本科毕业设计（论文）
题目：物探实习场地的高密度电法探测及数据处理解
释
学生姓名：xxx
学 号：xxx
专业班级：xxx
指导教师：xxx
x年 x月x日
物探实习场地的高密度电法探测及数据处理解释
摘 要
由于现在的工程和环境地质调查的所面对状况越来越复杂，而现今普通的物探方法已经难以满足实际工作的需要。高密度电法中所用的基本原理是与传统的电阻率的方向实际上是相同的。高密度电阻率法的核心其实就是在进行野外测量时将电极以阵列的方式布设于各个测点上，然后利用微机工程电测仪对数据进行测量并记录。本次物探实习场地的高密度电法测量就是实地进行高密度电法的数据采集并且在每道测线采集两种不同的装置类型，然后对于采集到的数据进行处理和解释并且比较不同测量装置类型对于地下界面的探测效果的不同。
关键字：高密度；电极距；装置类型
Geophysical practice space of high-density
electrical detection and data processing and interpretation
Abstract
Because of the faceto the current engineering and environmental geologicalsurvey of the situation become more complicated, but now ordinary geophysical methods have been difficult to meet the needs of practical work. The basic principles of high density electrical method is used in the conventional direction of resistivity it is practically identical. Core high density resistivity method is actually carrying out field measurements of the electrode array in the manner laid on each measuring point, then the use of computer engineering electrical measuring instrument to measure and record data. The internship site for Geophysical high density electrical measurement is carried out in the field of high-density electrical method of data collection and survey lines at every gathering of two different types of devices, and then the collected data processing and interpretation and comparison of different measuring devices type for the detection of the effect of the different subsurface.
Keywords：High density; electrode spacing; device type
目录
第1章引言.......................................................... 1
第2章高密度电法的基本原理.......................................... 3
2.1 场所满足的偏微分方程 ........................................ 3
2.2 三电位电极系 ................................................ 4
2.3 视参数及其计算 .............................................. 5
2.4 不同的装置类型 .............................................. 5
第3章高密度电法的资料采集.......................................... 8
3.1 侧区的选择和测网的布设 ...................................... 8
3.1.1 测区的选择 ............................................. 8
3.1.2 测网的布设 ............................................. 8
3.2 高密度电阻率法的数据采集 .................................... 9
第4章高密度电法资料的处理......................................... 13
第5章高密度电法资料的解释......................................... 16
第6章结论......................................................... 26
致谢............................................................... 27
参考文献........................................................... 28
第1章引言
由于这些年来进行勘探的工程和环境情况都变得越来越复杂，普通的物探方法已经基本难以满足实际生产中的需求，因此近年来物探方法中许多工程方面的物探方法得到了飞速的发展，而高密度电阻率法作为工程物探中浅层地球物理勘查的最主要的方法之一，因此也得到了长足的进步。
高密度电阻率法的核心其实就是在进行野外测量时将电极以阵列的方式布设于各个测点上，然后利用微机工程电测仪对数据进行测量并记录。这种方法的特点是能够通过一次布线然后通过控制电极进行不同组合的方式从而采集电阻率方法中不同的装置类型和不同极距的各种参数，这使得它相比较于常规的电阻率方法有以下的优点：由于电极是一次性布设完毕的，这样就可以减少了由于电极布设带来的干扰和故障问题，同时还大大提高了数据采集的速度；而且高密度电法布设的测线一般都很长，所以能够一次进行多种电极排列的扫描测量，因此可以一次性获得十分丰富的地下地质的结构特征信息，而且能够十分有效率的一次性进行几种排列方式的测量，所以获得的有关于地质地球物理信息的地点断面十分丰富；随着现代技术的发展，对野外的数据采集大多都是自动化或者半自动化，不仅速度大大提高，而且还避免了由于人工采集数据所带来的错误；现在的采集仪上能够直接进行预处理并且能够直接显示剖面的特征，将数据导出来后还能够进行自动绘制和打印各种成果图[1-3]。总的来说与传统的电阻率方法相比较，高密度电阻率法有，施工快，采集的信息丰富，并且最终结果容易解释，施工成本低，勘探效果好等特点。
高密度电阻率法的阵列电极排列方式在二十世纪七十年代就有人开始进行研究了，英国学者Johansson 博士设计的电测深系统实际上就是高密度电阻率法的最初模式[4],在高密度电阻率法最开始的研究阶段中电极的排列方式主要是以下三种：温纳，偶极和微分，后来又由日本人根据实际需求对这几种方法进行了补充和完善，在原有的基础上加上了自动控制的仪器并且将这些东西集成到了大规模集成电路上。直到二十世纪九十年代因为电子技术的飞速发展，高密度电阻率法测量的优势才逐渐体现出来并且被越来越多的人所接受，从而使得这种方法
得以飞速的发展，电极排列方式从原来的三种电极排列方式发展到了现今的十几种电级排列方式[5]，使得高密度电阻率法的效率大大提高并且能够适用的范围和解释的精度都有了长足的进步。
上世纪八十年代末，我国地矿部门才刚刚的开始涉足对于高密度电阻率法和这个方法所能应用的范围的研究，最开始时的策略对于国外的技术还是沿袭了外国的做法，并且以引进外国的先进技术和先进仪器为主，后来经过我国的学者研究后推出了“联合三级测深”这个装置，而且还引进了新的比值参数T，G ，从而使得我们对于资料的定性解释的手段变的多元化。而我国的学者罗延钟在这个新装置的基础上又进行了改进，提出来“双向三级梯度装置”（这个装置的其实就是将正向和反向的三级“梯度装置”进行组合起来成为新的电极装置），并且在这个装置的基础上又开发出了一个新的视电阻率的处理和成图软件。这个新的软件是基于”双向三级梯度装置“的观测结果的，并且用这个结果可以计算除了电位装置以外的其它装置的视电阻率[6]。随着时间的推移到了九十年代初期，长春科技大学成功研制出了一个数据的自动采集系统，这个系统不仅包括了高密度工程电测仪，还有程控多度电极转换器这两个部分组成，这个仪器的发明使我国的高密度电阻率法的实用化成度大大提高。在这之后电极的转换开关也从机械式发展到了单片机控制式，而到现在我国的高密度电法仪的电极转换开关已经由原来的单一机械式发展到了现在的电子式，机械式；单片机控制式；电子式；分布智能式等多种形式[7]。除此之外多道并行分布式系统的高密度电法系统是属于我国自己发明的电法系统，并且该系统处于国际领先水平，这是属于我们国人的骄傲。
第2章高密度电法的基本原理
2.1 场所满足的偏微分方程
高密度电阻率法的基础依旧是要测量的岩土的导电性与周围岩石的差异，它还是属于一类电探方法。这种方法主要研究的是在对测量对象施加一定的电场后，电流在地下的传导规律。测量时人为的向地下输入直流电流，在地表用采集数据的数据采集仪观测地下的电场分布，通过研究分析采集到的人为的施加电流后电场的分布规律，从而可以得到地下的地质构造达到解决地质问题的目的。对于简单的求解地电条件的电场分布时，一般采用的方法是解析法。这样测量的电场分布满足以下偏微分方程
(2-1) =(x-)
)) (2-1)
这里的是源点的坐标；x ,y, z 是场点坐标。
但是当x=y=z=0时，就是相当于不考虑有源场，即只考虑无源空间时，式（2-1）可以变换为拉普拉斯方程（2-2）[8]
0 （2-2）
方程组（2-2）的求解其实就是用一个场函数去匹配与该方程所描述的物理过程的因素。但是实际上因为坐标系对该方程的限制，普通的解析方法很难计算出地电模型，所以当我们对比较复杂的地电模型的电场分布进行研究时，最主要的方法还是采用不同的数值模拟方法。比如如果对于二维的地电模型进行分析，一般会选用点源二维有限元方法；而当地电模型变成三维时，则改为用面积方程法，有限差分法等方法来求解[9]。
原则上高密度电阻率法测量时的电极排列方式是可以用二级排列的方式的，实际上就是在测量时，仅对其中一个电极供电，然后将其他电极作为检测电极进行电位检测，最后根据实际的情况，将得到的测量结果抽取变化得到相应的需要的电极排列方式，这种方案其实已经是一种非常好的方案了，但是由于每一次测量时都必须有两个无穷远极，为施工带来了很大的限制。所以这种方案其实并不
是一种很好的能够实际应用的方案。而且当测线趋于无线远时，对于电位的测量显示幅度变化比较明显，，因此需要频繁的更换电源，这一点对于自动测量带来了极大的困难，所以实际施工时都采用的是三电位电极系。
2.2 三电位电极系
三电位电极系其实就是用一定的组合方式将温纳，微分和偶极装置联系起来，重新组合形成的一种新的测量系统。这个系统最核心的东西就是电极转换开关，在实际的应用中就是调整电极转换开关就可以将几个电极组合起来形成一种电极排列方式，所以可以只用进行一次测量就可以测量得到由不同电极排列的测量参数。这三种电极系的组成温纳，偶极和微分为了简单又被称为排列；排列；排列，如果假设点距为x 时，三电位的电极距为a=nx（n=1,2,3·····15），这里的n代表的是间隔系数。如果将其中一个测点的4个电极按照一定的规律进行三次组合，这就是三个电极不同的装置。如果要透彻的了解三电位电极系的测量结果并且充分的将其利用起来，我们必须要先熟悉三种不同排列的之间的相互关系，由于前面所说的三电位电极系的概念，可以得到这三个电极排列的视电阻率参数并且可以知道计算公式如下（2-3）,(2-4) ,(2-5) 分别对应三个不同的排列方式。
(2-3)
(2-4)
(2-5)
I 为供电的电流的强度，当I 的值是一定的时间，又满足下式（2-6）
(2-6)
将这些公式带入视电阻率和装置系数后又可以得到（2-7）
(2-7)
2.3 视参数及其计算
高密度电阻率法、 如果采用了上面所说的几种三电位电极系的方法，那么视参数就会如式（2-3），（2-4），(2-5)所示， 因为我们所布设的测线的长度是有限的，也就意味着这条长度的测线上的测点数是有限的固定个数，所以当探测的极距逐渐扩大时，对于不同探测深度的测点数也将会逐渐的减少。解决的办法就是对整个排列增加无穷远的探测极距，从而使普通的电极排列变化为联合三级测深的探测方式，这时的视电阻率参数也相应的变为式（2-8）
,(2-9)
(2-8)
(2-9)
因此三电位电阻率法有可以推出视比值参数如下式（2-10）
(2-10)
这个公式中和分别代表着同一个剖面的上下相邻的两点的视电阻率的值。
2.4 不同的装置类型
这次进行野外数据采集用的仪器是E60D型电法仪，这种新型的电法仪可以进行高密度电阻率法数据采集的许多的装置类型的采集，比如二级装置，单变三级装置，温纳装置，偶极装置，和斯龙贝格装置的数据采集工作。这些不同的装置类型各有各的特点，各个方法所适应的环境和探测的效果各有各的侧重点，当然每一种装置的限制条件也是不同的，所以我们应该根据实际工作中的需求，实际探测场地的地电条件的限制或者勘测环境的限制，来选择合理的装置类型，或者可以几个装置联合使用使探测的精度更加高。本次实习采用的装置类型有温纳装置[10]，这个装置包括了三种装置类型，分别是Alpha ,Beta和Gamma,偶极装置，斯龙贝格装置。
温纳装置（Alpha）的装置结构如下图2-1所示
图2-1
这个装置的电极布设规律是A,M,N,B(在这4个电极中A,B电极是供电电极，M,N电极是测量电极)装置系数K=2na,这里的a代表的电极之间的间距，n代表的是隔离系数，当隔离系数逐渐增大，这4个电极之间的距离相应的增大。装置中AM=MN=NB=na
温纳装置（Beta）的装置结构如下图2-2所示
图2-2
这个装置中，装置的装置系数K=6na，这里的a代表的是电极之间的距离，n代表的是隔离系数，在这个装置中BA=AM=MN=na
温纳装置（Gamma）的装置结构如下图2-3所示
图2-3
这个装置中四个电极的布置是按照A,M,B,N来布置的（这4个电极中A,B电极是供电电极，M,N电极是测量电极）装置系数K=3na，a代表的还是电极之间的距离，n代表的还是间隔系数，当间隔系数逐渐增大，这4个电极之间的距离也依次增大。AM=MB=NB=na
偶极装置的装置结构如下图2-4所示
图2-4
在偶极装置中4个电极是按着A,B,M,N的顺序布设的（4个电极中A,B电极
是供电电极，M,N电极是测量电极装置系数K=na(n+1)（n+2），这里的a代表的是电极之间的距离，n代表的是隔离系数，当间隔系数逐渐增大，这4个电极之间的距离也依次增大。AB=MB=a
斯龙贝格装置的装置结构如下图2-5所示
图2-5
在斯龙贝格装置中电极的布设是按照A,M,M,B的顺序来布设的装置系数K=an(n+1)，这里的a代表的是电极之间的距离，n代表的是隔离系数，4个电极中M,N电极是固定不动的，而A,B电极的移动则要依据间隔系数n的变化，当n从小慢慢变大时，AB也开始按照一定的距离依次移动，当移动完一个排列后，再将MN向前移动一个电极的距离，再次重复上面的过程。MN=a,AM=NB=na。
第3章高密度电法的资料采集
3.1 侧区的选择和测网的布设
3.1.1 测区的选择
本次高密度电阻率法测量的工区位于中国石油大学（华东）校医院旁的实习场地上，从卫星图 3-1上可以看出整个实习场地呈现长方形，实习场地的北边贴近长江路，南边是校医院，东边毗邻体育馆，西边靠近河流。整个实习场地长度约为130米，宽度约为65米。
图3-1
3.1.2 测网的布设
在测量整个实习场地的长宽后，根据高密度点法的测量需求每一道都有64个点极需要排放，所以初步的设定是南北向的排列用电极距2米排列，而东西向则用电极距1米进行排列这样基本就能将整个实习场地覆盖起来，然而实际进行测量时由于场地并不是标准的长方形和实习场地边上有植被的原因布线进行了适当的调整。最终南北向测线布置了3条每条间距15米，从实习场地的东边15米处开始，慢慢向西移动每次移动15米；东西向的测线布置了5条，从靠
近场地南边边缘10米处为第一条测线，慢慢想向北移动每次移动25米。最终形成的测网如图3-1中蓝色线条所示。
3.2 高密度电阻率法的数据采集
本次测量采用的是E60M型电法工作站，这是一种新型的电法仪，这个仪器的数据采集和电极控制方式采用的是程控的方式进行的，经过该仪器采集的数据能将得到的数据以图像的形式直接呈现在屏幕上，可以方便我们监控仪器所采集到的资料是否符合要求。同时这个装置可以自动进行变换各种装置的高密度电阻率装置形式的测试。这大大减少了实际的工作量，为了比较各种不同装置的采集效果，这次测量每一道数据采集两个不同的装置类型，用以比较不同装置类型对最终显示效果影响。
这次测量的大线有八条，每条线上的电极有八个电极所以总计有六十四个电极，结合我们实习场地的大小，最终设计东西向测线电极距为1米，南北向测线电极距为2米，这样就能大概的将整个实习场地覆盖起来，这些设计好了后接下来就可以进行实际的测量了。
由于本次测量需要物品较多，所以是用三轮车拉到实习场地。在测量好测线布设的位置以后就开始布设测线，按照设计好的电极距先将电极按照一定的间距订到地上，然后依次用皮筋将电极套到大线上，值得注意的是电极要与线上的金属部分接触良好，最终布线如图3-2所示。
图
3-2
由于我们进行测量时天气较干燥，为了保证电极与地面接触良好，我们还对电极进行了浇水，浇水时不仅仅只浇到点极与地面接触的地方还可以在电极与测线接触点浇水增大接触耦合效果，如图3-3。用以增大了接地部分的耦合，最后接上仪器，并且连上电源，最重要的一点，仪器必须要接地。
图3-3
在开始采集数据之前，还必须对我们插入的电极和大线之间的连接进行检 查，而这些检查用仪器就可以进行检查，分别是接地电阻检查图3-4。
图3-4
这个检查主要是用来检查电极与开关电缆以及电极和插入电极与周围岩土的接触情况的，这个检查所用的原理其实是测量相邻电极之间的电阻率值，在测量过程中仪器能够以动态的形式显示测量结果的好坏，如图如果显示为红色则表示俩电阻之间的接地电阻值比较大，表示两个电阻之间没有连接或者与地面接触不良，这个时候就需要我们检查到底是什么原因然后排出故障。之后是开关自检图3-5。
图3-5
在整个测量过程中，
每一个电极开关是否正常工作关系到整个测量结果能否
正常出图，因此在进行测量前应该检查各开关的是否能正常工作 。而这个功能的主要作用就是检验各个电极能够正常工作，要注意的是在进行开关自检时必须断开仪器接地线，否则无法进行自检工作。和接地电阻一样，在整个测试过程中，仪器也是以动态的形式显示测量结果的好坏，一旦出现不正常的开关要进行排除，因为一个电极开关输出出现问题或者电缆线的接头接触不良可能会导致这条电缆后面的所有电极开关出现异常。
在系统进行完接地电阻检查和开关自检并且没有异常出现以后，我们就可以开始进行数据的采集，为了比较不同装置对最后结果的影响，我们每一道采集两种装置的数据，在进行数据采集时我们也要时刻进行观察，看是否有异常点出现，有异常点出现的标志是系统测量的图上出现突变点，一般为红色块状。如果出现了问题我们应该停止数据采集，在排除故障后才能继续采集，而异常点的出现一般不会是一个点，而是呈现一连串的八字行的红色区。
当一道数据采集完成以后我们需要将测线向设计的下一道线测线移动，这里要注意的是电极插入地上后不容易发现，所以在移动侧线时我们需要先拔出电极将电极收集好，然后再移动测线，然后开始下一道测线的布设。在整个测量中我们也遇到了很多的问题，我们首先进行的是东西向的测线，在第一测量时我们发现在最东边和最西边的测量出来的电阻率偏高，经过检查，发现是因为贴近植被，这些地方的土壤比较松软，电极与土壤的耦合效果不是很好，经浇水和重新订电极，对实际的测量的改善不是很大。在进行完一次测量以后进行移动时发现测量缆线的移动十分不方便。在测量时发现在表层就出现了异常的突变点，这时我们就照着显示的图片上的距离找到出现问题的电极，发现在订电极时没有注意将这个电极订到了石头上，导致了异常点的出现，这时我们只需要将电极稍微往旁边重新订就行了，而且又一次还因为自己的粗心，在绑电极时并未将电极与缆线的金属部分接触，导致了后面测量时不管怎么检测都有八字形的突变出现，图形虽然很好看但是这是绝对不行的，所以只有根据测量图上出现问题的点去一一检测排除故障，从这里就能看出工作时的仔细的严谨态度不仅能够有很好的效果还能大大的提高工作的效率。在进行南北测线时发现在靠近西边时实际的场地的长度达不到我们要测量的长度，我们只有将测线向灌木丛中移动，这就导致了最边上的测点也是测量的电阻率偏高。当然最后测量完毕后，我们还要将仪器，测线收
拾好，并且将测量场地上由于有我们带来的垃圾带走，要做到有始有终，最后将数据从电测仪中导出来，进行后续的处理。
第4章高密度电法资料的处理
对于高密度电阻率法的处理采用的是瑞典开发的RES2DINV软件，这个软件其实是一个计算机的程序，这个程序能够自动的找到一个数据子表面二维电阻率模型从电成像测量中。这个程序能够兼容任何与Windows 向荣的图形卡或者打印机，这时因为这个程序是建立在Windows 基础下的。这个程序的反演部分组成的2-D模型中是使用了许多的正方形模块。这些模块的排列是受控于测量数据的数据点的分配的，程序能自动的产生对于模块的分配和模块的大小，这样做的目的其实是方便确定矩阵的电阻率，并且能够生成一个将生产和实际测量结合起来的一个视电阻率拟断面[11]。而且这样产生的模块数量就不会超过测量出来的数量了。但是这些数据必须是有一个采集系统采集的，并且当其沿着某一条测线测量时相邻电极之间的距离是用固定距离进行排列的。
RES2DINV软件使用的反演算法是一种以抑制平滑度最小平方法为基础的算法，当然这个程序也能使以拟牛顿最优化技术为基础，并在这个的基础之上再进行最小平方法算法的一个这样的新算法，在处理速度上，这种新的算法有着绝对的优势，因为这种算法对于大型的数据的计算速度是常规的最小平方法要快上10倍，而且要求的运行内存还比常规的最小平方法要小一些[12]。
我们在进行处理时首先必须向程序中输入数据，在这一步我就遇到了问题，最开始我认为在数据读入之后就应该能直接显示我们在测量时显示的测量图形，但是程序不仅没有显示图形还弹出了一个对话框提示数据中有比较高的电阻率，这让我研究了好半天，最终发现，这仅仅是一个提示对话框，并不影响我们接下来的处理工作，不过接下来我们应该使用“编辑数据”这一个选项来检测我们实际测量得到的数据是否有突变点，如果有突变点，那么我们可以通过编辑数据中的选项进行突变点的消除工作，像这样的突变点多半是电极在订入地上是失败了，或者是电极订入地上后由于泥土太干燥了，导致电极与泥土的耦合效果不好，又或者是大地在测量是非常潮湿这样会导致电缆的短路，所有的这些原因都会导致突变点的存在，而突变点最好的识别办法就是这个点与相邻的测量点相比明显的偏高或者偏低，我们对待这些突变点最好的办法就是直接将其去除掉，这样就能使最后的反演结果不受这些突变点的影响。具体操作办法是进入突变点编辑界
面，如图4-1。
图4-1
从图中可以看出这一道的数据采集整体还是比较好的，但是两侧出现了一些突变点，回想测量时的环境，可以知道这些突变点的出现很有可能是因为电极的布设接近树木等东西，这些地方土壤松软，对电极与地面的耦合产生了不好的影响从而导致了突变点的产生，纠正的办法是用鼠标左键点击突变点，这样你就能够看到入图中蓝色箭头所示的点变成了红色，在将所有的突变点标记上后可以按ESC键退出保存修改的文件，数据经修改突变点后变成了入图4-2
所示
图
4-2
对比这两张图发现两边的突变点明显的消除了数据变的明显的平滑了一些，并且在重新导入数据时间程序不会再提示数据中出现了比较大的变化了，说明我们对于突变点的修改还是很成功的，但是值得注意的是如果突变点较多的话经过反演得到的剖面会丢失很多的内容导致最终不能得到我们想要的解释结果。在进行完了数据的突变点的修改后我们就可以对数据组进行反演了，由于这个软件是破解版，所以有很多的问题，在进行反演时不能进行其他的操作，不然的话反演出来的图形会不全或者完全消失下面是其中一道数据进行反演后得到的图如下图4-3。
图4-3
第5章 高密度电法资料的解释
东西向的第一条测线也就是最靠近校医院的测线，图5-1是温纳装置（Alpha）装置的解释成果图。图5-2是温纳装置（Beta）的解释成果图。
图
5-1
图5-2
从图5-1中可以看，这里装置电极距为1米公64道电极时测量深度约为10米，整个采集的数据呈现倒梯形，靠近地表能够得到的数据多越靠近下面数据越少。从整体来看在地表的颜色整体相比较于下层更深，这表明在地层的电阻率比下层的电阻率高。在两侧电阻率又明显比中部电阻率高，这是因为布线是在两侧
的电极布设的比较靠近两侧的灌木丛从而测量的数据受到了影响，在20米处出现了一个小区域的高值，经现场勘查了发现是有个水泥墩在这个地方导致了高阻的出现，32米到48米处又有高阻出现，这是由于靠近了投掷铁饼的联系场地可能导致了测量结果受到了影响出现了高阻，随着地层往下，电阻率降低整体来说西边的电阻率相对与东边电阻率要低些，这可能是西边比较靠近铁饼的练习场地，地面相比较东边压得更实，所以电阻率才偏低。而且从上往下看可以很明显的看出电阻率是慢慢减少到最小后又慢慢的增加，到能够测量的最深层时电阻率又开始明显增加。将图5-1和图5-2进行对比发现温纳装置（Beta）装置在同样的极距和电极个数相同时测量深度只有9米，不过这两个不同装置测量的电阻率大致上是比较接近的，在出现高阻的地方两张图都出现了高阻，但是相对而言温纳装置（Beta）的图的高阻部分比温纳装置（Alpha）的图高阻部分出现面积大，温纳装置（Alpha）对地质体的垂直分辨效果比温纳装置（Beta）效果好，但是水平的分辨效果刚好相反，但是相对而言温纳装置（Alpha）的成图效果比较好
[13]。
东西向的第二条测线也就是将测线1整体向北方移动25米这次测量的装置是温纳装置（Alpha）图5-3和斯龙贝格装置图5-4。
图
5-3
图5-4
我们所有的测量都是以温纳装置（Alpha）为基础的，在这条测线中斯龙贝格是比较装置，所以我们先看温纳装置（Alpha）的图5-3，，从这个图中可以看出64个电极的间距为1 ，能够测量的深度约为10米，在整个图中表层电阻还是相对而言偏高，在整个图的右侧整个电阻率明显要高一些，原因还是和测线1一样，这个地方靠近树木，土壤比较松软导致了电阻率偏高，在40米附近电阻率有一个比较高的值，现场勘查了没有什么发现，猜测是在底下表层有一个比较大的石块，在整个图中左侧的电阻率都比较低，在中间有一块电阻率稍微大一些，而左边的电阻率都比较高，最大的原因就是受到树木的影响在整张图中32米处深度约为5.5米左右和41米处4米左右都有一个电阻率的低值，联系到图5-1中也有这么两个低阻值，所以推测可能在底下有类似管道之类的东西或者这指示巧合，除了这两个低阻点，整个地下的电阻率整体还是均匀的并没有什么异常点。
温纳装置（Alpha）和斯龙贝格装置比较，在原始图上可以看到这两个装置测量的数据差别还是挺大的，经过反演后可以看出其实整体上的变化还是基本一致的，但是同样的电极距和电极数量斯龙贝格测量的深度只有8米，不过和测线1中一样斯龙贝格装置中电阻率的高值范围较温纳装置（Alpha）的大，这说明斯龙贝格装置受浅层地质体的影响比纳装置（Alpha）所受影响大，但是斯龙贝格装置在水平方向上的变化比温纳装置（Alpha）要灵敏一些，但是总体来说还是纳装置（Alpha）成图比较好看。
东西向的第三条测线就是继续将测线往北再移动25米，这次测量的是温纳
装置（Alpha）图5-5和温纳装置（Gamma）图5-6。
图
5-5
图5-6
和前面的装置一样从图5-5可以看出温纳装置（Alpha）是采用的电极距为1米共64个电极，这样测量深度约为10米，从图中可以看出整体的电阻率呈现的还是比较均匀的，不过两侧表面的电阻率还是偏高，这还是由于树木下的土壤比较松软的原因，中间部分还是能够很明显的看出地层的分层情况，在约22米4米深的地方出现了一个相对较高的电阻带，约38米4.5米深和约50米2米深的地方呈现低阻状态。比较土5-5和图5-6从整体上来看在电阻率变化的地方变现都一致，但是温纳装置（Gamma）的表现出来的电阻的差异更加明显对比较小的
地方显示更加准确，但是感觉垂直方向的分辨率没有温纳装置（Alpha）的细致，所以总的来说还是温纳装置（Alpha）的表现比较好。
东西向的第四条测线就是继续将测线向北移动25米，这次测量的是温纳装置（Alpha）图5-7和偶极装置图5-8。
图
5-7
图5-8
由于不知道什么原因偶极装置采集的数据十分不好，所以这里只是大致看看不做细致比较，从图5-7中可以看出地表整体电阻比地下的电阻都要偏高，在约50米2米深的地方有一个高阻出现，但是实地勘察后没有发现什么，初步估计可能是地表耦合不好导致的下面反应异常，左侧电阻明显较右侧电阻偏低而且左
侧整体分层效果较好左侧电阻率慢慢降低到只有10左右又开始有回升的趋势，将图5-7和图5-8大致比较下整体的电阻率趋势还是很接近的，都是在左下方有电阻率低值，整体右侧电阻率偏高。
东西向的最后一条测线也就是继续将测线往北移动25米，这次也是测量了两个装置类型，但是A 三级装置测量失败了，所以只解释温纳装置（Alpha）如图5-9。
图5-9
图5-9整体电阻率好像比前面的图都高，其实不然这只是色标显示问题，从图上看出地表层电阻率还是偏高，而且右侧电阻率还是较左边而言偏高，在16米3,5米深的地方出现了电阻率的低值，经尹老师讲解后知道这是学校在我们实习场地专门埋设的铁罐，铁罐导电性好，所以呈现低值。好方便我们认识这个测量方法，看能不能将这识别出来，而在约36米处3米深处有一个电阻率高值，这也是学校埋设的水泥管，水泥导电性查，所以呈现高值，所以上这次的测量还是比较成功的，主要的两个目标都能被识别出来。
接下来就是南北向的测线了，测线6是靠近体育馆处的南北向第一条测线，这次测量的是温纳装置（Alpha）图5-10和温纳装置（Beta）图5-11。
图
5-10
图5-11
图5-10中可以看出温纳装置（Alpha）采用的是2米的电极距64个电极，图中表示的能够测量的深度达到了21米，这说明电极距的增大能够扩大探测距离但是相应的精细度就没那么高了，从图中可以看出70米处3米左右有一个电阻率高值这就是刚才的水泥管，但是显示的不如图5-9明显，在92米处地表层有一个高值，经实地勘察后发先是标枪投掷的跑道的影响，使测量值呈现出了高值，对比图5-10和5-11可以看到垂直方向的划分温纳装置（Alpha）要好一些，而且成图也要好看一些。
南北向的第二条测线就是将测线6向西侧移动15米，这次进行温纳装置
（Alpha）图5-12和温纳装置（Gamma）图5-13。
图
5-12
图5-13
观察图5-12可以看出当电极距为2米时测量的深度能达到21米左右，地表电阻相对于下层的电阻还是较高的，在80米约3.5米深的位置有一个高阻出现，推测是由于接近水泥管埋设的地方所以有一些影响，在左侧电阻相对于右侧电阻要低些。地下的分层十分明显，能够很轻易的看到地层的分层现象，随着地层慢慢变深电阻显示越来越高。比较图5-12和图5-13整体来看，电阻的变化是一致的，但是温纳装置（Alpha）的显示效果明显比温纳装置（Gamma）好一些对接近地表的分辨效果好一些，但是深层的显示感觉温纳装置（Gamma）的分层效果更
好。
南北向的第三条测线就是讲第7条测线再向西移动15米，这次进行的是温纳装置（Alpha）图5-14和斯龙贝格装置图5-15。
图5-14
图5-15
观察图5-14在图70米处约3.5米深的地方出现电阻的低值，这是因为这个地方是实习场地埋设铁罐的地方，铁导电所以显示低值，整体来看表层的电阻值还是比下层的电阻高，而且左边电阻比右边电阻稍高，在更深层处右侧电阻增加而且地层出现明显的分层，随着深度增加电阻升高。比较土5-14和图5-15可以
看出整体显示电阻的变化这两个图比较接近，在铁罐埋设的地方都显示低值，地下地层的分层都比较明显，但是在地表处斯龙贝格装置受影响严重，所以电阻变化范围较大。总的来说还是温纳装置（Alpha）的显示效果比较好。
第6章结论
这次的物探实习场地的高密度电法的资料的采集处理与解释让我学到了许多东西。在这次实习中虽然在进行实地测量之前做了大量的准备，但是在实地操作时还是遇到了许多的难题，让我深刻体会到了光有书本上的知识是远远不够的，我们必须通过实践将书本上的知识转化为自己的知识。总的来说这次测量还是比较成功的最主要的目标体都能够被识别出来，但是也有许多地方无法解释，而且在最终的解释结果受环境影响较大，这可能是高密度电法的一个缺点吧，值得改进。
高密度电法是在工程物探中的重要方法之一，而且这个方法的技术也变得越来越成熟，不仅仅数据采集系统越来越完善越来越智能化，对于资料的处理也越来越能准确的反应地下的地质构造。这个方法的适用范围也表较广，例如高密度电法在水源的寻找，管线的探测，准确的划分地层或者岩溶，对于地质灾害如水库堤坝的裂缝检测等方面都能取得较好的应用效果[14]，总的来说高密度电法的应用主要有水利水电工程；环境工程地质；工程地质勘察；工程质量勘察还有考古方向[15]。
虽然高密度电法探测效果好，适用范围广，但是任何方法都具有局限性，所以我们不仅要根据实际需求选择装置的类型和选择合理的电极布设方式等参数，而且我们可以将多种物探方法配合起来使用说不定能够取得意想不到的效果。
当然随着现代技术的发展高密度电法在二维方向的处理和解释工作将会更加的完善，同时也会和地震勘探一样向着三维的方向发展[16-17]，并且对于地下地质解释的可视化会越来越高[18]。
致谢
大学四年的生活转眼即逝，在次我要感谢石油大学给了我一个良好的学习环境，我还要感谢所有曾经教导过我的老师，当然还有所有关心帮助过我的同学，让我从一个青涩的少年变成了即将踏入社会的青年人，在这四年中老师和同学们给与了我很大的帮助，当然这篇论文的顺利完成要特别感谢xx老师和所有和我一起做毕设的同学的关怀，指导和帮助。
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本科毕业设计（论文）
题目：物探实习场地的高密度电法探测及数据处理解
释
学生姓名：xxx
学 号：xxx
专业班级：xxx
指导教师：xxx
x年 x月x日
物探实习场地的高密度电法探测及数据处理解释
摘 要
由于现在的工程和环境地质调查的所面对状况越来越复杂，而现今普通的物探方法已经难以满足实际工作的需要。高密度电法中所用的基本原理是与传统的电阻率的方向实际上是相同的。高密度电阻率法的核心其实就是在进行野外测量时将电极以阵列的方式布设于各个测点上，然后利用微机工程电测仪对数据进行测量并记录。本次物探实习场地的高密度电法测量就是实地进行高密度电法的数据采集并且在每道测线采集两种不同的装置类型，然后对于采集到的数据进行处理和解释并且比较不同测量装置类型对于地下界面的探测效果的不同。
关键字：高密度；电极距；装置类型
Geophysical practice space of high-density
electrical detection and data processing and interpretation
Abstract
Because of the faceto the current engineering and environmental geologicalsurvey of the situation become more complicated, but now ordinary geophysical methods have been difficult to meet the needs of practical work. The basic principles of high density electrical method is used in the conventional direction of resistivity it is practically identical. Core high density resistivity method is actually carrying out field measurements of the electrode array in the manner laid on each measuring point, then the use of computer engineering electrical measuring instrument to measure and record data. The internship site for Geophysical high density electrical measurement is carried out in the field of high-density electrical method of data collection and survey lines at every gathering of two different types of devices, and then the collected data processing and interpretation and comparison of different measuring devices type for the detection of the effect of the different subsurface.
Keywords：High density; electrode spacing; device type
目录
第1章引言.......................................................... 1
第2章高密度电法的基本原理.......................................... 3
2.1 场所满足的偏微分方程 ........................................ 3
2.2 三电位电极系 ................................................ 4
2.3 视参数及其计算 .............................................. 5
2.4 不同的装置类型 .............................................. 5
第3章高密度电法的资料采集.......................................... 8
3.1 侧区的选择和测网的布设 ...................................... 8
3.1.1 测区的选择 ............................................. 8
3.1.2 测网的布设 ............................................. 8
3.2 高密度电阻率法的数据采集 .................................... 9
第4章高密度电法资料的处理......................................... 13
第5章高密度电法资料的解释......................................... 16
第6章结论......................................................... 26
致谢............................................................... 27
参考文献........................................................... 28
第1章引言
由于这些年来进行勘探的工程和环境情况都变得越来越复杂，普通的物探方法已经基本难以满足实际生产中的需求，因此近年来物探方法中许多工程方面的物探方法得到了飞速的发展，而高密度电阻率法作为工程物探中浅层地球物理勘查的最主要的方法之一，因此也得到了长足的进步。
高密度电阻率法的核心其实就是在进行野外测量时将电极以阵列的方式布设于各个测点上，然后利用微机工程电测仪对数据进行测量并记录。这种方法的特点是能够通过一次布线然后通过控制电极进行不同组合的方式从而采集电阻率方法中不同的装置类型和不同极距的各种参数，这使得它相比较于常规的电阻率方法有以下的优点：由于电极是一次性布设完毕的，这样就可以减少了由于电极布设带来的干扰和故障问题，同时还大大提高了数据采集的速度；而且高密度电法布设的测线一般都很长，所以能够一次进行多种电极排列的扫描测量，因此可以一次性获得十分丰富的地下地质的结构特征信息，而且能够十分有效率的一次性进行几种排列方式的测量，所以获得的有关于地质地球物理信息的地点断面十分丰富；随着现代技术的发展，对野外的数据采集大多都是自动化或者半自动化，不仅速度大大提高，而且还避免了由于人工采集数据所带来的错误；现在的采集仪上能够直接进行预处理并且能够直接显示剖面的特征，将数据导出来后还能够进行自动绘制和打印各种成果图[1-3]。总的来说与传统的电阻率方法相比较，高密度电阻率法有，施工快，采集的信息丰富，并且最终结果容易解释，施工成本低，勘探效果好等特点。
高密度电阻率法的阵列电极排列方式在二十世纪七十年代就有人开始进行研究了，英国学者Johansson 博士设计的电测深系统实际上就是高密度电阻率法的最初模式[4],在高密度电阻率法最开始的研究阶段中电极的排列方式主要是以下三种：温纳，偶极和微分，后来又由日本人根据实际需求对这几种方法进行了补充和完善，在原有的基础上加上了自动控制的仪器并且将这些东西集成到了大规模集成电路上。直到二十世纪九十年代因为电子技术的飞速发展，高密度电阻率法测量的优势才逐渐体现出来并且被越来越多的人所接受，从而使得这种方法
得以飞速的发展，电极排列方式从原来的三种电极排列方式发展到了现今的十几种电级排列方式[5]，使得高密度电阻率法的效率大大提高并且能够适用的范围和解释的精度都有了长足的进步。
上世纪八十年代末，我国地矿部门才刚刚的开始涉足对于高密度电阻率法和这个方法所能应用的范围的研究，最开始时的策略对于国外的技术还是沿袭了外国的做法，并且以引进外国的先进技术和先进仪器为主，后来经过我国的学者研究后推出了“联合三级测深”这个装置，而且还引进了新的比值参数T，G ，从而使得我们对于资料的定性解释的手段变的多元化。而我国的学者罗延钟在这个新装置的基础上又进行了改进，提出来“双向三级梯度装置”（这个装置的其实就是将正向和反向的三级“梯度装置”进行组合起来成为新的电极装置），并且在这个装置的基础上又开发出了一个新的视电阻率的处理和成图软件。这个新的软件是基于”双向三级梯度装置“的观测结果的，并且用这个结果可以计算除了电位装置以外的其它装置的视电阻率[6]。随着时间的推移到了九十年代初期，长春科技大学成功研制出了一个数据的自动采集系统，这个系统不仅包括了高密度工程电测仪，还有程控多度电极转换器这两个部分组成，这个仪器的发明使我国的高密度电阻率法的实用化成度大大提高。在这之后电极的转换开关也从机械式发展到了单片机控制式，而到现在我国的高密度电法仪的电极转换开关已经由原来的单一机械式发展到了现在的电子式，机械式；单片机控制式；电子式；分布智能式等多种形式[7]。除此之外多道并行分布式系统的高密度电法系统是属于我国自己发明的电法系统，并且该系统处于国际领先水平，这是属于我们国人的骄傲。
第2章高密度电法的基本原理
2.1 场所满足的偏微分方程
高密度电阻率法的基础依旧是要测量的岩土的导电性与周围岩石的差异，它还是属于一类电探方法。这种方法主要研究的是在对测量对象施加一定的电场后，电流在地下的传导规律。测量时人为的向地下输入直流电流，在地表用采集数据的数据采集仪观测地下的电场分布，通过研究分析采集到的人为的施加电流后电场的分布规律，从而可以得到地下的地质构造达到解决地质问题的目的。对于简单的求解地电条件的电场分布时，一般采用的方法是解析法。这样测量的电场分布满足以下偏微分方程
(2-1) =(x-)
)) (2-1)
这里的是源点的坐标；x ,y, z 是场点坐标。
但是当x=y=z=0时，就是相当于不考虑有源场，即只考虑无源空间时，式（2-1）可以变换为拉普拉斯方程（2-2）[8]
0 （2-2）
方程组（2-2）的求解其实就是用一个场函数去匹配与该方程所描述的物理过程的因素。但是实际上因为坐标系对该方程的限制，普通的解析方法很难计算出地电模型，所以当我们对比较复杂的地电模型的电场分布进行研究时，最主要的方法还是采用不同的数值模拟方法。比如如果对于二维的地电模型进行分析，一般会选用点源二维有限元方法；而当地电模型变成三维时，则改为用面积方程法，有限差分法等方法来求解[9]。
原则上高密度电阻率法测量时的电极排列方式是可以用二级排列的方式的，实际上就是在测量时，仅对其中一个电极供电，然后将其他电极作为检测电极进行电位检测，最后根据实际的情况，将得到的测量结果抽取变化得到相应的需要的电极排列方式，这种方案其实已经是一种非常好的方案了，但是由于每一次测量时都必须有两个无穷远极，为施工带来了很大的限制。所以这种方案其实并不
是一种很好的能够实际应用的方案。而且当测线趋于无线远时，对于电位的测量显示幅度变化比较明显，，因此需要频繁的更换电源，这一点对于自动测量带来了极大的困难，所以实际施工时都采用的是三电位电极系。
2.2 三电位电极系
三电位电极系其实就是用一定的组合方式将温纳，微分和偶极装置联系起来，重新组合形成的一种新的测量系统。这个系统最核心的东西就是电极转换开关，在实际的应用中就是调整电极转换开关就可以将几个电极组合起来形成一种电极排列方式，所以可以只用进行一次测量就可以测量得到由不同电极排列的测量参数。这三种电极系的组成温纳，偶极和微分为了简单又被称为排列；排列；排列，如果假设点距为x 时，三电位的电极距为a=nx（n=1,2,3·····15），这里的n代表的是间隔系数。如果将其中一个测点的4个电极按照一定的规律进行三次组合，这就是三个电极不同的装置。如果要透彻的了解三电位电极系的测量结果并且充分的将其利用起来，我们必须要先熟悉三种不同排列的之间的相互关系，由于前面所说的三电位电极系的概念，可以得到这三个电极排列的视电阻率参数并且可以知道计算公式如下（2-3）,(2-4) ,(2-5) 分别对应三个不同的排列方式。
(2-3)
(2-4)
(2-5)
I 为供电的电流的强度，当I 的值是一定的时间，又满足下式（2-6）
(2-6)
将这些公式带入视电阻率和装置系数后又可以得到（2-7）
(2-7)
2.3 视参数及其计算
高密度电阻率法、 如果采用了上面所说的几种三电位电极系的方法，那么视参数就会如式（2-3），（2-4），(2-5)所示， 因为我们所布设的测线的长度是有限的，也就意味着这条长度的测线上的测点数是有限的固定个数，所以当探测的极距逐渐扩大时，对于不同探测深度的测点数也将会逐渐的减少。解决的办法就是对整个排列增加无穷远的探测极距，从而使普通的电极排列变化为联合三级测深的探测方式，这时的视电阻率参数也相应的变为式（2-8）
,(2-9)
(2-8)
(2-9)
因此三电位电阻率法有可以推出视比值参数如下式（2-10）
(2-10)
这个公式中和分别代表着同一个剖面的上下相邻的两点的视电阻率的值。
2.4 不同的装置类型
这次进行野外数据采集用的仪器是E60D型电法仪，这种新型的电法仪可以进行高密度电阻率法数据采集的许多的装置类型的采集，比如二级装置，单变三级装置，温纳装置，偶极装置，和斯龙贝格装置的数据采集工作。这些不同的装置类型各有各的特点，各个方法所适应的环境和探测的效果各有各的侧重点，当然每一种装置的限制条件也是不同的，所以我们应该根据实际工作中的需求，实际探测场地的地电条件的限制或者勘测环境的限制，来选择合理的装置类型，或者可以几个装置联合使用使探测的精度更加高。本次实习采用的装置类型有温纳装置[10]，这个装置包括了三种装置类型，分别是Alpha ,Beta和Gamma,偶极装置，斯龙贝格装置。
温纳装置（Alpha）的装置结构如下图2-1所示
图2-1
这个装置的电极布设规律是A,M,N,B(在这4个电极中A,B电极是供电电极，M,N电极是测量电极)装置系数K=2na,这里的a代表的电极之间的间距，n代表的是隔离系数，当隔离系数逐渐增大，这4个电极之间的距离相应的增大。装置中AM=MN=NB=na
温纳装置（Beta）的装置结构如下图2-2所示
图2-2
这个装置中，装置的装置系数K=6na，这里的a代表的是电极之间的距离，n代表的是隔离系数，在这个装置中BA=AM=MN=na
温纳装置（Gamma）的装置结构如下图2-3所示
图2-3
这个装置中四个电极的布置是按照A,M,B,N来布置的（这4个电极中A,B电极是供电电极，M,N电极是测量电极）装置系数K=3na，a代表的还是电极之间的距离，n代表的还是间隔系数，当间隔系数逐渐增大，这4个电极之间的距离也依次增大。AM=MB=NB=na
偶极装置的装置结构如下图2-4所示
图2-4
在偶极装置中4个电极是按着A,B,M,N的顺序布设的（4个电极中A,B电极
是供电电极，M,N电极是测量电极装置系数K=na(n+1)（n+2），这里的a代表的是电极之间的距离，n代表的是隔离系数，当间隔系数逐渐增大，这4个电极之间的距离也依次增大。AB=MB=a
斯龙贝格装置的装置结构如下图2-5所示
图2-5
在斯龙贝格装置中电极的布设是按照A,M,M,B的顺序来布设的装置系数K=an(n+1)，这里的a代表的是电极之间的距离，n代表的是隔离系数，4个电极中M,N电极是固定不动的，而A,B电极的移动则要依据间隔系数n的变化，当n从小慢慢变大时，AB也开始按照一定的距离依次移动，当移动完一个排列后，再将MN向前移动一个电极的距离，再次重复上面的过程。MN=a,AM=NB=na。
第3章高密度电法的资料采集
3.1 侧区的选择和测网的布设
3.1.1 测区的选择
本次高密度电阻率法测量的工区位于中国石油大学（华东）校医院旁的实习场地上，从卫星图 3-1上可以看出整个实习场地呈现长方形，实习场地的北边贴近长江路，南边是校医院，东边毗邻体育馆，西边靠近河流。整个实习场地长度约为130米，宽度约为65米。
图3-1
3.1.2 测网的布设
在测量整个实习场地的长宽后，根据高密度点法的测量需求每一道都有64个点极需要排放，所以初步的设定是南北向的排列用电极距2米排列，而东西向则用电极距1米进行排列这样基本就能将整个实习场地覆盖起来，然而实际进行测量时由于场地并不是标准的长方形和实习场地边上有植被的原因布线进行了适当的调整。最终南北向测线布置了3条每条间距15米，从实习场地的东边15米处开始，慢慢向西移动每次移动15米；东西向的测线布置了5条，从靠
近场地南边边缘10米处为第一条测线，慢慢想向北移动每次移动25米。最终形成的测网如图3-1中蓝色线条所示。
3.2 高密度电阻率法的数据采集
本次测量采用的是E60M型电法工作站，这是一种新型的电法仪，这个仪器的数据采集和电极控制方式采用的是程控的方式进行的，经过该仪器采集的数据能将得到的数据以图像的形式直接呈现在屏幕上，可以方便我们监控仪器所采集到的资料是否符合要求。同时这个装置可以自动进行变换各种装置的高密度电阻率装置形式的测试。这大大减少了实际的工作量，为了比较各种不同装置的采集效果，这次测量每一道数据采集两个不同的装置类型，用以比较不同装置类型对最终显示效果影响。
这次测量的大线有八条，每条线上的电极有八个电极所以总计有六十四个电极，结合我们实习场地的大小，最终设计东西向测线电极距为1米，南北向测线电极距为2米，这样就能大概的将整个实习场地覆盖起来，这些设计好了后接下来就可以进行实际的测量了。
由于本次测量需要物品较多，所以是用三轮车拉到实习场地。在测量好测线布设的位置以后就开始布设测线，按照设计好的电极距先将电极按照一定的间距订到地上，然后依次用皮筋将电极套到大线上，值得注意的是电极要与线上的金属部分接触良好，最终布线如图3-2所示。
图
3-2
由于我们进行测量时天气较干燥，为了保证电极与地面接触良好，我们还对电极进行了浇水，浇水时不仅仅只浇到点极与地面接触的地方还可以在电极与测线接触点浇水增大接触耦合效果，如图3-3。用以增大了接地部分的耦合，最后接上仪器，并且连上电源，最重要的一点，仪器必须要接地。
图3-3
在开始采集数据之前，还必须对我们插入的电极和大线之间的连接进行检 查，而这些检查用仪器就可以进行检查，分别是接地电阻检查图3-4。
图3-4
这个检查主要是用来检查电极与开关电缆以及电极和插入电极与周围岩土的接触情况的，这个检查所用的原理其实是测量相邻电极之间的电阻率值，在测量过程中仪器能够以动态的形式显示测量结果的好坏，如图如果显示为红色则表示俩电阻之间的接地电阻值比较大，表示两个电阻之间没有连接或者与地面接触不良，这个时候就需要我们检查到底是什么原因然后排出故障。之后是开关自检图3-5。
图3-5
在整个测量过程中，
每一个电极开关是否正常工作关系到整个测量结果能否
正常出图，因此在进行测量前应该检查各开关的是否能正常工作 。而这个功能的主要作用就是检验各个电极能够正常工作，要注意的是在进行开关自检时必须断开仪器接地线，否则无法进行自检工作。和接地电阻一样，在整个测试过程中，仪器也是以动态的形式显示测量结果的好坏，一旦出现不正常的开关要进行排除，因为一个电极开关输出出现问题或者电缆线的接头接触不良可能会导致这条电缆后面的所有电极开关出现异常。
在系统进行完接地电阻检查和开关自检并且没有异常出现以后，我们就可以开始进行数据的采集，为了比较不同装置对最后结果的影响，我们每一道采集两种装置的数据，在进行数据采集时我们也要时刻进行观察，看是否有异常点出现，有异常点出现的标志是系统测量的图上出现突变点，一般为红色块状。如果出现了问题我们应该停止数据采集，在排除故障后才能继续采集，而异常点的出现一般不会是一个点，而是呈现一连串的八字行的红色区。
当一道数据采集完成以后我们需要将测线向设计的下一道线测线移动，这里要注意的是电极插入地上后不容易发现，所以在移动侧线时我们需要先拔出电极将电极收集好，然后再移动测线，然后开始下一道测线的布设。在整个测量中我们也遇到了很多的问题，我们首先进行的是东西向的测线，在第一测量时我们发现在最东边和最西边的测量出来的电阻率偏高，经过检查，发现是因为贴近植被，这些地方的土壤比较松软，电极与土壤的耦合效果不是很好，经浇水和重新订电极，对实际的测量的改善不是很大。在进行完一次测量以后进行移动时发现测量缆线的移动十分不方便。在测量时发现在表层就出现了异常的突变点，这时我们就照着显示的图片上的距离找到出现问题的电极，发现在订电极时没有注意将这个电极订到了石头上，导致了异常点的出现，这时我们只需要将电极稍微往旁边重新订就行了，而且又一次还因为自己的粗心，在绑电极时并未将电极与缆线的金属部分接触，导致了后面测量时不管怎么检测都有八字形的突变出现，图形虽然很好看但是这是绝对不行的，所以只有根据测量图上出现问题的点去一一检测排除故障，从这里就能看出工作时的仔细的严谨态度不仅能够有很好的效果还能大大的提高工作的效率。在进行南北测线时发现在靠近西边时实际的场地的长度达不到我们要测量的长度，我们只有将测线向灌木丛中移动，这就导致了最边上的测点也是测量的电阻率偏高。当然最后测量完毕后，我们还要将仪器，测线收
拾好，并且将测量场地上由于有我们带来的垃圾带走，要做到有始有终，最后将数据从电测仪中导出来，进行后续的处理。
第4章高密度电法资料的处理
对于高密度电阻率法的处理采用的是瑞典开发的RES2DINV软件，这个软件其实是一个计算机的程序，这个程序能够自动的找到一个数据子表面二维电阻率模型从电成像测量中。这个程序能够兼容任何与Windows 向荣的图形卡或者打印机，这时因为这个程序是建立在Windows 基础下的。这个程序的反演部分组成的2-D模型中是使用了许多的正方形模块。这些模块的排列是受控于测量数据的数据点的分配的，程序能自动的产生对于模块的分配和模块的大小，这样做的目的其实是方便确定矩阵的电阻率，并且能够生成一个将生产和实际测量结合起来的一个视电阻率拟断面[11]。而且这样产生的模块数量就不会超过测量出来的数量了。但是这些数据必须是有一个采集系统采集的，并且当其沿着某一条测线测量时相邻电极之间的距离是用固定距离进行排列的。
RES2DINV软件使用的反演算法是一种以抑制平滑度最小平方法为基础的算法，当然这个程序也能使以拟牛顿最优化技术为基础，并在这个的基础之上再进行最小平方法算法的一个这样的新算法，在处理速度上，这种新的算法有着绝对的优势，因为这种算法对于大型的数据的计算速度是常规的最小平方法要快上10倍，而且要求的运行内存还比常规的最小平方法要小一些[12]。
我们在进行处理时首先必须向程序中输入数据，在这一步我就遇到了问题，最开始我认为在数据读入之后就应该能直接显示我们在测量时显示的测量图形，但是程序不仅没有显示图形还弹出了一个对话框提示数据中有比较高的电阻率，这让我研究了好半天，最终发现，这仅仅是一个提示对话框，并不影响我们接下来的处理工作，不过接下来我们应该使用“编辑数据”这一个选项来检测我们实际测量得到的数据是否有突变点，如果有突变点，那么我们可以通过编辑数据中的选项进行突变点的消除工作，像这样的突变点多半是电极在订入地上是失败了，或者是电极订入地上后由于泥土太干燥了，导致电极与泥土的耦合效果不好，又或者是大地在测量是非常潮湿这样会导致电缆的短路，所有的这些原因都会导致突变点的存在，而突变点最好的识别办法就是这个点与相邻的测量点相比明显的偏高或者偏低，我们对待这些突变点最好的办法就是直接将其去除掉，这样就能使最后的反演结果不受这些突变点的影响。具体操作办法是进入突变点编辑界
面，如图4-1。
图4-1
从图中可以看出这一道的数据采集整体还是比较好的，但是两侧出现了一些突变点，回想测量时的环境，可以知道这些突变点的出现很有可能是因为电极的布设接近树木等东西，这些地方土壤松软，对电极与地面的耦合产生了不好的影响从而导致了突变点的产生，纠正的办法是用鼠标左键点击突变点，这样你就能够看到入图中蓝色箭头所示的点变成了红色，在将所有的突变点标记上后可以按ESC键退出保存修改的文件，数据经修改突变点后变成了入图4-2
所示
图
4-2
对比这两张图发现两边的突变点明显的消除了数据变的明显的平滑了一些，并且在重新导入数据时间程序不会再提示数据中出现了比较大的变化了，说明我们对于突变点的修改还是很成功的，但是值得注意的是如果突变点较多的话经过反演得到的剖面会丢失很多的内容导致最终不能得到我们想要的解释结果。在进行完了数据的突变点的修改后我们就可以对数据组进行反演了，由于这个软件是破解版，所以有很多的问题，在进行反演时不能进行其他的操作，不然的话反演出来的图形会不全或者完全消失下面是其中一道数据进行反演后得到的图如下图4-3。
图4-3
第5章 高密度电法资料的解释
东西向的第一条测线也就是最靠近校医院的测线，图5-1是温纳装置（Alpha）装置的解释成果图。图5-2是温纳装置（Beta）的解释成果图。
图
5-1
图5-2
从图5-1中可以看，这里装置电极距为1米公64道电极时测量深度约为10米，整个采集的数据呈现倒梯形，靠近地表能够得到的数据多越靠近下面数据越少。从整体来看在地表的颜色整体相比较于下层更深，这表明在地层的电阻率比下层的电阻率高。在两侧电阻率又明显比中部电阻率高，这是因为布线是在两侧
的电极布设的比较靠近两侧的灌木丛从而测量的数据受到了影响，在20米处出现了一个小区域的高值，经现场勘查了发现是有个水泥墩在这个地方导致了高阻的出现，32米到48米处又有高阻出现，这是由于靠近了投掷铁饼的联系场地可能导致了测量结果受到了影响出现了高阻，随着地层往下，电阻率降低整体来说西边的电阻率相对与东边电阻率要低些，这可能是西边比较靠近铁饼的练习场地，地面相比较东边压得更实，所以电阻率才偏低。而且从上往下看可以很明显的看出电阻率是慢慢减少到最小后又慢慢的增加，到能够测量的最深层时电阻率又开始明显增加。将图5-1和图5-2进行对比发现温纳装置（Beta）装置在同样的极距和电极个数相同时测量深度只有9米，不过这两个不同装置测量的电阻率大致上是比较接近的，在出现高阻的地方两张图都出现了高阻，但是相对而言温纳装置（Beta）的图的高阻部分比温纳装置（Alpha）的图高阻部分出现面积大，温纳装置（Alpha）对地质体的垂直分辨效果比温纳装置（Beta）效果好，但是水平的分辨效果刚好相反，但是相对而言温纳装置（Alpha）的成图效果比较好
[13]。
东西向的第二条测线也就是将测线1整体向北方移动25米这次测量的装置是温纳装置（Alpha）图5-3和斯龙贝格装置图5-4。
图
5-3
图5-4
我们所有的测量都是以温纳装置（Alpha）为基础的，在这条测线中斯龙贝格是比较装置，所以我们先看温纳装置（Alpha）的图5-3，，从这个图中可以看出64个电极的间距为1 ，能够测量的深度约为10米，在整个图中表层电阻还是相对而言偏高，在整个图的右侧整个电阻率明显要高一些，原因还是和测线1一样，这个地方靠近树木，土壤比较松软导致了电阻率偏高，在40米附近电阻率有一个比较高的值，现场勘查了没有什么发现，猜测是在底下表层有一个比较大的石块，在整个图中左侧的电阻率都比较低，在中间有一块电阻率稍微大一些，而左边的电阻率都比较高，最大的原因就是受到树木的影响在整张图中32米处深度约为5.5米左右和41米处4米左右都有一个电阻率的低值，联系到图5-1中也有这么两个低阻值，所以推测可能在底下有类似管道之类的东西或者这指示巧合，除了这两个低阻点，整个地下的电阻率整体还是均匀的并没有什么异常点。
温纳装置（Alpha）和斯龙贝格装置比较，在原始图上可以看到这两个装置测量的数据差别还是挺大的，经过反演后可以看出其实整体上的变化还是基本一致的，但是同样的电极距和电极数量斯龙贝格测量的深度只有8米，不过和测线1中一样斯龙贝格装置中电阻率的高值范围较温纳装置（Alpha）的大，这说明斯龙贝格装置受浅层地质体的影响比纳装置（Alpha）所受影响大，但是斯龙贝格装置在水平方向上的变化比温纳装置（Alpha）要灵敏一些，但是总体来说还是纳装置（Alpha）成图比较好看。
东西向的第三条测线就是继续将测线往北再移动25米，这次测量的是温纳
装置（Alpha）图5-5和温纳装置（Gamma）图5-6。
图
5-5
图5-6
和前面的装置一样从图5-5可以看出温纳装置（Alpha）是采用的电极距为1米共64个电极，这样测量深度约为10米，从图中可以看出整体的电阻率呈现的还是比较均匀的，不过两侧表面的电阻率还是偏高，这还是由于树木下的土壤比较松软的原因，中间部分还是能够很明显的看出地层的分层情况，在约22米4米深的地方出现了一个相对较高的电阻带，约38米4.5米深和约50米2米深的地方呈现低阻状态。比较土5-5和图5-6从整体上来看在电阻率变化的地方变现都一致，但是温纳装置（Gamma）的表现出来的电阻的差异更加明显对比较小的
地方显示更加准确，但是感觉垂直方向的分辨率没有温纳装置（Alpha）的细致，所以总的来说还是温纳装置（Alpha）的表现比较好。
东西向的第四条测线就是继续将测线向北移动25米，这次测量的是温纳装置（Alpha）图5-7和偶极装置图5-8。
图
5-7
图5-8
由于不知道什么原因偶极装置采集的数据十分不好，所以这里只是大致看看不做细致比较，从图5-7中可以看出地表整体电阻比地下的电阻都要偏高，在约50米2米深的地方有一个高阻出现，但是实地勘察后没有发现什么，初步估计可能是地表耦合不好导致的下面反应异常，左侧电阻明显较右侧电阻偏低而且左
侧整体分层效果较好左侧电阻率慢慢降低到只有10左右又开始有回升的趋势，将图5-7和图5-8大致比较下整体的电阻率趋势还是很接近的，都是在左下方有电阻率低值，整体右侧电阻率偏高。
东西向的最后一条测线也就是继续将测线往北移动25米，这次也是测量了两个装置类型，但是A 三级装置测量失败了，所以只解释温纳装置（Alpha）如图5-9。
图5-9
图5-9整体电阻率好像比前面的图都高，其实不然这只是色标显示问题，从图上看出地表层电阻率还是偏高，而且右侧电阻率还是较左边而言偏高，在16米3,5米深的地方出现了电阻率的低值，经尹老师讲解后知道这是学校在我们实习场地专门埋设的铁罐，铁罐导电性好，所以呈现低值。好方便我们认识这个测量方法，看能不能将这识别出来，而在约36米处3米深处有一个电阻率高值，这也是学校埋设的水泥管，水泥导电性查，所以呈现高值，所以上这次的测量还是比较成功的，主要的两个目标都能被识别出来。
接下来就是南北向的测线了，测线6是靠近体育馆处的南北向第一条测线，这次测量的是温纳装置（Alpha）图5-10和温纳装置（Beta）图5-11。
图
5-10
图5-11
图5-10中可以看出温纳装置（Alpha）采用的是2米的电极距64个电极，图中表示的能够测量的深度达到了21米，这说明电极距的增大能够扩大探测距离但是相应的精细度就没那么高了，从图中可以看出70米处3米左右有一个电阻率高值这就是刚才的水泥管，但是显示的不如图5-9明显，在92米处地表层有一个高值，经实地勘察后发先是标枪投掷的跑道的影响，使测量值呈现出了高值，对比图5-10和5-11可以看到垂直方向的划分温纳装置（Alpha）要好一些，而且成图也要好看一些。
南北向的第二条测线就是将测线6向西侧移动15米，这次进行温纳装置
（Alpha）图5-12和温纳装置（Gamma）图5-13。
图
5-12
图5-13
观察图5-12可以看出当电极距为2米时测量的深度能达到21米左右，地表电阻相对于下层的电阻还是较高的，在80米约3.5米深的位置有一个高阻出现，推测是由于接近水泥管埋设的地方所以有一些影响，在左侧电阻相对于右侧电阻要低些。地下的分层十分明显，能够很轻易的看到地层的分层现象，随着地层慢慢变深电阻显示越来越高。比较图5-12和图5-13整体来看，电阻的变化是一致的，但是温纳装置（Alpha）的显示效果明显比温纳装置（Gamma）好一些对接近地表的分辨效果好一些，但是深层的显示感觉温纳装置（Gamma）的分层效果更
好。
南北向的第三条测线就是讲第7条测线再向西移动15米，这次进行的是温纳装置（Alpha）图5-14和斯龙贝格装置图5-15。
图5-14
图5-15
观察图5-14在图70米处约3.5米深的地方出现电阻的低值，这是因为这个地方是实习场地埋设铁罐的地方，铁导电所以显示低值，整体来看表层的电阻值还是比下层的电阻高，而且左边电阻比右边电阻稍高，在更深层处右侧电阻增加而且地层出现明显的分层，随着深度增加电阻升高。比较土5-14和图5-15可以
看出整体显示电阻的变化这两个图比较接近，在铁罐埋设的地方都显示低值，地下地层的分层都比较明显，但是在地表处斯龙贝格装置受影响严重，所以电阻变化范围较大。总的来说还是温纳装置（Alpha）的显示效果比较好。
第6章结论
这次的物探实习场地的高密度电法的资料的采集处理与解释让我学到了许多东西。在这次实习中虽然在进行实地测量之前做了大量的准备，但是在实地操作时还是遇到了许多的难题，让我深刻体会到了光有书本上的知识是远远不够的，我们必须通过实践将书本上的知识转化为自己的知识。总的来说这次测量还是比较成功的最主要的目标体都能够被识别出来，但是也有许多地方无法解释，而且在最终的解释结果受环境影响较大，这可能是高密度电法的一个缺点吧，值得改进。
高密度电法是在工程物探中的重要方法之一，而且这个方法的技术也变得越来越成熟，不仅仅数据采集系统越来越完善越来越智能化，对于资料的处理也越来越能准确的反应地下的地质构造。这个方法的适用范围也表较广，例如高密度电法在水源的寻找，管线的探测，准确的划分地层或者岩溶，对于地质灾害如水库堤坝的裂缝检测等方面都能取得较好的应用效果[14]，总的来说高密度电法的应用主要有水利水电工程；环境工程地质；工程地质勘察；工程质量勘察还有考古方向[15]。
虽然高密度电法探测效果好，适用范围广，但是任何方法都具有局限性，所以我们不仅要根据实际需求选择装置的类型和选择合理的电极布设方式等参数，而且我们可以将多种物探方法配合起来使用说不定能够取得意想不到的效果。
当然随着现代技术的发展高密度电法在二维方向的处理和解释工作将会更加的完善，同时也会和地震勘探一样向着三维的方向发展[16-17]，并且对于地下地质解释的可视化会越来越高[18]。
致谢
大学四年的生活转眼即逝，在次我要感谢石油大学给了我一个良好的学习环境，我还要感谢所有曾经教导过我的老师，当然还有所有关心帮助过我的同学，让我从一个青涩的少年变成了即将踏入社会的青年人，在这四年中老师和同学们给与了我很大的帮助，当然这篇论文的顺利完成要特别感谢xx老师和所有和我一起做毕设的同学的关怀，指导和帮助。
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