城地1301——電阻率法

1、中南大學CENTRAL SOUTH UNIVERSITY地下結(jié)構(gòu)和管線檢測與維護題 目電阻率法檢測學生姓名楊晨智 劉濛 高遠 黃塵 范釗 范志偉 譚隆婷指導教師周子龍學 院資源與安全工程學院專業(yè)班級城地1301完成時間2016年10月目錄一、電阻率法基本原理和工作方法31.1高密度電阻率法的基本原理61.2高密度電阻率法的工作方法7二、電場與大地電阻10三、電極排列方式11四、電阻率法的應用13一、電阻率法基本原理和工作方法 是根據(jù)巖石和礦石導電性的差別，研究地下巖、礦石電阻率的變化，進行找礦勘探的一組方法。它是用直流電源通過導線經(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

2、電場引起的電位差引入儀器從而進行測量(一)地電斷面及其基本模型1地電斷面的概念巖、礦石電阻率對地中電磁場分布性質(zhì)產(chǎn)生很大影響。而電阻率參數(shù)是根據(jù)電磁場觀測結(jié)果確定的，在一般情況下，探查組成大地的各種巖石的電阻率分布情況是電法勘查的基本任務。本文以高密度電阻率法作為代表舉例說明。通常都用一個術(shù)語地電斷面來稱呼。地電斷面是按電阻率差異來劃分的斷面。顯然，地球真正的地電斷面是一個非常復雜的問題，所以，實際利用的是地電斷面的簡化模型，其中主要的是一維模型、二維模型和三維模型2地電斷面的基本模型一維模型是廣泛使用的模型。在一維模型范圍內(nèi)，實際不均勻的大地斷面用水平均勻斷面代換。在水平均勻斷面內(nèi)，電阻率僅

3、是深度Z的函數(shù)，即（z）。一維模型如圖6.1.1所示。圖6.1.1(a)是Z=0時導電大地與不導電(空氣= )的大氣有共同邊界，組成大地的巖石電阻率值不變且向下無限延伸，這是一維模型最簡單的情況。圖6.1.1(b)是實際上用得最多的、是由有限數(shù)目均勻水平層組成的一維模型 。圖6.1.1(b)中的i（，,n-1,n, n為電性層的順序)和h分別 為第i層的電阻率和厚度，h在實際工作中可以有二層、三層或更多層的地電斷面，例如，二層地電斷面中包含厚度有限的一個電性層，其下伏為厚度無限大的基底層，如圖6.1.2所示。而電阻率和之間關系只有兩種類型：G型和D型 三層斷面是由位于厚度無限大的基底層上面的厚

4、度有限的二個電性層組成，在這個模型中，、2和之間有四種關系，根據(jù)這些關系，三層斷面分為以下四種類型 ： A型： ； K型： ； H型： ；Q型： 不難看出，隨著斷面中層數(shù)n的增加，斷面的類型數(shù)按 2成比例增加。 實際上，在建立所有電法的理論基礎時，都利用上面描述的水平均勻?qū)訝顢嗝婺Ｐ?。但是，實際的大地地電斷面電阻率 的分布特點往往呈橫向(水平)不均勻性。把電阻率水平分布不均勻的地電斷面模型分為兩種類型：二維模型和三維模型。(二)視電阻率的概念及電阻率法的實質(zhì)1、均勻大地電阻率的測定在地表水平、地下半空間被導電性均勻、各向同性的巖石所充滿的特定條件下，若通過地面的點電流源A(+)和B(-)向地下

5、供入電流強度I時，根據(jù)點源電場的基本公式，很容易寫出地面任意兩點M和N處的電位M、N兩點之間的電位差為： 將上式移項后，得：AM、AN、 BM、BN分別為各電極間的水平距離。各個電極位置的幾何關系通常用裝置系數(shù)K表示，即于是(6.1.1)式簡化為：實際工作中，點源A、B是通過一對供電電極將電流I供入地下，M、N兩點通過一對測量電極與觀測電位差的儀器相接；并統(tǒng)稱A、B和M、N分別為供電電極和測量電極。1.1高密度電阻率法的基本原理高密度電阻率法是常規(guī)電阻率法的一個變種,就其原理而言,與常規(guī)電阻率法完全相同,仍然以巖、礦石的電性差異為基礎,通過觀測和研究人工建立的地下穩(wěn)定電場的分布規(guī)律來解決水文、

6、環(huán)境和工程地質(zhì)問題的。高密度電阻率法實際上是一種陣列勘探方法,是多種排列的常規(guī)電阻率法與資料自動處理相結(jié)合的一種綜合方法?，F(xiàn)場測量時,只需將全部電極布設在一定間隔的測點上,測點的密度較常規(guī)電阻率法小,一般1m一10m。然后用多芯電纜將其連接到程控式多路電極轉(zhuǎn)換開關上,電極轉(zhuǎn)換開關是一種由單片機控制的電極自動轉(zhuǎn)換裝置,它可以根據(jù)需要自動進行電極裝置形式、電極距及測點的轉(zhuǎn)換。測量信號通過電極轉(zhuǎn)換開關送入微機工程電測儀,并將測量結(jié)果依次存入隨機存儲器。將數(shù)據(jù)回放到微機便可按給定程序?qū)υ假Y料進行處理,圖1.2.1為高密度電阻率法勘探系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。由于高密度電阻率法可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速采集和微機處理,

7、從而改變了電法勘探的傳統(tǒng)工作模式,大大提高了工作效率,減輕了勞動強度,使電法勘探的智能化程度向前邁進了一步。高密度電阻率法勘探系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 1.2高密度電阻率法的工作方法 在現(xiàn)場測量時，只須在預先選定的測線上，將全部電極設置在一定間隔的測點上，然后選擇合適的裝置類型和電極距，儀器便可進行自動化數(shù)據(jù)采集。再配上相應的數(shù)據(jù)處理、成圖和解釋軟件，便能夠完成給定的勘查任務。 高密度電法野外工作裝置形式較多，總電極數(shù)與點距可根據(jù)場地條件及堪查深度任意選擇，而且同一斷面還可選用多種裝置進行測量，減少僅用一種裝置類型測量所造成的多解性。高密度電阻率法所使用的裝置是一種聯(lián)合式剖面裝置，裝置形式約有九種:排列

8、(溫納裝置AMNB ), 排列(偶極裝置ABMN ),Y排列(微分裝置AMBrr), sA排列(聯(lián)合正裝置AMrr)及sB排列(聯(lián)合反裝置。MNB )適合于固定斷面掃描測量;A-M(二極排列)、A-MN(三極排列)、AB-M(三極排列)及AB-MN(偶極排列)適用于變斷面連續(xù)滾動掃描測量。其中a排列因其具有操作方便和對地下異常體的反映比較直觀等優(yōu)點，故該裝置在野外工作中最為常用。圖1. 2. 1為上述裝置電極排列示意圖。 圖1. 2. 1為上述裝置電極排列示意圖。 固定斷面掃描測量方法在測量時以剖面線為單位進行測量，啟動一次測量最少測一條剖面線，一個斷面由若干條剖面線組成。由于剖面上的測點數(shù)隨

9、剖面號的增大而向下減少，故斷面上的測點數(shù)呈倒梯形分布。以排列(溫納裝置AMNB)為例，接地電極數(shù)為60，剖面數(shù)為16，其斷面測點分布如圖1. 2. 30 變斷面連續(xù)滾動掃描測量方法在測量時以滾動線為單位進行測量，啟動一次測量至少測一條滾動線，滾動線是一條沿深度方向的直線或斜線，各測點等距分布其上，所有滾動線上具有相同測點號的測點構(gòu)成一條剖面，不同深度的測點位于不同的剖面上，一條滾動線上的測點數(shù)等于斷面的剖面數(shù)。一個斷面由若干條滾動線組成，斷面上的測點呈平行四邊形分布。以二極裝置A-M為例，接地電極數(shù)為30,剖面數(shù)為12，滾動數(shù)為18，其斷面測點分布如圖1.2.40 二、電場與大地電阻視電阻率(

10、Apparent resistivity)在地下巖石電性分布不均勻(同時賦存有兩種或兩種以上導電性不同的巖石或礦石)或地表起伏不平的情況下，若仍按測定均勻水平大地電阻率的方法計算的結(jié)果稱之為視電阻率，以符號表示一般情況下，視電阻率雖然不是地下某一種巖石的真電阻率，但卻是在電場作用的范圍內(nèi)，地下電性不均勻體的綜合反映。視電阻率值與地下不同導電性巖石(或礦體)的分布狀況有關，還與所采用的裝置類型、裝置大小、裝置相對于電性不均勻體的位置以及地形有關。對于某一個確定的(不均勻)地電斷面，若按一定規(guī)律不斷改變裝置大小或裝置相對于電性不均勻體的位置，并按上式測量和計算視電阻率值，則測得的視電阻率值將按一定

11、規(guī)律變化。電阻率法正是根據(jù)視電阻率的變化探查和發(fā)現(xiàn)地下導電性不均勻體的分布，從而達到找礦或解決其它地質(zhì)問題的目的實際上，視電阻率的變化，正是反映了電性不均勻巖石中電場的分布情況。三、電極排列方式實踐當中，把供電電極、測量電極的排列形式和移動方式稱為電極裝置，簡稱裝置目前，我國采用的電阻率裝置類型有電剖面法、中間梯度法和電測深法。(1)二極裝置(AM)(Pole-pole )如圖2-1-2(a)所示，這種裝置的特點是供電電極B和測量電極N均置于“無窮遠” 處接地。這里所指的“無窮遠”具有相對概念：若 B 極在M點產(chǎn)生的電位或A極在N點所產(chǎn)生 的電位相對于A極在M點所產(chǎn)生的電位可忽略不計時，便可認

12、為B極或N極位于“無窮遠”。(2)三極裝置(AMN)(pole-dipole )如圖2-1-2(b)所示，當只將供電電極B置于“無窮遠”，而將AMN沿測線排列并進行逐 點觀測時，便稱為三極裝置。(3) 聯(lián)合剖面裝置(AMN)如圖2-1-2(c)所示，它由兩個對稱的三極裝置聯(lián)合組成，故稱聯(lián)合剖面裝置。其中電源 負極接到置于“無窮遠”處的C極，正極可分別接至A極或B極。(4) 對稱四極裝置(AMNB)如圖2-1-2（）所示，這種裝置的特點是 AM=NB ，記錄點取在 MN 的中點四、電阻率法的應用1、煤田采空區(qū)探測2、地下水調(diào)查3、鐵路、公路的地基勘查4、圈定地層巖性邊界5、垃圾掩埋場淋漓范圍的勘測6、古墓勘察7、污水管道的探測8、水庫、河流堤壩滲漏情況的無損檢測9、礦山采空區(qū)勘探10、淺層