第五讲高密度电法
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。
高密度电法工作方式
高密度电法工作方式2008年08月29日星期五 06:30 P.M.一、电极检查。
将测线上的电极依次两个一组地与M、N测量输入端接通，每步的电极转换规律如下：第一步： M=1#，N=2#第二步： M=2#，N=3#……第五十九步: M=59#,N=60#.二、工作方式1、（WN）温纳它的电极排列规律是：A，M，N，B（其中A，B是供电电极，M，N是测量电极），随着极距系数n由n（MIN）逐渐增大到n（MAX），四个电极之间的间距也均匀拉开，设电极总数60，n（MIN）=1，n（MAX）=16，每步电极转换的规律如下所述：首先，n=n（MIN）=1，测量数据为57个：第一步： A=1#，M=2#，N=3#，B=4#；第二步： A=2#，M=3#，N=4#，B=5#；……第五十七步： A=57#，M=58#，N=59#，B=60#；接着，n=n+1=2，测量数据为54个：第一步： A=1#，M=3#，N=5#，B=7#；第二步： A=2#，M=4#，N=6#，B=8#；……第五十四步: A=54#，M=56#，N=58#，B=60#；最后，n=n（MAX）=16，测量数据为12个：第一步：A=1#，M=17#，N=33#，B=49#；第二步： A=2#，M=18#，N=34#，B=50#；……第十二步： A=12#，M=28#，N=44#，B=60#；显然，对应每一层位（n）的测量数据个数=（60-n×3），如果n=1~16，16个层位全部测量得到的完整的一个剖面，数据总数应该是552个。
2、(SB1)施伦贝尔1电极排列规律是：A，M，N，B测量过程中：MN固定不动，AB按隔离系数由小到大的顺序逐次移动，然后将MN 向前移动一个点距，再重复上诉过程。
数据按隔离系数由下到大的顺序分层存储，结果为矩形区域。
例如测定16层时，M=17#，N=18#,A=16#—1#移动，B=19#—34#移动（第一测深点）。
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
高密度电法解析
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
高密度电法勘探的装置选择和资料解释,工作原理,局限因素,以及未来
高密度电法勘探的装置选择和资料解释,工作原理，局限因素，以及未来高密度电法勘探的装置选择和资料解释 1.概况高密度电法勘探(Electrical Imaging Surveys)的出现使得电法勘探的野外数据采集工作得到了质的提高和飞跃。
同时使得资料的可利用信息大为丰富，使电法勘探智能化程度向前迈进了一大步。
但高密度电法其核心只是实现了野外测量数据的快速、自动和智能化采集，它的工作实质依然是常规电法勘探原理，所以说它只是一种基于老原理的采集手段的提高，它并未脱离直流电法的框架，并算不得是一门全新的勘探方法。
但是，由于其采集密度的增大、排列装置的增多，为传统电法带来了新的活力，同时也为技术处理带来了新的课题。
高密度电法勘探的装置选择、资料解释是两个关键环节。
排列装置选择的合适与否，直接关系到是否测试出探测目的所反映出的异常。
资料解释则是探测目的最终反映和探测效果最直接表达。
2.装置的选择选择哪种装置取决于场地大小、地形起伏、探测任务以及探测精度等因素。
2.1场地因素如果场地开阔，一般都使用四极装置(α、α2)。
因为该方法会获得最大的测量电位。
这对于节省外接电源，减少供电电压，特别是压制干扰，增强有效信号，有着重要的意义。
但是如果场地不充许，那么最好使用三极装置(AMN、MNB)。
三极装置比四极装置将节省一半的场地。
2.2地形因素高密度电法勘探应尽力避免地形的起伏，然而事实常难随人愿。
这时候就得考虑哪种装置受地形的影响最小。
在众多装置中，偶极装置受地形影响最为剧烈，它本身的电测曲线就已经复杂，如果加上地形的因素，其电测剖面形态会变得很难辨别。
其次是三极装置，该装置遇到山谷或山脊时电测曲线会出现多个峰值，并且AMN和 MNB两个装置的反映程度不均衡，故而判别起来困难较大。
相对地，四极装置受地形的影响较小，电测剖面形态比较好判别。
2.3探测精度因素掌握探测精度(灵敏度)与装置的关系，是高密度电法中很重要的环节，也是众说纷芸，很难形成一个定论的问题。
高密度电法勘探概要
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
勘察领域取得了明显的地质效果和显著的社会经济效益。 主要内容是学习高密度方法原理、野度电阻率法的基本原理
• 电阻率法勘探都是要将所测的电流或电压值换算成电阻率 值，但是只有当地面为无限的水平面，并且地下充满均匀 各向同性的导电介质的条件下才可以得到大地的真电阻率 值，在实际工作中，地形往往起伏不定，地下介质也不均 匀，各种岩石相互重叠，断层和裂隙纵横交错，或者有矿 体充填其中。这时候经过测量所得的电阻率不是目标电阻 率，我们称为视电阻率
1. 2 高密度电阻率法的基本原理
1. 2 高密度电阻率法的基本原理
• （1）垂向直流电测深原理
• 直流电测深法是研究指定地点岩层的电阻率随深度变化的 一种物探方法。该方法是在地面上以测点为中心，从近到 远逐渐增加观测装置距离进行测量，根据视电阻率随极距 的变化可划分不同的电性层，了解其垂向分布，计算其埋 深及厚度。
U MN s K I
1. 2 高密度电阻率法的基本原理
• 视电阻率虽然不是岩石的真电阻，但却是地下电性不均匀 体和地形起伏的一种综合反映。故可利用其变化规律发现 和勘查地下目标，达到解决工程地质问题的目的。高密度 电阻率法实际上是多种排列的常规电阻率法与资料自动反 演处理相结合的综合方法，它仍然是以岩土体导电性差异 为基础的一类电法勘察，只不过电极布设一次完成，能有 效进行多种电极排列方式的测量，如温纳装置，施伦贝射 装置，偶极－偶极装置等，从而可以获得较丰富的地电结 构信息，数据的采集基本实现自动化。
1、Auto 2、Step 3、On—Line Select(1-3) 5 、 WORK2
1. 3 高密度电阻率法的测量过程
• (二)按住模式键，同时打开仪器电源开关 • 按数字键2，选中高密度电法DUK-2A，如果您要选择四 极法，请选择模式一，按模式键，再“回车”，再按数字 键1，再“回车”，再按数字键1，再“回车”，便进入设 置工作参数环境，屏幕显示如下：
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.
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。
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电性标志层
① 电性层：以电阻率大小划分的地层。
电性层与地层有时不一致 ！
②电性标志层：找出与某一地质层符合最好的电性层
意义：以电性标志层作为曲线连续对比的标志，追踪目的层。
③原则：a. 电阻率横向稳定，与围岩差异大（10倍以上）； b. 测区内连续性好，控制着工作区的地质构造； c. 厚度大。
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）
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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
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
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。
K
U MN I
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5.3 高密度电阻率的装置及工作原理：
温纳四极装置
温纳四极（等间距的对称四极） 温纳偶极
温纳微分
I
0123456789
U
I
0123456789
U
I
0123456789
U
一次组合，获得三种电极排列的测量参数
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三种排列测得的视电阻率关系如下：
s
1 3
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
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5.4 高密度电法野外工作方法技术
1. 数据采集方式：
①地表面剖面法 ②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
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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
电阻率 （·m）
>1000
粘土
1-200
河水
10-100
含水砾石 层
隔水粘土 层
50-500 5-30
海水 潜水
0.1-1 <100
影响因素：
成份
含水量（潜水面）
矿化度（咸、淡水层位）
温度（地热）
等位面 电力线
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DUK-1探测系统测试记录仪
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DUK-1探测系统电极控制仪
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DUK-1探测系统工作站
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测量电极示意图
电缆抽头 拔插卡
电极
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高密度电法野外观测示意图
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5.5 基本的资料处理方法
I
0123456789
n=1
U
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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
地面
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每一层的测点数计算式：
N 总电极数 3隔离系数
野外数据采集自动化，避免手工操作出现 的错误；
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5.2 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，
4. 结合正演资料进行分析地下断面的分布特征。
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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
1)
B s
(i)
A s
(i
1)
B s
(i
1)
G(i)
sA (i)
A s
(i
1)
sB (i) sB (i 1)
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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
（能够更为直观地反映地电断面的特征）
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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
• 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。
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（二） 测定地下介质的电阻率：
在A、B两点供电，M、N两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
第五章 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阻率测深法和电阻率剖面法
于一体的一种多装置，多极距的组合方法，它具有一
④ 煤炭电法：灰岩基底 水文电法：含水层下的粘土隔水层（低阻） 工程电法：高阻基底
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（一） 两个点源的电场特征：
A(I)
B(-I)
M
U
AB M
I 2
(
1 AM
1 BM
)
电位差表达式 地下均匀介质的电阻率
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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）。
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。
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5.1 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；
呈倒梯形
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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
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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)
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