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详细讲解!高密度电法勘探的原理及其案例分析

更新时间:2024-08-16



理论概述


高密度电法勘探的原理

高密度视电阻率法是一种阵列勘探方法,也称自动视电阻率系统,是由直流电法发展而来,其功能相当于四极测深与电剖面法的结合。通过电极向地下供电形成人工电场,其电场的分布与地下岩土介质的电阻率的分布密切相关,通过对地表不同部位人工电场的测量,了解地下介质视电阻率的分布,根据岩土介质视电阻率的分布推断解释地下地质结构

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高密度电法的优点

高密度电法的原理与传统电阻率法相同,是集电测深和电剖面法于一体的一种多装置、多极距的组合方法,可以获取二维地下介质的导电性特征。它具有一次布极即可进行多装置数据采集,以及通过求取比值参数突出异常信息的特点,极大的增大了采集的数据量,提高了工作效率,且保证了跑极过程的精准可靠。

该方法对围岩的含水情况特别敏感,若围岩破碎含水,其视电阻率明显降低,完整、坚硬岩土的视电阻率明显高于断层带或破碎带和富水带围岩的视电阻率。这种方法原理清晰,图像直观,是一种分辨率较高的物探方法。近年来随着计算机数据采集技术的改进,使勘探效率大大提高,增大了剖面的覆盖面积和探测深度,在强干扰的环境下也能取得可靠数据,大大地提高了信噪比,可准确地探测地质体。该方法在工程与水文地质勘探和矿产、水利资源勘查中有着广泛而成功的应用。

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高密度电法应用领域及特点

高密度电法常见的应用领域

(1) 煤田、矿山采空区探测中的应用

(2) 坝基白蚁巢穴无损探测

(3) 铁路、公路、隧道的岩溶、地基勘察

(4) 圈定地层岩性边界

(5) 垃圾掩埋场淋漓范围的勘测

(6) 古墓勘察

(7) 污水管道的探测

(8) 水库、河流堤坝渗漏情况的无损检测

(9)基岩裂隙带探测

(10)土壤含盐度和水质调查

(11)古巷道、防空洞、金属埋藏点等的探测


高密度电法应用特点

 1、高密度电阻率法以电阻率法为基础,因而适用于所有存在明显导电性差异的地下勘探;

 2、地下的任何介质在通电与断电的瞬间都会存在微弱的极化电位,对我们测量真实电位差有影响。当电极距小时,回路电流较大,对测量结果影响不大;当电极距太大时,干扰电位与有效电位接近,对测量结果影响较大。因而受供电电极距不能太大的影响,其勘探深度不能太大,一般在100m以内。在土壤介质导电性好时可适当增加,在导电性差的土壤介质中勘探深度适当较小;

 3、在城市、大型输电线路附近等受场地限制和工业杂散电流干扰一般应用较少;

 4、在混凝土路面、露头的基岩面等区域,因电极布设困难也应用较少。

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高密度电法的野外工作方法

(1)装置的选择

高密度电法的数据观测装置多达十几种,实际工作中,由于时间等因素,不可能对每种装置都进行观测,必须有针对性的选择个别装置进行数据采集。众所周知,实测数据的好坏是解释成败的关键所在,应根据不同的地质任务来选择不同的排列装置,以达到最佳的勘探效果。


(2)电极间距的选择

高密度电法电极间距包括供电电极距和测量电极距。供电电极距直接影响探测深度,而测量电极距影响探测横向分辨率。因此在设计极距时,既要充分考虑探测深度,又要兼顾横向分辨率。研究认为是偶极—偶极装置的分辨能力最好,二极装置次之,对称四极最差。


(3)数据观测

在实际工作中,除了要选择合适的观测装置外,数据观测也是一个必须要考虑的问题,因为供电电流有限,为了得到可靠的数据,观测的电极电位不可以太小。在相同极距的情况下,偶极—偶极装置观测电位差要比二极装置和对称四极的值要小。


(4)成果解释

在采用合理的方法下,对于数据的有效解释是应用的关键,高密度电法剖面为视电阻率成像图。高阻区代表岩体致密,完整性好,含水量小;低阻区代表岩体含水、松散破碎或裂隙含水带。岩溶空洞表现高阻区,填充黏土和水的溶洞呈低阻区。多数岩溶洞穴和岩溶裂隙带为部分填充,上部为空洞,下部为松散填充,上部表现为高阻,下部为低阻,构成断续的串珠状组合异常区。


工程案例(桂林某查找岩溶洞项目)



YL-EDT设备图

技术测试使用YL-EDT(高密度电法仪)设备,其特点如下:

1、可靠的硬件设计:全新的防水、防尘技术;高压直流电源输入防反接设计;高压短路、过流保护设计;增强了产品可靠性和野外适用性。
2、 分布集中式设计:兼具分布式和集中式优点,线缆和线缆头分离,线缆和线缆之间采用智能转换开关连接,可单独维护和更换。
3、专业简便的界面设计:智能人性化的客户端软件平台设计,使仪器操作简便,参数设置灵活、简便、规范。
4、抗干扰能力强:先进的数字滤波技术,在电干扰区也能观测获取到一致性相对较好数据。


在此项目中,该设备排列长度为135m,电极间距为5m,采用温纳装置跑极。


工程案例


高密度电法现场应用

项目地貌图

项目现场勘探图


项目现场工作图


项目现场:现场位置为广西桂林,桂林山水属于世界著名的喀斯特地貌(岩溶地貌),桂林山水是以峰林—洼地为代表的热带喀斯特地貌,地下洞穴众多,以溶蚀性拱形洞穴为主。

我国现代喀斯特是在燕山运动以后准平原的基础上发展起来的,桂林地区作为喀斯特地貌发育的物质基础──碳酸盐类岩石(如石灰石、白云岩、石膏和岩盐等)分布很广,尤其是第四纪以来,地壳迅速上升,喀斯特地貌随之迅速发育,类型复杂多样。


数据分析


高密度电法数据反演分析


1、将采集到的数据导入瑞典分析软件。使用软件中的算法,对采集得到的数据进行反演分析。



数据分析图

2、最后在我们反演达到最好效果图时。再根据有关地质资料,来判定划分地层找出此地溶洞分布状态。


电阻率图像的岩溶解释与判定遵从如下三原则:

①岩溶带上部为空洞,下部为填充,表现为高阻与低阻断续组合的串珠状异常;

②岩溶发育在灰岩中,背景的电阻率值具有高阻特征;

③岩溶沿构造破碎带发育,串珠状异常的走向与产状与区域构造一致。


符合上述三原则的电阻率异常图像被解释为岩溶。也有部分岩溶是完全填充的,不存在上空洞,特别是隐伏在地下水位以下的岩溶,完全为松散物和水填充,表现为强烈的低阻特性。


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