高密度电法在划分地层中的应用效果
高密度电法在水文地质和工程地质中的应用
高密度电法在水文地质和工程地质中的应用王士鹏(冶金工业部勘察研究总院,河北保定 071067)摘要:高密度电法具有测点密度高,信息量大,在寻找地下水,查明采空区,探测岩溶发育带和划分地层诸方面得到了应用。
本文论述了其原理、技术方法及数据处理推断解释并通过两个工程实例,详细介绍了高密度电法在花岗岩地区寻找基岩裂隙水和在拟建水库区内划分N 2红粘土缺失范围中的应用。
最后对高密度电法的仪器设备和方法技术存在的问题提出了看法。
关键词:高密度电法;视电阻率;等级分布;构造裂隙;N 2红粘土中图分类号:P631.3 文献标识码:A 文章编号:1000-3665(2000)01-0052-05Abstract :T he high-density electrical me tho d,with the hig h density of mea suring points a nd la rge amo unt of info rmation ,is widely used in the fields like g ro undw ater sear ching ,making clear o f mined ar ea s ,explor atio n o f ka rstic zone and classificatio n of stra ta.This paper elucidate its principle,technical m etho ds and the data pro cessing ,infer ence and interpr eta tio n a nd,th roug h tw o prac tica l cases,intro duces in detail the application of high-density electrica l method in the sear ching o f bedro ck fissur e w ate r in g ra nite area and the discrimina tio n o f the hiata l ar ea o f N 2r ed cla y .Finally ,some view s co nce rning the pr oblems o n the equipment a nd installation and techniques in high -density electrica l metho ds ar e put fo rw ar d.Key words :high-density elect rical method;a ppar ent resistivity;distributio n o f g rades;tecto nic f ractures;N 2red clay收稿日期:1999-02-081 前言80年代初,日本地质计测株式会社研究成功了高密度电阻率探查法(简称高密度电法),并且广泛应用于工程地质及水文地质中。
探索高密度电法在水文地质和工程地质中的应用
探索高密度电法在水文地质和工程地质中的应用随着国家经济建设的发展和地质勘测技术的不断进步，高密度电法作为一项新的探测技术在未来的发展中也会得到广泛的应用。
文章将会对高密度电法进行论述，分析高密度电法的工作原理、技术方法和数据处理，探索高密度电法在水文地质和工程地质中的应用，为工程建设服务。
标签：高密度电法水文地质工程地质0前言高密度电法是一种新型的物探方法，具有高密度测点、信息量巨大的特点，在水文地质和工程地质勘探中不断得到应用。
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。
在操作时能够有效地减少电磁的干扰，可以提高地质勘探的准确度和工作效率。
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）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，不同之处是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方法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。
（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：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；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；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；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。
（3）高密度电法的方法概述。
高密度电法在本质上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，供电的频率保持在20～30HZ之间固定不变。
高密度电法在水文地质和工程地质中的应用分析
高密度电法在水文地质和工程地质中的应用分析高密度电法可从剖面或断面反演色谱图，直观、形象地反映出所探测体的电性分布形态和结构特征，因其快速、经济技术成熟，从而可灵活地在水文地质和工程地质勘察中广泛应用。
本文笔者对高密度电法在水文地质和工程地质中的应用进行了探讨，希望对相关从业人员具有借鉴意义。
标签：高密度电法水文地质工程地质应用0前言经过多年的发展，高密度电法日趋成熟和完善，拥有十分突出的技术表现和优势。
在水文和工程地质领域，高密度电法得到了越来越普遍的关注。
1高密度电法主要工作原理高密度电法是电探测法和电剖面法相结合的产物，从其基本工作原理来看，其与传统电阻率法十分相似。
其主要区别在于，高密度电法在被观测位置布置了高密度点位，它们采用了阵列勘探法，也就是说通过灵活组合和搭配电极实现全覆盖测量。
在实地测量活动中，要保证将所有电极布置在剖面测点上。
同时启动程控电极和微机工程电测仪，可以完成测量数据的搜集工作。
搜集工作对象是在同一个剖面上不同电极距和电极排列方式获取的测量数据。
同传统电阻率法相比，高密度电法主要有以下几方面突出优势：（1）具有更高的工作效率。
高密度电法电极布置是一次性完成的，这样可以节约大量工作时间，降低设备故障发生率，有效提高了地质测量效率。
（2）测量面选择十分多样化。
由于高密度电法可以采用十分灵活多变的电极排列组合方式，在不同电极排列方式下可以实现不同种类的测量方案，可以获取多方位的地电断面数据。
（3）具有较高的自动化水平。
目前，高密度电法可以实现野外作业半自动化，有效节省了人力资本，提高了工作效率。
另外，随着地球物理反演技术不断发展，高密度电法电阻率成像水平也得到了显著提升，从过去的一维发展到了三维，有效提高了解释精度。
2高密度电法应用案例分析2.1大坝渗漏点查找在实地探测过程中，该水库水位是194m，探测主要目的是查找大堤是否有渗漏点。
该水库大堤采用了C10型混凝土浇筑而成，堤坝厚度60cm。
高密度电法在工程地质中的应用
234管理及其他M anagement and other高密度电法在工程地质中的应用钟辉荣，杨承志（江西省地质局二六六大队，江西 南昌 330038）摘 要：高密度电法具有工作效率高，获取的地下电性信息丰富的特点，被广泛应用于地质找矿、工程地质及水文地质中。
本文采用高密度电法探测第四系松散沉积物的岩性、厚度及空间分布情况，并查明基岩埋藏深度及其基岩面起伏形态，为工程地质分区评价，评估城市规划布局与发展、重大工程规划建设区地质安全提供地质依据。
关键词：高密度电法；第四系；基岩；分布情况中图分类号：U412.2 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2021）20-0234-2收稿日期：2021-10作者简介：钟辉荣，男，生于1991年，汉族，福建龙岩人，本科，助理工程师，研究方向：物探。
工作区地处四川盆地中部丘陵区北缘，涪江中游。
主要位于四川省遂宁市船山区、安居区、蓬溪县境内，图幅名称为西眉幅（H48E010015），坐标范围105º30′00″〜105º45′00”，30º20′00″〜30º30′00″，北邻中国地质科学院探矿工艺研究所已开展环境地质调查工作的图幅遂宁幅（（H48E009015）。
为查明工作区的地层分布情况，采用高密度电法进行测量。
1 高密度电法工作原理高密度电法是环境地质调查的有效方法，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达到解决地质问题的目的。
高密度电法和常规电法一样，通过A、B 电极向地下供电流I，在M、N 极间测量电位差△V，从而可求得该点（M、N 的中点）的视电阻率ρ=K·△V/I，K 为装置系数，工作原理见图1。
图1 高密度电法工作原理高密度电法兼具剖面法与电测深法的效果，并具有点距小、数据采集密度大的特点，将所测得的大量数据利用现代的反演技术直接反演成视电阻率剖面图，此图可直接用于地下岩层分布的分析和解释，能直接反映岩层的分布位置、厚度等地质信息。
高密度电法在水文地质和工程地质中的应用
高密度电法在水文地质和工程地质中的应用摘要：中国的高密度电法勘探始于20世纪30年代，超过70年的发展。
中国的电法勘探方面的基本理论，方法及应用效果都取得了巨大的进展。
地球物理学中高密度电法是最广泛使用的分支学科。
高密度电法具有高密度的测量点，大量的信息。
同时，经过的大多数地球物理工作者不懈的努力，广泛地应用于矿产资源，水文地质与工程地质，考古，环保等领域。
关键词：电法；地质；高密度高密度电法具有较高的测量点密度，大的信息量。
在寻找地下水，查明采空区，探测岩溶发育区和划分各类地层中应用。
高密度电法的基础是介质电性差异。
电法勘探天然或人工电场的变化。
本文讨论了它的原理，技术方法，优点及在工程和水文地质中的应用。
一、高密度电法原理高密度电法是一种直流电阻率法。
两维电阻率断面的测定结果。
小点距，数据密度大，高效率，高密度电法可以更直观，准确地反映地下电体异常的形式。
高密度电法实际上是集中了电剖面法和测深法，其原理相同于普通电阻率法。
我国是从20世纪后期开始研究高密度电法及其应用技术，从理论和实际应用上逐步完善的。
常规电阻率的方法基于在同一时间上的测探剖面由手动控制电流安排多道电极被发送到地下，以形成一个稳定的电流场，通过自动控制，自动开关装置观察和记录对剖面布局更新。
高密度电法二维地电断面测量，有剖面法和测深法两种功能，可以地层划分，有效的方法来检测隐伏断裂构造，溶洞，以及地质滑坡。
高密度电法测量点之间的密度不同，有大量的信息，效率高，在测量过程中，通过转换装置控制电极组合进行直流勘探检测到各种设备的形式，可以比较分析，有利于提供更多的信息，使在勘探地球物理技术的优势充分发挥。
二、高密度电法优点及工作方法与传统的电阻率法相比，高密度电法具有以下优点：一次性完成的电极排列，减少了故障和干扰对电极影响和提高了效率。
可以选择各种不同的电极布置。
可以得到丰富的地电断面的信息，实现现场数据采集的自动化或半自动化。
高密度电法在变电所接地工程中的应用
2009年第1期20王纶1,关立2,王坚敏1,周浩2,钟晓波1(1.宁波电业局,浙江宁波315010; 2.浙江大学电气工程学院,杭州310027)高密度电法在变电所接地工程中的应用土壤电阻率是决定接地网接地电阻及接地网土壤表面电位分布、跨步电压和设备接触电压的重要参数[1-3]。
准确测量土壤电阻率,合理确定土壤模型对接地网的设计及改造非常重要[4]。
本文介绍了高密度电法的测量原理、系统组成和特点,提出高密度电法在土壤电阻率测量中应注意的问题。
根据高密度电法测量得到的分层土壤模型和四极法测量得到的均匀土壤模型,利用CDEG S接地分析软件[5-9],对芦江变电所接地网改造前后的接地电阻进行仿真计算,并与实测接地电阻进行比较,对高密度电法的应用效果进行分析讨论。
1高密度电法测量的基本原理1.1高密度电法的测量原理高密度电法是一种在技术方法上有很大进步的电阻率法,其工作原理与常规的电阻率法完全相同。
它是以岩土体的电性差异为基础的一种电探方法,根据施加电场作用下地中传导电流的分布规律,反映地下不同的地质分布。
测量时,电极(一般为几十至一百根)一次布置完成,电极由电极转换开关控制,每测量一点时选取4个电极(A、B2个电流极,M、N2个电压极)。
和常规的四极法一样,通过A、B电流极向地下供电,电流为I,然后在M、N极间测量电位差ΔV,从而可以测得M、N之间的视电阻率值ρs=KΔV/I。
其中K为与电极排列有关的装置系数,α排列的装置系数K=2π×a,a 为电极间距,如图1所示。
二维高密度电法测量有固定断面和变断面测浙江电力ZHE J IANG E LECT RIC POWER摘要:介绍了高密度电法的测量原理、系统组成和特点。
在220kV芦江变电所接地改造工程中,利用CDEG S接地分析软件,分别基于高密度电法测量所得分层土壤模型和四极法测量所得均匀土壤模型,对芦江变接地改造前后接地网的接地电阻进行仿真计算。
高密度电法在水文地质和工程地质中的应用
◇ 科技之窗◇
科技 ＿向导
２ ０ １ ５ 年Ｏ ６ 期
高密度电法在水文地质和工程地质中的应用
陶君 宏 ｆ 黑 龙 江 省 九 。四 水 文 地质 工 程 地质 勘 察 院
【 摘
黑龙 江
哈尔滨
１ ５ ０ ０ ０ ０ ）
要】 近些年来 ， 随着工程勘探 事业的不断发展 ， 因为高密度 电法具有测点 密度 高， 信 息量大等优势， 在 寻找 地下水， 查明采空 区， 探 测岩
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 地质构造以及其他地质情 况。 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 铂 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 球奎 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
图 １
２ ． 高密度 电法在水文地质和工程地质 中的应用
２ ． １ 水 库大坝的渗漏 探测 的应用 选取南 方某地 区水 坝作为实 例 ． 利用 高密度 电法探测其渗漏的具 体情 况 例 如 ． 南方某地 区大坝渗漏探测 的高密度 反演色谱 图该大坝 的水 库水位 为 １ ９ ５ ｍ． 使用高密度 电法进行探测 ． 其 主要的 目标在于探 测防渗墙完整性 在 Ｄ Ｓ ３ ０ 一 ＤＳ ３ ２点的区域 ， 相对高度 为 １ ７ ８ — １ ８ ５ ｍ， 出 现了较为明显 的低 阻闭合圈的成像 通过研究 电阻率的等值线 ， 可以 看出该 现象 的出现 和等值线基本相 同． 所 以能够预 判出该 地区属于富 水区 ． 另外 在 １ ９ ５ ｍ 以下的 区域 ， 防渗墙没有 出现低阻的异常情形 。
高密度电法在矿区土层调查中的应用
高密度电法在矿区土层调查中的应用作者：龙思帆陈志东来源：《西部资源》2023年第05期［关键词］高密度电法；土层范围；钻孔；三维呈现目前，淮北市内共发现矿产56种，查明储量的矿产有16种，其中水泥用灰岩矿储量位于全省第6位。
矿山数量增速迅猛，但是由于管理不到位，导致其无序开采，从而产生了很多地质环境问题和潜在隐患[1]。
为了已停水泥用灰岩矿露天采矿区的治理，提前调查该治理区地质环境情况，查明土层范围、深度等成为进行各项环境治理修复的先决条件。
目前，第四系地层的勘查以钻探等为主，该勘查模式成本大、效率低下、成果相对粗糙。
物探技术具有快速、高效、剖面连续的特点，物探勘查技术为主，辅助以钻探验证并提供修正参数从而获取地层参数的勘查模式取得了较好的应用效果[2、3]。
通过国内外土层厚度调查案例分析，大部分地球物理方法存在探测精度不够、分层效果不明显等问题，其中高密度电阻率法与地质雷达法探测效果较好[4、5]。
本次选择高密度电阻率法进行密网详查（地质雷达施工不便），辅以钻孔控制，取芯验证的方式开展作业。
高密度电法反演划分出不同电性层，土层和基岩层的电性差异明显与钻孔揭露情况吻合较好，确定了该方法圈定土层的可行性。
最后通过纵横交织的高密度电法测线，以3D的直观显示方式大致圈定了土层的范围及深度，为该查区下一步工程设计施工提供科学依据，也可为其他类似的矿山环境治理提供参考。
1. 勘查区概况1.1 地质概况区内位于相山背斜东翼，西与寒武系中、上统组成的丘陵山地相连，东与闸河平原相接。
根据地质及钻孔等资料揭示，勘查区出露地层有寒武系张夏组；寒武系上统崮山组、第四系全新统（图1）。
现由老至新简述如下：1、寒武系中统徐庄组（ϵ2x）：上中部灰岩，中厚层状；底部为细砂及粉砂岩。
主要分布于勘查区西部。
2、寒武系中统张夏组（ϵ2Z）：灰岩，出露于山上厚度180.05m。
主要分布于勘查区中北部。
3、寒武系上统崮山组（ϵ3g）：灰岩，出露于山东坡上，与下伏张夏组界限清楚，厚度约为48m。
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高密度电法在划分地层中的应用效果
【摘要】本文介绍了高密度电法的基本特点及应用状况。
通过在试验区应用高密度电法进行探测、反演及资料解释，基本了解了两条试验线的电性分布特征，并尝试划分出了两条试验线地面以下240m深度的岩层分布，最后说明应用高密度电法划分地层是可行的。
【关键词】高密度电法；探测；划分地层
1.前言
高密度电法也称之为高密度电阻率法，是20世纪80年代提出来的一种电法勘探新技术[1]。
可进行二维地电断面测量，兼具剖面法和测深法的功能，是进行地层划分、探测隐伏断层构造、岩溶空洞以及地质滑坡体等的一种有效手段[2][3][4]。
相对而言，高密度电法具有测点密度大、信息量大、工作效率高等特点，测量过程中，通过转换装置控制电极间的不同排列组合，能够实现直流电法勘探中的各种装置形式的探测，如温纳、偶极、施贝和微分等，可以提供更多的地电断面信息，有利于对比分析，因此充分发挥了物探技术在勘查中的优势。
2.测区地质概况及地球物理特征
工作区位于太行山中段西侧的山前地带（上党盆地之内）。
地貌类型为漳河的二级阶地，其地表均为第四纪黄土覆盖，地势平坦，区内海拔标高900～940m，相对高差40m，整体趋势为东高西低。
岩性主要由红土、黄土、亚粘土组成，局部夹有结核层，底部有砾石层，厚80.62～255.16m，平均厚184m。
工作区内表层为松散的耕植土，电阻率表现为高阻，在以下为一些细沙、粉沙、粉细沙、粘土及亚粘土互层。
它们在电性特性上表现为高阻到低阻逐渐降低，但在有地下水存在是，则表现为低阻到高阻逐渐升高。
3.高密度电法原理、仪器设备
高密度电法的基本原理是：利用不同物质成份所具有的电性差异，通过地表不同电极距的设置采集到地下不同深度的视电阻率值，再对蕴含有各种地质体信息的视电阻率值，采用计算机数据处理、解释及成图，从而推演出地质体的大小、形状、分布和特征。
野外测量采用重庆地质仪器厂生产的DUK-2型高密度电法仪测量系统，该仪器由多路电极转换器DUK-2和多功能直流电法仪DZD-6A共同组成，观测参数为视电阻率ρs。
仪器主要技术指标
（1）电极总数：120路；
（2）装置方式：温纳、温施、偶极—偶极、联合剖面、微分、二极电阻率成像CT法、三极滚动连续测深法及单边三极滚动连续测深等；
（3）极距隔离系数（n）的选择：可根据数据处理软件的要求，设定最小隔离系数n（min）以及最大隔离系数n（max）；
（4）操作方式：用16键小键盘结合80字符LCD显示屏，构成人机对话的操作方式，完成整机工作模式设置、参数输入、状态检查、工作过程监测等功能；
（5）绝缘性能：>500MW，承受电压<450V；
（6）允许最大电流：2A；
（7）工作环境条件：温度：-10℃～+50℃，湿度：≤85%。
4.工作布置及数据采集
高密度电法数据采集系统由主机、多路电极转换器、电极系三部分组成。
多路电极转换器通过电缆控制电极系各电极的供电与测量状态；主机通过通讯电缆、供电电缆向多路电极转换器发出工作指令、向电极供电并接收、存贮测量数据。
根据各种装置的不同，在进行自动探测是形成的断面有的呈倒梯形状，有的呈矩形状。
野外测量采用了重庆地质仪器厂生产的DUK-2型高密度电法仪测量系统，该仪器由多路电极转换器DUK-2和多功能直流电法仪DZD-6A共同组成，观测参数为视电阻率ρs。
工作模式采用温纳装置，总电极数90～120，电极点距5m，最小隔离系数1，最大隔离系数40～50。
在试验区内共布设L1和L2两条试验线，两条试验线相距10公里，试验线相互平行，地形平坦。
L1长440m，L2长1200m。
5.资料解释
数据采集结果自动存入主机，主机通过通讯软件把原始数据传输给计算机，计算机将数据转成处理软件要求的数据格式，经相应处理模块进行畸变点剔除、地形校正等预处理后，最终二维反演、成图。
如图1所示，L1剖面电性层成层效果良好，根据附近钻孔揭露情况结合视电阻率剖面图可知，地层近水平分布，地表附近视电阻率较高，在25～60Ω·m 之间；20～30m处存在粘土及亚粘土互层，剖面图上显示视电阻率在11～25Ω·m
之间；30～40m处存在砂土、亚砂土及粘土互层，剖面图上显示视电阻率在1～10Ω·m之间；40～45m处存在3m厚的粘土及亚粘土，剖面图上显示视电阻率在11～15Ω·m之间；45～55m处存在亚砂土、粘土互层，充水，显示视电阻率在1～10Ω·m之间；55～65m处存在粘土及亚粘土，视电阻率在11～25Ω·m之间；65～80m处存在细砂、粉砂及粉细砂互层，含水，视电阻率在1～11Ω·m之间；80～160m处存在粘土、亚粘土、砂土、粉砂、细砂及粉细砂互层，视电阻率高低呈层状分布；160～170m处的粉细砂及亚粘土，视电阻率在3～10Ω·m之间；170～180m处的亚砂土及细砂，视电阻率在11～27Ω·m之间；180～190m处的亚粘土夹泥灰岩薄层，视电阻率在3～10Ω·m之间；190～200m处的亚粘土夹河卵石和中砂，视电阻率在11～25Ω·m之间。
图1 L1线高密度电法视电阻率反演断面图
如图2所示，L2剖面电性分层效果较好，但是电性分布比较简单，地表0～50m为地表覆盖层，主要为腐植层和地表浮土组成，电阻表现为高电阻；50～160m为砂土、亚砂土及粘土互层，砂土、亚砂土内含有水，故表现为低电阻；160～240m为河卵石和中砂，下部为灰岩基岩，电阻率表现为逐渐增大。
图2 L2线高密度电法视电阻率反演断面图
根据L1和L2试验线的电性特征，很好的划分了地层，明显的展布了地下岩层的分布特征和形态。
6.结论
在第四系黄土覆盖较厚的地质条件下，本文应用高密度电法在试验区内进行了地层划分尝试，经过对实地的探测、数据采集、反演及资料解释认为：
（1）在地形较为平坦地带，应用高密度电法对地下深度240m内地层进行划分，是可行的；
（2）通过对高密度电法反演，视电阻率断面图很好的反映了地下岩层分布特征，可以直观的了解地下岩层分布的连续性和突变特性，从而可以很好的应用到坝体防漏检测、断层探测、矿山采空区探测等方面。
参考文献：
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