实验三 联合剖面法模型实验一、实验目的与内容1.掌握联合剖面测量的方法。

2.了解联合剖面曲线低阻正交点、高阻反交点特征。

二、实验仪器及材料准备WDDS-1数字电阻率仪一台（带8节2号电池），万用表一台，电池箱一个（带60节1号电池），大头针若干，水槽跑极装置一套，低、高阻板状模型，低、高阻球状模型。

记录纸一张，单对数坐标纸一张，直尺一把，铅笔，橡皮。

三、实验步骤1.在水槽中放置低阻球体球体,顶面埋深1～4cm ，测线通过球心在水面的投影。

联合剖面法极距按AO=8cm,MN=2cm,点距2cm 设置。

无穷远极距离测线垂直距离5倍AO 以上。

按(3-1)式计算装置系数。

MNANAM r r r K ⋅=π2 (3-1)IU KMNs ∆=ρ (3-2) 2.按图3.1布设联合剖面法电极，连接仪器，在WDDS-1上设置极距参数等。

准备好记录纸和单对数坐标纸。

图3.1 联合剖面法模型实验装置图3.逐点移动电极，测量(注意：测量完As ρ后要给B 极供电，As ρ和Bs ρ都测完才跑极)。

记录u ∆，I, s ρ每个数据要至少测量两次，要求误差不超过5％，按(3-2)式计算视电阻率。

如 图3.2把联剖曲线绘在单对数坐标纸上。

608010012014010.90.80.70.60.5ρs /ρ1x (cm)ρs A ρs B图3.2 联合剖面法视电阻率曲线图中横坐标为测点位置，采用算术坐标，单位cm ；纵坐标为归一化视电阻率1ρρs，采用对数坐标，s ρ为实测视电阻率，1ρ为远离低阻体的视电阻率，1ρ基本上等于水的电阻率。

仪器操作步骤：（1）开机，按“↑↓”键，调节液晶屏对比度。

按“电池”键，检查仪器电池电压。

按“设置”键，设定供电时间仪器默认为0.5秒，输入数值5后按“确认”键（2）按“排列”键输入线号。

（3）按“确认”显示排列方式。

按“↑↓”选择3P-PRFL 联合剖面。

（4）按“极距”键输入极距号，如：NO=01,按“确认”键；输入数据（单位为m ）：AB/2=0.08,MN/2=0.01,并按“确认”键，再按“停止”键，屏幕显示K 值。

（5）测量：测As ρ：将A 接线柱夹子与A 极电缆相连，按“测量”键测量。

在2号和4号排列下，版面显示“A-极供电？”，按“确认”键为A 极供电并显示测量结果As ρ（其他键表示B 极供电）；将测量参数记录到记录纸上。

按“确认”键存储数据测B s ρ：将A 接线柱夹子与B 极电缆相连，按“测量”键，再按“确认”键，名义上是对A 极供电，实际上是对B 极供电。

记录B s ρ结果（不管负号），按“确认”键存储数据。

（6）跑极，重复测量过程。

4.换高阻球体，用相同的装置再测一遍。

四、思考题1. 电法勘探中为什么要引入视电阻率的概念?2. 低阻正交点、高阻反交点有何特征？3. 为什么要设置无穷远极？五、实验要求1.每人按步骤，至少操作一次仪器，并观测5～10个点的视电阻率。

2.绘制联合剖面曲线并进行分析。

2.每人提交一份实验报告，说明实验的目的，内容、步骤，画出所用排列的实验装置示意图。

3.回答思考题。

六、理论基础1．联合剖面法概述。

剖面法：采用固定极距的电极排列装置，使电极装置沿剖面移动，逐点供电测量。

这样便可以观测到在一定深度范围内视电阻率沿剖面的变化。

联合剖面法：是由两组三极装置联合进行探测的剖面测量方法。

装置示意图如图3.3图3.3 联合剖面法电极装置示意图联合剖面法相当于两个三级装置，为了使供电电极近似点电源，必须使负极离装置足够远，因此称之为无穷远极。

如果供电电极到测量电极MN 中点的距离记为AO ，无穷远极到测线的垂直距离应该大于5倍AO 。

如果在平行测线布置，距MN 中点的距离应该大于10倍AO 。

装置沿测线逐点移动，每个测点观测两次，轮流给A 极和B 极供电。

一次是AMN 装置，所得视电阻率用A S ρ表示，另一次是BNM 装置，视电阻率用B S ρ表示。

记录点在MN 的中点。

作图时习惯A S ρ用实线而B S ρ用虚线表示。

由于它同时利用两条视电阻率曲线探测异常，具有对异常的分辨能力强、异常明显的优点；适合探测一切形状和产状的地质构造。

它在地质调查中获得广泛的应用，是寻找裂隙形地下水常用的有效方法。

联合剖面视电阻率曲线横坐标为测点位置，采用算术坐标，纵坐标为视电阻率，一般采用对数坐标。

2．联合剖面法的交点。

正交点：A S ρ与B S ρ相交，在交点左边A S ρ>B S ρ，在交点右边A S ρ<BS ρ反交点：A S ρ与B S ρ相交，在交点左边A S ρ<B S ρ，在交点右边A S ρ>BS ρ高阻交点：交点视电阻率大于围岩视电阻率。

低阻交点：交点视电阻率小于围岩视电阻率。

联剖曲线常有以下4种交点： （1）低阻正交点（图3.4）。

这种交点常常出现在良导体上方。

由于断裂带中含有较多的水分，电阻率较低，能产生明显的低阻正交点。

因此交点往往指示低阻体和断裂带的存在。

（2）高阻反交点（图3.5）。

这种交点常常出现在高阻体上方。

往往指示高阻岩脉。

（3）低阻反交点（图3.6）。

往往是由山脊地形引起。

（4）高阻正交点（图3.7）。

往往由山谷地形引起。

80010001200x (m)图3.4 低阻正交点80010001200120.90.80.70.60.5x (m)ρs A ρs B图3.5 高阻反交点50100150200250300101002030405060708090200ρs (Ωm )-200-1000-100100200图3.6 低阻反交点50100150200250300101002030405060708090200x (m)ρs (Ωm )100200300-1000100200图3.7 高阻正交点3.直流电阻率法物理模拟准则。

虽然现在能够对大多数野外地电模型进行计算机数值模拟，但是仍然不能忽略物理模拟的重要性。

因为实验获得的结果可以检验理论计算结果。

根据相似理论，把野外地电模型几何尺度在室内按一定比例缩小，并使野外与室内相应地质体的电阻率比值b 保持一致。

这样就可以用实验的方法获得与野外相似的观测结果，且满足sm s b ρρ⋅=。

其中s ρ为野外视电阻率，sm ρ为缩小模型的视电阻率。

山谷地形下面是直流电阻率法物理模拟准则的简单推导。

稳定电流场满足拉普拉斯方程：0222222=∂∂+∂∂+∂∂zuy u x u （3-8）野外模型与室内模型满足以下三个条件。

（1）野外供电电流与室内供电电流满足：m aI I = （3-9）其中I 为野外供电电流，m I 为室内供电电流，a 为比例系数，下标m 表示室内模拟。

（2）在野外有边界条件：2211E E σσ=在室内有边界条件：2211E E m m σσ= 如果：b m m m m ==⇒=22112211ρρρρσσσσ b 为比例系数，这个关系推广到n 个地质体：b mnn m m ====ρρρρρρ 2211 （3-10） 如果满足（3-10），则野外和室内有相同的边界条件。

（3）几何尺度相似：m cr R = （3-11）R 为野外几何尺度，m r 为室内几何尺度,如矿体长、宽、高、测点距离等等, c 为比例系数。

如果满足以上三个条件，方程的解将是相似的。

考虑单点源情况，在电源点附近方程解为：2 , 211mm m m r I U R I U πρπρ==（3-12） 根据以上三个条件可知：m U cba U ⋅=（3-13）把这个关系推广到远离电源点的情况，且根据电位的叠加性在多点源时也应满足。

在野外和室内的视电阻率公式分别为：IU Ks ∆=ρ （3-14）mmmsm I U K ∆=ρ （3-15） 考虑到野外装置系数和室内装置系数满足：m cK K =，（3-14）式变为：sm mmm s b aI U c ba cK ρρ⋅=∆⋅⋅= （3-16）以均匀大地下的低阻球体的联剖勘探为例说明模拟准则。

野外模型参数及室内模型参数如下表：表3.1 物理模拟参数表按表3.1在室内模型上进行电阻率法测量，利用式（3-16）可把室内模拟视电阻率换算成野外勘探视电阻率，并用野外几何尺寸画图即可。