高密度电阻率法在基岩勘察中的应用

第 04 卷第 2 2期102 年 4

煤月田地与质探

勘

CAOLGEO OLGY & XPLOREAION

VTol 4. No.20Apr . 022

文1编号章 1001:1-96(2082)0120-08-704

高度电密率法在阻岩勘基中的察应用

邓奇帅 ，1建岳华1， 刘新 1，于志斌 业2

1．(国中矿业大学资与地球源科学学院，江苏 徐 2州2108；0 ．2东正山工元检测公程，司山东 南济25 000)0

摘 要 从:电位电极系三基本理论发，出对密度电阻高率法用温常、纳偶极及分微置装分的率辨 、信强度号进等了行较研究。实比分例析明表，温装置纳测获量的数得据向分纵辨较率高，集信 号的采强大度信噪，比，采高该用置探测基装面的岩起伏状况果效显；偶明装置极集的采数横向 分辨据较高率，探测在岩内部基构造方面有好的灵较度敏，该装置采但的信号强度小集，抗干扰能力 。差实际在应时，建议用用多种装置运式形行综合进量测对比解和释，以一步提高进探效果勘 精度和 。 键 关词： 高 度密阻率法电三电位电极；；系基；分岩率；信辨比 文献标识码 ：噪 ADIO 1:03969/..ijsn.s0011-19682.02.102.01 9图中分号类 ： 6P13

Tcehnoolg oy fhgihden ist yrsietsvity meihto dfrobed orkc inestvigtion

DaENG Shauqii, 1UEY iaJhun1, LIUaZh ixi1n,YU Ybei2

n1.( cSooh of lRseoucesr nda eoscienGce,s hCnai Uinervstyi o fMninig nadTe cnoholy, Xuzhguo22 100, 8hiCn;a2 .ZhngeyanuEn ignereignD teetcino oCmpna, Jynani25000 0,C hnai)Ab strcat: aBedso the nfundmeatnl ahtoer ofy rtpoteitial nosnd,e tehp paree xlainepd the rinpcpil,e owkrng miethdo, htepro cesso datfa ropcessig nofhi gh endsiy temasureemtn mthedo f oelectriacl esrsitviity,a n adpplei idtto a ctua englnieerni.g hrTugh oxeapmels foa anlyssi ,Wneenra rra yhasob ivos ueffet foc rdeectitngt eh p aun ddonwsi uttaio ofnbe dockr usfrca edu te otis ihh gevtrcali rseloutoi.n n aIddiito,nW nneer aray har adsavtngeao fsrotgn ignas lcauisqtiin andohi h gisngla-otno-sier atoi I.stend,a ipold aerry has aigh sensithivit yfr doetcting teeh nietnarlst rcturu of tehe bdeock dure o titshig htran sevre sreolsutin.oW ilehdi pleodev isea lo has wsak eacpabiliy ton igsna acqlisiuitno nd loa awility of bati-njaminmg.T o smu p, uht epapre onclcuedd htt itashou l getd an deai deltecitn gesrlustb yc ombnaiion. Tth ecauat laplicationpin idcatd thaetth si etmodh cna gt goeo redulstof etdecitgn ebrocd.k I tsi porevdb yp ratciecth at he atplpcatiinoo high dfnesiytr siesivitytm teodh i nbedrock invsteiagitnoc naget g rae restltu Fur.hertmro; et iouwldd goeatr hep lot ipmrve oth expeloariton ersltsua n dacuracy cy bcombiinn giffedren trarya sofr ocmperenhsveim esaruemet. nKey ord:Whi h dgensti yesisrtviiy temtho;d ritpoenttia londes; bdreokcin vestgaitio;nre slutioo; nigsna-lotn-iseor atio

高

度密电率法阻在常规是法电基础发上出来展 一的种的勘探方法，它新同时具了电剖备和面测电 两种方深法综的探合能

测

力。此因与，规常电相 比，野外法息采集可信组使合用种多置形式装，有 具测观精高、数据度采集量、大质地息丰富、信辨分 和率产效生高等特率点但也存。在一问些题首先， ：者作查了大阅文献资料发量现 1[13]- ，实际在程工应 用，中多施工数单多采用位温装置，测量纳形较 式单为一；次其温，纳装置测规探较大的异常体模效果较好 ，对但于横向分上范围布较的异小常敏度灵较低； 最，后注多重探效果测，对而于集采资料 的分认识不析。基于足上以题问，本以三电文位极电

系的

理为论础，结合基工实例，从程集信号的采纵横 分辨向率、噪信和勘探比深度等面方比分析了 温纳、偶极、微分对置装的优点缺，在并此基上础 出提 3了种 置类型装适条用，件这高对密电法的度 展开具有一的定借意义和应鉴用价。

值

1高

度电密率法的基本原理

高密阻度电阻率和常法规阻电率一样法以是岩土

体

导性差异电为基础的导传类探电方，研究法在 其施加场的作电下用地传中导电流的布分规律在实。 测量时际是通过 、BA 电向地下极入电供流I 然， 后在 、MN极间测量 位差 电UMNΔ从，而求该记得点

录收

日期 稿:201 1-030-2作者简 介 邓帅:奇 (1819—) 男，，河平顶南山人博，士从事地球，物理探勘究研工作 .

2第

期

帅邓等：高奇密电阻度率法在基勘岩中察的应

用

·79 ·

的电阻视率。值计算公其为式 ： s  KUMN / I 其 中K  2 π / (

探测

精度要主测由电量极M N 确来定要提。高

(

1)

探测精度就，必减小须极距 MN。但在电工作中 其供，电电与极量电测是极次一性设的，对测量过 程中的布每电个既极作为量测极又电为作电电供极， 而MN 越 信大号强越度大勘探，深越度深其，辨分率 低； 较N M小越号信强度越小勘，探度深小，越 其辨率较高。分以所勘探，精、探测深度、采度集信号的 信比是噪互影响的相因，此在电极距，布 设，时既考要探测深度虑，要又兼顾勘精探和度集采信号 信的噪 [2比]。

111 1 ， )K为 置系装数。  AM AN BM NB高 度密电阻法测量率系统常采用三电通电极位

系

[ 1。该系统]是温纳四将 极 (α排列 )、偶 ( 极排列 ) 微及 分 ( 排 )列 置装按定一方组合所式成的构一种 统一量测系。统极的电量方式排图如1 所示 该系 。统实在中，测只须利电极用换转关，便开可将每4 相邻电个极行进次一合组，从在一而个测便可点获得 种多极排列电的量测数。

参23.

提高据数采集量质的措 a.施 据根知已料，资线布置尽可测地能直垂造构b

. 尽能地可小地减对测形结构量影响；的 . 尽c可能地减接地小电阻和保持极接地电

走条向

；件

的一性致。

3资处料和理释解高

度电阻率法密数据处的理包括据数格转式

换、变点剔突除、数平据滑数、据接、比拼值参数 求取地形、校、反正演计算。等

3.

1

数

平滑处据

理在测的过量程，中有时受到一些随会机声的

噪图1

影响，

了消为除些随机干扰这的响，可影采平用滑

三电电极位系极排列电示图意

F

gi 1.S chmatecid aigrma oft rip-loe rraay —温纳a装； 置b—偶极装置；c—微 分置

装平均法进方数据行理。处里设这置滤的波公式：为

d

1(, n) (  1S W)/ 2 d( , 1 n 1 ) WSd (1 n, )(1  WS )/ 2 d( 1, n  )1

()

2

22 1.

野

施外工术

式中 技n 数为点在据阻率电维二断中的坐标位面；置

装

形置的式选 高择度密阻电率法的装置式形多种有，除了电 三电极位系，外用常装置的型还类单有边级三、合 联剖、二极装面置、施贝伦 1 和施伦尔贝尔 2等 。 种装各置观测在时有同的侧重点，不应根据同不地的质任 务选来择不的同置装形式，同也时可多以装种置 合使联用，以到最达的佳探勘果效 2.2 极。的距确定 响极距影选的择因素很多，主取要决于地质 象对埋藏深度、的探精勘以及度下地地体质的性电差 异小大阮百尧等通过。理研究提出论对了四称极装 置勘 探 深 度 (H ) 与最 供 电佳电 极 距 之 间 的 系关 为 A/B24H=[41 ：]宇王玺提出等了纳温偶极、微分装 置和 探 勘深度 与 最大 电极 距 BA 之间 关 的系 为=1/HA8~B16/A[B51]。 用表明应，以结论上对实生 产有际要的指导重值价。

W 为s节调数系 ，般一 取1≥ W≥ s/13； d1, (n)、d (, n1 1

)和 d ( , 1 n ) 1为离隔系数相时相同的邻个几记点

的视录阻电率 5]。

[32.

反计算 演密高电度测量法数据二维反的演程主要是基序

于滑圆约最束小乘二的法计算反演计算机程序，使用 了基准于牛最顿优化线性非小二最乘算新法

(

Lko e 和arker，B 9661)。该法方的点是优以调节可

阻系数和尼平滑波滤 器以 应不适 同类的资型料 。 这里 使由 用M..HoLe 开k的发 D2 电阻率演软反件

es2Rinv d高密对度电法测量据进行数了 2D反演。 为

了取较好的视获电阻率面剖，使 R用e2sdni v行 反进演应时意注下以几参数个设置。的a . 代次迭数较为合适的 迭次数代般一取

3选5，~反演数次小时过，常体不明异显，而数过大

时会次出现真现象失

。

· 8

0 b.· 阻系尼数

煤田质与地勘探 果如料噪声资很，大宜 选择相对

第 0 卷

30 4•Ωm 下为含以锰铁核的结粘土反映层；部下电

视阻率值较，均大在 8 Ω0m•以 ，为上石岩反映。灰 覆层盖基与的分岩面较为界晰清基，岩略有面伏呈 凹形分布。测线两端基岩面埋深起较浅为 约5.06~0. m ；中

间

部分埋较深大约为 ，9.~01.00m。 偶极 装置量数据的测演结果反示，显岩面基起伏 状况异较大，探测差精低，不能度好较反的基映岩 面际实布分状；况分微装介于二置者之。间这 3 种装测量数置据演反获的视电取率阻面断色 图横向电谱特征的分布性相较大差偶极。置装 和分装置的视微阻率色谱横向变电不化续连起且伏 化变大，存较两处低阻在常异 图(3 和 图 4： )A(2应 微对分装置 A 1常异 区) 和B2(对应分装置微B1 异常 区 ) 。A(1A)2位于测线沿96~1 3 m 之间，0呈“V” 字分布； B1形B()2位于测线沿置位 14~7156m，呈 条带分状。布其 A中 和1 1 异B的常分范布围比A 2、

一些的初大始阻系尼。最数小尼系数通阻设置常为 始阻初尼数系 的1/101/15。~ .c模型 层厚度 的第层的一厚度以第层一 实的厚际与度位电单极的距比值出，给一般可接以受的 取范围为值 .3~0.09，通常 0取.5从第二层往下。， 增的大度由厚度增厚系数决定。厚加增加度系的 可数受值接为1.0 ~1.35。0通过选 合适择参数使的 Res用2dnvi软 件反演获 视取电率阻断色块图面可以形象，直观的、反映 测线下各方地断面质的性电布分征。通特定过分析性 以可获地下取土体岩的域区电性征以及异常体的特 布范分围以达到定，解量释质异常地目的的。最 后据根取的获果成件结合测区的区图地域质料资和钻孔 资确料定基岩面起伏的形以态对及伏下岩层的稳定性 做量评定。

价4 41.

用实例

应B2略 ，大说偶极装置明的横向辨较微分装分高。

置纳装温置演获反得的电阻视色率谱向横性变电化 续，连有起伏，但略无明显性电常反异应

。测区

地球理特征物 察勘地层岩性主区由第四要系覆盖层和下伏 基岩组。成 第四系盖覆岩土层结构层与型大类分为致 a.： 近接地表为素层，上部土有杂草农及物，部作 分区域有量大建筑垃圾充；素填土下部一填深度定 内含有泥质素填淤土，以粘土为主性，成分；由于 杂近接表地含量水较小，现为表对相高阻局部建， 筑垃充圾区填现表高为特阻。b. 征淤泥素填土下质 地层为粘土部含，锰铁核结，随深度着来越深，越粘 层局部土杂粉夹粘土，层质低有夹少碎量。粘土石 结层构定稳含铁且锰核结表现，低阻特征为。c .粘 层土部为下基岩岩性，为石灰，且岩布范围分大，表 现高为阻特。征 析分质地料可资知，勘探该区下域部岩层地 电特明显征且电性差异较大因此可以选择高，密度电法 行勘进探 。外野工施 为了查明区的基岩面该起状况伏对且稳其性 定行评进， 沿拟建价路道置布一条测了线度长 为25 m5，电 极间为 3.距0m， 隔离系设数置为 ~115采，用三电 位极系电温的纳偶

、

极、分装微置别进分行量测。 4. 3料解资释 图如2 、图 、3 图 所4，温示装纳测置数量据 反4.

2

4.4成果分析 4.4 1.装 类型采置集信号分辨的对比率通 对过可以看比出，纳装置温地下对直垂阻电 率化变较有的强敏感；而对横性向性变化分辨能电力 低说，明种该置适合装探测岩和基覆层盖垂等直 变结化，构水如平层状介质。等极装置对水偶平 方向电性的化变常敏非，感对但直垂方向电阻率变 的化辨分能力较，差明说种该装适合探测置窄的较 垂结直，构基如岩内的小部造等构微分装。的探置 效果介测这于种装置之间两 4.4.2 不。同装类置型的集采信号度强对比研 信号究强变度化先分别相同求离隔系情数 下况有所记录电点流和电的平压值均再，此基在础 上绘制电和流压电随离系隔数n 变化 线，曲如图5 和 6图 示所。公式如：

下___

U

I

n

___ n

m  k Un /m k 1  m k In /m   k  1

3(

)k

k 其中n 隔离系数； 为 U n、 In分别 隔为离数系为

n时

第k 个记 录点电压值的和电值； 流m为 隔离数 系 n 为时录记点数。 从图总5 和 图 6可以看出 ，着隔离系随数增的大，勘探深 逐渐度增加温纳、微分，、极偶 种3装置 测得的所压和电流逐电渐减小 ；电压的衰幅减度大，较 尤是其离隔系数较小时(n

电

获取演视的阻率断面色谱电图向纵电性分层特征阻 值30 ~明 ，显上 部 约 m2以 上电视阻相率对较高

80 ，•Ωm局部，高为，阻阻值在 00 Ω•m 1上，为局以

部建物筑充的填映反中部视电阻；较率，阻值在低

第

2期

帅奇邓：高密度等电率阻法基岩在察中勘应的用

· 81

·

2 图纳温置视电阻率反装成果演图

igF.2 A papretnr seitivitsy inervion resulsitn igmga ef oeWnn earry

a

3

图ig.F3

微分装置

视电阻反率成果图演

A

pparne rtessiitviyti vnesrin oersutlni igame gf odfifrenetila arar

y图 4

Fig

.4

极偶装视电阻置率反演成图

A果parent repissivttyi nveirion srseluitgn miga efo dpoil earrya

图5

Fgi. 5

不同

置装型的电类曲压线V

otlae cugvrs eofd ifefren tarayr

图 6

iF. g

6不同装置类型

的电流曲

Cu线rren ctures vf oidffeern arrty

衰a减度速较均为，一曲线近为一条直线似。在离 隔数系同相的情下，温况、偶纳极微、 3分 种置装测 量电相流差大，但不量电压差测明显异；温纳装置的测量电 最大，微压分之，次偶极小。最 上综述所，相在同隔系数情况下离 ，3种装置 采 集电流的号信近似等相温纳装；置采的电压集信号 最大信，噪高比微分，次，偶极之最小。此，因 地在接地条件表差较，时选优温纳装进置行测量。4.4. 不3装置同类的型勘探深度比对 在电间距和极隔系离数同的相况情

下

，对比 3种装置 演获取的视反阻电率谱图色 2、图 3 和 图 可4以看出微分，置装的勘探度深最，温大纳之次 偶，极最小

。

5 论结a

.高度密阻率法是集测电深和剖面与一体

的多装、多置距组合极探勘方，在法测探基岩起伏面形态及 岩稳基性定评方价面有较好效的。果(

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)