物探课件-第四章高密度电法

第四章高密度电阻率法

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HighDensityResistivityMethod

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。

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；4.1高密度电阻率法的特点（相对常规的电阻率法）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（1-10m），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，温纳四极（等间距的对称四极）温纳偶极温纳微分01234567890123456789IIUU0123456789IU一次组合，获得三种电极排列的测量参数4.3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：可形成各种视参数的的等值线断面图

单独的比值参数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）联合三极装置高密度电阻率的装置及工作原理：

∞←AU0123456789U0123456789B→∞温纳三极装置（W-A）温纳三极装置（W-B）两种排列与对称四极装置测得的视电阻率关系如下：4.4高密度电法野外工作方法技术地表面剖面法井中电阻率成像单孔跨孔1.数据采集方式：2.电极距的确定：n为隔离系数，x点距0345678912IUn=13.测点分布0345678912IUN=1U9012345678IN=2U0123456789IN=3U0123456789I101112N=4nx地面每一层的测点数计算式：呈倒梯形4.野外工作示意图0111223243536474859程控开关观测系统理论图示ABMNE电流I等位面电力线ρ=KU/Iρ—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)s5.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

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。

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：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；2、利用比值参数Gs和λ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的位置、含水性及倾斜方向；3、比值参数TS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TS研究地电断面的异常性质，要综合Gs和λ的异常信息。4、如果以单对数坐标系绘制的α法和β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TS是一个常数，那么介质电阻率只存在垂向变化。TS<1,介质电阻率随深度的增加而增大；TS>1,减小；资料解释的基本原则5、若沿观测点剖面方向有相邻三个测点和值相同，即TS等于1那么可以认为对应勘探范围内的介质是均匀的。6、比值参数Gs和λ以联合三极装置的测量结果为基础的，通过求取比值参数可有效地抑制所测区域的空间效应。7、综合分析各类视参数和几何参数的信息，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际。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。4.6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4.7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；厂房地基、高速公路、桥梁、铁路、山体滑坡等地质灾害勘探；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

土工膜河床河堤

破裂处底部深度变化完整处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

地形线古采坑硅化带矿体

点距：3M某金矿脉探测点距：5M采矿坑道金矿脉侵入岩体

应用实例一：云南某水库高密度电法对水库坝体状况进行高密度电阻率法勘探。水库坝型为粘土心墙风化料坝，坝高48米（坝底高程1985米，坝顶高程2033米），坝顶长154米，坝顶宽7米，总库容433万立方米。

1.基本情况2.坝址区水文地质条件

1)地下水类型坝址区地下水类型较为单一。根据各含水层岩性、地下水赋存条件及水力特征等，可分为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水两大类。2)各含水层透水性能右岸山体残坡积、红粘土和砂壤土：微弱透水；全强风化岩体、砂及砂土夹碎块：微弱、弱透水；弱至新鲜岩体：中等透水。左岸山体残坡积、红粘土和砂壤土：微弱透水；全强风化岩体、砂及砂土夹碎块：弱透水；弱至新鲜岩体：极微透水。河中河床冲积砂碎石：弱透水；断层破碎带及强弱风化岩体：微弱透水；新鲜岩体：极微透水。3.电法勘探电极装置类型选择

本次采用温纳四极排列，60路电极，勘探工作使用的电极间距测线1、测线2、测线3为3.5米，测线4和测线5为3米。4.测线布设

共计布设了5条测线8条剖面测线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米测线4（剖面7）位于坝体后坡上，与测线3平行，距测线3斜距为15.5米。起点位于测线3的6米处下方，总长177米。测线5（剖面8）位于坝体后坡上，与测线4平行，距测线4斜距为29.4米。起点位于测线4起点前21.5米处下方，总长177米

①输水隧洞②地表浸水区域测线1剖面图

①点位151～155米，深度32～34.1米处有一2～40ohm-m的明显低阻异常体（蓝色），电阻率值圈闭且变化大，推断为水库的输水隧洞，因其充水较多而成为良导体。②坝顶的低阻分布（蓝色），是下雨形成的潜水区。

④地表浸水区②浸润区③浸润区①浸润区①点位132～136米，深度45.5米处有一150ohm-m左右的低阻异常体（蓝色），是浸润区。②点位78～85米，深度52.5米处有一150ohm-m左右低阻异常（蓝色），是浸润区。③点位160～164.5米，深度21.1～28.1米处有一低阻异常（蓝色），是浸润区。④点位110米处有一低阻异常（蓝色），是下雨形成的潜水区。测线2剖面图

②严重渗水区③渗水区①严重渗水区①点位141～147米，深度38.5～44米处有一24～40ohm-m的明显低阻体（蓝色），是严重渗水区。②点位129～134米，深度45～49米处有一24～40ohm-m的明显低阻异常体（蓝色），是严重渗水区。③点位126～154米，深度32～58米范围内有一40～140ohm-m的大面积低阻体（浅蓝色），是渗水区域。

测线3剖面图②严重渗水区①渗水区③地表浸水区①点位111～129米，深度29～48米处有一3～140ohm-m的大面积低阻异常体（蓝色、浅蓝色），是渗水区域。②点位66～69米，深度37.1～41.1米处有一3～80ohm-m的圈闭低阻异常（蓝色），是严重渗水区。③点位148～154米，深度1～3米处有一低阻异常（浅蓝色），是下雨形成的潜水区。测线4剖面图②地下水渗透带①严重渗水区①点位120～132米，深度23.5～33米处有一5～140ohm-m的明显低阻体（蓝色），是严重渗水区。②点位60～75米，深度38.3～48.3米处有一5～140ohm-m低阻异常区（蓝色），是地下水渗透带。测线5剖面图勘探结论：1.根据电阻率值沿坝体在垂向上的变化趋势，在宏观上由地表至深部，呈层状分布特点：坝顶上部浅层中电阻率分布在40～1000ohm-m之间，深部的电阻率值多在1000ohm-m以上，呈现相对高阻的特点。电阻率值在横向上连续性好，其变化较小，具有层状地层的电性特征。电性分层较为明显

。⒉渗水情况右坝肩资料结果显示，在深度30-58米的范围内，右坝肩存在严重渗水，而且逐渐靠近坝体。这可能是右坝肩含水层的全强风化岩体、砂及砂土夹碎块是微弱、弱透水，弱至新鲜岩体是中等透水，而施工时未对其进行防渗处理所致。坝底在坝体底部，点位99～114米（与测线1起始点对齐），距坝轴线81米，深度35-42米范围内，存在一地下水渗透带。

应用实例二：高密度电阻率法在岩溶勘察中的应用1前言

云南是溶岩分布较广的省份，各种类型的岩溶地貌及岩溶现象广泛分布于山间、河谷、盆地之中。近年来，随着云南公路建设的快速发展，岩溶作为一种典型的不良地质现象，其在施工建设中的危害越来越明显地显现出来，因此，在公路工程勘察阶段，对岩溶勘察的要求也越来越高。但是，由于岩溶发育的不确定性及隐蔽性，岩溶勘察的难度非常大，仅靠钻探手段已经很难达到要求。一方面，钻孔的布设存在一定的盲目性，局部岩溶发育地段可能会被遗漏；另一方面，发现有岩溶分布的地段，也很难探明其规模、形态及分布规律。因此，非常需要一种快速、高效、经济的勘察手段，对岩溶勘察中的钻探工作进行前期指导和后期补充。2岩溶地质及地球物理特征

2.1地质特征

溶岩在云南主要分布于滇东、滇东南及滇东北地区，其它地区分布相对少些，其岩性基本上都是碳酸盐岩，常见的有灰岩、白云岩、白云质灰岩、泥灰岩等。其上覆地层多为红粘土，基岩可能直接出露或断续出露。岩溶的发育通常与地质构造或地层变化有着紧密的联系，受构造带和地层接触带的影响，岩溶发育区的岩石节理裂隙一般比较密集，地层较破碎。2.2地球物理特征

2.2.1电性特征灰岩、白云岩电阻率通常比较高，一般在2000～8000Ωm之间，最高可达20000Ωm，泥灰岩电阻率相对较低，但一般也大于600Ωm。随着岩石节理裂隙发育程度、破碎程度、岩溶发育程度的增强，填充物含量的增加，电阻率呈急剧下降趋势，最低可降至100Ωm以下。这种差异，为利用电阻率法进行岩溶勘察提供了必要的物性前提。对于无充填的溶洞，一般认为其电阻率比基岩电阻率高，但据经验，虽然空洞本身电阻率较高，但由于溶洞的形成与节理裂隙发育、地下水的活动等因素有关，加上溶洞洞壁通常存在较厚的钙层及钟乳石等低电阻物质，因此，除非是大型、特大型溶洞，大多数空洞由于低阻屏蔽的影响，一般仍然为低阻反应。因此，溶洞的上述电性特征，为电阻率法的应用提供了有利的物性前提。2.2.2异常特征根据上述的电性特征分析，不难看出，岩溶最基本的异常类别有低阻异常和高阻异常两大类，其中，主要的是低阻异常。根据岩溶形成过程中地下水的走向，岩溶分为垂直岩溶和水平岩溶两大类，不同的岩溶形态，其异常形态也各自不同。而且，异常形态还受其上覆地层厚薄变化的影响，而有所不同。公路工程地质勘察所研究的岩溶，深度较浅（一般也不超过30米）。在此深度范围内，所遇到的岩溶现象大多数为垂直型岩溶，只有少部分是水平岩溶。而作为不良地质勘察，岩溶勘察主要的勘察对象是岩溶漏斗、落水洞、岩溶竖井和溶洞。岩溶漏斗的异常特征：倒三角低阻异常落水洞和岩溶竖井：一般为直立或倾斜型带状低阻异常而溶洞则为封闭的或是深部的低阻异常或高阻异常。同时应该看到，任何岩溶现象都不会孤立存在，而通常是相互关联的，比如落水洞局部的水平溶蚀就会形成溶洞。因此，对于工作中发现的异常，不能机械地进行“一对一”的解释。3资料成果解释

3.1定性解释

在电阻率成像剖面图绘制完成后，即可在剖面上圈出异常区和正常区。如上所述，我们研究岩溶，主要是研究低阻异常。所以一但发现低阻异常出现时，就应该对其加以分析、鉴别和解释，以便将非岩溶所致的低阻异常加以排除。在此过程中，必须进行认真的地质调查和研究，在有钻孔资料的情况下，应该仔细对照钻孔资料。如果发现非常明显的高阻异常，则建议钻孔揭露验证，以便确定是大型空洞还是完整基岩。对已确定的岩溶异常，根据其形态，结合地质调查和分析，对其类别、形态和发育规律作出定性描述。3.2异常验证

对发现的异常，建议布设钻孔进行揭露和验证，以便为整个测区的异常解释提供可借鉴的地质依据。对于已有钻孔控制的测区，勘探线应尽可能穿过钻孔位置，以便于异常的对照和解释。例一嵩明～待补高速公路2000年8月～9月点距：5米，最大隔离系数为10，108个排列从高密度电阻率成像剖面图上看出，K34+930～+960存在明显的直立带状低阻异常，据此推断落水洞存在，并提供了其分布位置，为工程施工提供了依据。K34+890～K35+035实地K95+530～+565一段为凹陷地形，上覆亚粘土。在勘察前，该路段已作过钻探工作，未发现落水洞，作过高密度电法工作之后，上述地形凹陷地段仅发现倒三角低阻异常，因此推测其下部落水洞不发育，为岩溶漏斗。与此同时，在K95+480～+500发现直立低阻异常存在，推测垂直节理裂隙发育，并可能伴生小规模落水洞。凹陷K95+450～K95+585实地