高密度電法規范
『壹』 高密度電阻率法的基本原理和特點
(一)基本原理
高密度電阻率法是基於垂向直流電測深與電剖面法兩個基本原理的基礎上,通過高密度電法測量系統中的軟體,控制著在同一條多芯電纜上布置聯結的多個(60~120)電極,使其自動組成多個垂向測深點或多個不同深度的探測剖面,根據控制系統中選擇的探測裝置類型,對電極進行相應的排列組合,按照測深點位置的排列順序或探測剖面的深度順序,逐點或逐層探測,實現供電和測量電極的自動布點、自動跑極、自動供電、自動觀測、自動記錄、自動計算、自動存儲。通過數據傳輸軟體把探測系統中存儲的探測數據調入計算機中,經軟體對數據處理後,可自動生成各測深點曲線及各剖面層或整體剖面的圖像。
(二)高密度電阻率法的特點
相對於常規電阻率法而言,高密度電阻率法具有以下特點:
1)電極布設是一次完成的,這不僅減少了因電極設置而引起的故障和干擾,而且為野外數據的快速和自動測量奠定了基礎;
2)能有效地進行多種電極排列方式的掃描測量,因而可以獲得較豐富的關於地電斷面結構特徵的地質信息;
3)野外數據採集實現了自動化或半自動化,不僅採集速度快(大約每一測點需2~5s),而且避免了由於手工操作所出現的錯誤;
4)可以對資料進行預處理並顯示剖面曲線形態,離線處理後還可自動繪制和列印各種成果圖件;
5)與傳統的電阻率法相比,成本低,效率高,信息豐富,解釋方便。
『貳』 高密度電法測量系統的介紹
基本原理高密度電法的基本原理與傳統的電阻率法完全相同,不同的是在觀測中設置了較高密度的測點,現場測量時,只需將全部電極布置在一定間隔的測點上,然後進行觀測。由於使用電極數量多,而且電極之間可以自由組合,這樣可以提供更多的地電信息,使電法勘探能像地震勘探一樣使用覆蓋式的測量方式。與常規電法相比,高密度電法具有以下優點:(1)電極布設一次性完成,減少了因電極設置引起的干擾和由此帶來的測量誤差;(2)能有效地進行多種電極排列方式的測量,從而可以獲得較豐富的關於地電結構狀態的地質信息;(3)數據的採集和收錄全部實現了自動化,不僅採集速度快,而且避免了由於人工操作所引起的誤差和錯誤;(4)可以實現資料的現場實時處理和離線處理,大大提高了電阻率法的智能化程度。我們利用此法在江西省萍鄉市陶瓷產業聚集區開展勘查工作,效果良好。
『叄』 高密度電法基本勘探原理
2-D高密度電法勘探通常採用很多根電極(25根或更多)連接到一條多芯電纜上(Griffiths et al.,1993),通過一台微型計算機與一台電極轉換開關裝置連接,每次自動選擇相關的4根電極進行數據觀測(圖3.1)。目前,2-D電阻率法勘探技術和設備得到相當快的發展,必要的數據採集設備可以從一些國際商業公司購買到,部分典型系統的價位一般在6萬~7萬美元。
圖3.1為由一條多芯電纜連接數根電極沿一條直測線進行2-D探測的典型排列示意圖,通常,兩相鄰電極採用相同的電極距,多芯電纜連接一個電極轉換開關和一台攜帶型計算機,採用的觀測序列、使用的裝置類型和其他採集參數(如使用的電流)輸入到一個計算機程序可讀取的文本文件中,不同的儀器採用不同的控制文件格式,需要參考相對應的系統操作手冊。讀取控制文件後,計算機程序自動選擇適合每次觀測的電極。某些儀器系統內置了微處理系統,此時,攜帶型計算機就不需要了,在地形比較惡劣的條件下,這對開展勘探工作是非常有利的。
野外實地勘探時,大部分工作是電纜敷設和插電極,隨後,計算機自動採集數據,大部分勘探時間花費在等待儀器採集數據上。
為了獲得一張較理想的2-D剖面,探測的覆蓋面必須是2-D,例如:如圖3.1所示,由20根電極建立的溫納(Wenner)裝置,兩相鄰電極之間的間距為 「a」(電極距),第一步將所有電極距可能為 「1a」 的溫納(Wenner)裝置進行觀測,對於第一步觀測,用到的電極序號為1,2,3,4,注意,電極1作為第一根供電電極C1,電極2作為第一根電位電極P1,電極3作為第二根電位電極P2,電極4作為第二根供電電極C2。第二次觀測,電極序號為2,3,4,5,對應於C1,P1,P2和C2。沿測線依次類推,直到最後一次使用電極距為「1a」 的電極序號為17,18,19,20。對於一個由20根電極組成的觀測系統,間距為「1a」 的溫納(Wenner)裝置來說,可能的觀測次數為17次,即20-3。
圖3.2 採用2-D滾動勘探方法擴大探測覆蓋面積
『肆』 高密度電法
原河北地質學院曾在邢台礦務局葛泉煤礦開展了高密度電法探測陷落柱的野外試驗。結果表明,應用高密度電法和有效的數據處理方法,可較好地解決煤田陷落柱的探測問題。
該礦區已發現陷落柱19個,從井巷揭露的情況來看,陷落柱的長軸最大者為172 m,最小者28 m,長軸方向多數為北西向,柱頂多數發育到基岩頂面,少數發育到第四系沖積層。柱體形狀不同、大小不一、岩性各異的雜亂堆積物組成,經膠結壓實,多數比較緻密而無水。
在本區曾開展了脈沖電磁法的野外試驗,由於陷落柱無水,呈高阻反映,因此,激勵的二次場非常微弱,再加上該地區較強的電磁干擾,使脈沖電磁法的效果很差。
高密度電阻率法,同常規的電剖面和電測深法相比,既能提供地質體在某一深度沿水平方向電性的變化情況,也能反映地質體沿垂向在不同深度上的電性變化特徵。在資料處理過程中,可採用多種參數進行綜合解釋。因此該方法彌補了常規方法測點密度稀和解釋參數單一的不足。
在高密度電法中,可以選用多種採集系統,但由於本區要求探測深度較大,選擇施倫貝謝及溫納採集系統。由於本礦區接地條件較差,使供電電流小,再加上嚴重的電干擾,若MN太小就難以提高信噪比,所以最終選擇了溫納高密度採集系統。
由於地電干擾大和地表存在較厚的礫石層,使野外數據採集質量難以保證。為此對原始數據採用低通濾波器進行了處理。
『伍』 高密度電阻率法
高密度電阻率法的理論基礎與常規電阻率法相同,所不同的是方法技術。該方法實際 上是一種陣列勘探方法,野外測量時只需將全部電極(幾十根至上百根)置於觀測剖面的 各測點上,然後利用程式控制電極轉換裝置和微機工程電測儀便可實現數據的快速和自動采 集,當把測量結果送入微機後,還可對數據進行處理並給出關於地電斷面分布的各種圖示 結果。顯然,高密度電阻率勘探技術的運用與發展,使電法勘探的智能化程度向前大大邁 進了一步。
高密度電阻率法的主要優點有:電極布設是一次完成,為野外數據的快速採集和自動 或半自動化測量奠定了基礎;能自動進行多種電極排列方式的掃描測量,從而獲得較豐富 的地電斷面結構特徵和地質信息;野外可對資料進行預處理並顯示剖面曲線形態,還可自 動繪制和列印各種成果圖件;與傳統的電阻率法相比,具有成本低、效率高、信息豐富以 及解釋方便等優點。
我國在20世紀80年代後期,地礦部系統率先開展了高密度電阻率法的應用與研究,從理論與實際相結合的角度,進一步探討並完善了該方法的理論及有關技術問題,研製成了約3~5種類型的儀器。近年來,先後在重大場地的工程地質調查、壩基及橋 墩選址、采空區及地裂縫探測等眾多工程勘查領域取得了明顯的地質效果和顯著的社 會經濟效益。
(一)高密度電阻率法的裝置
1. 三電位電極系
三電位電極系是將溫納四級(即當AM=MN=NB=a時的對稱四極裝置)、偶極及微分裝置按一定方式組合後所構成的一種測量系統。該系統在實際測量時,只需利用電極 轉換裝置將每相鄰的四個電極進行一次組合,從而可在一個測點便可獲得三種電極排列的 測量參數。三電位的電極排列方式如圖4-20所示。為了方便,將上述三種電極排列方式 依次稱為α排列、β排列和γ排列。
根據三電位電極系的特點,視電阻率參數的計算公式依次為
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圖4-20 三電位電極系排列方式 點距x=1m,極距a=2x,隔離系數n=2
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式中:a為三電位電極系的電極距。當點距為x時,a=nx(n=1,2,3,…,15)。顯然,由於一條剖面地表測點總數是固定的,因此,當極距擴大時,反應不同勘探深度 的測點數將依次減少。若將三電位電極系的測量結果顯示於測點下方深度為a的位置 上,於是整條剖面的測量結果便可以表示成一種倒三角形的二維斷面的電性分布(圖4-21)。
三電位電極系的野外觀測結果除了可以繪制相應電極排列的視電阻率斷面圖外,根據需要還可以換算比值參數λ和T,並可繪制這兩種比值參數的斷面圖。λ參數的換算是以 聯合三極的觀測結果為基礎的。表達式為
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式中:ρS(i)及ρS(i+1)分別表示剖面上相鄰兩點的視電阻率值。
另一個比值參數是直接利用三電位電極系的測量結果,並將其加以組合而構成的,其計算公式
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式中: 分別為β和γ電極排列的視電阻率值。
圖4-21 高密度電阻率法測點分布示意圖
圖4-22是同一地電模型上視電阻率參數和比值參數(λ)的計算結果。從圖可以看出,在該地電模型上,視電阻率斷面圖只反映了基底的起伏變化,基岩中的低阻體反應得 並不清楚,而比值參數(λ)斷面圖不但反映了基底的起伏,同時也反映了基岩中的低阻 體。由此可見,比值參數(λ)對低阻體比視電阻率參數反應靈敏。
圖4-22 在同一地電模型上方視電阻率參數 及視比值參數λ的斷面等值線圖
圖4-23是一高阻地電模型上視電阻率斷面的比值參數(T)斷面的正演計算結果。由圖可看出,視電阻率參數對高阻凸起的地電模型反應得並不明顯,而T參數卻反應得 十分清楚。由此說明,比值參數(T)對高阻體反應靈敏。
圖4-23 在同一模型上方視電阻率參數及 及視比值參數T斷面等值線圖
2. 溫納—施倫貝爾熱裝置(DUK—2測量系統)
高密度電阻率法除採用三電位電極系外,原則上講電阻率剖面法中所採用的裝置形式都可以用於高密度電阻率法,但考慮到高密度電阻率法的特點和工作方便,採用較多的還 是以四極為基礎的方法。
(1)溫納—施倫貝爾熱裝置
此種裝置是溫納裝置和施倫貝爾熱裝置的結合,即在整條剖面測量中MN要由小 到大變化幾次,但在MN為某一固定值時,A,B按施倫貝爾熱(1)方式移動。這種裝置 適用於固定斷面掃描測量,測量斷面為倒階梯形。其電極排列和測量分布如圖4-24 所示。
圖4-24 溫納—施倫貝爾裝置測量斷面示意圖
(2)施倫貝爾熱(1)
該裝置適用於變斷面連續掃描測量,測量時,M與N先不動,A逐點向左、B向右移動固定距離,然後M與N向右移動一個電極距並固定,A與B逐點向左、右移 動,移動的距離與第一個M與N位置所移動的距離相同。該種測量方式即相當於測深 剖面測量。整個剖面結束後得到矩形斷面。其電極排列和測量分布如圖4-25(a)所示。
(3)施倫貝爾熱(2)
測量過程類似於溫納裝置,但在整個測量過程中MN固定為一個點距,AM和NB的距離隨間隔系數逐次由小到大變化。該種測量方式數據按間隔系數由小到大的順序分層 存儲,斷面圖為倒梯形。其電極排列和測量分布如圖4-25(b)所示。
圖4-25 施倫貝爾裝置測量斷面示意圖
(二)高密度電阻率法的應用
對於主要應用於工程與環境地質調查中的高密度電法而言,按地質任務給出的測區往往是有限的,施工者只能在需要解決工程問題的有限范圍內布設測網。
高密度電法野外數據採集方式主要有兩種。一種是地表剖面數據採集方式;另一種是井中電阻率成像的數據採集方式。而後者又包含有單孔和跨孔式兩種。跨孔式採集方式與 測網的布設關系密切,實際工作中應注意。
高密度電法的測點布置是受地表電極總數控制的。對於常規排列,隨著隔離系數的增大,測點數便逐漸減少,當n在1~15之間變化時,對於60路電極而言,一條剖面的測 點總數可由下式計算:
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顯然,n=1,N1=57,N15=15,即a=15△x時,最下層的剖面長度為L15=15·△x。測 點在斷面上的分布呈倒三角形狀,見圖4-21。
1. 采空區探測
石—太高速公路山西平定境內遇有礬士礦采空區,由於工程治理的需要,在施工前必須查明其空間分布和規模。
探測區段地質情況較為簡單,其上部為第四系覆蓋層,以黏土為主,電阻率為20~ 30Ω·m,厚度0~10m不等。底部石炭系,以粉砂岩和泥岩為主,電阻率為50~100Ω·m,厚度較大。采空區由於坍塌、充填物鬆散、潮濕或充水,電阻率與圍岩相比差異較大,呈 低阻特徵。其中3號采空區採用旁柱式開采,截面積較大,坍塌也更嚴重,埋深大約為 20m。工區居民建築稠密,地表條件復雜。
由於地形地物條件復雜,故採用非正規測網,在120m×100m的范圍內共布設12 條測點。點距2m,極距a=(1~16)x。野外測量採用由原長春地質學院研製的 HD—1型高密度工程電測系統。將一條剖面所採集到的552個數據繪製成斷面等值線 圖,如圖4-26所示。該圖為3號采空區Ⅰ線、Ⅱ線的高密度測量結果。由圖可見,除 地表局部地形和電性不均勻體形成的向上開口的「V」字形干擾異常外,在其深部(39 點下方)有一低阻閉合圈異常,范圍較大,相應埋深也較大,與正常背景電阻率相差 僅10Ω·m。不難看出,該異常對應於采空區位置,在相鄰測線上連續出現了類似性質 的異常,且深度大同小異。利用高密度測量結果,結合鑽探資料,最後圈定了采空區 平面分布。
2. 地裂縫的探測
近年來,在西安地區出現了多條地裂縫,嚴重破壞了地面及地下各種建築設施。因 而,查明地裂縫的存在、走向及延伸,對西安地區的城市規劃和建設有重要意義。由於地 裂縫具有寬度極小、埋深變化較大、走向延伸較長等特點,要查明其平面分布和產狀,常 規物探方法效果不理想。
西安三環路西段地區地層主要為亞黏土和黃土,其電阻率均較低,僅為16Ω·m左 右,地裂縫為高阻空裂帶,寬度較小,僅幾厘米。
圖4-26 山西平定某采區Ⅰ、Ⅱ線高密度ρS斷面圖(單位:Ω·m)
在需要進行地裂縫探測的剖面上,選取點距x=0.5m,極距a=n·x(n=2,3,4,…,19),共選取19個電極距,供電採用了發電機,最大供電電流3A,保證各測點讀數大於 10mV。對異常點及突變點均進行重復觀測,以確保數據可靠。
圖4-27為西安市旅館村採用高密度電阻率法探測地裂縫的實驗結果,該區地層主要 為亞黏土及黃土,其電阻率均較低。由圖可見,地裂縫位於24~31號點之間,由主裂縫 F1和次裂縫F2組成,主裂縫F1由20Ω·m等值線圈閉,產狀近乎直立,裂縫寬僅1cm。裂縫F2最高電阻率19.6Ω·m,產狀直立,略西傾。從上述結果可見,高密度電阻率法 在西安市地裂縫探測中取得令人滿意的地質效果。
圖4-27 西安市地裂縫高密度電阻率法探測的ρS斷面圖(據劉國興,2008)
『陸』 -D高密度電法勘探應用實例
在這一節,我們來看一些2-D高密度電法勘探的例子。
4.3.1 地下水探測
該測線數據是由丹麥Aarhus大學地球科學系完成的Grundfor區近地表鬆散沉積物和地下含水層中的岩性探測結果(Christensen et al.,1994)。反演模型中的低電阻率區(圖4.28)為第四紀冰川粘土沉積層,而高電阻區則是砂質沉積層,並沿測線布置了一些鑽孔,探測結論得到了證實。
溫納(Wenner)γ裝置(或稱為差分裝置,圖1.6c)有一個相對不尋常的布設方式,供電電極和電位電極相互交錯,相對於溫納(Wenner)α、β裝置來說,在實際勘探中,溫納(Wenner)γ裝置很少使用。但是,在某些情況下,該裝置可能會有一些優勢,探測深度明顯高於溫納(Wenner)α裝置(0.59a與0.52a相比,見表3.2),然而電位電極比α裝置少33%,相比而言,溫納(Wenner)β裝置的觀測電壓是γ裝置的1/3,在雜訊嚴重的環境下,該裝置是比較有利的。圖4.29a為溫納(Wenner)γ裝置在奈及利亞(Acworth,1981)Bauchi地區地下水探測的擬斷面圖。在該地區,地下水常見於結晶基岩的上覆風化層中,風化層較厚地區的基岩裂隙是含地下水良好的目標。在該地區,採用溫納(Wenner)α,β和γ裝置進行了探測,同時使用Geonics EM34-3系統的電磁剖面探測(Acworth,1987),此處,作為一個例子,僅給出了溫納(Wenner)γ裝置數據結果。為了突出土壤層和基岩之間的邊界,使用了穩健反演技術。反演模型如圖4.29b所示,低電阻率的風化層厚度一般為10~20 m,在樁號為190的下方有一不足20 m寬的垂直狹窄的低電阻率區域,可能是基岩裂隙帶,在基岩裂隙帶邊緣,樁號為175的地方布設了一口鑽井,出水量低於預期結果(Acworth,1987),在這種情況下,2-D電阻率模型對裂隙區中心位置精確定位將是有有益的,可以改善井的出水量。
圖4.55 測線I視電阻率及反演斷面圖
實例3:遼寧省某大型露天鐵礦,儲量巨大,開采歷史悠久,但是由於歷史原因,尤其是多年前周圍眾多集體和私營小礦點在開采過程中的不規范行為,使礦區內遺留下多處采空區。隨著近年來礦石需求量的猛增,礦石開采量增長迅速,原來深埋於地下的采空區逐漸暴露於地表,給礦山生產帶來嚴重的安全隱患,治理采空區迫在眉睫。然而,現存的地下采空區資料稀少,難以滿足采空區治理的要求。因此,對地下采空區進行探測,確定地下采空區的位置、埋深、規模和區域分布,不僅為礦山進行地下采空區的治理提供詳細可靠的資料,還是保證礦山人員設備安全和生產計劃順利執行的必要前提。工程探測區域位於該礦山一開采平台之上,地形平坦,基岩裸露,南北長約300m,東西寬約200m,四周為礦石開采而形成的陡崖。區內主要地層有太古宙鞍山群、元古宙遼河群,其中太古宙鞍山群是賦存條帶狀鐵礦的地層。區域內的岩石分布,主要為黑雲綠泥石片岩、磁鐵礦、綠泥石片岩,並可見少量石英脈。礦體的走向近東西向,傾向北東,傾角大約60°~85°。礦體與圍岩間存在明顯的地質界線,富礦體與貧礦體為漸變關系。礦石中礦物種類較少,主要為石英、氧化鐵礦物、閃石礦物。礦石品位一般為20%~45%,平均品位一般為25%~35%。本地區條帶狀鐵礦石礦物學特徵可以分為磁鐵石英岩及假象赤鐵石英岩兩大類型。據如上測區地質和地球物理特徵和高密度電法探測的理論依據,采空區的地球物理特徵與圍岩的差異顯著,符合利用高密度電阻率法進行綜合探測的地球物理條件,理論上可應用該方法進行探測,並根據阻值異常分布確定空區分布。根據探測結果(圖4.56),視電阻率大於2000Ω ·m的區域劃定為采空區,高密度電阻率法對地下采空區產生明顯的視電阻率值異常反應,如此劃定的采空區范圍為X∈(128,160)、Y∈(26,44),與實際范圍的最大邊界誤差不超過10%。劃定采空區的范圍略大於實際范圍,尤其是垂直方向誤差較大。根據資料及電阻率法勘探原理分析,可能是由於采空區的存在,破壞了原有的力學平衡條件,使圍岩受到巨大的荷載壓力,超過了岩石的承載能力,從而產生了大量的裂隙,尤其是在荷載較大的垂向,裂隙更發育,岩石原有電性特徵發生改變,電阻率增大。
圖4.56 采空區電阻率擬斷面圖
『柒』 請問,高密度電法的執行技術標準是什麼啊
高密度電法集成了電剖面和電測深,所以執行技術標準是《電阻率測深法技術規程》和《電阻率剖面法技術規程》。
『捌』 高密度電阻率法的簡介
對取得的多種參數經相應程序的處理和自動反演成像,可快速、准確地給出所測地電斷面的地質解釋圖件,從而提高了電阻率方法的效果和工作效率。在條件適當時,此方法對工程物探以及探測煤礦的老硐,探測古墓墓穴等有較好的效果。高密度電阻率法使用的儀器稱為高密度電阻率儀或高密度電法測量系統。
高密度電法實際上是集中了電剖面法和電測深法。其原理與普通電阻率法相同.所不同的是在觀測中設置了高密度的觀測點。是一種陣列勘探方法。關於陣列電法勘探的思想源於20世紀70年代末期.英國人設計的電測深偏置系統就是高密度電法的最初模式,20世紀80年代中期13本藉助電極轉換板實現了野外高密度電法的數據採集。我國是從20世紀末期開始研究高密度電法及其應用技術,從理論方法和實際應用的角度進行了探討並完善,現有中國地質大學、原長春地質學院、重慶的有關儀器廠家研製成了幾種類型的儀器。高密度電法野外測量時將全部電極(幾十至上 根)置於剖面上.利_Lfj程式控制電極轉換開關和微機工程電測儀便可實現剖面中不同電極距、不同電極排列方式的數據快速自動採集。與常規電阻率法相比.高密度電法具有以下.不僅減少了因電極設置引起的故障和干擾,並且提高了效率:2.能夠選用多種電極排列方式進行測量,可以獲得豐富的有關地電斷面的信息;3.野外數據採集實現了自動化或半自動化,提高了數據採集速度,避免了手工誤操作。此外,
隨著地球物理反演方法的發展,高密度電法資料的電阻率成像技術也從一維和二維發展到三維,極大地提高了地電資料的解釋精度。
『玖』 高密度電阻率法的應用條件和范圍有哪些
高密度電阻率法()是把很多電極同時排列在測線上,通過對電極自動轉換器的控制,實現電阻率法中各種不同裝置、不同極距的自動組合,從而一次布極可測得多種裝置、多種極距情況下多種視電阻率參數的方法。對取得的多種參數經相應程序的處理和自動反演成像,可快速、准確地給出所測地電斷面的地質解釋圖件,從而提高了電阻率方法的效果和工作效率。在條件適當時,此方法對工程物探以及探測煤礦的老硐,探測古墓墓穴等有較好的效果。高密度電阻率法使用的儀器稱為高密度電阻率儀或高密度電法測量系統。高密度電法實際上是集中了電剖面法和電測深法。其原理與普通電阻率法相同.所不同的是在觀測中設置了高密度的觀測點。是一種陣列勘探方法。關於陣列電法勘探的思想源於20世紀70年代末期.英國人設計的電測深偏置系統就是高密度電法的最初模式,20世紀80年代中期13本藉助電極轉換板實現了野外高密度電法的數據採集。我國是從20世紀末期開始研究高密度電法及其應用技術,從理論方法和實際應用的角度進行了探討並完善,現有中國地質大學、原長春地質學院、重慶的有關儀器廠家研製成了幾種類型的儀器。高密度電法野外測量時將全部電極(幾十至上 根)置於剖面上.利用程式控制電極轉換開關和微機工程電測儀便可實現剖面中不同電極距、不同電極排列方式的數據快速自動採集。與常規電阻率法相比.高密度電法具有以下.不僅減少了因電極設置引起的故障和干擾,並且提高了效率:2.能夠選用多種電極排列方式進行測量,可以獲得豐富的有關地電斷面的信息;3.野外數據採集實現了自動化或半自動化,提高了數據採集速度,避免了手工誤操作。此外,隨著地球物理反演方法的發展,高密度電法資料的電阻率成像技術也從一維和二維發展到三維,極大地提高了地電資料的解釋精度。