城地1301——電阻率法

1、中南大學(xué)CENTRAL SOUTH UNIVERSITY地下結(jié)構(gòu)和管線(xiàn)檢測(cè)與維護(hù)題 目電阻率法檢測(cè)學(xué)生姓名楊晨智 劉濛 高遠(yuǎn) 黃塵 范釗 范志偉 譚隆婷指導(dǎo)教師周子龍學(xué) 院資源與安全工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí)城地1301完成時(shí)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(chǎng)與大地電阻10三、電極排列方式11四、電阻率法的應(yīng)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(dǎo)電性的差別，研究地下巖、礦石電阻率的變化，進(jìn)行找礦勘探的一組方法。它是用直流電源通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)經(jīng)供電電極（A、B）向地下供電建立電場(chǎng)，經(jīng)測(cè)量電極（M、N）將該

2、電場(chǎng)引起的電位差引入儀器從而進(jìn)行測(cè)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(duì)地中電磁場(chǎng)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(chǎng)觀測(cè)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(wù)。本文以高密度電阻率法作為代表舉例說(shuō)明。通常都用一個(gè)術(shù)語(yǔ)地電斷面來(lái)稱(chēng)呼。地電斷面是按電阻率差異來(lái)劃分的斷面。顯然，地球真正的地電斷面是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題，所以，實(shí)際利用的是地電斷面的簡(jiǎn)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(shí)際不均勻的大地?cái)嗝嬗盟骄鶆驍嗝娲鷵Q。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(shí)導(dǎo)電大地與不導(dǎo)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(wú)限延伸，這是一維模型最簡(jiǎn)單的情況。圖6.1.1(b)是實(shí)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(shí)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(gè)電性層，其下伏為厚度無(wú)限大的基底層，如圖6.1.2所示。而電阻率和之間關(guān)系只有兩種類(lèi)型：G型和D型 三層斷面是由位于厚度無(wú)限大的基底層上面的厚

4、度有限的二個(gè)電性層組成，在這個(gè)模型中，、2和之間有四種關(guān)系，根據(jù)這些關(guān)系，三層斷面分為以下四種類(lèi)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(lèi)型數(shù)按 2成比例增加。 實(shí)際上，在建立所有電法的理論基礎(chǔ)時(shí)，都利用上面描述的水平均勻?qū)訝顢嗝婺Ｐ?。但是，?shí)際的大地地電斷面電阻率 的分布特點(diǎn)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(lèi)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(shí)質(zhì)1、均勻大地電阻率的測(cè)定在地表水平、地下半空間被導(dǎo)電性均勻、各向同性的巖石所充滿(mǎn)的特定條件下，若通過(guò)地面的點(diǎn)電流源A(+)和B(-)向地下

5、供入電流強(qiáng)度I時(shí)，根據(jù)點(diǎn)源電場(chǎng)的基本公式，很容易寫(xiě)出地面任意兩點(diǎn)M和N處的電位M、N兩點(diǎn)之間的電位差為： 將上式移項(xiàng)后，得：AM、AN、 BM、BN分別為各電極間的水平距離。各個(gè)電極位置的幾何關(guān)系通常用裝置系數(shù)K表示，即于是(6.1.1)式簡(jiǎn)化為：實(shí)際工作中，點(diǎn)源A、B是通過(guò)一對(duì)供電電極將電流I供入地下，M、N兩點(diǎn)通過(guò)一對(duì)測(cè)量電極與觀測(cè)電位差的儀器相接；并統(tǒng)稱(chēng)A、B和M、N分別為供電電極和測(cè)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(gè)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(chǔ),通過(guò)觀測(cè)和研究人工建立的地下穩(wěn)定電場(chǎng)的分布規(guī)律來(lái)解決水文、

6、環(huán)境和工程地質(zhì)問(wèn)題的。高密度電阻率法實(shí)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(dòng)處理相結(jié)合的一種綜合方法?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí),只需將全部電極布設(shè)在一定間隔的測(cè)點(diǎn)上,測(cè)點(diǎn)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(kāi)關(guān)上,電極轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)是一種由單片機(jī)控制的電極自動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置,它可以根據(jù)需要自動(dòng)進(jìn)行電極裝置形式、電極距及測(cè)點(diǎn)的轉(zhuǎn)換。測(cè)量信號(hào)通過(guò)電極轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)送入微機(jī)工程電測(cè)儀,并將測(cè)量結(jié)果依次存入隨機(jī)存儲(chǔ)器。將數(shù)據(jù)回放到微機(jī)便可按給定程序?qū)υ假Y料進(jìn)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速采集和微機(jī)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(dòng)強(qiáng)度,使電法勘探的智能化程度向前邁進(jìn)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(chǎng)測(cè)量時(shí)，只須在預(yù)先選定的測(cè)線(xiàn)上，將全部電極設(shè)置在一定間隔的測(cè)點(diǎn)上，然后選擇合適的裝置類(lèi)型和電極距，儀器便可進(jìn)行自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集。再配上相應(yīng)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(wù)。 高密度電法野外工作裝置形式較多，總電極數(shù)與點(diǎn)距可根據(jù)場(chǎng)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(jìn)行測(cè)量，減少僅用一種裝置類(lèi)型測(cè)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(cè)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(dòng)掃描測(cè)量。其中a排列因其具有操作方便和對(duì)地下異常體的反映比較直觀等優(yōu)點(diǎn)，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(cè)量方法在測(cè)量時(shí)以剖面線(xiàn)為單位進(jìn)行測(cè)量，啟動(dòng)一次測(cè)量最少測(cè)一條剖面線(xiàn)，一個(gè)斷面由若干條剖面線(xiàn)組成。由于剖面上的測(cè)點(diǎn)數(shù)隨

9、剖面號(hào)的增大而向下減少，故斷面上的測(cè)點(diǎn)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(cè)點(diǎn)分布如圖1. 2. 30 變斷面連續(xù)滾動(dòng)掃描測(cè)量方法在測(cè)量時(shí)以滾動(dòng)線(xiàn)為單位進(jìn)行測(cè)量，啟動(dòng)一次測(cè)量至少測(cè)一條滾動(dòng)線(xiàn)，滾動(dòng)線(xiàn)是一條沿深度方向的直線(xiàn)或斜線(xiàn)，各測(cè)點(diǎn)等距分布其上，所有滾動(dòng)線(xiàn)上具有相同測(cè)點(diǎn)號(hào)的測(cè)點(diǎn)構(gòu)成一條剖面，不同深度的測(cè)點(diǎn)位于不同的剖面上，一條滾動(dòng)線(xiàn)上的測(cè)點(diǎn)數(shù)等于斷面的剖面數(shù)。一個(gè)斷面由若干條滾動(dòng)線(xiàn)組成，斷面上的測(cè)點(diǎn)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(dòng)數(shù)為18，其斷面測(cè)點(diǎn)分布如圖1.2.40 二、電場(chǎng)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(shí)賦存有兩種或兩種以上導(dǎo)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(cè)定均勻水平大地電阻率的方法計(jì)算的結(jié)果稱(chēng)之為視電阻率，以符號(hào)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(chǎng)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(dǎo)電性巖石(或礦體)的分布狀況有關(guān)，還與所采用的裝置類(lèi)型、裝置大小、裝置相對(duì)于電性不均勻體的位置以及地形有關(guān)。對(duì)于某一個(gè)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(duì)于電性不均勻體的位置，并按上式測(cè)量和計(jì)算視電阻率值，則測(cè)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(dǎo)電性不均勻體的分布，從而達(dá)到找礦或解決其它地質(zhì)問(wèn)題的目的實(shí)際上，視電阻率的變化，正是反映了電性不均勻巖石中電場(chǎng)的分布情況。三、電極排列方式實(shí)踐當(dāng)中，把供電電極、測(cè)量電極的排列形式和移動(dòng)方式稱(chēng)為電極裝置，簡(jiǎn)稱(chēng)裝置目前，我國(guó)采用的電阻率裝置類(lèi)型有電剖面法、中間梯度法和電測(cè)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(diǎn)是供電電極B和測(cè)量電極N均置于“無(wú)窮遠(yuǎn)” 處接地。這里所指的“無(wú)窮遠(yuǎn)”具有相對(duì)概念：若 B 極在M點(diǎn)產(chǎn)生的電位或A極在N點(diǎn)所產(chǎn)生 的電位相對(duì)于A極在M點(diǎn)所產(chǎn)生的電位可忽略不計(jì)時(shí)，便可認(rèn)

12、為B極或N極位于“無(wú)窮遠(yuǎn)”。(2)三極裝置(AMN)(pole-dipole )如圖2-1-2(b)所示，當(dāng)只將供電電極B置于“無(wú)窮遠(yuǎn)”，而將AMN沿測(cè)線(xiàn)排列并進(jìn)行逐 點(diǎn)觀測(cè)時(shí)，便稱(chēng)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(gè)對(duì)稱(chēng)的三極裝置聯(lián)合組成，故稱(chēng)聯(lián)合剖面裝置。其中電源 負(fù)極接到置于“無(wú)窮遠(yuǎn)”處的C極，正極可分別接至A極或B極。(4) 對(duì)稱(chēng)四極裝置(AMNB)如圖2-1-2（）所示，這種裝置的特點(diǎn)是 AM=NB ，記錄點(diǎn)取在 MN 的中點(diǎn)四、電阻率法的應(yīng)用1、煤田采空區(qū)探測(cè)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(chǎng)淋漓范圍的勘測(cè)6、古墓勘察7、污水管道的探測(cè)8、水庫(kù)、河流堤壩滲漏情況的無(wú)損檢測(cè)9、礦山采空區(qū)勘探10、淺層