電法實驗報告

1、電法勘探實驗報告u 姓名： 邱樂穩(wěn)u 學(xué)號： 0145110130 u 專業(yè)： 地球科學(xué)信息與物理學(xué)院u 班級： 1101班u 指導(dǎo)老師： 龔安棟 嚴(yán)家斌u 實驗名稱：直流電法DDC-5電子自動補(bǔ)償儀實驗(電阻率法)u 實驗儀器：1. DDC-5電子自動補(bǔ)償儀 2. 12V直流蓄電池 3. 帶有標(biāo)尺的水槽 4. 水平銅板或者高阻磚塊5. 連接線若干，點電極面電極各若干u 實驗?zāi)康模?、 熟悉了解DDC-5電子自動補(bǔ)償（電阻率）儀的基本操作方法。2、 通過實驗驗證一些疑問及教材上的理論曲線，嘗試調(diào)節(jié)一起參數(shù)，如觀察工作模式的變化，進(jìn)一步體會生產(chǎn)操作中電法勘探的利弊。3、掌握電法勘探的基本工作模式

2、，熟悉電阻率法各種裝置的具體應(yīng)用，在實踐中加深對其的認(rèn)識。u 實驗裝置：1. 中間梯度裝置 中間梯度法工作示意圖工作方法：供電電極AB固定，測量電極MN在AB中部 1/3范圍內(nèi)移動，MN極還可以在離開 AB連線一定距離（AB/6范圍內(nèi)）且與之平行的旁測線上進(jìn)行觀測，原點 O 為AB的中點，記錄點號位置為MN中點。反映一定深度內(nèi)電阻率水平橫向變化情況。實驗裝置系數(shù)K=2/|1/AM-1/AN-1/BM+1/BN|。2. 偶極偶極剖面裝置偶極偶極裝置工作示意圖工作方法：如圖所示，這種裝置的特點是供電電極AB和測量電極MN均采用偶極子，并分開有一定距離。由于四個電極都在一條線上，故又稱軸向偶極。其中

3、，原點取OO中點（O為AB中點，O為MN中點），它適用于研究沿著剖面不同深度電阻率的變化。剖面的延伸是通過同時移動AB和MN（通常移動距離為d）來實現(xiàn)的。取AB=MN=d（d為偶極子長度），OO=nd(n為正整數(shù)），n為電極的間隔系數(shù)，則K=*n*（n2-1）*d（DDC-5儀器中間隔系數(shù)n與書上理論中提到的間隔系數(shù)n不同，前者是AB中點與MN中點的間距，后者是BM的間距）。3. 聯(lián)合剖面裝置聯(lián)合剖面工作示意圖工作方法：電極B放在無窮遠(yuǎn)處，AMN沿測線同時移動，各電極間相對距離保持不變。且K始終為K=*（a2-b2)/b。4. 對稱四級剖面裝置對稱四級裝置工作示意圖工作方法：四個電極沿X移動的

4、動源電剖面測量，用來研究電阻率的橫向變化，電極相對位置保持恒定，K值是常數(shù)。原點O是X軸上的固定點（通常選為MN最初的中點）。5. 四級測深裝置與對稱四級剖面裝置相同，只是測量時移動方式不同。u 實驗原理：電阻率法包括電阻率剖面法和電測深法，電阻率剖面法：電極距保持一致，探測深度大致一致，反映一定深度內(nèi)橫向變化，電測深法：MN不動或有變化，AB逐漸增大以加大探測深度，反映縱向變化。電阻率法是用直流電源通過導(dǎo)線經(jīng)供電電極（A、B）向地下供電建立電場，經(jīng)測量電極（M、N）將該電場引起的電位差U引入儀器進(jìn)行測量。隨電極不同的布置方法與地下情況的復(fù)雜，使供電電極產(chǎn)生的地下電流場分布不同，高阻體具有排斥

5、電流的能力，電阻率越高，排斥能力超強(qiáng)，低阻體具有吸引電流的能力，電阻率越低，吸引能力越強(qiáng)，電流從A極經(jīng)過避開高阻巖體和通過低阻巖體到達(dá)B極，每條電流線的路徑都按所受阻力最小運(yùn)行，服從最小能量原理。實際應(yīng)用地表不是水平，地下也不是均勻各向同性的，通過同樣的裝置得到的電阻率是就不是巖體或礦體的真實電阻率，我們把它稱為視電阻率，中梯裝置、聯(lián)合剖面裝置、對稱四級裝置、偶極偶極裝置等裝置只是裝置系數(shù)不同，對稱四級與四級測深則只是裝置系數(shù)表達(dá)式里面的極距不同而已。視電阻率公式的微分形式：視電阻率的微分公式可以看出視電阻率與電流大小是無關(guān)，實際上由于E或J均與電流強(qiáng)度成正比，故所有的視電阻率公式中視電阻率值

6、均與電流大小無關(guān),只與不均勻體的分布及電極排列方式相關(guān)，但電流的大小會影響我們的觀測精度。u 實驗步驟：1. 實驗前的準(zhǔn)備（A）檢查儀器是否正常，儀器本身所帶的附件是否完整。（B）據(jù)實驗內(nèi)容準(zhǔn)備實驗所需的供電線，測量線，儀器供電線，夾子是否齊全。為了實驗安全，供電線與測量線、A極線與B極線，M極線與N極線最好在顏色上要有區(qū)分或做上記號。2把觀測體放在水槽中間，水下2-5CM。3按不同裝置要求布置電極A、B、M、N。4把儀器接入高壓12V，檢查所有的接線柱是否正確。5按儀器開關(guān)鍵，儀器顯示DDC-5。6按電池鍵，檢查電池電壓，應(yīng)不低于10V。7選擇不同裝置，.按排列鍵，按前進(jìn)鍵選擇排列如RECT

7、CL、3P/PRFL、4 P/PRFL、OIPOLE、4P/VES等。8按各裝置要求設(shè)置極距等各參數(shù)。9按測量鍵，顯示INJECTION，測量結(jié)果顯示R0=XXXX，V/I=XXXMV，XXXMA。10記錄下測點號和測量的視電阻率，按存儲鍵，顯示存儲號，第一次輸入1，以后按前進(jìn)鍵即可。11移動測量至下一個測點。重復(fù)第8步。安全注意事項：開始接線時先連接儀器一端再連電源一端，測量完畢先收電源線再斷其他的線；對于不同的電極布置方式，實驗室有可選的不同種類的電極如點電極、面電極等，電極間相差較遠(yuǎn)時供電電極選擇面電極，以增大接觸面積減少輸出電阻增大供電電流。u 實驗數(shù)據(jù)處理及分析： 中間梯度剖面 背景

8、場含異常物體背景場含異常物體x(m)s(.m)s(.m)x(m)s(.m)s(.m)-0.355.6164.11-0.2857.7566.780.0246.4389.79-0.2660.1168.680.0447.9488.78-0.2462.7871.890.0649.1187.89-0.2266.4974.040.0856.986.99-0.272.4876.420.166.0385.48-0.1874.1478.550.1278.6283.54-0.1679.8380.590.1483.8387.44-0.1480.6782.380.1689.679.09-0.1277.3285.070

9、.1887.1576.84-0.170.8485.840.282.2574.36-0.0862.8287.070.2278.1271.99-0.0657.3388.520.2474.569.35-0.0452.4489.050.2671.1564.77-0.0248.6389.590.2868.9961.080.00E+0046.5889.530.366.3655.51水槽中的銅板水平橫放，銅板尺寸為：29cm*17cm*0.25cm，AB=100m，MN=2cm，以下相關(guān)圖形：由圖可以看出，總體測量視電阻率曲線表現(xiàn)為中間往下凹，兩邊出現(xiàn)雙峰，與理論曲線較吻合，下凹反映了底下水平銅塊異常，曲線

10、極小值所在測線位置，也是銅板中心所在測線位置，曲線出現(xiàn)雙峰這是由于水平銅塊的激化極化效應(yīng)產(chǎn)生的；背景場曲線呈現(xiàn)上凸現(xiàn)象是由于受到水槽壁的影響，曲線在個別點上并不平滑可能是操作人員的失誤；減去背景場后的視電阻率曲線異常更加明顯，在純異常曲線的兩側(cè)出現(xiàn)負(fù)值及純異常曲線雙峰出現(xiàn)負(fù)值，而理論模型的雙峰值是大于0且理論曲線的兩側(cè)均大于并趨于0，這是由于水槽壁的影響使得測量的背景值較大，使得減去背景場的異常曲線偏低，從而得到雙峰小于0的錯誤。埋深估計：利用第一種經(jīng)驗公式估計水平低阻板埋深：x=（15（15）cm=30cm，h0= x/221.4cm利用第二種經(jīng)驗公式估計水平低阻板埋深：q=18cm， h0

11、=1.3×q=23.4cm，由此可見誤差較大。 偶極偶極剖面n=4n=6n=8x/ms(.m)x/ms(.m)x/ms(.m)0.0449.40.0652.810.0854.980.0847.50.151.870.1254.730.1248.980.1453.210.1654.70.1647.550.1852.680.253.930.245.780.2253.510.2452.860.2447.430.26520.2851.190.2845.350.349.990.3256.760.3245.530.3453.790.3666.10.3644.290.3864.910.480.550

12、.456.60.42105.210.44108.710.4470.30.46101.340.48139.790.4865.840.5105.50.52141.210.5266.930.54106.940.56115.70.5669.020.58111.640.679.870.663.110.6265.850.6467.940.6446.930.6654.460.6857.580.6839.730.750.670.7252.650.7246.250.7452.210.7652.810.7645.240.7849.530.853.850.845.640.8252.060.8454.030.8444

13、.850.8649.990.8851.640.8844.570.9242.34水平橫放磚塊：23*11*5cm，AB=MN=2cm，以下為相關(guān)圖形：由S曲線圖可知，隨著電極距n的增大，視電阻率的異常幅度逐漸增大，水平高阻板上偶極裝置理論曲線隨著n的增大異常先變大后變小，此處并無現(xiàn)象可能是因為最佳極距n8；在三條曲線的中間均出現(xiàn)相對于理論曲線的下凹現(xiàn)象推測可能是激化極化影響，可以等同一個地下電流偶極子，但是與球體異常等效偶極子方向相反，因而削弱了板中間部分的電流密度場，最終使曲線下凹。由三條曲線共同的轉(zhuǎn)折點可以推測出銅板寬度為20cm左右。 聯(lián)合剖面x(m)As（.m)Bs(.m)x(m)As（

14、.m)Bs(.m)0.168.5644.640.1268.5345.910.5272.2250.460.1465.5247.490.5473.6250.720.1669.5945.890.5677.3546.720.1866.8146.750.5878.1645.120.265.5146.140.683.5846.130.2265.0150.050.6287.3848.050.2468.249.160.6482.0450.10.2664.6251.310.6679.7251.270.2866.0651.860.6869.851.440.364.4254.40.764.8251.360.3263

15、.3257.670.7263.6551.090.3463.6163.770.7465.1752.540.3661.4966.190.7664.2451.830.3861.0963.90.7866.8753.010.460.6462.660.861.851.510.4262.5860.880.8261.4253.810.4464.6357.370.8461.7252.640.4666.1656.280.8661.7255.640.4869.8953.470.8861.7156.570.570.1754.610.961.8358.4水平銅板尺寸：29*17*0.25cm，OB=10cm，MN=2c

16、m，以下為相關(guān)圖形：圖中曲線十分不光滑，說明工作人員做該實驗時隨機(jī)誤差較大；曲線大致形狀與理論曲線相同，但s（B）曲線偏低，整體下移，推測可能是供電電極扭曲生銹使得供電電極在測量電極兩側(cè)時極距不同進(jìn)而造成曲線下移。校正錯誤后可以通過s（A）曲線與s（B）曲線極值點間距近似估計出板的水平寬度為20cm。 對稱四級剖面AB/2=0.09m AB/2=0.15m x（m)s（.m）x（m)s（.m）0.0638.850.142.210.0838.590.1240.650.138.640.1440.590.1238.190.1639.790.1438.060.1839.460.1638.20.2390

17、.1837.910.2238.740.237.470.2438.820.2237.780.2639.250.2437.570.2841.370.2637.560.344.030.2838.030.3250.360.339.290.3455.630.3240.960.3657.220.34430.3850.630.3643.260.437.380.3841.370.4234.250.438.440.4431.990.4236.150.46290.4435.180.4827.270.4635.290.530.070.4835.750.5232.240.536.260.5432.240.5236.5

18、60.5634.890.5436.980.5838.270.5637.760.647.830.5839.520.6256.150.642.380.6458.50.6245.250.6648.50.6445.050.6847.260.6642.260.740.960.6839.810.7239.450.738.340.7438.050.7237.680.7637.020.7437.880.7838.070.7638.080.839.570.7838.250.8240.90.838.360.8441.420.8238.410.8643.110.8438.650.8844.760.8638.80.8

19、839.090.939.510.9240.190.9441.23水平銅板尺寸：29*17*0.25cm，MN=2cm，以下為相關(guān)圖形：, 由圖可知：兩條對稱四級剖面曲線的基本形狀相同，中間下凹反映了水下低阻銅板的存在，兩側(cè)雙峰體現(xiàn)了激化極化效應(yīng)。隨著極距AB/2的變大，視電阻率異常幅值變大，因為隨著極距變大測到的深度越大直至銅板得到充分感應(yīng)，即開始只是測到銅板上方的視電阻率，而增大極距之后，測量深度加大，于是測到整個銅板的視電阻率。根據(jù)理論分析，異常幅值最后會趨于某一漸進(jìn)值，此時即與用中梯裝置測量的異常相同了。利用兩條曲線中間的變化轉(zhuǎn)折點可以近似估計銅板的水平寬度為20cm。 對稱四級測深X(

20、m)s(.m)X(m)s(.m)0.0546.720.2536.290.0747.340.2736.750.0949.140.2937.20.1148.010.3138.060.1345.690.3339.080.1541.470.3540.170.1738.860.3741.440.1937.290.3942.510.2136.060.4144.620.2336.19水槽中的銅板水平橫放，銅板尺寸為：29cm*17cm*0.25cm，測向距為0，MN=2cm，以下相關(guān)圖形：曲線整體為H型曲線，通過水槽壁模擬分析知：隨著AB極距的變大，會增強(qiáng)水槽壁的影響，即使背景場視電阻率曲線上凸程度更大，所

21、以在上圖的左側(cè)會出現(xiàn)上升的趨勢，隨后曲線呈下降趨勢是因為水下低阻銅板的存在，曲線最后上升反映了由銅板到更深層水的過渡。u 實驗結(jié)論：1. 由于水池壁的反射作用，使背景場呈上凸弧線曲線。2. 對于水平低阻銅板的中間梯度，聯(lián)合剖面，對稱四極幾種方法的測量結(jié)果基本與課本中理論曲線無異，皆能得到較明顯異常。3. 用中梯裝置測量的低阻板狀體異常幅值比聯(lián)剖裝置和對稱四級剖面測量到的大且異常位置更明顯，所以用中間梯度法尋找水平的良導(dǎo)脈狀時最有利，對稱四極效果次之。4. 中間梯度法較為簡單高效，偶極偶極法綜合效率偏低，只能做定性分析，偶極偶極法、聯(lián)合剖面法與對稱四極法受極距影響大。u 實驗不足及誤差分析： 水

22、質(zhì)的影響。 供電電極和測量電極的位置誤差。 標(biāo)尺和測量儀器的誤差和精度。 供電電源電壓的微動都會影響測量結(jié)果。 操作人員的專業(yè)素養(yǎng)及操作習(xí)慣等也會影響實驗結(jié)果。 儀器的精度有限。u 電測深曲線模擬（一維直流電測深）：采用四級測深，當(dāng)MN 0時的四極裝置視電阻率表達(dá)式 :地下一層測量直流電測深響應(yīng)曲線模擬先求出轉(zhuǎn)換函數(shù)T，下面程序會用到：【syms m I A22 A1 B1 A2 B2 A3;rho=sym('rho22,rho1,rho2,rho3');h=sym('h1,h2');A22 A1 B1 A2 B2 A3=solve('-exp(2*m*

23、h(1)*A22+exp(2*m*h(1)*A1+B1=0','rho(2)*exp(2*m*h(1)*A22-rho(1)*exp(2*m*h(1)*A1+rho(1)*B1=0','exp(-2)*m*h(1)*A1+B1-exp(-2)*m*h(1)*A2-B2=-rho(2)*I*exp(-2*m*h(1)/(4*pi)','-rho(3)*exp(-2)*m*h(1)*A1+rho(3)*B1+rho(2)*exp(-2)*m*h(1)*A2-rho(2)*B2=rho(2)*rho(3)*I*exp(-2*m*h(1)/(4*pi)&

24、#39;,'exp(-2)*m*(h(1)+h(2)*A2+B2-exp(-2)*m*(h(1)+h(2)*A3=0','-rho(4)*exp(-2)*m*(h(1)+h(2)*A2+rho(4)*B2+rho(3)*exp(-2)*m*(h(1)+h(2)*A3=0','A22,A1,B1,A2,B2,A3');T=2*pi*(A1+B1)/I;simplify(T)】模擬程序：function z1=hankel1_47(fun,B)a=-3.05078187595e+00;s=1.10599010095e-01;wt1=3.1792614

25、7465e-06 -9.73811660718e-06 1.64866227408e-05 -1.81501261160e-05 1.87556556369e-05 -1.46550406038e-05 1.53799733803e-05 -6.9562827393e-05 1.41881555665e-05 3.41445665537e-06 2-05 2.34962369042e-05 4.84340283290e-05 7.33732978590e-5 1.27703784430e-04 2.08120025730e-04 3.49803898913e-04 5

26、.79107814687e-04 9.65887918451e-04 1.60401273703e-03 2.66903777685e-03 4.43111590040e-03 7.35631696247e-03 1.21782796293e-02 2.01097829218e-02 3.30096953061e-02 5.37143591532e-02 8.60516613299e-02 1.34267607144e-01 2.00125033067e-01 2.94027505792e-01 3-01 2.41655667461e-01 -5.4054916165

27、8e-02 -4.46912952135e-01 -1.92231885629e-01 5.52376753950e-01 -3.57429049025e-01 1.41510519002e-01 -4.61421935309e-02 1.48273761923e-02 -5.07479209193e-03 1.83829713749e-03 -6.67742804324e-04 2.21277518118e-04 -5.66248732755e-05 7.88229202853e-06;z1=0;for i=1:size(wt1,1) lamda=(1/B)*10(a+(i-1)*s); z

28、1=z1+feval(fun,lamda)*wt1(i);endz1=z1/B;function T=Transfer_Fun1(m)global rhoglobal hT=-rho(2)*(-rho(3)*rho(2)*rho(4)*exp(2*m*(3*h(1)+h(2)-rho(2)*rho(3)2*exp(2*m*(3*h(1)+h(2)+rho(3)*rho(4)*rho(1)*exp(2*m*(3*h(1)+h(2)+rho(1)*rho(3)2*exp(2*m*(3*h(1)+h(2)-exp(2*m*h(1)*rho(3)2*rho(1)-rho(2)*exp(2*m*h(1)

29、*rho(3)*rho(1)+rho(3)*exp(2*m*h(1)*rho(4)*rho(1)+rho(2)*exp(2*m*h(1)*rho(4)*rho(1)-rho(2)*exp(2*m*(h(1)+h(2)*rho(4)*rho(1)+exp(2*m*(h(1)+h(2)*rho(3)2*rho(1)+rho(3)*exp(2*m*(h(1)+h(2)*rho(4)*rho(1)-rho(2)*rho(3)*exp(2*m*(h(1)+h(2)*rho(1)/(-rho(2)*exp(2*m*h(1)*rho(3)2+exp(2*m*(h(1)+h(2)*rho(3)2*rho(1)

30、-rho(3)*exp(6*m*h(1)*rho(1)*rho(4)+rho(3)*exp(6*m*h(1)*rho(2)*rho(4)-rho(2)2*exp(6*m*h(1)*rho(4)+rho(3)*rho(2)*rho(4)*exp(2*m*(3*h(1)+h(2)-rho(3)*rho(4)*rho(1)*exp(2*m*(3*h(1)+h(2)+rho(3)*exp(2*m*(h(1)+h(2)*rho(4)*rho(1)-rho(2)*exp(2*m*(h(1)+h(2)*rho(4)*rho(1)+rho(3)*exp(2*m*(h(1)+h(2)*rho(4)*rho(2)

31、-rho(2)*rho(3)*exp(2*m*(h(1)+h(2)*rho(1)-exp(6*m*h(1)*rho(2)*rho(3)2+rho(2)*rho(3)2*exp(2*m*(h(1)+h(2)-rho(2)2*exp(2*m*(h(1)+h(2)*rho(4)+rho(2)*exp(6*m*h(1)*rho(4)*rho(1)-rho(2)*exp(6*m*h(1)*rho(3)*rho(1)-rho(2)*rho(3)*rho(1)*exp(2*m*(3*h(1)+h(2)-rho(2)*rho(4)*rho(1)*exp(2*m*(3*h(1)+h(2)+rho(2)2*rho

32、(3)*exp(2*m*(3*h(1)+h(2)+rho(2)*rho(3)2*exp(2*m*(3*h(1)+h(2)+rho(2)2*rho(4)*exp(2*m*(3*h(1)+h(2)-rho(1)*rho(3)2*exp(2*m*(3*h(1)+h(2)-rho(2)2*rho(3)*exp(2*m*(h(1)+h(2)-exp(2*m*h(1)*rho(3)2*rho(1)-rho(2)2*exp(2*m*h(1)*rho(3)+rho(2)2*exp(2*m*h(1)*rho(4)+rho(2)*exp(2*m*h(1)*rho(4)*rho(1)-rho(2)*exp(2*m*

33、h(1)*rho(3)*rho(1)+rho(3)*rho(2)*exp(2*m*h(1)*rho(4)+rho(3)*exp(2*m*h(1)*rho(4)*rho(1)+exp(6*m*h(1)*rho(1)*rho(3)2+rho(2)2*exp(6*m*h(1)*rho(3); T=rho(2)/2*(1+T/rho(2); T=T*m; function r,rho_s=DC1D_Forward1(rho1,h1)global rho;global h;rho=rho1;h=h1;r1=logspace(3,6,40);r=r1/h(1);for i=1:size(r,2) z(i)

34、=hankel1_47('Transfer_Fun1',r(i); rho_s(i)=r(i)*r(i)*z(i)/rho(2);endP1=10000;P2=20:20:200;P3=60;P4=100;x1=20;x2=20;for i=1:10r,rho_s=DC1D_Forward1(P1 P2(i) P3 P4,x1 x2);loglog(r,rho_s,'-*');title('地下一層測量直流電測深響應(yīng)曲線');xlabel('AB/(2h_1)');ylabel('rho_s/rho_1');hold onend 地下一層模型示意圖 取參數(shù)：1=10000;2=20:20:200;3=60;4=100;h1=20;h2=20;用matlab畫圖如下： 由圖所示，第一層電阻率視為無窮大，當(dāng)2 /3 =1/3，2 /4 =1