第五章高密度电法教材课件.ppt

第五章第五章 高密度电阻率法高密度电阻率法 是是一种重要的工程物探方法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主要是观测研究人工建立的地下稳定电流场的分布规律电流场的分布规律主要用于水文、工程和环境地质调查主要用于水文、工程和环境地质调查High Density Resistivity Method 高密度电阻率法是集高密度电阻率法是集电测深电测深和和剖面法剖面法于一体的于一体的一种多装置，多极距的组合方法，它具有一次布极一种多装置，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，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探测深度灵活等特点电极布设一次性完成，减少因电极布置而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；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；获得丰富的地电断面；野外数据采集自动化，避免手工操作出现野外数据采集自动化，避免手工操作出现的错误；的错误；5.1 高密度电阻率法的特点（相对常规的电阻率法）高密度电阻率法的特点（相对常规的电阻率法）5.2 高密度电阻率勘探系统：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、电测采集及处理（电极系、程控式电极转换开关、电测仪）仪） 将全部电极按一定的间距布置在测点上（将全部电极按一定的间距布置在测点上（1-10m1-10m），），利用电极转换开关，将每四个相邻电极进行一次组利用电极转换开关，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。

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，快速采集，提高工作效率、智能化，一、需要了解的一些基本知识：一、需要了解的一些基本知识：电阻率或导电率电阻率或导电率影响因素：影响因素： 成份成份 含水量（潜水面）含水量（潜水面） 矿化度（咸、淡水层位）矿化度（咸、淡水层位） 温度（地热）温度（地热）介质介质电阻率电阻率（ mm）介质介质电阻率电阻率（ mm）黄土黄土0-2000-200雨水雨水10001000粘土粘土1-2001-200河水河水10-10010-100含水砾石含水砾石层层50-50050-500海水海水0.1-10.1-1隔水隔水粘土粘土层层5-305-30潜水潜水100100二、如何测定大地的电阻率？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）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。

电流场一）（一） 两两个点源的个点源的电场特征：电场特征：A(I)B(-I)M电位差表达式电位差表达式地下均匀介质的电阻率地下均匀介质的电阻率（二）（二） 测定地下介质的电阻率：测定地下介质的电阻率：在在ABAB两点供电、任意两点供电、任意M/NM/N点测量其间的电位差，来反算地下介质的电阻率点测量其间的电位差，来反算地下介质的电阻率AMNBK K为电极排列系数（联合剖面、对称四极排列、温纳四极排列）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：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，率综合影响的结果，视电阻率视电阻率温纳四温纳四极（等间距的对称四极）极（等间距的对称四极）温纳偶极温纳偶极温纳微分温纳微分01234567890123456789IIUU0123456789IU一次组合，获得三种电极排列的测量参数一次组合，获得三种电极排列的测量参数5.3 高密度电阻率的装置及工作原理：高密度电阻率的装置及工作原理：温纳四极装置(三电位电极装置)三种排列测得的视电阻率关系如下：三种排列测得的视电阻率关系如下：可可形成各种视参数的的等值线断面图形成各种视参数的的等值线断面图 单独的单独的 比值参数比值参数 相邻两点的视电阻率值的比值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）（能够更为直观地反映地电断面的特征）联合三极装置高高密度电阻率的装置及工作原理：密度电阻率的装置及工作原理：AU0123456789U0123456789B温温纳三极装置纳三极装置（W-AW-A）温纳三极装置温纳三极装置（W-BW-B）两种排列与对称四极装置测得的视电阻率关系如下：两种排列与对称四极装置测得的视电阻率关系如下：5.4 高密度电法野外工作方法技术高密度电法野外工作方法技术地表面剖面法地表面剖面法井中电阻率成像井中电阻率成像单单孔孔跨孔跨孔1.1.数据采集方式：数据采集方式：2.2.电极距的确定：电极距的确定：n n为隔离系数，为隔离系数，x x点距点距0345678912IUn=13. 3. 测点分布测点分布0345678912IUN=1U9012345678IN=2U0123456789IN=3U0123456789I101112N=4nx地面每每一层的测点数计算式：一层的测点数计算式：呈倒梯形4. 4. 野外工作示意图野外工作示意图011 1223 2435 36474859程控开关观测系统理论图示ABMNE电流I等位面电力线=KU/I视电阻率，单位视电阻率，单位(m)(m)KK装置系数装置系数UU电位差，单位（电位差，单位（mV)mV)II电流强度，单位（电流强度，单位（mImI) )s5. 5. 测量系统测量系统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5.5 基本的资料处理方法基本的资料处理方法1.1.统计处理：统计处理：视电阻率参数断面图视电阻率参数断面图或或灰度图灰度图取滑动平均；计算均值、方差；视参数分级取滑动平均；计算均值、方差；视参数分级2.2.比值换算法：比值换算法：等值线断面图等值线断面图或或灰度图灰度图 参数对参数对局部低阻体局部低阻体 T T 参数对参数对局部高阻体局部高阻体有较强的分辨能力。

有较强的分辨能力3. 3. 滤波处理滤波处理 视电阻率曲线随极距的增大由单峰变为双峰，绘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，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应消除这种成分的影响4. 4. 结合正演资料进行分析地下断面的分布特征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：高密度电法数据处理中几个比值参数：1 1、首先根据所测地电阻率的结果评价地电阻率的分布特征；、首先根据所测地电阻率的结果评价地电阻率的分布特征；2 2、利用比值参数、利用比值参数GsGs和和的平面图和拟断面图，研究观测剖面的平面图和拟断面图，研究观测剖面横向电阻率的变化特征，并根据此确定断层和裂隙发育带横向电阻率的变化特征，并根据此确定断层和裂隙发育带的位置、含水性及倾斜方向；的位置、含水性及倾斜方向； 3 3、比值参数、比值参数T TS S的分布变化特征既包含了垂向电阻率变化的信的分布变化特征既包含了垂向电阻率变化的信息，又反映了横向电阻率的变化因此利用息，又反映了横向电阻率的变化因此利用T TS S的平面剖面的平面剖面图和拟断面图研究地电断面的异常性质，要综合图和拟断面图研究地电断面的异常性质，要综合GsGs和和的的异常信息。

异常信息4 4、如果以单对数坐标系绘制的、如果以单对数坐标系绘制的法和法和法视电阻率平面剖面法视电阻率平面剖面图上，两组剖面曲线之间存在固定间距，即比值参数图上，两组剖面曲线之间存在固定间距，即比值参数T TS S是是一个常数，那么介质电阻率只存在垂向变化若一个常数，那么介质电阻率只存在垂向变化若T TS S小于小于1 1则则说明介质电阻率随深度的变化而增大；否则减小；说明介质电阻率随深度的变化而增大；否则减小；资料解释的基本原则资料解释的基本原则5 5、如果沿观测点剖面方向有相邻三个测点、如果沿观测点剖面方向有相邻三个测点 和和 值相同，即值相同，即T TS S等于等于1 1那么可以认为对应勘探范围内的介质是那么可以认为对应勘探范围内的介质是均匀均匀的6 6、由于比值参数、由于比值参数GsGs和和是以联合三极装置的测量结果为基础的，是以联合三极装置的测量结果为基础的，因而通过求取比值参数可有效地抑制所测区域的空间效应，因而通过求取比值参数可有效地抑制所测区域的空间效应，同样同样T TS S参数的求取也又类似作用参数的求取也又类似作用7 7、综合分析各类视参数所反映的介质电阻率和几何参数的信息，、综合分析各类视参数所反映的介质电阻率和几何参数的信息，并结合已知区域的矿井地质、水文地质资料以及其他地球物并结合已知区域的矿井地质、水文地质资料以及其他地球物理勘探资料，建立该区域的地电断面图，并选择一些有意义理勘探资料，建立该区域的地电断面图，并选择一些有意义的地段进行正演模拟等，以验证地电模型的建立是否符合实的地段进行正演模拟等，以验证地电模型的建立是否符合实际。

际8 8、选择部分构造影响较小的测点，由不同极距的视电阻率剖面、选择部分构造影响较小的测点，由不同极距的视电阻率剖面曲线转换出垂向电测深曲线，并利用计算机进行自动反演解曲线转换出垂向电测深曲线，并利用计算机进行自动反演解释5.6 5.6 高密度电阻率资料的反演高密度电阻率资料的反演基于电磁测深曲线的佐迪反演的方法基于电磁测深曲线的佐迪反演的方法最小二乘优化法，通过不断调整初始模型直至使最小二乘优化法，通过不断调整初始模型直至使实际测深曲线和模型测深曲线之差达到最小，最实际测深曲线和模型测深曲线之差达到最小，最终的模型参数即作为反演的结果终的模型参数即作为反演的结果高密度电阻率资料的层析成像，方法类同于此高密度电阻率资料的层析成像，方法类同于此初始模型正演计算反演分析网格化2.5维有限元法理论与实测断面的比较5.7 5.7 应用范围应用范围广泛应用于堤防隐患探测（如对江河大堤的蚁穴，鼠洞和软广泛应用于堤防隐患探测（如对江河大堤的蚁穴，鼠洞和软弱夹层及裂缝的高分辨率探测）弱夹层及裂缝的高分辨率探测）用于水文、工程、环境的地质勘探及高分辨率电阻率法工程用于水文、工程、环境的地质勘探及高分辨率电阻率法工程地质勘探；地质勘探；用于煤矿采空区、人防工程及喀斯特地区的溶洞等勘探；用于煤矿采空区、人防工程及喀斯特地区的溶洞等勘探；厂房地基、高速公路、桥梁、铁路、山体滑坡等地质灾害勘厂房地基、高速公路、桥梁、铁路、山体滑坡等地质灾害勘探；探；用于金属与非金属矿产资源勘探地热勘探。

用于金属与非金属矿产资源勘探地热勘探某河堤土工膜完整性探测某河堤土工膜完整性探测 土土工工膜膜 河床河床 河堤河堤 破裂处破裂处 底部深度变化底部深度变化 完整处完整处认识一下高密度电阻率成果图像认识一下高密度电阻率成果图像某地区岩性界线探测混合花岗岩 岩性界线 凝灰岩某厂房基础溶洞探测 溶洞 溶洞 大理岩某地区含金石英脉探测含金石英脉沈阳怪坡含水断裂探测 石英砂岩 含水断裂 安山岩设计钻孔某金属矿探测 地形线 古。