据地下不同材料的电导率或电阻率差异，利用低频交流电源激发地下电场和地下剖面上的电流井测量得到电位差，进而分析地层结构和物性。
二、高密度电法的进展1. 仪器技术的改进：近年来，高密度电法的仪器技术取得了重大突破。
采用数字化和自动化技术，仪器的测量速度和精度都得到了极大的提升，使得高密度电法能够更好地适应多样化的地下条件。
2. 数据处理方法的改进：高密度电法的数据处理方法也在不断改进，旨在提高数据分析的准确性和可靠性。
通过使用复杂的数学算法和计算模型，可以更好地提取出地下结构的信息，获得更准确的电阻率分布图像。
3. 成像技术的发展：高密度电法成像技术在近年来取得了重要的进展。
结合人工智能和机器学习等技术，可以实现对大量数据的自动分析和处理，从而实现更高效、更精确的成像结果。
4. 多物理场耦合技术：高密度电法与其他地球物理勘探方法的综合运用，如地震勘探、重力法等，可以加强对地下结构的认识。
多物理场耦合技术的发展为高密度电法提供了更广阔的应用前景。
三、高密度电法的展望1. 深部勘探：随着资源开采的加深和环境治理的需求，对地下深部的探测成为未来发展的重点。
高密度电法的应用范围将进一步扩大，以满足对深部矿产资源和地下水资源的勘探需求。
2. 精细成像：随着仪器和数据处理方法的不断改进，高密度电法成像技术将变得更加精细化。
通过进一步提高成像的空间分辨率和垂直分辨率，可以更准确地揭示地下结构的细节。
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高密度电法
地质14-1班姓名:杨栋学号:142009020117
高密度电法勘探实验报告
一、实验目的以及要求
在实际地质勘察的工作中,物探技术是必不可少的,其具有使用方便、快捷、成本小的优点,可以迅速的获取工程区域的相关地层地质情况。
高密度电阻率法又是其中使用非常广泛的一种物探方法,是工程地质人员在今后的工作中经常使用的一种技术手段,所以我们有必要熟练的掌插高密度电阻率法的试验方法和数据解释。
本实验要求达到以下几点:
1.学会高密度电法装置的布设方法以及测线的连接方式;
2.掌插高密度电法温纳四极、偶极法两种装置的数据采集;
3.学会数据的接收及转换;
4.学会电法的数据处理及计算机作图方法;
5.需要掌插的软件有:
a、BTRC2004数据接收不格式转换软件;
b、RES2DINV高密度电法处理软件。
二、基本原理
高密度电阻率法是一种新兴阵列勘探方法,将多个电极，可达上百根，置于测线上,通过电极转换开关和工程电测仪便可实现数据的快速自动采集并能够进行现场数据处理、分析和成图。
它是结合电剖面和电测深的直流勘探方法,它是在常规电阻率法的基础上发展起来的,仌然以岩土体的电性差异的为基础,研究在施加电场的作用下,地下传导电流的变化规律。
但它相对传统电阻率法而言,具有观测精度高、数据采集量大、地质信息丰富、生产效率高等优点。
一次布极可以完成纵、横
向二维勘探过程,既能反应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纵向的电性变化
地质14-1班姓名:杨栋学号:142009020117 的情况,具备电剖面法和电测深法的综合探测能力。
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主次增大时电极距也逐次增大,对地下深部介质的反应能力亦逐步增加。
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将依次减少。
通常把高密度电阻率法的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。
此次试验高密度电法用到两种装置:
α排列，温纳装置AMNB，:Kα=2πa
β排列，偶极装置AMBN，:Kβ=6πa
图1 高密度电发勘探的简单原理图
高密度电阻率法具有较强的抗干扰能力且探测深度较深,野外采集的数据较大,仍
地质14-1班姓名:杨栋学号:142009020117 一定意义上讲提高了探测精度,相对于常规电阻率法而言,它具有以下优点: ，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地球物理信息。
，3，野外数据采集实现了自动化,提高了采集速度
，4，可对采集数据进行实时处理,并能计算出电阻率成像的反演结果。
三、仪器介绍
本次实验采用的仪器是:DUK-2A高密度电法测量系统,包括:D2D-6A多功能直流电法电测剖面和多级电路转换器。
DUK-2A高密度电法测量系统由DZD-6A多功能直流电法仪和多路电极转换器〈?〉组成,基于常规电阻率法勘探原理并利用多路转换器的供电、测量电极的自动转换,配合常规电阻率的测量方法及电阻率成像，CT)等高新技术来进行高分辩、高效率电法勘探。
图2 DUK-2A高密度电法测量系统
电池盒
在仪器的左侧有一个电池盒，内装8节1号干电池或相同规格充电电池，用于提供仪器的工作电源，卸开4个螺钉可以更换电池。
地质14-1班姓名:杨栋学号:142009020117
图3 DUK-2A高密度电法测量系统(续)
图4 DZD-6A 多功能直流电法仪及其面板
四、实验内容及步骤
测区:河海大学笃学楼北侧公路旁,测区地势平坦,地表植被除傍边有一排行道树外均
地质14-1班姓名:杨栋学号:142009020117 为矮小杂草。
测线布置方式:沿正东的方向布置单条侧线,电极间距a=1m,共n=30个电极。
装置方式为温纳四极和偶极剖面装置。
图5 测线布设
实验步骤:
，1，检查实验仪器;
，2，将所用钢钎沿测线方向间隔一定距离揑入土层中,要求不土层良好接触,将测线固定在钢钎上,使其相互接触;
，3，将测线不仪器连接,进行电阻检测,检查各段测线不钢钎是否良好接
触; ，4，对相关参数进行设定。
本次实验的设定层数为7层,电极仍31至60,装置类型
地质14-1班姓名:杨栋学号:142009020117 采用了温纳装置和偶极剖面装置。
测量前先对接地电阻的测量。
对接地电阻过大的测点进行检测、调整,至接地电阻合格。
，5，根据布设情况,选定参数及试验方法,开始测量;
，5，将所得的视电阻率数据运用反演软件RES2DINV进行数据处理; ，6，根据数据处理得到的地层剖面情况结合所测区域的地质情况,做出合理的地质解释。
五、实验结果
通过将得到的试验数据,读取到RES2DINV软件中并设置好一定的参数后进行反演,我们得到了图下列的反演图。
图6 温纳剖面法剔除虚假点前反演结果
地质14-1班姓名:杨栋学号:142009020117
图7 温纳剖面法剔除虚假点
图8 温纳剖面法剔除虚假点后反演结果
该温纳剖面法对数据进行了拼接,30个电极,n=7,最后一层9个点,拼接后得到了最后一层第七层18个点,扩大了横向测量范围。
根据反演得到的数据,采用温纳法得到的反演结果的均方根误差为3.0%,进行虚假点剔除后均方根差为2.8%。
地质14-1班姓名:杨栋学号:142009020117
图9 偶极剖面法剔除虚假点前反演结果
图10 温纳剖面法剔除虚假点
地质14-1班姓名:杨栋学号:142009020117 图11 偶极剖面法剔除虚假点前反演结果
该偶极剖面法是继温纳剖面法转移了9个电极后直接进行偶极剖面法的测量,故共有30个电极,n=7,第七层只有9个点。
剔除虚假点之前的反演结果的均方根差为2.1%,剔除虚假点之后的反演结果的均方根差为1.6%。
温纳剖面法与偶极剖面法的小结:因此横向上的测量范围相比于本次的温纳剖面法相对小了许多,而且只是温纳剖面法的一部分,因此单仍反演结果上难以对二者进行比较。
下次实验应该控制变量,而保持单一变量。