高密度电法规范

『壹』 高密度电阻率法的基本原理和特点

（一）基本原理

高密度电阻率法是基于垂向直流电测深与电剖面法两个基本原理的基础上,通过高密度电法测量系统中的软件,控制着在同一条多芯电缆上布置联结的多个（60～120）电极,使其自动组成多个垂向测深点或多个不同深度的探测剖面,根据控制系统中选择的探测装置类型,对电极进行相应的排列组合,按照测深点位置的排列顺序或探测剖面的深度顺序,逐点或逐层探测,实现供电和测量电极的自动布点、自动跑极、自动供电、自动观测、自动记录、自动计算、自动存储。通过数据传输软件把探测系统中存储的探测数据调入计算机中,经软件对数据处理后,可自动生成各测深点曲线及各剖面层或整体剖面的图像。

（二）高密度电阻率法的特点

相对于常规电阻率法而言,高密度电阻率法具有以下特点：

1）电极布设是一次完成的,这不仅减少了因电极设置而引起的故障和干扰,而且为野外数据的快速和自动测量奠定了基础；

2）能有效地进行多种电极排列方式的扫描测量,因而可以获得较丰富的关于地电断面结构特征的地质信息；

3）野外数据采集实现了自动化或半自动化,不仅采集速度快（大约每一测点需2～5s）,而且避免了由于手工操作所出现的错误；

4）可以对资料进行预处理并显示剖面曲线形态,脱机处理后还可自动绘制和打印各种成果图件；

5）与传统的电阻率法相比,成本低,效率高,信息丰富,解释方便。

『贰』 高密度电法测量系统的介绍

基本原理高密度电法的基本原理与传统的电阻率法完全相同，不同的是在观测中设置了较高密度的测点，现场测量时，只需将全部电极布置在一定间隔的测点上，然后进行观测。由于使用电极数量多，而且电极之间可以自由组合，这样可以提供更多的地电信息，使电法勘探能像地震勘探一样使用覆盖式的测量方式。与常规电法相比，高密度电法具有以下优点：(1)电极布设一次性完成，减少了因电极设置引起的干扰和由此带来的测量误差；(2)能有效地进行多种电极排列方式的测量，从而可以获得较丰富的关于地电结构状态的地质信息；(3)数据的采集和收录全部实现了自动化，不仅采集速度快，而且避免了由于人工操作所引起的误差和错误；(4)可以实现资料的现场实时处理和脱机处理，大大提高了电阻率法的智能化程度。我们利用此法在江西省萍乡市陶瓷产业聚集区开展勘查工作，效果良好。

『叁』 高密度电法基本勘探原理

2-D高密度电法勘探通常采用很多根电极（25根或更多）连接到一条多芯电缆上（Griffiths et al.，1993），通过一台微型计算机与一台电极转换开关装置连接，每次自动选择相关的4根电极进行数据观测（图3.1）。目前，2-D电阻率法勘探技术和设备得到相当快的发展，必要的数据采集设备可以从一些国际商业公司购买到，部分典型系统的价位一般在6万～7万美元。

图3.1为由一条多芯电缆连接数根电极沿一条直测线进行2-D探测的典型排列示意图，通常，两相邻电极采用相同的电极距，多芯电缆连接一个电极转换开关和一台便携式计算机，采用的观测序列、使用的装置类型和其他采集参数（如使用的电流）输入到一个计算机程序可读取的文本文件中，不同的仪器采用不同的控制文件格式，需要参考相对应的系统操作手册。读取控制文件后，计算机程序自动选择适合每次观测的电极。某些仪器系统内置了微处理系统，此时，便携式计算机就不需要了，在地形比较恶劣的条件下，这对开展勘探工作是非常有利的。

野外实地勘探时，大部分工作是电缆敷设和插电极，随后，计算机自动采集数据，大部分勘探时间花费在等待仪器采集数据上。

为了获得一张较理想的2-D剖面，探测的覆盖面必须是2-D，例如:如图3.1所示，由20根电极建立的温纳（Wenner）装置，两相邻电极之间的间距为 “a”（电极距），第一步将所有电极距可能为 “1a” 的温纳（Wenner）装置进行观测，对于第一步观测，用到的电极序号为1，2，3，4，注意，电极1作为第一根供电电极C₁，电极2作为第一根电位电极P₁，电极3作为第二根电位电极P₂，电极4作为第二根供电电极C₂。第二次观测，电极序号为2，3，4，5，对应于C₁，P₁，P₂和C₂。沿测线依次类推，直到最后一次使用电极距为“1a” 的电极序号为17，18，19，20。对于一个由20根电极组成的观测系统，间距为“1a” 的温纳（Wenner）装置来说，可能的观测次数为17次，即20-3。

图3.2 采用2-D滚动勘探方法扩大探测覆盖面积

『肆』 高密度电法

原河北地质学院曾在邢台矿务局葛泉煤矿开展了高密度电法探测陷落柱的野外试验。结果表明，应用高密度电法和有效的数据处理方法，可较好地解决煤田陷落柱的探测问题。

该矿区已发现陷落柱19个，从井巷揭露的情况来看，陷落柱的长轴最大者为172 m，最小者28 m，长轴方向多数为北西向，柱顶多数发育到基岩顶面，少数发育到第四系冲积层。柱体形状不同、大小不一、岩性各异的杂乱堆积物组成，经胶结压实，多数比较致密而无水。

在本区曾开展了脉冲电磁法的野外试验，由于陷落柱无水，呈高阻反映，因此，激励的二次场非常微弱，再加上该地区较强的电磁干扰，使脉冲电磁法的效果很差。

高密度电阻率法，同常规的电剖面和电测深法相比，既能提供地质体在某一深度沿水平方向电性的变化情况，也能反映地质体沿垂向在不同深度上的电性变化特征。在资料处理过程中，可采用多种参数进行综合解释。因此该方法弥补了常规方法测点密度稀和解释参数单一的不足。

在高密度电法中，可以选用多种采集系统，但由于本区要求探测深度较大，选择施伦贝谢及温纳采集系统。由于本矿区接地条件较差，使供电电流小，再加上严重的电干扰，若MN太小就难以提高信噪比，所以最终选择了温纳高密度采集系统。

由于地电干扰大和地表存在较厚的砾石层，使野外数据采集质量难以保证。为此对原始数据采用低通滤波器进行了处理。

『伍』 高密度电阻率法

高密度电阻率法的理论基础与常规电阻率法相同，所不同的是方法技术。该方法实际 上是一种阵列勘探方法，野外测量时只需将全部电极（几十根至上百根）置于观测剖面的 各测点上，然后利用程控电极转换装置和微机工程电测仪便可实现数据的快速和自动采 集，当把测量结果送入微机后，还可对数据进行处理并给出关于地电断面分布的各种图示 结果。显然，高密度电阻率勘探技术的运用与发展，使电法勘探的智能化程度向前大大迈 进了一步。

高密度电阻率法的主要优点有：电极布设是一次完成，为野外数据的快速采集和自动 或半自动化测量奠定了基础；能自动进行多种电极排列方式的扫描测量，从而获得较丰富 的地电断面结构特征和地质信息；野外可对资料进行预处理并显示剖面曲线形态，还可自 动绘制和打印各种成果图件；与传统的电阻率法相比，具有成本低、效率高、信息丰富以 及解释方便等优点。

我国在20世纪80年代后期，地矿部系统率先开展了高密度电阻率法的应用与研究，从理论与实际相结合的角度，进一步探讨并完善了该方法的理论及有关技术问题，研制成了约3～5种类型的仪器。近年来，先后在重大场地的工程地质调查、坝基及桥 墩选址、采空区及地裂缝探测等众多工程勘查领域取得了明显的地质效果和显著的社 会经济效益。

（一）高密度电阻率法的装置

1. 三电位电极系

三电位电极系是将温纳四级（即当AM＝MN＝NB＝a时的对称四极装置）、偶极及微分装置按一定方式组合后所构成的一种测量系统。该系统在实际测量时，只需利用电极 转换装置将每相邻的四个电极进行一次组合，从而可在一个测点便可获得三种电极排列的 测量参数。三电位的电极排列方式如图4-20所示。为了方便，将上述三种电极排列方式 依次称为α排列、β排列和γ排列。

根据三电位电极系的特点，视电阻率参数的计算公式依次为

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图4-20 三电位电极系排列方式 点距x＝1m，极距a＝2x，隔离系数n＝2

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式中：a为三电位电极系的电极距。当点距为x时，a＝nx（n＝1，2，3，…，15）。显然，由于一条剖面地表测点总数是固定的，因此，当极距扩大时，反应不同勘探深度 的测点数将依次减少。若将三电位电极系的测量结果显示于测点下方深度为a的位置 上，于是整条剖面的测量结果便可以表示成一种倒三角形的二维断面的电性分布（图4-21）。

三电位电极系的野外观测结果除了可以绘制相应电极排列的视电阻率断面图外，根据需要还可以换算比值参数λ和T，并可绘制这两种比值参数的断面图。λ参数的换算是以 联合三极的观测结果为基础的。表达式为

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式中：ρ_S（i）及ρ_S（i＋1）分别表示剖面上相邻两点的视电阻率值。

另一个比值参数是直接利用三电位电极系的测量结果，并将其加以组合而构成的，其计算公式

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式中： 分别为β和γ电极排列的视电阻率值。

图4-21 高密度电阻率法测点分布示意图

图4-22是同一地电模型上视电阻率参数和比值参数（λ）的计算结果。从图可以看出，在该地电模型上，视电阻率断面图只反映了基底的起伏变化，基岩中的低阻体反应得 并不清楚，而比值参数（λ）断面图不但反映了基底的起伏，同时也反映了基岩中的低阻 体。由此可见，比值参数（λ）对低阻体比视电阻率参数反应灵敏。

图4-22 在同一地电模型上方视电阻率参数 及视比值参数λ的断面等值线图

图4-23是一高阻地电模型上视电阻率断面的比值参数（T）断面的正演计算结果。由图可看出，视电阻率参数对高阻凸起的地电模型反应得并不明显，而T参数却反应得 十分清楚。由此说明，比值参数（T）对高阻体反应灵敏。

图4-23 在同一模型上方视电阻率参数及 及视比值参数T断面等值线图

2. 温纳—施伦贝尔热装置（DUK—2测量系统）

高密度电阻率法除采用三电位电极系外，原则上讲电阻率剖面法中所采用的装置形式都可以用于高密度电阻率法，但考虑到高密度电阻率法的特点和工作方便，采用较多的还 是以四极为基础的方法。

（1）温纳—施伦贝尔热装置

此种装置是温纳装置和施伦贝尔热装置的结合，即在整条剖面测量中MN要由小 到大变化几次，但在MN为某一固定值时，A，B按施伦贝尔热(1)方式移动。这种装置 适用于固定断面扫描测量，测量断面为倒阶梯形。其电极排列和测量分布如图4-24 所示。

图4-24 温纳—施伦贝尔装置测量断面示意图

（2）施伦贝尔热(1)

该装置适用于变断面连续扫描测量，测量时，M与N先不动，A逐点向左、B向右移动固定距离，然后M与N向右移动一个电极距并固定，A与B逐点向左、右移 动，移动的距离与第一个M与N位置所移动的距离相同。该种测量方式即相当于测深 剖面测量。整个剖面结束后得到矩形断面。其电极排列和测量分布如图4-25（a）所示。

（3）施伦贝尔热(2)

测量过程类似于温纳装置，但在整个测量过程中MN固定为一个点距，AM和NB的距离随间隔系数逐次由小到大变化。该种测量方式数据按间隔系数由小到大的顺序分层 存储，断面图为倒梯形。其电极排列和测量分布如图4-25（b）所示。

图4-25 施伦贝尔装置测量断面示意图

（二）高密度电阻率法的应用

对于主要应用于工程与环境地质调查中的高密度电法而言，按地质任务给出的测区往往是有限的，施工者只能在需要解决工程问题的有限范围内布设测网。

高密度电法野外数据采集方式主要有两种。一种是地表剖面数据采集方式；另一种是井中电阻率成像的数据采集方式。而后者又包含有单孔和跨孔式两种。跨孔式采集方式与 测网的布设关系密切，实际工作中应注意。

高密度电法的测点布置是受地表电极总数控制的。对于常规排列，随着隔离系数的增大，测点数便逐渐减少，当n在1～15之间变化时，对于60路电极而言，一条剖面的测 点总数可由下式计算：

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显然，n＝1，N₁＝57，N₁₅＝15，即a＝15△x时，最下层的剖面长度为L₁₅＝15·△x。测 点在断面上的分布呈倒三角形状，见图4-21。

1. 采空区探测

石—太高速公路山西平定境内遇有矾士矿采空区，由于工程治理的需要，在施工前必须查明其空间分布和规模。

探测区段地质情况较为简单，其上部为第四系覆盖层，以黏土为主，电阻率为20～ 30Ω·m，厚度0～10m不等。底部石炭系，以粉砂岩和泥岩为主，电阻率为50～100Ω·m，厚度较大。采空区由于坍塌、充填物松散、潮湿或充水，电阻率与围岩相比差异较大，呈 低阻特征。其中3号采空区采用旁柱式开采，截面积较大，坍塌也更严重，埋深大约为 20m。工区居民建筑稠密，地表条件复杂。

由于地形地物条件复杂，故采用非正规测网，在120m×100m的范围内共布设12 条测点。点距2m，极距a＝（1～16）x。野外测量采用由原长春地质学院研制的 HD—1型高密度工程电测系统。将一条剖面所采集到的552个数据绘制成断面等值线 图，如图4-26所示。该图为3号采空区Ⅰ线、Ⅱ线的高密度测量结果。由图可见，除 地表局部地形和电性不均匀体形成的向上开口的“V”字形干扰异常外，在其深部（39 点下方）有一低阻闭合圈异常，范围较大，相应埋深也较大，与正常背景电阻率相差 仅10Ω·m。不难看出，该异常对应于采空区位置，在相邻测线上连续出现了类似性质 的异常，且深度大同小异。利用高密度测量结果，结合钻探资料，最后圈定了采空区 平面分布。

2. 地裂缝的探测

近年来，在西安地区出现了多条地裂缝，严重破坏了地面及地下各种建筑设施。因 而，查明地裂缝的存在、走向及延伸，对西安地区的城市规划和建设有重要意义。由于地 裂缝具有宽度极小、埋深变化较大、走向延伸较长等特点，要查明其平面分布和产状，常 规物探方法效果不理想。

西安三环路西段地区地层主要为亚黏土和黄土，其电阻率均较低，仅为16Ω·m左 右，地裂缝为高阻空裂带，宽度较小，仅几厘米。

图4-26 山西平定某采区Ⅰ、Ⅱ线高密度ρ_S断面图（单位：Ω·m）

在需要进行地裂缝探测的剖面上，选取点距x＝0.5m，极距a＝n·x（n＝2，3，4，…，19），共选取19个电极距，供电采用了发电机，最大供电电流3A，保证各测点读数大于 10mV。对异常点及突变点均进行重复观测，以确保数据可靠。

图4-27为西安市旅馆村采用高密度电阻率法探测地裂缝的实验结果，该区地层主要 为亚黏土及黄土，其电阻率均较低。由图可见，地裂缝位于24～31号点之间，由主裂缝 F₁和次裂缝F₂组成，主裂缝F1由20Ω·m等值线圈闭，产状近乎直立，裂缝宽仅1cm。裂缝F₂最高电阻率19.6Ω·m，产状直立，略西倾。从上述结果可见，高密度电阻率法 在西安市地裂缝探测中取得令人满意的地质效果。

图4-27 西安市地裂缝高密度电阻率法探测的ρS断面图（据刘国兴，2008）

『陆』 -D高密度电法勘探应用实例

在这一节，我们来看一些2-D高密度电法勘探的例子。

4.3.1 地下水探测

该测线数据是由丹麦Aarhus大学地球科学系完成的Grundfor区近地表松散沉积物和地下含水层中的岩性探测结果（Christensen et al.，1994）。反演模型中的低电阻率区（图4.28）为第四纪冰川粘土沉积层，而高电阻区则是砂质沉积层，并沿测线布置了一些钻孔，探测结论得到了证实。

温纳（Wenner）γ装置（或称为差分装置，图1.6c）有一个相对不寻常的布设方式，供电电极和电位电极相互交错，相对于温纳（Wenner）α、β装置来说，在实际勘探中，温纳（Wenner）γ装置很少使用。但是，在某些情况下，该装置可能会有一些优势，探测深度明显高于温纳（Wenner）α装置（0.59a与0.52a相比，见表3.2），然而电位电极比α装置少33％，相比而言，温纳（Wenner）β装置的观测电压是γ装置的1/3，在噪声严重的环境下，该装置是比较有利的。图4.29a为温纳（Wenner）γ装置在尼日利亚（Acworth，1981）Bauchi地区地下水探测的拟断面图。在该地区，地下水常见于结晶基岩的上覆风化层中，风化层较厚地区的基岩裂隙是含地下水良好的目标。在该地区，采用温纳（Wenner）α，β和γ装置进行了探测，同时使用Geonics EM34-3系统的电磁剖面探测（Acworth，1987），此处，作为一个例子，仅给出了温纳（Wenner）γ装置数据结果。为了突出土壤层和基岩之间的边界，使用了稳健反演技术。反演模型如图4.29b所示，低电阻率的风化层厚度一般为10～20 m，在桩号为190的下方有一不足20 m宽的垂直狭窄的低电阻率区域，可能是基岩裂隙带，在基岩裂隙带边缘，桩号为175的地方布设了一口钻井，出水量低于预期结果（Acworth，1987），在这种情况下，2-D电阻率模型对裂隙区中心位置精确定位将是有有益的，可以改善井的出水量。

图4.55 测线I视电阻率及反演断面图

实例3:辽宁省某大型露天铁矿，储量巨大，开采历史悠久，但是由于历史原因，尤其是多年前周围众多集体和私营小矿点在开采过程中的不规范行为，使矿区内遗留下多处采空区。随着近年来矿石需求量的猛增，矿石开采量增长迅速，原来深埋于地下的采空区逐渐暴露于地表，给矿山生产带来严重的安全隐患，治理采空区迫在眉睫。然而，现存的地下采空区资料稀少，难以满足采空区治理的要求。因此，对地下采空区进行探测，确定地下采空区的位置、埋深、规模和区域分布，不仅为矿山进行地下采空区的治理提供详细可靠的资料，还是保证矿山人员设备安全和生产计划顺利执行的必要前提。工程探测区域位于该矿山一开采平台之上，地形平坦，基岩裸露，南北长约300m，东西宽约200m，四周为矿石开采而形成的陡崖。区内主要地层有太古宙鞍山群、元古宙辽河群，其中太古宙鞍山群是赋存条带状铁矿的地层。区域内的岩石分布，主要为黑云绿泥石片岩、磁铁矿、绿泥石片岩，并可见少量石英脉。矿体的走向近东西向，倾向北东，倾角大约60°～85°。矿体与围岩间存在明显的地质界线，富矿体与贫矿体为渐变关系。矿石中矿物种类较少，主要为石英、氧化铁矿物、闪石矿物。矿石品位一般为20％～45％，平均品位一般为25％～35％。本地区条带状铁矿石矿物学特征可以分为磁铁石英岩及假象赤铁石英岩两大类型。据如上测区地质和地球物理特征和高密度电法探测的理论依据，采空区的地球物理特征与围岩的差异显著，符合利用高密度电阻率法进行综合探测的地球物理条件，理论上可应用该方法进行探测，并根据阻值异常分布确定空区分布。根据探测结果（图4.56），视电阻率大于2000Ω ·m的区域划定为采空区，高密度电阻率法对地下采空区产生明显的视电阻率值异常反应，如此划定的采空区范围为X∈（128，160）、Y∈（26，44），与实际范围的最大边界误差不超过10％。划定采空区的范围略大于实际范围，尤其是垂直方向误差较大。根据资料及电阻率法勘探原理分析，可能是由于采空区的存在，破坏了原有的力学平衡条件，使围岩受到巨大的荷载压力，超过了岩石的承载能力，从而产生了大量的裂隙，尤其是在荷载较大的垂向，裂隙更发育，岩石原有电性特征发生改变，电阻率增大。

图4.56 采空区电阻率拟断面图

『柒』 请问，高密度电法的执行技术标准是什么啊

高密度电法集成了电剖面和电测深，所以执行技术标准是《电阻率测深法技术规程》和《电阻率剖面法技术规程》。

『捌』 高密度电阻率法的简介

对取得的多种参数经相应程序的处理和自动反演成像，可快速、准确地给出所测地电断面的地质解释图件，从而提高了电阻率方法的效果和工作效率。在条件适当时，此方法对工程物探以及探测煤矿的老硐，探测古墓墓穴等有较好的效果。高密度电阻率法使用的仪器称为高密度电阻率仪或高密度电法测量系统。
高密度电法实际上是集中了电剖面法和电测深法。其原理与普通电阻率法相同．所不同的是在观测中设置了高密度的观测点。是一种阵列勘探方法。关于阵列电法勘探的思想源于20世纪70年代末期．英国人设计的电测深偏置系统就是高密度电法的最初模式，20世纪80年代中期13本借助电极转换板实现了野外高密度电法的数据采集。我国是从20世纪末期开始研究高密度电法及其应用技术，从理论方法和实际应用的角度进行了探讨并完善，现有中国地质大学、原长春地质学院、重庆的有关仪器厂家研制成了几种类型的仪器。高密度电法野外测量时将全部电极(几十至上 根)置于剖面上．利_Lfj程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现剖面中不同电极距、不同电极排列方式的数据快速自动采集。与常规电阻率法相比．高密度电法具有以下．不仅减少了因电极设置引起的故障和干扰，并且提高了效率：2．能够选用多种电极排列方式进行测量，可以获得丰富的有关地电断面的信息；3．野外数据采集实现了自动化或半自动化，提高了数据采集速度，避免了手工误操作。此外，
随着地球物理反演方法的发展，高密度电法资料的电阻率成像技术也从一维和二维发展到三维，极大地提高了地电资料的解释精度。

『玖』 高密度电阻率法的应用条件和范围有哪些

高密度电阻率法（）是把很多电极同时排列在测线上，通过对电极自动转换器的控制，实现电阻率法中各种不同装置、不同极距的自动组合，从而一次布极可测得多种装置、多种极距情况下多种视电阻率参数的方法。对取得的多种参数经相应程序的处理和自动反演成像，可快速、准确地给出所测地电断面的地质解释图件，从而提高了电阻率方法的效果和工作效率。在条件适当时，此方法对工程物探以及探测煤矿的老硐，探测古墓墓穴等有较好的效果。高密度电阻率法使用的仪器称为高密度电阻率仪或高密度电法测量系统。高密度电法实际上是集中了电剖面法和电测深法。其原理与普通电阻率法相同．所不同的是在观测中设置了高密度的观测点。是一种阵列勘探方法。关于阵列电法勘探的思想源于20世纪70年代末期．英国人设计的电测深偏置系统就是高密度电法的最初模式，20世纪80年代中期13本借助电极转换板实现了野外高密度电法的数据采集。我国是从20世纪末期开始研究高密度电法及其应用技术，从理论方法和实际应用的角度进行了探讨并完善，现有中国地质大学、原长春地质学院、重庆的有关仪器厂家研制成了几种类型的仪器。高密度电法野外测量时将全部电极(几十至上 根)置于剖面上．利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现剖面中不同电极距、不同电极排列方式的数据快速自动采集。与常规电阻率法相比．高密度电法具有以下．不仅减少了因电极设置引起的故障和干扰，并且提高了效率：2．能够选用多种电极排列方式进行测量，可以获得丰富的有关地电断面的信息；3．野外数据采集实现了自动化或半自动化，提高了数据采集速度，避免了手工误操作。此外，随着地球物理反演方法的发展，高密度电法资料的电阻率成像技术也从一维和二维发展到三维，极大地提高了地电资料的解释精度。