激电中梯、激电测深工作概要(物化探测量野外生产班组长标准化培训教材).pdf

激电中梯、激电测深工作概要（物化探测量野外生产班组长标准化培训教材之一）目录前言.1第一章基本原理.1第一节 直流激发极化法勘探原理及应用条件.2第二节直流激电工作装置示意图.9第二章仪器设备.19第一节仪器设计基本原理.19第二节 仪器设备功能.25第三节 主要技术指标.30第四节 仪器的维护与保养.35第三章激电工作技术规范规程要点.38第一节 常用的规范、规程.38第二节 装置要求.38第三节 采集信号要求.40第四节精度要求.43第四章野外工作流程.46第一节工作流程图.46第二节生产准备阶段.47第三节正常施工阶段.51第四节仪器设备性能试验.55第五节观测方法试验.55第六节 测网布设及测地工作.56第七节原始数据采集.58第八节资料预处理及基本图件制作.59第五章质量监控与检查.64第一节质量管理体系.64第二节观测精度检查.68第三节异常检查.70第六章资料整理与工作总结报告编写.73第一节资料整理.73第二节 工作总结报告编写.73第三节资料验收清单.74第七章其它要求.76第一节 相关专业技能和理论知识.76第二节 职业道德要求.79第八章附件.80第一节 作业指导书.80第二节 问题解答与处理.86第三节 万用表的使用.89第四节 漏电检查与兆欧表的使用.95第五节 电法野外原始资料检查评分表.99第六节大功率激电中梯野外接收原始记录表.101第七节激电测深法记录表.102第八节双一单对数坐标纸.103第九节“地物化测便捷工具”软件介绍.104/.-J刖 5前言为了强化常规直流电法野外生产管理，优选和聘用野外一线综合型技术管理 人员，提高全员的整体工作能力与质量意识，保证野外作业高质高效顺利完成，特制定本概要，明确野外带队人员应具备的基本条件，作为选拔、任用、培训野 外技术管理人员时参考。本概要（教材）主要培训对象与目的：1、野外生产项目负责人、班组长提高他们技术水平和管理能力，从而提高工效、节约成本和进一步提高野外 原始资料的质量。2、技术骨干、新参加工作的大学生培训他们的技术水平和管理能力，使之成为后备野外项目负责人、班组长，增加野外生产技术保障能力，为扩大生产做准备。3、相关单位行政和技术负责人使之对所开展的方法原理、应用条件有所了解，熟悉工作方法流程，成为内 行领导，提高技术管理和生产管理能力。1第一章基本原理第一章基本原理常规直流电法隶属于地球物理勘探方法，是物探方法中电法类的一个分支，与其它物探方法既有许多共性又有其自身特点，要正确、灵活、有效地使用它、驾驭它，就必须了解它、掌握它，必须具备一定的地球物理理论知识，这是毋庸 置疑的。电法勘探是地球物理勘探的主要方法之一，它是以地下岩（矿）石的电性或 电磁性质差异为基础的，利用直流或交流电（磁）场来研究地质结构和寻找有用 矿产的一种物理勘探方法，简称电法。电法勘探所利用的岩石和矿石的电磁学性质主要有四种：导电性，电化学性 质，寻磁性和介电性质。只要岩（矿）石与周围岩石在电磁学性质上存在着差异，就能使电磁场（天然的或人工的）分布规律发生变化。在实际工作中，通过对电 磁场的观测和研究，确定岩石和矿体在地下存在的形态（大小、形状、埋深等）及电性参数值，以达到解决地质问题的目的。电法勘探是一种利用电特性进行地下勘探的地球物理学方法，它不仅可以研 究电性在水平方向上的变化，而且还可以研究地电剖面的垂向变化。由于电法勘 探具有成本低、效率高的特点，它在矿产地质、能源地质、水文地质、工程地质、环境地质等地质勘探中得到广泛的应用。电法勘探是寻找矿产资源的基本方法之 一，为勘探地下矿产资源立下了汗马功劳；在大型建设工程选址中电法用来研究 疏松沉积构造、确定基岩起伏与埋深、探测断裂破碎带；在寻找地下水过程中电 法用来圈定古河道、含水断裂带和岩溶发育带、第四系含水层；电法也是寻找煤 田等能源的一种有效方法；在滑坡、地面沉降、断裂等地质灾害调查中电法也发 挥着重要的作用。由于电法勘探的物质基础是岩（矿）石的电学和电磁学性质之差异，其物性 参数繁多，场源性质亦不同，加上观测参数（电阻率、极化率、电场、磁场等）的改变，因此电法种类很多，一般按照场源性质和方法原理进行分类，分为直流 电法、激发极化法和电磁法三大类。每类又分为许多方法，其主要如表1-1所示。因本工作概要以常规的激电中梯和激电测深为专题,因而表1中略去了电磁法类。1第一章基本原理利劫类W 表1T类别场源性质方法名称方法主要变种（装置）主要应用范围直 流 电 法天然电场自然电场法金属、水文工程地质人 工 电 场电 阻 率 法电测深法对称四极测深石油、煤田构造，金属，水文工程地质三极测深环形测深偶极测深电剖面法联合剖面金属、非金属，地质填图，水文工程地质对称四极剖面偶极剖面中间梯度法金属与非金属充电法金属，水文地质激发 极化 法人工电（磁）场激发极化法直流激发极化金属水文地质交流激发极化磁激发极化金属电磁 法（略）第一节直流激发极化法勘探原理及应用条件一、直流激发极化法的基本原理向地下供直流电时，在供电电流不变的性况下，地面两个测量电极间的电位 差却随时间而有所变化（一般是变大），并在相当长时间后（几分钟）趋于某一稳 定的饱和值。断电后，测量电极间仍存在一随时间而减小的微小电位差，并在相 当长的时间后（几分钟）衰减趋于零。这种在充电和放电过程中产生随时间而变 化的附加电场的现象，称为“激发极化效应”。这种变化的附加电场，称为“激发 极化场”，简称“二次场”。（如图-1）。不极化 极化大大地 地电流源 波形电位差 波形图1-1激电效应外在表现示意图2第一章基本原理刚接通供电电流的瞬间，在测量电极间建立的电位差不包含激发极化效应，它只与岩石的电阻率以及观测装置、供电电流有关，称为“一次场电位差”%,一次场也就是外加的人工电场。供电一段时间后电位差，除上述一次电位差而外，还包含了激发极化效应，称之为“极化场电位差”,它是一次场电位差(%)及一次场电位差 心C之和，即：AV(t)=AV,+AV2(t)o(如图2)。图-2激发极化特性曲线图激发极化效应产生的原因很多，也存在多种假说，电子导体和离子导体的激 发极化产生的原因也不相同。下面以超电压假说为例，简要说明电子导电矿物激 发极化场产生的原因，如图3所示。(C)(a)未供电；(b)充电；(c)放电图1-3超电压假说电子导体激发极化效应机理示意图超电压假说认为，电子导体的激发激化效应主要是由于电极极化而产生的。a、未通电时，含有金属导电矿物的岩石与围岩水溶液接触时，往往在矿物与 溶液的接触面上形成均匀分布的偶电层图(图3a)。b、电子导电矿物位于人工电场中时，电场将使导体内部电荷重新分布，其自 由电子将沿电场反方向移动，在电流流入导体一端聚集，成所谓“阴极”，而正电 荷则在电流流出端聚集形成所谓“阳极”。对于这一过程，我们称其为电子导体的 3第一章基本原理电极极化图（图l-3b）oc、断开供电线路之后图（图l-3c）,一次电场即随之马上消失，从而在地下 岩石中还有电场存在，即二次电场。如果此时将测量电极MN置于地面上，即可 观测到一个随时间衰减的二次电位差。激发极化法（简称激电法）就是通过研究地下岩矿石的激发极化效应，来解 决找矿和其他地质问题的一种电法勘探方法。生产中用两根A、B电极向地下供具有一定脉宽的连续正负方波信号时，大地 下的岩体受极化，在刚接通AB电极的瞬时，形成一次电场AVI,供电持续一定时 间之后，还可产生由地下介质的激发极化特性而产生的二次场的电位差AV2,此 时的地下电场是一次场与二次场之和。断电后该地质体开始放电，由于充电达到 饱和时的AV2值和断电瞬时的AV2值相等，因此，用MN接收电极接收，可测得 二次场电位AV2。根据二次场AV2的幅度大小和衰减快慢，可判断异常的性质。直流激发极化法就是根据测得的一次电位计算电阻率，根据测得的二次电位 计算激化率的。二、（视）电阻率和（视）激化率的概念1、视电阻率（Ps）物理学中，一段导体的电阻（R）与沿电流方向的长度L成正比，与垂直于电 流方向的横截面积S成反比：R=P?P=RZ.（1T）式中：L导体的长度（米）；S一垂直于电流方向的横截面积（厘米2）；P 导体的电阻率（欧姆厘米2/米）；R导体的电阻（欧姆）。式中的比例系数P（电阻率）表示了该物质的导电性能。在电法勘探中导体为地壳，可借用上面公式（1-1）,则电阻R单位仍为欧姆（Q），而横截面积S单位为米2（疗），导体长度L单位为米（m），所以电阻率单 位改为欧姆米（。m）o即电法中导体电阻率定义为：对边各为1米的正方体 岩（矿）石，垂直于一对横截面通电时所产生电阻的大小。4第一章基本原理由此可见，电法勘探所描述的电阻率是表示岩（矿）石导电性能的物理量。电阻率小表示岩（矿）石导电性能好，电阻率大表示岩（矿）石导电性能差。即：电阻率的大小表示岩石或矿石的导电的难易程度。矿物、岩石的导电性：大部分金属硫化物、部分金属氧化物及石墨属于良 导电性矿物，电阻率低，大部分重要的造岩矿物都呈现劣导电性，电阻率很高；岩浆岩、变质岩和化学沉积岩电阻率值均较高；沉积岩中的碎屑岩类电阻率值 均较低。同类矿物、矿石和岩石的电阻率有一定的变化范围。（表1-2、表1-3）。矿物电阻移 表-2IOIO,(Q.m)10-31(Q m)1103(Q m)103106(。m)10G(Q m)斑铜矿毒砂辉锦矿赤铁矿角闪石石墨方铅矿辉锡矿钛铁矿石英铜兰赤铁矿黑鸨矿辰砂长石磁铁矿赤铜矿赤铁矿褐铁矿云母磁黄铁矿白铁矿锡石蛇纹石辉石辉铝矿软镒矿闪锌矿方解石黄铁矿菱铁矿格铁矿石榴石辉铜矿铭铁矿黄铜矿岩石电阻稳 表卜3沉积岩uU 4/7 uU 石浆石变质岩岩石名称电阻率（Q m）岩石名称电阻率（。m）岩石名称电阻率（Qm）泥岩10-102花岗岩102105泥质板岩10 1()3粉砂岩10 1()2正长岩1()2 1()5结晶片岩1()2 1()4砂岩10-103闪长岩102105大理岩102105泥页岩102103辉绿石102105片麻岩102104石灰岩102104玄武岩102105石英岩1()2 1()5辉长岩102105电法勘探的物质基础是岩、矿石具有电性差异，对于电阻率法就是利用岩（矿）石电阻率的差异。实际工作中采用不同的电极观测装置进行（参见本章第二节）。野外通常采用四极装置测定。当地下电场控制的范围内仅存在一种岩石，并 且它的导电情况是均匀各向同性时，获得的电阻率值可视为岩石的真电阻率。o若电极不是布置在一种岩石上，或虽布置在一种岩石上，但电流分布的范围 已涉及到不同电阻率的岩石时（实际情况基本如此），仍按在均匀岩石中测定电阻 率的方法，获得的电阻率就不是某一种岩石的真电阻率，而是各种岩石电阻率的 综合反映，称为“视电阻率”，用符号“P S”表示，单位仍为姆米（Qm）。电 5第一章基本原理法中视电阻率的计算公式不同装置只是装置系数不同，具体参见“本章第二节”。2、视激化率（正）在相当大的范围内改变供电电流，二次电位差都与极化场电位差成正比，而 没有非线性和正、反向极化的差异，也即：V2=n4v。比例系数n表征了岩石的 激发极化性质，称之为“极化率”，通常用百分数表示。于是VzMQZ XV改写为：n=xioo%.（1-2）式中：4V是达到饱和值的极化场电位差，4V2是断电瞬间（没有延迟时间）的二次场电位差。因此，极化率（n）的物理意义是：岩石在外电场的激发下，二次场与极化 场的比值。它表征了岩石的激发极化性质。当地下存在两种或多种极化率不同的岩石时，比值4V2/Z V是在供电电流分 布明显范围内，各种岩石极化率的综合反映，称为“视极化率”人，即：一等 100%.（1-3）公式形式和式中参数意义与公式（1-2）相同。表1-4为铜陵地区某地测定的岩（矿）石电阻率与极化率统计表。由表可见 不含电子导电矿物的围岩比含有电子导电性矿物的矿石的极化率要低的多，激发 极化法就是利用它们之间存在着明显的极化率差异进行找矿的，并且还可以根据 极化率的高低区分矿与非矿异常。飒岖W曲蝇储（矿）石邮睥渤翦核 表H岩石名称极化率n（%）电阻率p(Q m)矿石含铜赤铁矿60102103含铜矽卡岩501()2 1()3含铜花岗闪长岩40nX 102含铜大理岩40103含铜角岩60nXIO2围岩大理岩3nXIO3花岗闪长岩3-10(2-3)X103无矿矽卡岩4103基性岩脉23103灰岩103应当指出，在野外实际测量中，AV2的观测都是有延时的（200m s等，仪器可设）。AV2（200m s）崎（0m s）已有一定程度的衰减，计算出的实测值与理6第一章基本原理论值间将差一个系数。但如果整个工区各点的观测都采用相同的延时，则此系数 各点相同，观测得到的人异常形态不变。如果测物性也用同样的延时，则视极化 率Qs与地下岩矿真极化率L的关系也是统一的。同理，在采用短脉冲供电或测量4V2（t）衰减曲线对时间的积分时，只要所 有观测都采用相同的测量系统，则结果仍是统一的。因此，野外生产中，同一测区观测参数要统一。三、影响（视）电阻率、（视）极化率数值大小的主要因素1、影响视电阻率（Ps）的主要因素影响岩石和矿石电阻率的因素可划分为两类：一类是对于金属矿物它们是靠 金属矿物中的自由电子导电的，称为电子导体；另一类对于岩石，它们是靠其空 隙中水溶液的离子导电的，称为离子导体。岩、矿石本身（内因）：0岩、矿石本身电性。命 矿物成分不同。矿物是组成岩石的基本单位，每种岩石或矿石都是由 许多种矿物组成的，而矿石中金属矿物的含量往往较岩石要大的多，这就是造成岩石与矿石间电阻率差异的根本原因。岩矿石中含导电矿 物越多其电阻率越低。命 组成矿物颗粒结构。当导电矿物呈致密块状或细脉相连时，则便于电 流流通，其电阻率就小，反之当导电性矿物呈浸染状分布时，由于导 电性矿物被不导电性矿物隔开，其电阻率就高。另外，当导电性矿物 呈细脉或片状定向排列时，如电流方向平行细脉方向，电阻率则小，电流方向与细脉垂直时，电阻率则大。岩（矿）石电阻率随通电方向 而变化的这种性质，称为导电介质的“各向异性”，如果岩（矿）石 电阻率不随通电方向变化而变化，则称“各向同性”。金属矿产普查 及勘探中，岩石中良导矿物的含量及结构是主要影响因素。命 岩、矿石湿度及水溶液性质。组成岩石的造岩矿物，属劣导电矿物。尽管组成岩石的矿物电阻率很高，但是由于离子导电的结果还是能导 电的，其导电程度的好坏随岩石的湿度及空隙中含盐水溶液的浓度而 变化。岩石湿度及含盐水溶液浓度越大，电阻率越低。水文、工程地 7第一章基本原理质调查以及沉积区构造普查及勘探中，岩石的孔隙度，含水饱和度及 矿化度等成了决定性因素。岩、矿石的温度、压力。温度升高时，一方面岩石中的水溶液的粘滞 性减小，使溶液中离子的活动能力增强；另一方面又使溶液的溶解度 增加，矿化度提高；所以岩石的电阻率通常随温度的升高而下降。地 下岩石在受力的过程中，随着所受挤压力的增加，岩石孔隙度变小，电阻率增大。在地下深处高温高压作用下，岩石中结晶水脱出，电阻 率会下降。地热研究、地震地质及深部地质构造研究中，温度和地应 力的变化却是应考虑的主要因素。观测装置及外部环境（外因）：不均匀体的电性、大小和产状的不同。O 电极位置不同。供电电极距大小不同。命MN电极处的电阻率有变化。地形起伏变化。2、影响视激化率（臬）的主要因素岩、矿石本身（内因）：赤 岩、矿石本身极化率高低。a电子导体含量。电子导体矿物的形态与分布状况。a电子导体成分。离子通道大小和形状。观测装置及外部环境（外因）：装置形式和装置相对极化体的位置。极化体埋藏深浅、规模和产状。地形影响小，地表岩石电阻率的局部不均匀无影响（而视电阻率则相 反）。当所有岩石极化率都一致时，纯地形不会引起ns的假异常，叫 三明当起伏地形下有极化体存在时，地形只使极化体产生的r异常 畸变，而不致消失。8第一章基本原理第二节 直流激电工作装置示意图一、直流激电工作装置概述直流电法中工作装置主要分为电测深、剖面和中间梯度三大类。根据电极组 合和排列形式的不同又有许多变种，其中四极装置是其最基本的装置形式。实际生产通常采用四极装置(其它装置是四极装置的变种)测量大地电阻率 和极化率的。通过两个电极A(+I)及B(-D向大地发射电流，建立人工电场，由 电法仪器测出另外两个电极M、N间的电位差及供电回路电流I,量取AM、AN、BM、BN之间的距离，经过测量和计算可获得在电场控制范围内岩石的极化率和电阻率。如图1-4所示。图1-4四极装置示意图根据公式(1-1)电阻率的定义，电法中的视电阻率计算公式为:,V Ps=k-(1-4)式中，I为通过A、B极向大地发射的电流值，单位为安倍(A)；V为M、N极 间观测的电位差，单位为伏特(V)；k为几何因素，与野外观测的几何排列有关，称为“装置系数”或“布极常数”，单位为米(m)。根据电位公式(电位叠加原理)可以直接写出地面任意两点M及N的电位：才T AM BM(1-5)/P(X_X)2t AN BN(1-6)式中AM、BM、AN、BN分别为点电源A和B到M和N点的距离。于是可求出M、9第一章基本原理N两点的电位差:VMN=VM-VN+.(1-7)3T AM AN BM BN根据上式可以得到测定电阻率的公式如下：p=-.(1-8)1 1 11/I-1-AM AN BM BN一一 2t其中 K=.(1-9)1111-+-AM AN BM BN图1-5四极装置根据图5四极装置的表示方法，贝小“=04=08=4%.（1-10）b=0M=0N=M%.（1-11）令：0为AB和MN中点，将a、b分别代入（1-9）中，则有：K=n（a2-b2）/.（1-12）公式（1-9）或（1-12）是电法四极装置测量的装置系数计算方法，是装置系 数的基本计算形式（装置系数总公式），其它均由它推导出来的，生产中非常有用，应熟记、牢记。极化率则按公式（1-2）或（1-3）计算，实际生产中仪器能自动获取。二、激电测深装置电测深法是以地下岩（矿）石的电性差异为基础，人工建立地下稳定直流电 场或脉动电场，通过逐次加大供电（或发送）与测量（或接收）电极极距，观测 10第一章基本原理与研究同一测点下垂直方向不同深度范围岩(矿)层电阻率的变化规律以查明矿 产资源或解决与深度有关的各类地质问题的一组直流电法勘查方法。生产中，保持观测点不动，而不断改变电极距进行多次观测。随着供电电极 距AB的增大，电流分布的范围加深变广，以与r值就反映了该测点周围更深更 广范围内电性不均匀的情况。电测深最适于在水平成层的地电断面情况下，探测岩层电阻率随深度的变化 情况，因此称之为“电测深”或“垂向电测”。此时如果工作充分，就能够定量地 求出标志层的埋深和某些电性层的厚度和埋藏深度。电测深装置有多种排列方式，如：对称四极测深、三极测深、偶极测深等，常被采用的是对称四极测深。1、对称四极测深装置(一AMNB)如图1-6o在这种排列方式中MN对称地置于AB的中心两侧，原点0是它们的 公共中心点。当保持中点。是固定的时候，测量的深度是通过增加AB供电线长度 来实现的。其装置系数K值计算公式：、2,_、2,2等(1-13)当AB/2比MN/2为定比,且比值为n(n=3,4,.100)时，装置系数K值公式可简化为公式：K=-(-工.必.(1-14)nJ 22、三极测深11第一章基本原理电极B固定在足够远的地方，使,和-可以忽略不计，由于定点。总是 BM BNMN的中点，可以通过移动A来实现测深。(1)、单侧三极装置(一AMN0)图1-7单侧三极装置简图 装置系数K值计算公式：(A。-用_ 乙)MN(1-15)K=7T图1-8三极联合装置简图装置系数K值计算公式同(1-15)或3、偶极测深装置12第一章基本原理装置系数K值计算公式，当AB=MN=a,BM=na时，贝小K=7man+l)(n+2)(1-17)（2）、赤道偶极装置Aq q M图1T0赤道偶极装置简图（单侧移动AB或MN）装置系数K值计算公式,当AB=MN=a,AM=BN=na时（n=l,2n）,则:K=-一R.（1-18）Vn2+1三、剖面测量装置电剖面法是以地下岩（矿）石电阻率差异为基础，人工建立地下稳定直流或 脉动电场，按某种极距的装置形式沿测线逐点观测，研究某一深度范围内岩（矿）石沿水平方向的空间电阻率变化，以查明矿产资源和研究有关地质问题的一组直 流电法勘探方法。1、对称四极装置（AMNB）A与B、M与N四个电极分别与记录点0（MN的中点）对称，同时沿剖面方向 13第一章基本原理移动的动源电剖面测量，用来研究一定深度范围内岩石电阻率的横向变化。图1-11 所示。AMNB 洞时移如图1-11对称四极装置简图（同时移动AB、MN）由于这些电极的相对位置保持恒定，其K值是常数。,AM-ANk=7i-MN(1-19)2、复合对称四极装置（AAZ MNB，B）在上述对称四极装置的基础上，在同一个测点上采用两种AB极距进行的剖面 观测方法，其特点是可以取得不同深度范围内的岩石电性变化情况，以减少曲线 的多解性，弥补上述对称四极的不足。图12所示。费力州mb*（同时移动）-图112复合对称四极装置简图 装置系数K计算公式：“A(A)M-A(A)NK=式-MN(1-20)3、联合剖面装置（AMNMNB）由两个对称的三极装置联合而成（图1-13）,它们有一个公共的无穷远极C（C14第一章基本原理极一般应垂直测线方向布设，要求它与最近测线的距离为A0的510倍。当需要 斜交测线方向布设无穷远极时，它与最近测线的距离应超过AO的10倍。0为MN 的中点，也即记录点），在各测点分别由A或B供电，在一个测点可获得两种参数 的四个值，即：两个视电阻率值Ps和P、两个视极化率值nA和n。图1-13复合对称四极装置简图当极距A0（或BO）和MN选定后，装置系数K值就是一个常数，其计算公式:k=ka=kbc AM-AN27T-MN(1-21)4、轴向偶极剖面装置这种装置的特点是供电电极AB和测量电极MN均采用偶极子，并分开一定的 距离（图1-14）0由于四个电极都在一条线上，故称为轴向偶极。其中，原点取 00 中点（0为AB中点，0 为MN中点），它适用于研究沿着剖面不同深度电阻率 的变化。剖面的延伸是通过同时移动AB和MN（通常移动距离为偶极子长度）来实 现的。a、单侧偶极剖面装置（ABMN）同时移劭图14单侧偶极剖面装置简图当AB=MN=a,BM=n*a时，K计算公式：K=n-a(n+l)(n+2).(1-22)15第一章基本原理b、双侧偶极剖面装置（ABMNA B）画加:（同时移动）图1-15双侧偶极剖面装置简图当AB=MN=A B=a,BM=NA，=na时,K计算公式与单侧偶极剖面装置相同。5、赤道偶极剖面装置（罂）(AB)bTAMBN图 1-16赤道偶极剖面装置简图同时移动）当AB二MN二a,AM二BN二na时，装置系数K计算公式:71a1K=1(1-23)n Yn1+i四、激电中间梯度装置（AMNB）中间梯度（简称中梯）的供电电极AB是固定的，测量电极MN在AB中部1/3 2/3的范围内沿测线逐点移动，观测相邻两点电位差丫此外，MN极还可以在 离开AB连线一定距离（AB/6范围内）且与之平行的旁测线上进行观测（是一块正 方形面积）。这种排列实用于观察所要探测的相对地表一定深度的电阻率变化（如 图17、1-18）。该装置又有纵向中梯（AB垂直极化体走向）和横向中梯（AB平 行极化体走向）之分。16第一章基本原理图1T7中间梯度装置MN）一动）-1|-0-a mJ In图18中间梯度装置简图 中梯装置中，每个测点的K值都不相同，主剖面与旁侧剖面的K值计算公式 形式也不一样，比较复杂，在开展野外工作之前应事先计算好。根据K值的基本计算公式（1-9）,再利用中梯装置中电极A、B、M、N的相对 几何坐标位置（图推算出该装置K值的一般表达式（1-24）。图1-19中间梯度装置电极几何位置示意图K 二2万MN(1-24)117第一章基本原理式中，X为MN中点的横坐标位置，y为MN中点的纵坐标位置，坐标原点取在AB中点。处。当式中y=0时，便得到主测线上K值的计算公式(-25)。“M AM AN BM BN K=-7-r.(1-25)MN(AM AN+BM BN)18第二章仪器设备第二章仪器设备第一节仪器设计基本原理一、大功率激电系统大功率激电系统野外常用工作方式（四极装置）如图2-1所示。其中供电系 统与测量系统（接收系统）的同步方式常用的有时钟同步、脉冲信号同步（上升 延、下降沿）等，如图2-2所示。图2-1大功率激电野外工作示意图图2-2 DJ F.o-lA大功率激电与DJ S-8工作信号同步方式示意图19第二章仪器设备二、DJF1O-1A大功率激电发送系统如图2-3所示，整个发送系统由三部分组成：直流电源、发送机和假负载。图2-3 DJ F1A大功率激电发送系统工作原理框图1、电源电源部分包括变压器和整流滤波电路，如图2-4所示，变压器经整流滤波得 到高压直流电，电压的选择通过选择插座获得，可以输出50V1000VQ0A）的电压,20第二章仪器设备用数字电压表指示输出电压值。图2-4 整流电源工作原理框图2、发送机发送机电路包括：单片机控制器、时序选择电路、启动、停止控制、功率开 关控制、换向桥、假负载开关、过流保护指示、电流测量等部分。换向桥：换向桥是整个电路的核心部分，它由四组大功率可控管组成，如图 2-5所示，当控制信号使a两组可控管闭合，b两组可控管断开时，输出电压A为 正，B为负，a两组断开，b两组闭合时，输出电压A为负，B为正，当a、b都断 开时，A、B无输出，通过控制a、b两组可控管的导通时间和顺序,就可以在AB 端收到所需的高压脉冲。图2-5换向桥工作示意图时序发生电路：由单片机产生秒脉冲，由时序选择可以改变各信号的脉宽,接假负载是为了平衡电网或发电机。过流保护指示电路：除用保险丝限流外，在高压回路中已接一个取样电阻,21第二章仪器设备当电路发生过流或短路时，得到一个控制信号立即关断三组大功率三极管，停止 供电。发送机正常工作时的面板显示如图2-6。T代表供电时间，跳动的键头表示发 送机的工作状态，I（+）代表正供电流值，I（一）代表负供电电流值，I（0）代表假负载电流，IAB表示AB负载上的平均电流值，所有电流值的单位为安培。T=2S 时：分：秒正在工作.正供停供|（+）=*.*I（0）=*.*I（一）=*.*lAB=*.*图2-6发送机工作面板显示界面3、假负载DJ Z T0假负载（图2-7）起平衡电网和发电机的输出（避免由于负载的变化造 成发电机不稳定或出现飞车现象，保护发电机的正常运行）及稳定仪器的工作状态,选假负载时应考虑输出电流小于10A。例如，Rab=200Q,要求供电电流4A,则供 电电压V=4X200=800V,而假负载也取约200 Q,可以起到平衡作用。改变各电阻 的连接方式可得不同阻值以便和AB接地电阻匹配。三、DJS-8大功率激电接收系统如图2-8所示，DJ S-8接收机（激电仪）由单片机及控制电路、模拟通道电路、控制处理软件等部分组成。22第二章仪器设备1.激电仪采用单片机作为控制处理单元，配置键盘、液晶显示器、串行口。2.模拟通道电路包括MN电压输入级、保护电路、滤波级、自电补偿电路、程控放大器；电流取样、滤波器、程控放大器；采样保持器、模数转换器等电路。3.控制、处理软件。图2-8 DJ S-8接收机原理方框图本程序大致分为如下几个部分：第一部分：监控部分，包含键盘扫描、预置参数、存储、查询、传输等；第二部分：测量部分，包含信号采集等；第三部分：显示部分，包含测量结果数据显示、曲线显示等。利用单片机进行自动控制，产生测量与显示的时序信号。程序流程图如图2-9 所示。23第二章仪器设备图2-9 DJ S-8接收机工作流程图24第二章仪器设备第二节仪器设备功能一、DZD6A多功能直流电法仪图2-10 DZ D6A多功能直流电法仪DUK-2高密度电法测量系统图2-11 DZ D6A多功能直流电法仪面板图DZ D-6A型多功能直流电法仪，是中装集团重庆地质仪器厂精心研制的新一代 直流电法仪器（图270、图2-ll）o它将传统电法仪器的发射机和接收机组装在 25第二章仪器设备一个箱体里，可直接用于电阻率法和激发极化法的测量。可直接显示所测得的参 数值；如视电阻率Ps值；视激化率人】一八6六个值；半衰时Th值；衰减度D值；偏离度”直及综合参数值Z p以及电流I和电压V的平均值。具有如下主要特点和功能：1.发射、接收一体化，轻便。2.全部采用CMO S大规模集成电路，整机集体积小、耗电低、功能多。3.采用多级滤波及信号增强技术和数字滤波，抗干扰能力强，测量精度高。4.自动进行自然电位、飘移及电极极化补偿。5.接收部分有瞬间过压输入保护能力，发射部分有过压、过流及AB开路保 护能力。6.大屏幕显示：可见整条测线上视电阻率RS、视激化率MSI、半衰时TH及 偏离度力四参数在显示器上绘成曲线（分屏显示），测量结果直观明了。7.汉字对话，全汉字触摸面板、汉字显示九种野外常用方式，除清除键外，采用一键一功能，操作方便，避免下拉菜单的繁琐操作，整个面板只有 24个键。8.参数设置：可任意设定供电时间（l-59s）并有10种野外常用工作方式 选择及其极距常数的输入与计算功能。9.多参数测量：可测量并存储自然电位、一次电位和电流、视电阻率、视极 化率、半衰时、衰减度、偏离度和综合参数等。10.掉电保护：具有掉电数据不掉功能，能存储1MB个数据。11.标准接口：配备的RS232c接口能与其他微机联机工作。12.故障诊断：诊断程序可快速准确的判断出故障所在位置及主要损坏器件。全密封结构具有防水，防尘，寿命长等的优点。二、DDC6电子自动补偿仪DDC6电子自动补偿仪（图2-12、图2-13）是新一代直流电法仪器。它将传 统电法仪器的发射机和接收机组装在一个箱体里，可直接用于电阻率法的测量。可直接显示所测得的参数值，如视电阻率PS值，及电流I和电压V的平均值。26第二章仪器设备图2-13 DDC6电子自动补偿仪面板图具有如下主要特点和功能：1、发射、接收一体化，轻便。2、全部采用CMO S大规模集成电路，整机集体积小、耗电低、功能多。3、采用多级滤波及信号增强技术和数字滤波，抗干扰能力强，测量精度高。4、自动进行自然电位、飘移及电极极化补偿。5、接收部分有瞬间过压输入保护能力，发射部分有过压、过流及AB开路保 护能力。6、数设置：可任意设定供电时间(l-59s)并有9种野外常用工作方式选 择及其极距常数的输入与计算功能。7、电保护：具有掉电数据不掉功能，能存储800个数据。8、准接口：配备的RS232c接口能与其他微机联机工作。27第二章仪器设备9、故障诊断：诊断程序可快速准确的判断出故障所在位置及主要损坏器件。全密封结构具有防水，防尘，寿命长等的优点。三、大功率激电测量系统产地：中装集团重庆地质仪器厂。接收观测参数：N（点号）、M（剖面号）、VP（一次场电压）、MlM4（极化率）。大功率激电测量系统包括：接收机、时间域激电发送机、整流电源、模拟器 和假负载。1、发送机DJ F10TA型10kW发送机（图2-14）是将DZ IO TAlO kW（图2-15）整流电源输 出的高压电源转换输出具有一定占空比和脉宽的供电方波电压，同时可显示并储 存随时间变化的供电电流值。图2-14 DJ F1O-1A发送机图2-15 DZ 1O-1A整流电源仪器采用了先进的大功率模块IGBT,具有体积小、发送功率大、时序精确、28第二章仪器设备功耗小、可靠性高、操作方便等优点。其发送电压高达1000V,发送电流为10A,因而特别适用于高阻地区或在AB大极距供电情况下的电法勘探，为加大野外勘探 深度提供了有效的手段。采用大屏幕液晶，随时显示正供、负供、假负载及AB供电电流的平均值，有 利于随时掌握发送机的工作状态。有时间设定，在开始工作后，可随时发送电流，每隔给定时间采集IAB值，并随同电流对应的时间一起自动存储到仪器中，工作结束后，可将存储在发送机 的电流值通过仪器的串口传到计算机中，结合接收机测得的一次场VP值，可以计 算出一条剖面各点的电阻率值。2、接收机图2-16 DJ S-8接收机图2-17 DJ S8微机激电仪面板图DJ S8微机激电仪（图2-16、图2-17）是新一代直流电法仪器。它结合国际 和我国西部大开发的实际情况，在传统的激电仪器基础上，增加了适用的技术含 29第二章仪器设备量，进一步的提高了仪器的抗干扰能力和数据处理的自动化程度，并利用有关的 解释软件，对测量结果进行处理解释和成图，大大提高了解释效率。第三节主要技术指标一、仪器的基本要求1.灵敏度高。仪器灵敏度越高，可测的心值越小。2.抗干扰能力强。要求对50Hz工业干扰信号和各种偶然干扰具有很强的抑 制能力，以保证仪器的高灵敏度。3.稳定性高。野外用的仪器要求能够在相当大的温度和湿度变化范围内保持 性能稳定。4.输入阻抗高。要使在野外接地条件改变的情况下仪器仍能保持所需精度，仪器应具有较高的输入阻抗。二、技术规程对仪器的要求电阻率测深法技术规程与电阻率剖面法技术规程均对常用的直流电 法仪器和辅助设备提出如下要求：1、仪器技术指标电测深法常用接收仪器的一般技术标准应达到表2-1所列技术指标。储一麟姊指标一览表 表2-1项目模拟仪器技术指标数字仪器技术指标输入阻抗6MQ1MQAB、MN外壳三者间绝缘电阻100 MQ/500V100 MQ/500V电位差测量精度分辨率03m V 档V|3%|10m V以上各档V|1.5%|0.O lm V|2%|1 个字 0.O lm V电流测量精度分辨率030m V 档 V|3%|100m A以上各档上5%|0.1m A30dB40dB表头或显示窗表头指针活动自由液晶显示，显示位名工作温度-20 50 C-2050C工作湿度90%85%30第二章仪器设备交流大电机供电，必须配置响应的调压，整流与平衡负载装置，供电电流应 足够稳定。在数分钟内其变化值不应超过3%；发电机外壳对地绝缘电阻应大于 10MQ,其他技术性能应符合出厂规定。2、导线与线架的技术指标导线应为抗拉力强、导电良好、绝缘性高、耐磨损的被复线或矿线；供电导 线电阻应小于17。/km,耐压强度不应小于1000V/5A；供电与测量导线的断力不应 小于500N；供电导线与地绝缘电阻应不小于2MQ/km,测量导线对地绝缘电阻应 不小于5MQ/kni；线架应轻便坚固，转动灵活，与导线的绝缘性能同导线对地绝缘 电阻。3、电极的技术指标供电电极为铝箔片状电极或金属棒状电极，金属棒状电极由60-100c m,直径 1.6-2.2c m的圆钢制成；测量电极组必须同质同规格，常采用铜电极、高碳钢电极 或不极化电极，铜电极长60-80c m,直径1.6-2.2 c m；不极化电极有瓷罐式、塑 料管式及甲电池式，其技术指标：电化学性稳定，极差变化小于0.01m V/5niin；电 极表面清洁、无锈无冰渣；固定接线坚固，导通良好。三、DZD6A多功能直流电法仪1、接收部分 电压测量范围：6V。电压测量精度：1%1个字。输入阻抗：50MQo视极化率测量精度：1%1个字。电流测量范围：5Ao电流测量精度：1%1个字。对50HZ工频干扰压制优于80dBo SP补偿范围：1V2、发射部分 最大供电电压：900Vo最大供电电流：5Ao 供电脉冲宽度：159s,占空比1:1。31第二章仪器设备整机电流：W60m A。3、其它 工作温度：-1050,95%RHo储存温度：-2060。仪器电源：1号电池（或同样规格的电池）8节。重量：7kg o 体积：310X210X200。四、DDC6电子自动补偿仪1、接收部分常 电压测量范围：3V常电压测量精度：1%1个字常输入阻抗：8MQ常电流测量范围：3A常电流测量精度：1%1个字常 对50HZ工频干扰压制优于60dBo除SP补偿范围：lVo2、发射部分泰 最大供电电压：700Vo泰最大供电电流：3Ao常 供电脉冲宽度：159s,占空比1:1。3、其它常 工作温度：T0