高分辨电法仪培训(2011.10.18)

YD32(A)高分辨电法仪

探测技术及应用方法中煤科工集团西安研究院物探仪器研究所张军2011.10.18内容提要：一、概况二、主要用途三、仪器特点四、电法勘探分类五、直流电法勘探原理及施工六、资料处理及成果分析七、应用实例一、概况电法勘探是地球物理学主要学科之一，是以研究地壳中各种岩矿石电学性质之间的差异为基础，利用电场空间和时间分布规律来研究解决地质构造以及含水性探测的地球物理方法。它以岩石的电性差异为基础，通过布置在巷道内的供电电极在巷道周围岩层中建立起全空间稳定电场。物探仪器所研发生产的直流电法仪有两种：YDZ(A)直流电法仪和YD(32)高分辨电法仪。两种电法仪器在辽宁、山东、河南、河北、淮南、淮北、山西的晋城、朔州等应用广泛，取得良好的效果。特别是郑煤的一五五矿成功预防了几起重大的出水事故；河北邢台矿务局每个矿都配备了直流电法仪。二、主要用途巷道底板含水层、溶洞、断裂破碎带等富水构造探测煤层顶板砂岩局部富水区掘进前方导水、含水构造老窑采空区边界及富水性探查工作面内隐伏含水构造陷落柱边界范围探查三、仪器主要特点实现了大功率发送，加大了探测距离；可现场实时处理、及时显示测量曲线；抑制干扰效果好，精度高，结果准确；施工效率高，操作简便直观；实现了计算机智能控制，界面美观，自动化程度高。仪器主要技术指标防爆形式：本质安全型，防爆标志为ibI（150℃）电压精度：0.1%电压测量范围：0～±2.0V动态范围：120db（24位A/D）最大发射电压：≤100V

最大工作电流：≤100mA发射电流误差：≤1％；重复性≤0.5％信号通道：32CH

分辨率：10uV接收电压误差：≤5%外形尺寸长×宽×高：272mm×202mm×165mm。重量：约10kg。显示器：LCD彩色TFT，分辨率为：640*480人工电场法自然电场法交流电法直流电法电阻率法

充电法激发极化法

自然电场法电剖面法电测深法四、电法勘探分类直流电法电法勘探是勘探地球物理学主要学科之一。电法勘探是利用不同岩石间或矿石与围岩之间的电位差异，在地面上借助研究天然的或人工方法建立的电场或电磁场的分布规律来查明地质构造或寻找有用矿产的一类地球勘探方法。

它以岩石的电性差异为基础，电流通过布置在巷道内的供电电极在巷道周围岩层中建立起全空间稳定电场。五、直流电法勘探原理利用探测目标电性参数的差异来分辨目标体电参数电流电压电阻率电场强度极化强度目标体岩层洞穴水体金属矿构造电阻率的主要影响因素1组成岩石的矿物成分。在煤田电法勘探中，研究的主要对象是沉积岩。2岩石中水溶液的分布状态3岩层中水溶液的电阻率大小4与含水孔隙度有明显关系5与岩石的裂隙率，岩溶发育程度有较大关系ILS岩体前提是目标体有明显的电性差异，如：煤的电阻率30-1000Ω•m海水的电阻率0.2-1Ω•m湿土壤的电阻率1-10Ω•m泥岩的电阻率10-100Ω•m砂岩的电阻率100-1000Ω•m灰岩的电阻率300-10000Ω•m砂砾的电阻率600-10000Ω•m花岗岩的电阻率10000Ω•m铜的电阻率0.0001Ω•m矿井直流电法勘探方法

1.三极超前探测

2.三极测深

3.对称四极测深三极超前探测原理

A极为点电源三极超前探采用双电极供电方式，A电极放置在巷道迎头，B电极放置在无穷远处（一般为300米以上或者OB>(3-5)OA

），使其产生的电场影响可以忽略，供电装置可看作单点供电。在巷道条件下，供电电极B放置在无穷远，A极电场可近似为一个球体，并且球体上任意两点的电位相等。如下图：1.三极超前探测三点交汇原理图1.三极超前探测三极超前勘探原理示意图

施工布置图1.三极超前探测三极超前探测施工方法1.三极超前探测高分辨电法仪主界面1.三极超前探测三极超前探测施工参数设置1.三极超前探测高分辨电法仪主界面1.三极超前探测三极超前探测仪器参数设置1.三极超前探测1．打开文件高分辨电法仪处理软件2打开后3预处理——三极超前探测和三极测深时选“三极”，对称四极测深时选“四极”

4预处理后（此处为三极超前探测）5数据处理——三极超前时选“超前探”，三极测深和四极测深时选“测深”

6选“超前探”后弹出下图对话框，输入最近发射电极与迎头的距离7数据处理后

8选等值线图—超前施工选“超前探”9显示等值线图

高分辨电法仪处理软件演示电位表达式：式中：I代表电流源场的大小（A），U代表观测点测量电位的大小（V），R代表电流源到观测点之间的距离（m），ρ代表均匀全空间的视电阻率（Ω·m）。视电阻率表达式：其中，K为装置系数，随跑极距离等而变化不定；△U测量电极间电位差；I为供电电流。数据分析处理原则随着跑极距离的增大，电压值不断减小，电流值一般不发生变化。相邻的跑极计数中，电压值相差不大，不会发生突变。同一个跑极计数中，A1、A2、A3三个供电电极分别供电，分别测量的三组电压信号依次增大。以上仅为理论上解释，实测中，如果不遵循此原则，只要始终遵循一定规律即可。资料解释原则1)成果剖面采用的是视电阻率梯度比值处理结果，数值的高低反映的是相对电性变化情况，不代表地层介质的真实电阻率。2)含水导水构造异常在成果剖面上呈现“低阻”反映，包括前方断层导水、陷落柱、老空积水区、地层裂隙水等，空洞、干燥破碎带呈现“高阻”反映。3)成果剖面上“低阻”数值的高低预示了前方介质含水性的强弱，但这种关系并不是绝对的比例关系，而是与整个工作区域的背景值有关。4)超前探测成果对前方界面的变化反映明显，但当异常的规模较大时，成果剖面可能只反映进入异常体位置和穿出异常体位置。5)采集数据中某一个因采集工作原因而产生的“假值”就会在成果剖面上产生一个或几个“假”异常，数据的采集应认真可靠。总结

利用巷道超前探测使用三极空间交汇探测法，可以预测堵头前方104米范围内存在的导含水构造（断层、陷落柱、裂隙破碎带、老空巷道），提供前方104米范围内岩石的视电阻率变化信息。预测堵头的后方必须有不小于104米的施工空间，不能判断前方含水体的来源（顶板裂隙水、底板溶洞水等）。可以肯定解释非异常区不会存在突水或出水的危险，解释的异常区不能肯定一定出水，异常为相对异常。三极测深原理ANMB

在实际工作中，对称四极装置经常会受到巷道空间的限制而无法加大极距的情况，这时可采用三极测深法。三极测深法也是通过加大供电电极极距来达到测深的目的。

三极测深工作装置2.三极测深2.三极测深三极测深仪器操作2.三极测深三极测深法具有一下特点：

工作中只需要移动近测点的供电电极即A极，单向布置电极，受空间影响最小，测线端的测量“盲区”最短。三极测深是非对称装置，它对地下地电异常体的电性响应最强，其异常分辨率比对称装置高，又可通过加大电极距密度，提高勘探分辨能力。测量可采用固定MN方式，这样既可见效不均匀体的干扰，又能提高勘探精度。由于是单点供电，所以测量信号较弱，所以供电电流比对称四极装置要大。可以根据巷道条件选择合适的测深装置。

ANMB对称四极测深是借助于改变供电电极极距，来研究测点下深度方向上视电阻率的变化，从而解决垂直方向上的电性问题的物探方法。四极工作装置3.对称四极测深对称四极测深原理对称四极勘探原理示意图

均匀场3.对称四极测深3.对称四极测深四极测深仪器操作3.对称四极测深对称四极探测成果图3.对称四极测深施工注意事项一发射电流几乎为0解决：状况一未按仪器“复位”键，打开发射电路。状况二发射电流太大，仪器已过流保护，调节限流器的电阻大小。状况三怀疑无穷远电极是否打好。二发射电流不够大（小于30mA）解决：检查发射电极是否接地良好，改善发射电极接地条件状况一地面浮渣太多，清理出一个小坑后，使发射电极打在底板（侧帮）上，保证电极接地良好状况二接地太干燥（接地电阻太大）在电极周围浇水（食盐水）然后重新检测。三井下接收数据不稳定解决：状况一可能是接收电极M和N接地不好，这种情况下应对M和N极加深加固，然后重新采集数据状况二也可能是由于干扰信号较强（如：电机车开动、巷道皮带运转、附近变压器工作等带来的电场干扰），这种情况下应该避免此时测量或避开此地进行测量。四发射电流突然几乎变为0解决：状况一供电电流过大引起过流保护，这时应该在增大限流盒的电阻值，然后按复位键，再对相应的参数进行设置，后进行数据采集。状况二无穷远电极可能被人为改动，比如被人拔走了。注意：发射电极应打在比较潮湿的地方,但是应千万注意电极不能被地面的水短路（泡在一起）。发射电极短路会使数据没有距离差别，接收电极短路电压值几乎为0。超前探测实例探测掘进头前方含