电阻率法的基本原理范文1
[关键词]：高密度电阻率法 溶洞 勘查 应用
1. 引言
高速公路建设中[1][2][3]，软土地基、破坏性岩溶是常见的不良地质体，岩溶塌陷是高速公路工程建设过程中的重大的安全隐患，而岩溶发育具有不确定性和隐蔽性的特点，钻探手段在岩溶地区勘查中难度较大，且难以探明岩溶发育规模、形态和分布规律，并且局限性、盲目性、效率低下、成本很高，而且也不容易调查出溶洞的大小、规模、分布范围。工程物探是一种间接勘察手段，具有设备轻便、勘探快速、经济的特点。岩溶塌陷等不良地质体的形成与发育主要与地层岩性、断裂构造、地下水的活动有关，其在电阻率、弹性波波速、波阻抗、密度等物理性质上与周围围岩存在差异，通过探测这种差异以及结合地质资料，一定程度上可以达到定性或定量解释的目的，从而指导高速公路建设。本文结合某高速公路岩溶探测实例，探讨高密度电法在岩溶勘察中的应用。
2. 高密度电阻率法
2.1高密度电阻法的工作原理
高密度电阻率法是二十世纪八十年代日本地球物理工作者为适应山地物探的需要而提出的一种电法勘探新技术。该方法的基本原理[4]是由地面通过供电电极向下供入直流电形成人工电场，然后利用测量电极通过仪器观测其电场分布情况，从而推断和研究地下不同性质介质的变化及分布情况。从原理上讲，它仍属于电阻率剖面法的范畴，但与常规的电阻率联合剖面法相比，由于布置了大量电极，并通过阵列方式不断改变供电和测量电极，从而可以获得不同极距（深度）和不同水平位置的电导率（或电阻率）数据。所不同的是高密度电法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。在设计和技术实施上，高密度电测系统采用先进的自动控制理论和大规模集成电路，使用的电极数量多，而且电极之间可自由组合，这样就可以提取更多的地电信息，使电法勘探能像地震勘探一样使用覆盖式的测量方式。
2.2高密度电阻法工作方式
高密度电阻法电极排列方式主要有以下几种种：α（温纳装置）、β（偶极装置）、γ（微分装置）、对称四极（施伦贝谢尔）、偶极―偶极、单极―偶极、单极一单极等等。根据现场调查和公路施工方提供的地质资料，本次拟采用了温纳α装置进行探测溶洞的埋深及走向。
温纳α装置的工作原理（图1）：测量时，AM=MN=NB为一个电极间距，A、B、M、N逐点同时向右移动，得到第一条剖面线；接着AM、MN、NB增大一个电极间距，A、B、M、N逐点同时向右移动，得到另一条剖面线；这样不断扫描测量下去，得到倒梯形断面[5]。通过仪器测量可以得到电流与电位差值，进而可以得到地下介质体的不同视电阻率值。我们可以通过地下介质体视电阻率值的分布规律，就可以推测地下目标体地质问题。
3. 工程实例
在该段高速公路在修建的过程中发现公路右线匝道路基内发现一直径约1米的溶洞，地下的大小和范围不详。给道路建设施工带来很大的影响。需要准确找出溶洞的埋深和地下大小范围以及已知溶洞附近的地下不良地质体，为治理施工方案提供依据。
3.1 高密度电阻法数据采集
本次勘测线分别为GM1，GM2，GM3，三条测线之间的距离为12米。GM1测线电极距2.5m，剖面长度277.5m。GM1测线距溶洞口1.5m，对应里程号为K53+557。GM2测线电极距5m，剖面长度395m，190m桩号点距溶洞口13.5m，对应里程号为K53+557。GM3测线电极距5m，剖面长度395m，190m桩号点距溶洞口25.5m，对应里程号为K53+557。
采集数据采用的仪器是由德国DMT公司生产的RESECSⅡ高密度电法仪。测量时采用温纳α装置，布设总电极60根，分为两串，每串30根。扫描N=1～30正好一串，这样就可以将前一串电极移至第二串电极之后继续进行测量，直至整个测线测完为止。
资料处理时先用surfer软件作视电阻率拟断面图，分析研究测线的视电阻率特征，再采用2D-RES 反演软件两种方法进行处理，拟合迭代次数3至5次，误差5%左右。
3.2 高密度电阻法结果分析
数据处理采用瑞典Res2Dinv高密度处理软件和成图软件surfer。首先经过数据格式转换，然后对数据进行预处理，包括剔除坏点、数据拼接、地形校正等，再通过正演及反演计算，最后得出视电阻率断面图。。通过分析视电阻率断面图，推断地下岩溶分布情况。图中横坐标代表测线长度，纵坐标代表深度，颜色由蓝到红渐变，表示视电阻率值由低到高的变化。
3.2.1测线GM1
图2为GM1测线的视电阻率断面图，由图可以明显的看出测线水平方向0-40m和水平245-275m，视电阻率值较低，层状特征非常明显，等值线比较平滑，是第四系土层的电阻率反应。这两处的地表为农田，第四系土层较厚。GM1测线127.5m（距洞口1.5m），测线水平方向130-135m，地下深度15m，视电阻率异常可以推测为溶洞。GM1测线水平方向80-120m、190-230m处接近地表处呈现高阻，并且等值线杂乱。水平方向80-120m 段夹砂、泥岩，190-230m 为灰岩，地表接地条件差，故电阻率值较高。
3.2.2 测线GM2
图3为GM2测线的视电阻率断面图。根据测线GM1的分析结果，排除因为地表为农田，第四系土层较厚，造成的低阻异常。也可以排除基岩出露，地表接地条件差造成的高阻异常。而在GM2测线190m（距洞口13.5m），测线水平方向235m 处，地下深度22m，视电阻率异常，可以推测为溶洞导致的。
3.2.3 测线GM3
图4为GM3测线的视电阻率断面图受场地限制，GM3与GM2测线0-115m处共线。由视电阻率图比较得知，两次测量一致性良好，验证了采集参数正确，采集数据准确可靠。排除地形条件和施工现场造成的异常。GM3测线190m（距洞口25.5m），测线水平方向265-275m处，地下深度18m，有一高阻异常，推测为溶洞导致的视电阻率异常。
通过对以上视电阻率断面图的综合分析，可以初步推测异常区如图中所标示的QGY1、QGY2、QGY3（2个）、DY1、DY2、DY3、GY1、GY2、GY3等。施工方后期给出的钻探反馈结果与物探结果基本吻合。
4 结束语
通过对三条测线的视电阻率图的分析，可以看出高密度电阻率法在探测岩溶存在和岩溶的分布规模很有成效。在分析成果图上的异常必须同现场的实际情况相结合，排除因为地形和地质条件造成的非岩溶造成异常。同时在采集数据和数据处理尽量按照规范进行处理，减少人为因素造成的勘探结果的不准确。
物探方法勘查溶洞是通过视电阻率异常进行推断出来的，在解释异常上存在多解性，可能导致假异常的出现。如果能通过钻探和已知地质资料进行补充校正，就能更好的解决地质问题，为工程建设提供可靠的施工保障。
参考文献
[1]朱自强，戴亦军.高密度电阻率法在高速公路岩溶探测中的应用[J]. 工程地球物理学报，2004， 1（4）： 309-312.
[2]朱铭. 综合物探技术在隐伏岩溶探测中的应用[J]. 湖南交通科技，2011，37（2）：119-121.
[3]单娜林， 程志平， 刘云祯. 工程地震勘探[M]. 北京： 冶金工业出版社， 2006.
电阻率法的基本原理范文2
关键词：瞬变电磁法;勘探
一、地质任务
根据甲方要求，地质任务如下：
1．对煤系基岩覆盖物的性质进行确定（第四系或滑坡物），并尽量测定其形态；
2．研究煤系基岩覆盖物含水和煤系水的水力联系，并研究其含水的补给、径流和排泄的位置和方向等；
3．探查范围内玄武岩厚度变化和了解茅口灰岩溶洞发育情况。
二、地球物理特性
理论上讲，干燥的岩石、石油和空气的电阻率为无穷大，但实际上岩石孔隙、裂隙总是含水的，并且随着岩石的湿度或饱和度的增加，电阻率急剧下降。同时，水分含量相同的不同岩石的电阻率可能有很大差别，其原因在于水分有不同的矿化度。断层的电阻率不取决于断层本身的大小，主要取决于断层的破碎程度及其含水的饱和度；岩层的电阻率不取决于岩石本身的电阻率，主要取决于岩石的含水饱和度。一般来说，充含水岩层的电阻率远小于周围不含水围岩的电阻率，这也是瞬变电磁法查找地下暗河即充水岩溶和断层的物性依据。
具体到本勘探区被崩积岩及第四系坡残积层覆盖，耕地及村寨较多，盖层下即是龙潭组煤系地层，保存有28和33两层煤，上部地层缺失。测区的水文地质特征基本上确定了它的地球物理电性特征。
具体如下:
1. 煤层：具有高电阻率、低自然伽玛等特征，除6上、6中煤层外，其它可采煤层电阻率异常突出，界面陡直清晰易辨。
2. 灰岩：电阻率为最高值，密度值最大，自然伽玛低。
3. 砂岩：电阻率一般为高值，变化较大，略低于煤层反映，密度值高于煤层，低于灰岩。
4. 泥岩：电阻率最低，但自然伽玛值很高。
5. 泥质粉砂岩、粉砂质泥岩：介于砂岩和泥岩之间。
三、野外数据采集工作
瞬变电磁探测是电法勘探的主要手段之一。瞬变电磁法以接地导线或不接地回线通以脉冲电流做为场源，以激励目标异常体的感生二次电流，在脉冲间隙测量二次场随时间变化的响应。由于这种方法是在发射脉冲间隙中测量，不存在一次场源的干扰，具有以下优点：
⑴把频率域法的精确度问题转换成灵敏度问题，加大功率可以增加勘探深度。
⑵在高阻围岩地区不会产生地形起伏影响的假异常；在低阻围岩区，由于是多道观测，早期道的地形影响也较容易分辨。
⑶可采用同点组合进行观测，使系统与探测目标耦合最紧，取得的异常响应强，形式简单，分层能力强。
⑷线圈点位、方位或收发距要求相对不严格，测地工作简单，工效高。
⑸有穿透低阻覆盖层的能力，探测深度大。
⑹提供信息量大，减少多解性。
⑺可探测常规电法与探地雷达之间存在的探测盲区。
综合本区的地貌、地层和水文地质特征，依据该区各时代地层的电性特征，选择瞬变电磁法探查区内水文地质情况。瞬变电磁勘探采用大定源装置（外框300 m～1000m×300m～1000m）。具体使用参数通过试验确定。
试验目的：
根据本测区地质及地表情况，选择合适的测量参数；
测区内噪音测试；
初步了解本区电性规律。
试验内容：
根据本区特点及瞬变电磁法一般要求，瞬变电磁法试验工作一般包括以下内容：
发射线框测试；
发射电流测试；
发射、接收频率测试；
测区内噪音测试；
探测深度测试；
完成本次工作任务的可能性。
试验结论：
发射线框采用400m400m，大小比较合适，能够取得电法勘探应获取的资料，满足施工要求；
由于本地区没有高压线等干扰源，发射电流只要超过10安培，就能满足要求，曲线圆滑；
由于本区探测深度浅，经试验，采用25Hz采样频率是合适的，从试验点资料来看，浅部16米为勘探的极限，深部可达数百米，满足本区勘探要求；
由于本区资料质量很好，使用选定的采集参数能够满足本次勘探要求，基本能完成本次勘探任务，
本次试验共获得11个测点数据。
物理点放样
⑴电法勘探点理论数据的计算和传输
把设计好的电法勘探线的起、终点理论坐标传输到手持计算机中，野外实际点位的数据通过RTK实地采集，获得实际平面坐标和高程数据，然后传输到计算机。
⑵电磁勘探点、检测点放样
采用实时差分（RTK）的方法放样，电磁勘探点、检测点按设计测线进行直线放样，所有物理点平面位置放样误差一般不大于0.1米，复杂地区不大于0.3米，整个工区物理点复测率不少于总数的1%，放样偏差和复测率符合规范要求。
物理点编号：电磁测线、接收线统一编号。物理点由数字组成，上面数字表示线号，下面数字表示点号，中间以斜杠隔开
例如：2280／120。
2280 …………测线线号
120 …………测线桩号
所有物理点、检测点做到点位准确，标志明显，每一个物理点、检测点都插上木桩，插上标志旗，并标明线号、桩号。所有的原始资料齐全、准确可靠、计算数据正确，满足本次电法勘探设计要求。
四、资料整理及处理
原始资料的整理是为解释工作准备基础数据，提供电性参数。此项工作直接关系到解释精度和地质成果。野外采集的数据保存在仪器中，可以直接传输到微机上，利用专用软件进行数据处理。在正式数据处理之前需要对野外原始数据进行三级检查和两级验收。在此基础上，经校对检查后的数据建立原始资料数据库。
利用建立的原始数据库，运用电法勘探专用数据处理软件进行各种电性参数的求取，绘制电性参数平面图、剖面图，最终完成成果平面图。
野外施工结束后，项目组即开始进行资料整理工作，首先通过专用软件计算每个测点的时间－视电阻率曲线，然后利用反演软件计算视深度－视电阻率曲线，分析曲线的形态，了解该区曲线的特征，了解分层信息及各层视电阻率。
由于本区处于山区，各测点的高程都不一样，虽然瞬变电磁法是受地形影响最小的电法工作，但是由于本区高差达到300米以上，所以本区仍然需要做高程校正工作。由于本区测点较多，所以本区的高程校正工作与第一步曲线整理和反演工作一样，工作量较大。
在完成反演工作的基础上，我们需要进行剖面绘制工作。利用专用的等值线绘制软件，我们可以得到各剖面的等值线图。
完成剖面工作后，我们开始进行各电性参数平面图的绘制工作。平面图我们一般取水平切片或顺层切片，由于本区地表高差较大，地层具有一定的倾角，水平切片不能反映实际的地质情况，故采用近似的顺层切片的方法绘制平面图。
五、资料分析
物探资料分析是一个全面而复杂的过程，首先要收集丰富的已知资料，包括水文、地质等诸多方面，结合物探资料对比、分析，从已知到未知，从简单到复杂，从点到面，反复认识、去伪存真，找出基本规律再推广扩大到整个工作区。TEM资料的解释同样也遵循这个规律。
本次资料解释着重从曲线类型、电性断面图、电性平面图的分析研究，以达到定性和半定量解释的要求。
1、曲线类型分析
对测区实测曲线类型的分析与对比是定性解释的基础，某种类型的视电阻率曲线则有与之对应的地电断面，换言之，曲线类型是地电断面综合的反映。结合地质及钻孔资料确定出地电断面各电性层与地质层位对应关系及深度概念，进而推断出各地质层位的特征参数。
图5-1-1980线620号点视电阻率单支曲线
图5-1-2 1980线940号点视电阻率单支曲线
本区实测曲线的基本特征比较一致，基本骨架为A型，反映了第四系到石炭、奥陶系基底等电阻率呈高低变化的地层组合格局。
本区曲线形态大同小异，基本格局相同，但细究却有不同的意味，从图5－1到图5－3，我们看到，曲线总体形态一致，基本都是KHA型，但是曲线的斜率不同，极小值也不同，差别较大。较平缓的曲线其首支视电阻率值也较低。
图5－1-31460线860号点视电阻率单支曲线
这种差别意味着什么？它反映的地质情况如何呢？
首先，我们知道，在电阻率法电法勘探中，曲线首支视电阻率与浅部地层有关。类似的，瞬变电磁法首支视电阻率也与浅层地层有关。上部电阻率的变化正好印证了本区因为构造引起地层的变化，与实际地质情况吻合。曲线斜率的变化也昭示了地层岩性的变化。具体到本区，K型曲线反映的是地表、砾石层、泥岩地层电阻率变化的趋势，H型的低阻是泥岩的反映，A型是泥岩、煤层到灰岩的反映。本区水源主要来自于地表降水，水量较小，本测区东部的白布河处于测区的下倾方向，影响较小。曲线形态主要由岩层含水性控制，由于施工期处于雨季，而且地表大部属于耕植土，含水性较好，地表电阻率较低，其下部当存在较厚的砾石层时，由于砾石层的含水性较差，显示为较高的电阻率，形成K型曲线的高阻极值。当砾石层较薄或不存在时， K型曲线不明显或曲线的极值较小，在本区这个特征是分辨煤系上覆是否有外来覆盖层的标志。
2、剖面分析
以测线上点的相对坐标为横坐标，视深度为纵坐标，绘制每条测线的视电阻率断面图，可以仔细和清楚地反映沿剖面层位电性变化和地质构造轮廓。全区共绘制各测线视电阻率断面图75张。
本区视电阻率断面图的基本特征是由浅至深视电阻率依次增大，浅部等值线密集平缓，中部等值线稀疏并有局部封闭现象，深部等值线更加密集，这种现象与本区地质层位的对应关系明确，浅部是第四系和上覆覆盖物的反映，中部是煤系中泥岩和煤层的反映，深部则反映了基底灰岩的电性变化情况。
本次勘探获得了准确而丰富的信息，解释组对所有的75条断面逐条进行了解释，资料对煤系上覆高阻覆盖物、断层等构造信息反映清晰，解释结果与已知资料吻合。
图5-2-1 980线视电阻率断面图
图5-2-2 1980线视电阻率断面图
图5-2-3上覆外来覆盖物在视电阻率断面图上的反映
煤系上覆覆盖物在视电阻率断面图上的反映：如图5-2-1至图5-2-3，在断面图左端。我们知道，本区地层基本上是一个单斜构造格局，在视电阻率断面图上的反映也应是一个单斜的格局，但当局部地段地层或地电发生变化时，视电阻率将发生明显的变化，我们看到，深部的单斜很明显，反映深部地层层序正常，未发现有较大构造或其他地质因素引起视电阻率变化（特别是图5-2-3，最为明显，未受到任何干扰），而浅部视电阻率在断面图上左右有较大变化，左边反映的电阻率有低-高-低-高的变化，而右侧视电阻率反映的是由低-高的正常情况，我们根据有关已知资料分析对比，左侧区域应存在外来覆盖物，引起了视电阻率的变化。
有了这样直观的反映，我们对资料的分析就变得容易了，就跟看图识字一样了，当然，我们还要弄清本质，这样就离不开地质，与地质工作相结合是我们物探工作的必然途径，离开了地质工作，我们物探工作将失其根本。本区资料解释力图与地质工作相结合，力求解释的准确性和完备性，我们相信这样的解释成果是能令地质学家们满意的。
图5-2-4820线地质剖面图
图5-2-5 1980线地质剖面图
图5-2-4是本次电法勘探获得的820线拟地质剖面图，图5-2-5是1980线拟地质剖面图，由图中我们看出，松散体呈现南厚北薄的特征，符合崩落物由南面崩落的堆积特点。
图5-2-6 A线地质剖面图
图5-2-6是A线拟地质剖面图，A线是穿过钻孔B12-2和h02孔的一条东西方向剖面，从该剖面我们可以看到，崩落物西厚东薄，由于东部远离悬崖，最东部没有崩落物。
3、平面分析
为了反映整个测区内地层和富水区域的轮廓和分布特征，一般采用在不同深度切平面的方法，由于地层倾角和层厚度的变化以及层位尖灭等因素，同一层位可能切取了不同的电性层位，而不同的电性层位其视电阻率值的幅度及背景一般而言是有所差别的，这就为异常的划分增加了一定的隐蔽性。由于地质异常体在垂向上有一定的延展范围，所以采用视电阻率积分参数来表征地质异常体在平面上的位置和分布特征，这样可能会增强其合理性。
图5-3-1地表下30米切片
如图5-3-1，在数据体中，沿地表下30米切片获得的切片图，图中黄色区域显示的是相对低阻区域，反映的是区内含水区域或者泥岩分布区域。图
中西侧（300线）有一高阻条带，参考图5-3-2实测地形图，300线附近地形正常，可排除地形影响的因素，从-150米和-500米切片上，我们可以看到其低阻特征，这些特征说明这一带可能为一较大规模的断层，近地表由于断层的存在，松散层不能存水，显示高阻特征，下部由于断层存水，显示低阻特征。断层有待地质证实。如果这条断层确实存在，危害较大，可能成为煤层上下导水的通道，使各层之间的水力联系加大，开采过程中需要预留保护煤柱，请矿方引起足够重视。
图5-3-2 实测地形图
图5-3-3地表下150米切片
图5-3-4地表下500米切片
4、地质解释
由前述平剖面分析，我们看到，松散体堆集于本勘探区西南部，与南部悬崖接近，由地质人员岩性对比资料得知，松散体内所含岩石与南部出露岩石岩性相同，证实松散体为南部岩体崩落所致。
关于崩落物有无再次滑动的可能性，我们与地质人员一样认为其可能性很小，理由有二：
1.南部有坚硬岩石阻挡，没有滑动的可能性，这一点地质报告说明得很清楚，在此不再赘述；
2.向东滑动的可能性也很小，其一是由于地层倾角很小，一般10度左右，其二是因为本区地表水不很丰富，主要来源是地表降水，所以缺少足够的剂。
本区大部分松散体来源于南部岩体的崩落物，钻探资料为我们提供了佐证（岩性相同），从电法资料来看，其电性特征也与一般第四系不同，结合地质资料，我们推断为外来物，即为崩落物。
六、结论
本次勘探共获得如下的重要成果：
1．煤层上部松散体不是滑坡体，应为本区侧面崩落物；
2.由于本区地层倾角较小，水系相对不发育，崩落物进一步滑动的可能性较小；
3.本区只发现一条较大断层，地质构造相对较为简单；
4.未发现存在玄武岩特征，若后续钻孔实见，可根据资料进一步分析；
5.本次勘探未就茅口组灰岩溶洞发育情况进行评估，由于深部资料分辨率降低，深部资料不够准确，妄加推测可能会误导矿方，如果需要，以后可以补足；
电阻率法的基本原理范文3
关键词：高密度电法；土石分界面；地质；地球物理特征；钻探资料；
Abstract: This paper describes the application of dam detecting interface between stone and earth in the high density resistivity method in Yuhuan, introduces the basic principle of high density resistivity method, data acquisition, data processing, and determine the backfill layer interface. Compared with drilling data validation, shows the effectiveness of the high density resistivity method.
Key words: high density resistivity method; earth-rock interface; geology; geophysical characteristics; drilling data;
中图分类号：TU74文献标识码：文章编号：
1. 引言
在沿海地区工程勘察中经常会遇到回填地基的勘察及检测的项目，而回填地基多为抛石体等，给工程勘察的钻探施工带来一定难度，为此利用物探的高密度电法在抛石体与土层分界面探测中带来高效和经济的工程结果；笔者引用在浙江省舟山市某海堤围垦工程勘察中利用高密度电法的实例进行应用分析。
2．高密度电法的基本原理和优点
高密度电阻率法的基本原理和常规电阻率法相同，它是以岩土介质的导电性差异为基础，通过观测和研究人工建立的地下稳定电流场的分布规律来解决地下地质问题。高密度电法的测量一般是通过带有大量电极的计算机控制系统来实现，这些电极以一个固定的间距分列在一条直线上采集的数据一般以等视电阻率断面图的形式出现，断面图直观地给出了地下电阻率值差异。高密度电法在野外测量时电极为一次性布完，减少因电极设置而引起的故障和干扰，提高了测量精度和测量速度。
3 应用实例
3.1 测区地质、地球物理概况
浙江省舟山市某海堤围垦工作区微地貌属山丘坡脚的前缘。现场地经回填，地形较平坦，标高约在4.0m，整个地段堆积物多为抛石，局部地段为石子、砂。
工作区地层自上而下主要为人工抛石层，第四系全新统海相沉积的淤泥质粉质粘土、粉质粘土，下伏基岩凝灰岩。
根据钻探地质资料，布置了孔旁电阻率测深点，电阻率测深曲线均为H型（如下图），能较好地根据地层的电性进行分层，从而证实了电法工作的有效性。从孔旁测深曲线上可得出，在勘探深度内自上而下可分为三个电性层，第一层为高阻层，视电阻率为n×10¹～n×10³Ω・m,对应于①层回填抛石体层；第2层为低阻层，视电阻率
3.2 野外施工方案
本次物探工作方案为用高密度电阻率法沿勘探剖面线布置，使用温纳α装置采集，电极间距5.0m。使用仪器为高密度直流电法仪，电缆为随仪器配套的多芯电缆，电极为定制不锈钢电极。由于仪器控制的电缆长度有限，一次排列布故需要对排列进行滚动重复测量，长度M与隔离系数N和电极间距a有关。根据温纳α装置采集层序的几何关系，最大N设置为12。
3.3 数据处理及反演
高密度电阻率法野外采集的数据需要先进行处理， 然后再带地形进行反演， 这些工作都可以在二维电阻率反演软件(2D RES)下实现。数据处理工作主要是剔除一些由接地不好电极影响的坏数据和采集系统自带的随机高斯干扰数据，且有一系列的参数设置来适应不同的场地乘法技术反演。反演结束后，选择合适的迭代结果运用Surfer软件作出等视电阻率断面图，然后依据等视电阻率断面图对该测试地区作物性地质分析，从而绘制出该工区各剖面的物性地质断面图。
3.4 成果资料解释
图2给出了勘察区的1#剖面的等视电阻率断面图，从等视电阻率断面等视电阻率断面图上分析，测区的地层分布较为简单，依地层顺序从上到下物性推断如下：
（1）表层为回填层多为人工抛石体，呈现高阻电性层，其ρs值变化范围较大，ρs＝10～900 Ω・m，厚度变化范围为16.0～20.0m间，至海边加厚，符合实际情况。
（2）表层下面的电阻率ρs＜ 10Ω・m的低电阻电性层，推断为淤泥质粘土层，厚度变化不大，平均厚度约16m。
（3）最下面为粉质粘土层（或全风化基岩），电阻率ρs值在 10～ 100Ω・m之间。
最后，将电极号100的物探解释成果与原ZK12工程钻孔资料进行比对，其对比情况见下表：
从上表的比对结果可看出，运用高密度电法在回填地基（抛石体）工程勘察效果明显，能够较为准确而详实地划分回填地基层的分层深度。为以后的工程施工提供依据。
4 结语
实践表明，物探方法在回填地基检测方面有较好的功效。同时高密度电阻率法具有成本低、效率高、效果好、显示直观等特点，值得大力推广。
高密度电阻率法的定量解释最好有一定量的钻孔资料相互对应，通过孔旁电阻率测深方法的资料，运用线性回归法来确定分层极距点位置及电性特征的一般规律，从而提高高密度电法的剖面分析解释推断结果的准确性，以此来准确确定表层回填地层的底板深度。
另外注意：在复杂的回填地区情况下，且无相关钻孔资料好引用时；可采取多种物探工作的方法的有效结合，通过现场多数实验来确定各种物探方法的有效性，来选取有效的物探工作方法，同样也会在回填地基的勘察及检测项目中取得显著的技术效果。
参考文献
[1] 刘国兴 电法勘探原理与方法[M]. 北京地质出版社. 2005
[2] 王兴泰 工程与环境物探新方法新技术[M]. 北京地质出版社. 1996
[3] 吕玉增.阮百尧 高密度电法工作中的几个问题研究. 工程地球物理学报[J].2005.2(4)
电阻率法的基本原理范文4
[关键词]高密度电法 渗漏勘察 古河槽 斯木塔斯水电站
[中图分类号] TV22 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-9-216-2
1概况
斯木塔斯水电站工程于2009年8月正式开工，次年9月30日实施河道截流，2012年7月大坝具备下闸蓄水条件，当月28日实施并完成了下闸工作， 下闸蓄水后因左岸古河槽渗漏，最大渗流量达4.5m3/s左右。在渗水发生后直至水库放空期间，对古河槽渗漏通道进行了详查，采取一些古河槽防渗处理。水库于2013年10月26日开始二次蓄水，古河槽出口又出现渗漏，且随着蓄水位的逐渐提高，渗漏量有跟随逐渐加大趋势。截止12月23日，总渗漏量1.23m3/s。从两个阶段的渗漏总量及1#古河槽水位变化可知：古河槽经防渗处理后，渗漏量有明显的降低，但渗漏量值还是较大。并且二次蓄水后，由于古河槽存在渗漏通道，高水头水流挤压古河槽内空隙空气，进口水面出现3处水泡现象；1#、2#水泡在1#古河槽末端（原砼心墙段），3#水泡出现在1#、2#古河槽之间的缏渡教寮洹＞研究，采用高密度电法对1#、2#古河槽进行全面的检测，并进行钻探辅助，查明两河槽的渗漏通道的渗漏原因和渗漏部位，为河槽加固方案提供必要的依据。
方法和原理。高密度电阻率法是以地下介质导电性差异为基础，通过观测和研究与这些差异有 关人工电场的分布规律，可达到查明地下地质构造和寻找地下电性不均匀体（岩溶、 风化层、滑坡体等）的一种地球物理勘探方法。高密度电法的勘探原理，与一般电法勘探原理相同。设地表水平，地下充满均匀各向同性半无限介质，在地面上任意两点用供电电极 A，B 供电，另外两点用测量电 M，N 测量电位差。A，B 电极在 M 点产生的电位为：
同理可得到他们在 N 点产生的电位：
于是 M，N 两点间的电位差为：
由此可得到均匀大地电阻率的计算公式：
式中：
称为装置系数，它是一个与各电极间的距离有关的物理量。野外工作中，装置形式和极距一经确定，K 值便可计算出来。
获得岩石电阻率的方法之一，是用小极距的四极装置在岩石露头上进行测定。此 外，通过电测井或标本测定也可以获得岩石的电阻率。根据地下地质体电性差异而划分界限的断面，称为地电断面。地电断面所划分的界线可能同地质体，地质层位的界面吻合，也可能不一致。这时向充满非均匀介质的地下通电并进行测量，也可按（1-1）式求出一“电阻率”值。不过它不是某一地层或地质体的电阻率，而是与电流有效作用范围内所有地质体的电阻率都有关系的物理量，并称之为视电阻率，用符号ρs表示。即
视电阻率实际上是电场有效作用范围内地形和各种地质体电阻率的综合影响值。 虽然（1-1）式和（1-2）式变量右侧的形式完全一样，但左端的 ρ和 ρs 却是两个完全不同的概念。只有在地面水平且地下介质均匀各向同性的情况下，ρ和 ρs 才是相同的。
视电阻率的基本公式（1-2）可以换成一个便于对地电断面进行定性分析的公式， 即视电阻率与地表电阻率，电流密度的关系式。设地面水平，当 M，N电极间的距离 MN 很小时，其间的电场强度可认为是均匀的，因此有
所以
式中jMN， ρMN分别为M，N电极间任意点的电流密度和介质的电阻率。将（1-3）带入（1-2） 式中得到
设均匀各向同性半无限介质的电阻率为 ρ，MN 间的电流密度为 j0，此时（1-4）式 可写成
因讨论的是均匀介质，故ρs 应等于 ρ，于是便有
将（1-5）代入到（1-4）
式中 ρMN 只决定于装置的类型和大小，对于确定的装置，可以认为它是已知的。
本次高密度电法勘察采用α排列，温纳-施伦贝尔装置。该装置数据稳定性好，测试效果对垂向电性变化反映最为明显，反演深度准确。剖面采用电极距5m、局部采用3m，采用60个电极进行采集。
2资料解释
在获得各勘察剖面图后，对其进行合理的地质解释至关重要。据已有资料显示，本场地勘察深度范围内主要的岩、土层有：风积黄土层、砂卵砾石层和黑云母花岗岩。
渗漏区域或者通道通过的区域在砂卵砾石层和黑云母花岗岩中都表现为低阻异常。
通过对勘察剖面的分析，以及根据以往的相关工作经验，我们对本勘察区内的岩、土层对的电阻率有如下认识：
（1）介质的电阻率在各勘察剖面中有明显相对强弱，有数值范围，单位为Ω・m；
（2）富水砂卵砾石层和乏水砂卵砾石层的电阻率差异明显；
（3）完整基岩和节理裂隙发育的基岩电阻率差异明显；
为此，对区内的地质现象分为下述三类，同时，对岩、土层采用下述图例表示：
富水砂卵砾石层：电阻率较低，一般介于20Ω・m-80Ω・m；
乏水砂卵砾石层：电阻率较高，一般大于300Ω・m；
节理裂隙发育的基岩（富水、形成渗漏通道）：电阻率较低，一般介于50Ω・m-150Ω・m。
从排列一的观测结果进行分析不难看出，有4处明显的低阻异常，三个小异常，一个大异常，里程分别为K0+72～K0+78、K0+159～K0+179、K0+233～K0+239、K0+233～K0+239，编号为Y01、Y02、Y03、Y04，如图1。从排列二的观测结果分析看出，有2处较大的低阻异常，里程分别为K1+50～K1+84、K1+93～K1+132，编号为Y04、Y05，如图2。
本次斯木塔斯水电站古河槽渗漏勘察在9条测线上共发现19处渗漏区域，从各条测线分析主要的渗漏区域出现在以1#古河槽和2#古河槽分界的山脊两侧，以及1#古河槽靠近主坝的岸坡山体之间。
3成果验证
根据高密度电法勘查出的渗漏部位，分别在1#古河槽和2#古河槽里程为K0+233～K0+239、K1+50～K1+84、K1+93～K1+132处布置了三个钻孔进行取芯及压水试验，发现钻孔岩芯较为破碎，而且节理裂隙发育，渗水严重。这与物探结果基本吻合，证明高密度电法勘查成果可信。
4结论
电阻率法的基本原理范文5
【关键词】发电厂；地基工程；岩土综合勘察技术；应用
中图分类号：F407文献标识码： A
近年来我国的工程建造技术得到了迅速的发展，但在工程实施过程中也出现了一些问题，因此突出了岩土勘察的重要性。目前，在进行岩土勘察过程中，传统的钻探已经不能够满足现代工程设计的需求，由此，岩土综合勘察技术被研发和使用，并且这些综合勘察技术具有勘察速度快、勘察的信息量较大、成本较低等优点。下面将结合实例对在某发电厂的地基工程中岩土综合勘察技术的应用进行探讨。
1.岩土综合勘察的必要性
在岩土工程勘察中，由于受勘探点的间距较大，因此采用传统的勘探技术时会受到这种间距的影响，将无法揭示勘探点间相关地质体的变化情况。若是在传统勘察方式的基础上再使用多种物探手段，就能够很好的揭示钻探点间地质体的分布变化情况，并且为钻探点外相关地层的“内连外推”提供依据，从而达到“点”、“线”、“面”结合的立体效果。这样，通过对岩土的综合勘察是相关建设单位掌握工程中的岩土性质、地质结构以及地下水位等情况，并且岩土勘察工作对整个工程有着重要的指导作用，在岩土工程勘察中合理的使用岩土勘察技术能够使岩土勘察工作更加精确顺利的完成，进而提高工程建设的社会效益和经济效益。
2.工程概况
此工程是某地新建发电厂工程，在工程施工前需要对此发电厂的地基的岩土层进行勘察。首先根据设计要求采用常规钻探和原位测试方式对此拟建场地的底层结构和持力层情况进行初步勘察。此场地桩基持力层是碎卵石层，其深度在45m左右。此场地的地质条件从上向下依此是杂填土、淤泥、细中砂、淤泥夹砂、粉质粘土、(含砾)细中砂、淤泥质土互层、碎卵石、强风化岩等。细中砂与淤泥夹砂、(含砾) 细中砂砾岩与碎卵石、碎卵石与其下伏风化岩等之间均存在较大的波阻抗差异(密度和速度差异) 及电阻率差异。而这些地质层之间波阻差异会在其分界面产生地震波的反射和折射，这样便给浅层地震发生波法提供了必要的地震地质分析条件；而地质层之间的电阻率差异为我们勘察该场地的物理地质情况提供了条件。
3.综合物探勘察技术
针对本工程在基本的钻探勘察后，我们采用综合物探勘察技术，其中用到的物探勘察技术包含横波反射法和高密度电阻率发两种。下面将对这两种技术进行具体探讨。
3.1横波反射法。
3.1.1横波反射法的工作原理。浅层地震横波反射其工作原理是利用了地下介质波阻抗差异来解决地质问题的。地震波通过地下介质进行传播，在此波传播的过程中当传播介质遇到波阻抗明显差异的界面时就还发生反射现象，同时我们利用提前安装的地表检波器来接受反射的波信号，通过检波器对此反射信号的计算分析和反射波的振幅、相位的时空特性推断地下层构造。并且这种横波受到的转换波的干扰相对较小，波速较低，因此每次反射波在垂直方向的分别率较高。
3.1.2勘察结果分析。在此次物探横波反射法进行勘察是采用了多次CDP覆盖技术，接收道数12 道，道距2m，炮间距2m，偏移距4m，覆盖次数6 次。在图1为E线偏移距2m 的展开排列实测地震记录(24 道) ，从图中勘察的结果可以看出此场地的地质层中，横波在淤泥（质土）夹砂、( 含砾) 细中砂、碎卵石及风化岩层面上均反发生反射，并且在这些反射波中只有风化岩的反射波能量较弱外，其他处的反射波能量都很强，并且表现出明显的反射同相轴。图2 为E 线反射数据经过处理后的反射时间剖面图，从图上可看出，同相轴T1、T2、T3 及T4 分别反映淤泥质土夹砂、( 含砾) 细中砂、碎卵石及风化岩层面。
图1实测地震记录
图2E 线横波反射时间剖面图
3.2高密度电阻率法。
3.2.1高密度电阻率法的工作原理。此方法是一种新型的物探方法，它是在电法的基础上演化而来的，它的工作原理和常规的电法是相同的，工作原理是以岩土介质的导电性差异为基础，人为对其施加电场，然后对地下传导电流的变化规律进行研究。
这种电阻率探测方法，利用供电电机向地下传输直流电流，建立电场，通过改变供电( A、B 极) 、测量装置( M、N 极) 的排列、大小和相对位置的改变来改变电流在地下的分布情况，由此来测量地下电场的变化，这样便能够推断地层电阻率深度的变化情况，进而达到测深的目的。
3.2.2勘察结果分析。此次物探高密度电阻率法在勘察时采用的是单个排列电极，共计使用了60根这样的电极，且每根电极之间的距离为3m，在勘察时的数据采集时使用的是二级装置。图3 为试验数据经过地形校正的反演成果―视电阻率等值线图。从图中可以得此勘察场地的土质层为典型层状或是视层状分布，并且地层中的视电阻率随深度的变化而呈现出“低―高―低―高”变化，总体可将他们分为四层。然后我们在结合之前钻探勘察的资料来分析，此场地的浅部的低阻层反映杂填土下的淤泥质土; 其下伏高阻层反映细中砂; 中部的低阻层反映淤泥(质土) 夹砂、(含砾) 细中砂及碎卵石; 下部的高阻层反应风化岩。经过与钻探勘察资料对比分析，得出在此地质层中在饱和水的作用下，地质层的淤泥夹砂之间存在很小的电阻率差异，且两者的电性界面模糊，而此地质层中的其他层面电阻断面反映出良好的情况。
图3E 线高密度电法视电阻率等值线断面图
工程实践表明:高密度电阻率法对追踪风化岩等界面效果良好，但对碎卵石层面的追踪推断效果不明显; 浅层地震横波反射法对碎卵石层面的追踪解译效果最好。
4.结束语
通过这两种物探方法与钻探方法对地下岩土层和不良地质体物性差异的综合对比，相互佐证，基本查明了测区内主要岩土层的分布情况，追踪并查清了碎卵石持力层面的起伏变化情况。实现了发电厂工程进行岩土勘察的目的，并为发电厂的基础工程设计提供了很好的指导和工程建设的有效参考数据。
参考文献
[1] 杨丽.浅谈建筑工程中对软土地基的勘察及处理技术[J].科技致富向导. 2013(18).
电阻率法的基本原理范文6
关键词:电磁法；水文地质；地质勘查；
中图分类号：F407.1 文献标识码：A 文章编号：
1 物探方法及原理
1. 1 瞬变电磁法
瞬变电磁法(TEM) 以接地导线或不接地回线通以脉冲电流作为场源,激励探测目标感生二次电流,在脉冲间隙测量二次场随时间变化的响应。二次场从产生到结束的时间极为短暂,属时间域电磁法。瞬变电磁法的物理基础是电磁感应原理,即导电介质在阶跃变化的激励磁场的激发下产生涡流场,如图1 所示。
图1 TEM法工作原理示意图
瞬变电磁法与其它电法相比,具有体积效应小、等值范围窄、测地工作简单、分层和穿透高阻覆盖层的能力强等优点，可提供较多有用的地质信息。同时该方法对低阻反映灵敏,体积效应较小,易于突出低弱电阻率异常,利于区分本区的含水区和富水区。该方法主要通过对观测记录的参数ΔV2PI 进行自相关技术滤波处理后,按晚期或全期视电阻率、纵向视电导率及视深度的计算公式转换为全期ρτ ( t) ,Sτ ( t) 和Hτ ( t) 等参数,绘制出相应ρτ ( t) , Sτ ( t) 及Hτ ( t) 断面与平面等值线图，这些图件即为资料定性与定量解释的基础资料。
1. 2 可控源音频大地电磁测深法
可控源音频大地电磁测深法(CSAMT) 是用不同频率的交流电按一定装置发射电磁波,借助于在地面上观测电磁场的振幅和相位,来研究地质问题的一种频率域电磁类勘探方法。电磁场具有趋肤效应，频率不同其穿透深度不同。高频时电磁场分布于浅层区域，低频时电磁场分布于较深区域，因此通过改变发射频率研究不同深度上的地质情况。可控源音频大地电磁测深法与直流电测深法相比,具有分辨能力强、各向异性小和能穿透高阻覆盖层等优点。根据测区地质资料, 选择合适的ResSmth 参数,通过对卡尼亚视电阻率和阻抗相位断面图的电性变化结合地质资料进行反演,最终经计算作出二维反演视电阻率断面图，再进行解释。
2 各地层电性特征及使用仪器及装置
测区内各地层岩性、电性特征见表1。
表1 测区内各地层岩性、电性特征表
采用Zonge公司生产的GDP-32型宽带多通道数字电磁接收机观测。为保证有足够的信噪比和探测深度，同时降低矿区干扰因素的影响，TEM 采用大定回线源装置，发射框采用800 m ×800 m的正方形框，采用探头装置接收；CSAMT采用赤道装置，采用测深的标量测量方式，水平方向电场(MN) 平行于场源(AB)，水平磁场垂直于场源布设，见图2。
3 资料解释
资料解释遵循由已知到未知、从点到面、从简单到复杂的原则。综合现有的地质、物化探、钻探、地震、水文等资料，结合野外实地调查，及时对已知资料进行定性或定量分析，研究电阻率与电性层的对应关系。瞬变电磁法实测曲线解释时，要注意区分由噪声引起的曲线畸变，排除其他良导体干扰造成的假异常，着重分析含水地层的含水性与曲线衰减特性之间的内在规律。
解释中,首先分析已知钻孔资料与TEM曲线的对应关系，总结出本区总的解释原则，再结合地震、地质资料和含水层视电阻率值的大小、层厚、埋深等因素，由点到线，由线到面，解释区内二叠系煤层顶底板和小窑采空区富水性及奥陶系灰岩含水层的富水情况，划分、圈定富水异常区范围及对测区内断裂构造导水性进行评价。
图2 CSAMT法标量测量示意图
4 工程实例
4. 1 TEM法勘查
从h277线断面图(图3)可知,1940、2140、2260、2520、2900、3140 号点附近，视电阻率等值线出现下降趋势的扭曲变化，与地震推断的断层位置基本对应。图中断层下降盘附近呈现明显的低阻异常，故可推断为断层裂隙带形成的富水区。通过本次勘探工作,结合已知钻孔和地震资料,推断出了设计所要求的区内石炭系上统灰岩和奥陶系顶界面下50m灰岩的富水异常区，分析解释了断层的含水性和导水性，圈定了富水异常区范围，对测区内断裂构造导水性进行了评价。
点号
图3 h277线等视电阻率断面图
4. 2 某煤矿CSAMT法勘探
图4为h164线反演视电阻率断面图，由图可见，在石炭系灰岩和奥陶系灰岩地层埋深附近，电性曲线基本呈似层状分布，断面纵向由浅至深总体表现出4个明显的电性层。
点号
图4h164线反演视电阻率断面图
图5为T140线等视电阻率断面图，由图可见，在石炭系灰岩和奥陶系灰岩地层埋深附近，电性基本上呈似层状分布，4020号点附近，等值线出现下降趋势的扭曲变化，与地震推断的断层基本对应。
点号
图5T140线等视电阻率断面图
通过本次勘探工作，结合已知钻孔资料，推断出了区内石炭系灰岩和奥陶系灰岩的不同等级富水区的赋存位置、范围和形态，基本查明了断层的含水性和导水性，消除了局部富水对煤田开采造成的安全隐患，确保了矿井持续、稳定、健康发展。
5 结论
介绍了TEM、CSAMT技术的原理、工作方法及在矿区水文地质勘查中的应用效果，结果表明综合物探方法在解决矿区水文地质勘查中是一种行之有效的勘探方法，可为矿井的安全生产提供技术指导和安全保证。
参考文献:
[1]牛之琏.时间域电磁法原理[M].长沙：中南工业大学出版社，1992.