城地1301——电阻率法

1、中南大学CENTRAL SOUTH UNIVERSITY地下结构和管线检测与维护题 目电阻率法检测学生姓名杨晨智 刘濛 高远 黄尘 范钊 范志伟 谭隆婷指导教师周子龙学 院资源与安全工程学院专业班级城地1301完成时间2016年10月目录一、电阻率法基本原理和工作方法31.1高密度电阻率法的基本原理61.2高密度电阻率法的工作方法7二、电场与大地电阻10三、电极排列方式11四、电阻率法的应用13一、电阻率法基本原理和工作方法 是根据岩石和矿石导电性的差别，研究地下岩、矿石电阻率的变化，进行找矿勘探的一组方法。它是用直流电源通过导线经供电电极（A、B）向地下供电建立电场，经测量电极（M、N）将该

2、电场引起的电位差引入仪器从而进行测量(一)地电断面及其基本模型1地电断面的概念岩、矿石电阻率对地中电磁场分布性质产生很大影响。而电阻率参数是根据电磁场观测结果确定的，在一般情况下，探查组成大地的各种岩石的电阻率分布情况是电法勘查的基本任务。本文以高密度电阻率法作为代表举例说明。通常都用一个术语地电断面来称呼。地电断面是按电阻率差异来划分的断面。显然，地球真正的地电断面是一个非常复杂的问题，所以，实际利用的是地电断面的简化模型，其中主要的是一维模型、二维模型和三维模型2地电断面的基本模型一维模型是广泛使用的模型。在一维模型范围内，实际不均匀的大地断面用水平均匀断面代换。在水平均匀断面内，电阻率仅

3、是深度Z的函数，即（z）。一维模型如图6.1.1所示。图6.1.1(a)是Z=0时导电大地与不导电(空气= )的大气有共同边界，组成大地的岩石电阻率值不变且向下无限延伸，这是一维模型最简单的情况。图6.1.1(b)是实际上用得最多的、是由有限数目均匀水平层组成的一维模型 。图6.1.1(b)中的i（，,n-1,n, n为电性层的顺序)和h分别 为第i层的电阻率和厚度，h在实际工作中可以有二层、三层或更多层的地电断面，例如，二层地电断面中包含厚度有限的一个电性层，其下伏为厚度无限大的基底层，如图6.1.2所示。而电阻率和之间关系只有两种类型：G型和D型 三层断面是由位于厚度无限大的基底层上面的厚

4、度有限的二个电性层组成，在这个模型中，、2和之间有四种关系，根据这些关系，三层断面分为以下四种类型 ： A型： ； K型： ； H型： ；Q型： 不难看出，随着断面中层数n的增加，断面的类型数按 2成比例增加。 实际上，在建立所有电法的理论基础时，都利用上面描述的水平均匀层状断面模型。但是，实际的大地地电断面电阻率 的分布特点往往呈横向(水平)不均匀性。把电阻率水平分布不均匀的地电断面模型分为两种类型：二维模型和三维模型。(二)视电阻率的概念及电阻率法的实质1、均匀大地电阻率的测定在地表水平、地下半空间被导电性均匀、各向同性的岩石所充满的特定条件下，若通过地面的点电流源A(+)和B(-)向地下

5、供入电流强度I时，根据点源电场的基本公式，很容易写出地面任意两点M和N处的电位M、N两点之间的电位差为： 将上式移项后，得：AM、AN、 BM、BN分别为各电极间的水平距离。各个电极位置的几何关系通常用装置系数K表示，即于是(6.1.1)式简化为：实际工作中，点源A、B是通过一对供电电极将电流I供入地下，M、N两点通过一对测量电极与观测电位差的仪器相接；并统称A、B和M、N分别为供电电极和测量电极。1.1高密度电阻率法的基本原理高密度电阻率法是常规电阻率法的一个变种,就其原理而言,与常规电阻率法完全相同,仍然以岩、矿石的电性差异为基础,通过观测和研究人工建立的地下稳定电场的分布规律来解决水文、

6、环境和工程地质问题的。高密度电阻率法实际上是一种阵列勘探方法,是多种排列的常规电阻率法与资料自动处理相结合的一种综合方法。现场测量时,只需将全部电极布设在一定间隔的测点上,测点的密度较常规电阻率法小,一般1m一10m。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转换装置,它可以根据需要自动进行电极装置形式、电极距及测点的转换。测量信号通过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。将数据回放到微机便可按给定程序对原始资料进行处理,图1.2.1为高密度电阻率法勘探系统结构示意图。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,

7、从而改变了电法勘探的传统工作模式,大大提高了工作效率,减轻了劳动强度,使电法勘探的智能化程度向前迈进了一步。高密度电阻率法勘探系统结构示意图 1.2高密度电阻率法的工作方法 在现场测量时，只须在预先选定的测线上，将全部电极设置在一定间隔的测点上，然后选择合适的装置类型和电极距，仪器便可进行自动化数据采集。再配上相应的数据处理、成图和解释软件，便能够完成给定的勘查任务。 高密度电法野外工作装置形式较多，总电极数与点距可根据场地条件及堪查深度任意选择，而且同一断面还可选用多种装置进行测量，减少仅用一种装置类型测量所造成的多解性。高密度电阻率法所使用的装置是一种联合式剖面装置，装置形式约有九种:排列

8、(温纳装置AMNB ), 排列(偶极装置ABMN ),Y排列(微分装置AMBrr), sA排列(联合正装置AMrr)及sB排列(联合反装置。MNB )适合于固定断面扫描测量;A-M(二极排列)、A-MN(三极排列)、AB-M(三极排列)及AB-MN(偶极排列)适用于变断面连续滚动扫描测量。其中a排列因其具有操作方便和对地下异常体的反映比较直观等优点，故该装置在野外工作中最为常用。图1. 2. 1为上述装置电极排列示意图。 图1. 2. 1为上述装置电极排列示意图。 固定断面扫描测量方法在测量时以剖面线为单位进行测量，启动一次测量最少测一条剖面线，一个断面由若干条剖面线组成。由于剖面上的测点数随

9、剖面号的增大而向下减少，故断面上的测点数呈倒梯形分布。以排列(温纳装置AMNB)为例，接地电极数为60，剖面数为16，其断面测点分布如图1. 2. 30 变断面连续滚动扫描测量方法在测量时以滚动线为单位进行测量，启动一次测量至少测一条滚动线，滚动线是一条沿深度方向的直线或斜线，各测点等距分布其上，所有滚动线上具有相同测点号的测点构成一条剖面，不同深度的测点位于不同的剖面上，一条滚动线上的测点数等于断面的剖面数。一个断面由若干条滚动线组成，断面上的测点呈平行四边形分布。以二极装置A-M为例，接地电极数为30,剖面数为12，滚动数为18，其断面测点分布如图1.2.40 二、电场与大地电阻视电阻率(

10、Apparent resistivity)在地下岩石电性分布不均匀(同时赋存有两种或两种以上导电性不同的岩石或矿石)或地表起伏不平的情况下，若仍按测定均匀水平大地电阻率的方法计算的结果称之为视电阻率，以符号表示一般情况下，视电阻率虽然不是地下某一种岩石的真电阻率，但却是在电场作用的范围内，地下电性不均匀体的综合反映。视电阻率值与地下不同导电性岩石(或矿体)的分布状况有关，还与所采用的装置类型、装置大小、装置相对于电性不均匀体的位置以及地形有关。对于某一个确定的(不均匀)地电断面，若按一定规律不断改变装置大小或装置相对于电性不均匀体的位置，并按上式测量和计算视电阻率值，则测得的视电阻率值将按一定

11、规律变化。电阻率法正是根据视电阻率的变化探查和发现地下导电性不均匀体的分布，从而达到找矿或解决其它地质问题的目的实际上，视电阻率的变化，正是反映了电性不均匀岩石中电场的分布情况。三、电极排列方式实践当中，把供电电极、测量电极的排列形式和移动方式称为电极装置，简称装置目前，我国采用的电阻率装置类型有电剖面法、中间梯度法和电测深法。(1)二极装置(AM)(Pole-pole )如图2-1-2(a)所示，这种装置的特点是供电电极B和测量电极N均置于“无穷远” 处接地。这里所指的“无穷远”具有相对概念：若 B 极在M点产生的电位或A极在N点所产生 的电位相对于A极在M点所产生的电位可忽略不计时，便可认

12、为B极或N极位于“无穷远”。(2)三极装置(AMN)(pole-dipole )如图2-1-2(b)所示，当只将供电电极B置于“无穷远”，而将AMN沿测线排列并进行逐 点观测时，便称为三极装置。(3) 联合剖面装置(AMN)如图2-1-2(c)所示，它由两个对称的三极装置联合组成，故称联合剖面装置。其中电源 负极接到置于“无穷远”处的C极，正极可分别接至A极或B极。(4) 对称四极装置(AMNB)如图2-1-2（）所示，这种装置的特点是 AM=NB ，记录点取在 MN 的中点四、电阻率法的应用1、煤田采空区探测2、地下水调查3、铁路、公路的地基勘查4、圈定地层岩性边界5、垃圾掩埋场淋漓范围的勘测6、古墓勘察7、污水管道的探测8、水库、河流堤坝渗漏情况的无损检测9、矿山采空区勘探10、浅层