高密度电法-新

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,高密度电阻率法,常规电阻率剖面法由于其观测方式的限制，不仅测点密度较低，而且也难以通过电极排列的多种组合来研究地电断面的结构与分布，因此一般电剖面法所提供的地电断面结构特征的地质信息较为贫乏，故无法对其结果进行综合处理和对比解释。,所以在城市工程地质调查中，常规电阻率剖面法难以满足实际工作需要。,高密度电阻率法是日本地质株式会社提出的，由于高密度电阻率法可以实现电阻率的快速采集，并在现场进行数据处理。从而改变了电法勘探传统的工作模式，使其和地震勘探的野外工作方式类似，提高了工作效率，减轻了劳动强度。高密度电阻率法在原理上仍属电,率法的范畴，但与常规电阻率法相比布置了较高的测点密度，一次可以完成纵横二维勘探过程，所以观测精度较高，数据采集可靠，获得地质信息丰富。,随着电法勘探在水文地质和工程地质勘察应用领域的不断扩展，对技术方法提出了超浅层、超密度等一系列高难要求。,要求电法勘探解决的问题，不仅有第四系地质研究问题，也有基岩地质以及近代和古代人文活动遗迹勘察等各个方面的问题。,近年来，国内外研究和开展了高密度电阻率剖面法勘探技术，该方法具有较高的分辨力，可探测埋深与直径之比大于,10,：,1,的地下洞穴，在调查地下洞穴,(,高阻或低阻的,),及矿山废坑道等方面取得了较好的效果。,高密度电阻率法是根据水文、工程及环境地质调查的实际需要而研制的一种电阻率法观测系统。与常规电阻率法相比，高密度电阻率法在野外信息采集过程中可组合使用多种装置形式，因而采集的信息量大，数据观测精度高，在电性不均匀体的探测中取得了良好的地质效果。,该观测系统包括数据的采集和资料处理两部分，现场测量时，只需将全部电极设置在一定间隔的测点上，测点密度远较常规电阻率法大，一般从,1,10m,。然后用多芯电缆将其连接到程控式多路电极转换开关上，电极转换开关是一种由单片机控制的电极自动换接装置，它可以根据需要自动进行电极装置形式、极距及测点的转换。测量信号用电极转换开关送入微机工程电测仪，并将测量结果依次存入随机存储器。将数据回放送入微机，便可按给定程序对原始资料进行处理。,由于高密度电阻率法可以实现数据的快速采集和微机处理，从而改变了电阻率法勘探传统的工作模式，大大地提高了工作效率，减轻了劳动强度，使电法勘探的智能化程度大大地向前迈进了一步。图为高密度电阻率法勘探系统结构示意图。,一、高密度电阻率剖面法的,电极排列和测量方法,高密度电阻率剖面法的基本原理与常规的电阻率法完全相同，仍是以岩土体的导电性差异为物理依据的一类电法勘探方法。,高密度电阻率法实质上仍属直流电阻率法，基本原理与直流电阻率法相同，不同的是它的装置排列是一种组合式的电极排列，通常以多电位测量为主，即：温纳四极装里、偶极装置、微分装置和联剖装置测量；各种装置测量的电极排列如图所示。,上述电极排列即可联合使用，也可根据需要单独使用,为了讨论方便，用,分别表示温纳装置,(AMNB),、偶极装置,(ABMN),和微分装置,(AMBN),的视电视率。多电位测量,中，通过供电电极,AB,向地下供以,I,安培的电流，在测量电极,MN,之间便可测量电位差，由电位差可计算其视电阻率。,装置的选取受场地大小、地形起伏、探测任务以及探测精度等因素的影响：,（,1,）温纳四极在开阔地使用能获得最大的测量电位，并节省外接电源，压制干扰，增强有效信号，它是公认的最稳妥的装置；如果场地不允许，最好使用三极装置。三极装置比四极装置将节省一半的场地。,（,2,）在众多装置中，偶极装置受地形影响最为剧烈，其次是三极装置，四极装置受地形的影响较小，电测剖面形态比较好判别。,（,3,）偶极排列灵敏度最高，温纳四极排列次之，微分排列最次。,根据工作任务的要求、工地的地质条件及各种装置的特点，将采用以温纳四极为主，其它三种为辅的排列装置对工区进行勘查。,地表,A,点供电，在,M,、,N,点处的电位表达式，和地表,B,点供电在,M,、,N,点处的电位表达式：,MN,间的电位差为,由此可得，对于非均勾大地温纳装置有,为温纳装置系数。,同理可得,点距为,X,，极距,a,nX(n,为电极隔离系数,),高密度电阻率勘探系统，以地质矿产部机械电子研究所产的仪器为例，由,MIRlc,多功能直流电测仪和,MIS-2,程控多路电极转换仪组成。该系统一条剖面可设,60,根电极，电极隔离系数,n,从,l,到,16,，记录剖面为梯形断面，如图所示。,为了使高密度电阻率法能够获得关于地电断面结构特征的丰富信息，且考虑到提高工作效率，参数间可以互相转换，获得不同装置系统的地电断面数据，我们以下可推导出不同装置视电阻率间的关系式。,当采用温纳四极,(AMNB),，偶极,(ABMN),及微分,(AMBN),装置进行数据采集时，由供电电极在测量电极间所产生的电位差有以下关系：,显然，当供电电流一定时，三者间的阻抗关系为：,当引入视电阻率和装置系数后式后可以写成,从而有,对于三种电极距排列，其装置系数依次为,下标中一个是供电电极的位置，一个是测量电极的位置,联合三极测深剖面装置实际上采用两个三极排列,AMN,和,MNB,，另一共用电极,c,置于无穷远处。两个三极排列分别称为,A(AMN),排列和,B(MNB),排列。,由此可知，高密度电阻率法实质上是上述五种装置组合而成的一种统一测量系统。在实际测量时，只需利用电极转换开关依次将,A,、,B,、,M,、,N,及,C,五个电极进行五种组合，这样在,一个测点上便可获得这五种装置的视电阻率测量参数。,二、高密度电阻率剖面法资料整理与图示,(,一,),视电阻率参数及其计算,由于高密度电阻率法包括五种装置，故视电阻率参数的计算包括,(,二,),比值参数及其计算,这里介绍两类比值参数：一类是直接利用三电位电极系的观测数据进行组合；另一类则是用联合三极的观测数据组合而成的。两种比值参数不仅具有以某种更为醒目的方式再现原有异常特征，而且某些比值参数在一定程度上还具有抑制干扰和分解、复合异常的能力，从而大大地改善了常规电阻率剖面法反映地下地质异常体赋存状况的能力。,1,三电位电极系比值参数,计算 的表达式为,由于比值参数综合了 和,两种排列视电阻率参数在反映同一地电体时异常的相对变化关系，因而用该参数所绘制的等值线断面图，在反映地电结构的分布形态方面要比相应排列的视电阻率断面图清晰和明显得多。,2,联合三极装置的比值参数 和,G,1),比值参数,被称为歧变法，它是研究歧离带变化率曲线的解释法。其计算公式为：,通常将计算结果示于第,i,点和第,(i+1),点之间，歧离带变化率曲线的横轴以比值参数,1,的水平线表示，纵轴既可用算术坐标也可用对数坐标。由式可知，比值参数实质上是反映了 沿测线水平方向的变化率，故也称其为比值梯度曲线。,2,）比值参数,G,它是以变化率为基础的比值参数，又称为梯度转换法。其计算公式为：,通常将计算结果示于第,i,点。,以上两种参数,(,和,G),虽计算方式不同，但二者都是从两条三极曲线视电阻率异常值的某种组合而获得的，故其结果均反映了由两条三极曲线所构成的联合剖面曲线岐离带的变化率。因此，二者具有大体相同的分辨地电体赋存状况的能力。,在高密度电阻率法的资料处理中，经常采用 将电位电极系的测量结果换算成比值参数的办法，然后，根据比值参数来绘制断面等值线图。原则上，比值参数可以从 电位电极系中任意两种电极排列的测量结果中得到，考虑到三种比值参数在反映地电面结构特征方面的能为，主要选取了上述的,Ts,比值参数，显然，它在地电断面上的分布特性将取决于两者视参数的比。由于 和,电极排列的视参数曲线在同一剖面上总是具有相反的变化趋势，所以,Ts,参数不仅保留了两者的原有特点，实际上还扩大异常的幅度，从而使,Ts,比值断面图在反映地电结构的某些细节方面具有一定的优越性。,此外，比值断面图还可以采用比值参数,lamda(,或,G),来绘制，它在反映地电断面横向电性不均匀性方面独具特色，在某些情况下，它甚至能把电阻率横向变化的一些细节反映的很清楚。当然，由于计算,lamda(,或,G),比值参数需要利用联合三极测深的结果，因此，在野外测量时就必须布设无穷远极，并对三电位系统中的温纳排列在接线时要作一定的改动。,高密度电阻率法由于采用了程控式电极转换开关和微机电测仪，因此，在一条剖面上便可以采集不同装置及不同极距的大量数据，将这些数据进行统计处理，便可获得各种参数的等级断面图和分级剖面图。由于等级断面图更重视异常的相对变化，所以当将每一测点的视参数值按其等级的高低采用不同的符号或灰阶表示时，使得到剖面下方一定深度范围内电性的相对变化。该图在反映地电断面的结构特征方面将具有更为直观和形象的特点。,统计处理方法原则上适用于 电极系中各种电极排列的测显结果，只是在考虑视电阻率参数时，由于后两种电极排列形式的异常和地电体之间具有较复杂的对应关系，因此，一般只对前者或经过滤波处理后的后两种排列的测量结果进行统计处理。统计处理包含以下步骤：,(1),利用滑动平均计算视电阻率的有效值。,(2),计算整个测区或某一断面的统计参数。,视参数的平均值,A,。,标准差。,(3),计算装置调整系数。,(4),计算相对电阻率。,以各点的有效电阻率乘以相应极距的装置调整系数即为不同极距的相对电阻率，即：,计算相对电阻率，可以在一定程度上消除地电断面由上到下水平地层的相对变化。因此，相对电阻率断面图主要反映了地电体沿剖面的横向变化，它和断面上各点视电阻率的绝对值无,关，从而可以主要地突出局部异常。,(5),视参数的分级。,为了对视参数进行分级，首先必须按均值和离差的关系确定视参数的分级间隔。,间隔太小，等级过密，间隔太大，等级过稀，都不利于清晰地反映地电体的分布。经大量试算发现，一般情况下，以采用五级制为宜，即用,4,个异常间隔来进行拟断面的视参数分级，我们用,DJ,代表不同的间隔，于是：,利用上述视参数的分级间隔，可以将断面上各点的,A(j),划分成不同的等级，将所划级别用一定符号或灰阶,(,或灰度,),表示时，使得到视参数异常灰阶图,(,等级断面图,),。,图是水文物探中常见的一种地电模型，三者均以不同的方式反映了基底的起伏和局部透镜体的存在，只是异常比较微弱，或者说看起来很不直观。,图是经过滤波处理前后的比值参数,Ts,断面图，前者非常简明地反映了透镜体的存在，但伴随异常还较为复杂。后者是经过滤波处理后的结果，伴随异常减弱，主体异常形态大为简化。由视参数而绘制的等级断面图，整个断面的视参数经统计处理后被分成,5,级，显然，等级断面,图也比较形象地反映了地电断面的结构与分布。,(,三,),高密度电阻率法视参数图示,综上所述，高密度电阻率不仅能直接测量五种装置的视电阻率，而且还可以计算得到三个比值参数。因而，它是集测深和剖面法于一体、具有高密度测点的综合电阻率剖面法。高密度电阻率剖面法的定性解释图有下列几种：,(1),不同极距联合剖面曲线及拟断面图。,(2),不同极距对称四极测深曲线及拟断面图。,(3),微分视电阻率和偶极拟断面图。,(4),比值参数 、和,G,剖面曲线及拟断面图。,这些图件的绘制方法与前述电阻率法各种图件的绘制方法基本类同，这里不再赘述。,上述八种视参数断面等值线图都是采用一系列不同极距的观测值得到的，各种极距视参数在地面上的记录点均按图,4-26,所示方式而设。,图为高密度电阻率法数值模拟等值线断面图。其中,(a),图下部为水文物探中一种模拟古河道中含水透镜体的常见地电模型，上部为经过滤波处理后的,Ts,比值参数断面图，它比较简捷地反映了局部透镜体的存在。,(b),图为隆起基岩中的低阻破碎带，比值参数不仅反映出基底的起伏，还清楚地反映出低阻破碎带的存在。,(c),图模拟了一种岩溶区地下石林的情况，其他参数仅略有反映，只有,Ts,比值参数断面才清楚地反映了地下石林的存在与分布。,