水文地質(zhì)物探實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、水文地質(zhì)物探實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書易 兵 薛 建 朱 士 吉 林 大 學(xué) 地 探 學(xué) 院 2006 年3月14目 錄水文地質(zhì)物探實(shí)驗(yàn)課的任務(wù)和要求.(1)實(shí)驗(yàn)一 電阻率剖面法模型實(shí)驗(yàn)(2)實(shí)驗(yàn)二 電阻率測深法模型實(shí)驗(yàn).(6)實(shí)驗(yàn)三 高密度電法數(shù)據(jù)采集和處理.(9).實(shí)驗(yàn)四 電磁法實(shí)驗(yàn)(11)水文地質(zhì)物探實(shí)驗(yàn)課的任務(wù)和要求水文地質(zhì)物探是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，該實(shí)驗(yàn)課的任務(wù)是：使學(xué)生加深對水文地質(zhì)物探的基本理論和方法的理解，掌握物探儀器的原理與操作方法，為進(jìn)一步做物理模擬實(shí)驗(yàn)和野外實(shí)踐打下基礎(chǔ)，為了達(dá)到上述目的,要求學(xué)生做到：1.做好實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備工作預(yù)習(xí)是為做好實(shí)驗(yàn)奠定必要的基礎(chǔ)，在實(shí)驗(yàn)前學(xué)生一定要認(rèn)真閱讀有關(guān)

2、實(shí)驗(yàn)教材，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、任?wù)、有關(guān)原理、操作步驟及注意事項(xiàng)，做到心中有數(shù)。2.嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)實(shí)驗(yàn)時要求按照操作步驟進(jìn)行，認(rèn)真記錄觀測數(shù)據(jù)，善于思考，學(xué)會運(yùn)用所學(xué)理論知識解釋實(shí)驗(yàn)曲線，研究實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題。3.遵從實(shí)驗(yàn)教師的指導(dǎo)要嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如出現(xiàn)意外，要及時向老師匯報，以免發(fā)生意外事故。4.注意安全學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中，要熟練實(shí)驗(yàn)室環(huán)境（水、電等）嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)室安全守則。5.儀器的使用使用儀器前要事先檢查儀器是否完好，使用時要嚴(yán)格按照操作步驟進(jìn)行，如發(fā)現(xiàn)儀器有故障，應(yīng)立即停止使用，報告老師及時處理，不得私自進(jìn)行。6.實(shí)驗(yàn)報告一個實(shí)驗(yàn)報告大體包括下列內(nèi)容：實(shí)驗(yàn)名稱、實(shí)驗(yàn)日期、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、簡要原?/p>

3、、主要實(shí)驗(yàn)步驟的簡要描述、測量所得數(shù)據(jù)、計(jì)算和分析結(jié)果，問題和討論等。實(shí)驗(yàn)一. 電阻率剖面法模型實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)類別：驗(yàn)證、觀測性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)學(xué)時：2學(xué)時實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：地質(zhì)宮108實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)依據(jù)：水文地質(zhì)物探教學(xué)大綱實(shí)驗(yàn)儀器：DWD-2A微機(jī)電測儀實(shí)驗(yàn)耗材：電池，導(dǎo)線，報告紙，鱷魚夾，供電電極，測量電極，銅模型，計(jì)算器，鉛筆，橡皮，小刀，直尺，厘米紙。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求1. 了解DWD-2A微機(jī)電測儀面板結(jié)構(gòu)和操作。2. 學(xué)會電阻率剖面法的工作布置及觀測方法。3了解各種電阻率剖面法在良導(dǎo)體上視電阻率異常特征。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)是在水槽中用不同的裝置在良導(dǎo)體上做電阻率剖面法觀測，實(shí)驗(yàn)工作布置參閱表11，裝置的

4、大小根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件設(shè)計(jì)。注意：為了便于各種電剖面法異常規(guī)律之間的對比，最好應(yīng)選相同模型（如良導(dǎo)板），其頂部埋深23cm為宜。模型中心正上方定為坐標(biāo)原點(diǎn)。電極入水深度約23cm較合適。無窮遠(yuǎn)極可選在下水管道或暖氣管道上。表11方法名稱供電極距 （cm）測量極距測點(diǎn)名稱裝置系數(shù)K(m)聯(lián)合剖面AO=11MN=2 (cm)±25，±15，±10，±7，±5，±3，±1，0，K=(2·AM·AN)/MN對稱四極AB=22MN=2 (cm)±40, ±30, ±20, ±15,

5、 ±10, ±5,0K=(·AM·AN)/MN中間梯度AB=100MN=2 (cm)±25, ±15, ±10, ±7,±5, ±3, ±1,0K=（2·AM·AN·BM·BN）/ MN（AM·ANBM·BN）三、實(shí)驗(yàn)步驟1.按實(shí)驗(yàn)要求，工作前做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作（儀器電源檢查、線路連接、模型布設(shè)）。如圖11和圖12所示圖11 聯(lián)合剖面法裝置示意圖圖12 對稱剖面法裝置示意圖2.根據(jù)所采用的工作布置選定極距，結(jié)合測點(diǎn)點(diǎn)位計(jì)算裝置系

6、數(shù)（對于中間梯度法，還要按點(diǎn)位將裝置系數(shù)填入記錄表中），同時還應(yīng)記下模型參數(shù)和裝置參數(shù)。3.逐點(diǎn)觀測V和I，計(jì)算視電阻率，并作記錄。注意，聯(lián)剖規(guī)定：測點(diǎn)號小號在西或南，大號在東或北，A極布置在小號一側(cè)，B極布置在大號一側(cè)。如表12測點(diǎn)號VA（mv）IA（mA）SA（·M）VB（mv）IB（mA）SB（·M）4.將觀測結(jié)果繪制s剖面圖，并及時檢查可疑點(diǎn)。如圖13所示 圖13 聯(lián)合剖面和對稱四極曲線圖5.觀測質(zhì)量檢查：測量過程中每隔3-5點(diǎn)，改變供電電流25%以上，進(jìn)行重復(fù)觀測，并計(jì)算相對誤差，實(shí)驗(yàn)時，要求6 % 。四、實(shí)驗(yàn)要求1. 每個實(shí)驗(yàn)組完成一種裝置整條剖面的觀測、記錄及

7、草圖繪制。2. 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，各組交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果并討論。3. 定性分析各種裝置在高（低）阻體上分布特征，并討論各種裝置S異常之間的關(guān)系。4. 編寫實(shí)驗(yàn)報告五、思考題1. 熟悉直流電法儀器原理、面板及操作，學(xué)會使用儀器進(jìn)行觀測。2. 各種電阻率剖面法異常特征有何變化？3. 以三極裝置為例說明裝置系數(shù)的物理意義。4. 在電法勘探中為什么要引入視電阻率的概念？電阻率剖面法（聯(lián)合三極裝置）實(shí)驗(yàn)報告年 月 日 班級 姓名 評分一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及工作線路圖三、 數(shù)據(jù)測量 點(diǎn)號k繪圖區(qū)四、 資料整理五、 實(shí)驗(yàn)成果分析六、 教師評語教師簽字實(shí)驗(yàn)二. 電阻率測深法模型實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)類別：驗(yàn)證，觀測性實(shí)驗(yàn)

8、實(shí)驗(yàn)學(xué)時：2學(xué)時實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：地質(zhì)宮108實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)依據(jù)：水文地質(zhì)物探教學(xué)大綱實(shí)驗(yàn)儀器：DWD-2A微機(jī)電測儀實(shí)驗(yàn)耗材：電池，導(dǎo)線，報告紙，鱷魚夾，供電電極，測量電極，銅模型，計(jì)算器，鉛筆，橡皮，小刀，直尺，雙對數(shù)坐標(biāo)紙。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求1.學(xué)會電阻率測深法的工作布置及觀測方法。2.掌握電阻率測深法視電阻率曲線特征。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容將比水槽面積稍小的高阻塑料板（2）水平放置于水槽中，埋深約15cm左右，構(gòu)成由水和高阻層組成的二層地電斷面。測深點(diǎn)固定在水槽中部，供電電極沿水槽長邊方向向兩側(cè)移動，裝置布置形式如圖21所示。各種裝置的極距選擇可自行設(shè)計(jì)，或參考表21，逐次改變極距，觀測不同極距的V和I值

9、，并計(jì)算，K表達(dá)式同表21。圖21 對稱四極測深示意圖三、實(shí)驗(yàn)步驟1.按實(shí)驗(yàn)要求，做好準(zhǔn)備工作（儀器電源檢查、線路連接、模型布設(shè)）。2.根據(jù)設(shè)計(jì)的極距或按表21，逐次改變極距，觀測V和I，計(jì)算裝置系數(shù)和視電阻率，并進(jìn)行記錄。3.繪制測深曲線，縱軸為視電阻率S，橫軸為：AB2，所有曲線繪制在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上。及時檢查可疑點(diǎn)。4.對若干個極距的觀測結(jié)果進(jìn)行質(zhì)量檢查（方法同實(shí)驗(yàn)一）。四、實(shí)驗(yàn)要求1. 各小組完成一個測深點(diǎn)的測量，并繪制草圖。2. 用切線法（S法）或交點(diǎn)法解釋四極測深曲線，將所求埋深（h）與實(shí)際模型埋深對比。3. 編寫實(shí)驗(yàn)報告。五、思考題1為什么供電電極距越大或測量極距越小，反映電性的深

10、度越深？2用切線法解釋對稱四極測深曲線時，若切線交的不是S /1 = 1線（橫軸），而是與橫軸平行的某條直線，如何根據(jù)交點(diǎn)的橫坐標(biāo)求出高阻基底埋深？表2-1AB/2（cm）K（m）（MN=1）K（m）（MN=2）V（mv）I（mA）S（m）50.780.37561.120.5571.530.7592.541.256124.522.245157.063.5162012.86.282519.69.83028.314.114050.325.15078.539.260113.158.5電測深法（對稱四極測深裝置）實(shí)驗(yàn)報告年 月 日 班級 姓名 評分一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?二、 驗(yàn)設(shè)備及工作線路圖三、 數(shù)據(jù)

11、測量 點(diǎn)號AB/2 （cm）k（mv）繪圖區(qū)四、 資料整理五、 實(shí)驗(yàn)成果分析六、 教師評語 教師簽字實(shí)驗(yàn)三 高密度電法數(shù)據(jù)采集和資料處理實(shí)驗(yàn)類別：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)學(xué)時：2學(xué)時實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：工程與環(huán)境物探實(shí)驗(yàn)室 地質(zhì)宮110室實(shí)驗(yàn)依據(jù)：水文地質(zhì)物探教學(xué)大綱一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握DUK-2型高密度電法測量系統(tǒng)的工作模式和操作方法。2. 學(xué)會高密度電阻率法數(shù)據(jù)采集和處理的方法二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)是在水槽中或野外采用溫納裝置在高（低）阻地質(zhì)體上做剖面觀測，實(shí)驗(yàn)工作如圖3-1所示。電極個數(shù)為60，間隔系數(shù)為116，極距的大小根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件設(shè)計(jì)。模型應(yīng)放置在剖面的中部，電極入水深度約23 mm。 圖31 高密度測點(diǎn)

12、分布示意圖三、實(shí)驗(yàn)步驟1. 工作前做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作（如儀器電源檢查，多路電極轉(zhuǎn)換器與主機(jī)連接，電極與供電線連接和模型布設(shè)等），如圖3-2所示。2 . 根據(jù)儀器操作要求按菜單依次選定：儀器類型、工作模式、裝置形式、電極距、存儲序號、最小間隔系數(shù)、最大間隔系數(shù)、溫施間隔層數(shù)、供電時間等。3. 進(jìn)行接地電阻的檢測，完成后復(fù)位。4. 儀器進(jìn)入測量狀態(tài)，在測量過程中儀器自動存儲視電阻率值，測量完畢后顯示數(shù)據(jù)總數(shù)。 圖32 野外工作中導(dǎo)線敷設(shè)5. 高密度電法資料處理主要由五部分組成。分別為：（1）數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)：該系統(tǒng)利用傳輸軟件（程序名HDCOMUS）將DUK2機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)。（2）原始數(shù)據(jù)前期處理系

13、統(tǒng)：該系統(tǒng)主要包括原始數(shù)據(jù)的突跳點(diǎn)剔除、地形改正和數(shù)據(jù)連接等（3）常規(guī)處理系統(tǒng)：該系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)的圓滑濾波和電測深點(diǎn)的提取解釋。（4）原始數(shù)據(jù)的正反演處理系統(tǒng)：該系統(tǒng)負(fù)責(zé)對原始數(shù)據(jù)的正反演。采用的方法一般是左迪反演、有限元方法和最小二乘法等。（5）數(shù)據(jù)成圖系統(tǒng)：該系統(tǒng)負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格化并形成二維及三維彩色圖。系統(tǒng)整體上分為兩大模塊。根據(jù)以上CRT系統(tǒng)模塊和CRTMapper系統(tǒng)模塊提示選擇點(diǎn)擊模塊圖標(biāo)，并按菜單提示完成操作。下面以常用的二維地電斷面圖為例簡述操作過程:1. 將主機(jī)（CUK2）的信號口與計(jì)算機(jī)上的RS232接口用信號線相連接。2. 在計(jì)算機(jī)進(jìn)入Qbasic狀態(tài)，啟動CDNUS

14、傳輸程序。3。按程序提示（如傳輸數(shù)據(jù)數(shù)？測量方法？傳輸接口？波特率等？）輸入相關(guān)參數(shù)將數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)。4。點(diǎn)擊CRT圖標(biāo)，啟動CRT系統(tǒng)模塊。5點(diǎn)擊突跳點(diǎn)剔除菜單，進(jìn)行自動或手動的突跳點(diǎn)剔除。6將以上數(shù)據(jù)網(wǎng)格化并利用成圖系統(tǒng)顯示視電阻率圖形。7將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行反演。8將反演后的數(shù)據(jù)網(wǎng)格化并成圖。這樣便得到了原始和反演后的視電阻率彩色二維地電斷面圖。四、實(shí)驗(yàn)要求1每個實(shí)驗(yàn)組完成一整條剖面的觀測、記錄和草圖繪制。2 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。3定性分析各種裝置在異常體上的等擬斷面圖的特征4編寫實(shí)驗(yàn)報告。五、思考題1高密度電阻率法的特點(diǎn)是什么？2它是如何確定相對勘探深度的？實(shí)驗(yàn)四 電磁法（地質(zhì)雷達(dá)）實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)類別：

15、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)學(xué)時：2學(xué)時實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：地球物理模型實(shí)驗(yàn)室 地質(zhì)宮113室實(shí)驗(yàn)依據(jù)：水文地質(zhì)物探教學(xué)大綱一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)習(xí)地質(zhì)雷達(dá)的基本原理和基本操作方法。2.經(jīng)過對地下管線、鋼筋、空洞等目標(biāo)體的地質(zhì)雷達(dá)探測，了解目標(biāo)體異常的地質(zhì)雷達(dá)剖面特征。3.學(xué)習(xí)對雷達(dá)剖面的分析方法，學(xué)習(xí)對地質(zhì)層位的對比、對地層、異常體埋藏深度的計(jì)算方法。二、實(shí)驗(yàn)原理地質(zhì)雷達(dá)是淺層地球物理勘探中的重要方法之一，它在淺層工程地質(zhì)勘查中起著十分重要的作用。地質(zhì)雷達(dá)是利用高頻電磁波束在界面上的反射探測有關(guān)目的物。地質(zhì)雷達(dá)的系統(tǒng)主要由四部分組成：(1)脈沖發(fā)生器，用于產(chǎn)生可重復(fù)的發(fā)射脈沖；(2)發(fā)射天線與接收天線，用于發(fā)射和接收電

16、磁波；(3)取樣接收與模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于進(jìn)行模擬信號到數(shù)字的轉(zhuǎn)換；(4)主控制器，用于完成信號的采集和顯示過程。發(fā)射天線和接收天線緊靠地面，發(fā)射天線發(fā)射的電磁波傳入大地，電磁波在地下傳播過程中遇到介質(zhì)的電性分界面后便發(fā)生反射或折射，反射回地面的電磁波被接收天線所接收。不同介質(zhì)介電常數(shù)不同，形成電性界面，根據(jù)回波訊號的特征及其傳播時間可判斷電性界面的形態(tài)和埋深。圖4-1 地質(zhì)雷達(dá)探測原理描述及異常體地質(zhì)雷達(dá)圖像雷達(dá)波由發(fā)射天線發(fā)射到被接收天線接收所需要的往返時間為： 式中，x為發(fā)射天線與接收天線間的距離，Z為反射界面的深度，v為電磁波在介質(zhì)中的傳播速度。由于在測量中發(fā)射天線和接收天線間的距離x是固

17、定的，且較小，因此上式可簡化為：t=2z/v ，式中電磁波傳播速度，c為光速（c»0.33 m/ns）；er為地下巖層的相對介電常數(shù)。三、實(shí)驗(yàn)儀器1.SIR-2型地質(zhì)雷達(dá)主機(jī)；2.900MHz天線；3.500MHz天線；4.低頻天線；5.電纜；6.12V電瓶。四、地質(zhì)雷達(dá)使用方法1SIR2系統(tǒng)硬件的連接SIR2型地質(zhì)雷達(dá)基本連接方式有二種，對應(yīng)著二種不同類型的天線，見圖4-2、圖43所示。圖4-2 高頻天線的連接示意圖圖4-3 低頻天線連接示意圖2SIR2系統(tǒng)的基本操作(1) 選擇合理的天線天線的選擇是根據(jù)要探測的異常體可能的埋深和最小尺度來確定。在粘土層較厚的地區(qū)，要盡可能使用10

18、0MH z加強(qiáng)天線或低頻分離天線；對公路、混凝土建筑物的檢測應(yīng)使用500MHz或900MHz天線。(2) 基本操作步驟SIR2型地質(zhì)雷達(dá)工作參數(shù)有兩種配置方法，一種為自動配置（AUTOMATIC），另一種為手工配置（MANUAL）。在自動方式下，菜單中的各項(xiàng)工作參數(shù)由主機(jī)根據(jù)所選用的天線頻率自動配置；手工方式是操作人員對已配置的參數(shù)根據(jù)需要進(jìn)行重新選定。操作步驟如下：（1）按“POWER”鍵啟動電源。（2）按“”鍵進(jìn)入配置菜單，根據(jù)已連接的天線的中心頻率按箭頭鍵移動亮條到所選項(xiàng)。（3）按“ENTER”鍵確認(rèn)。（4）當(dāng)天線參數(shù)配置完后，地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)入調(diào)整窗口，屏幕左上方顯示雷達(dá)圖像，左下方顯示功能菜單，屏幕右側(cè)顯示單掃描線，根據(jù)單掃描的振幅、時窗長度情況，按箭頭鍵進(jìn)一步調(diào)整采集參數(shù)并設(shè)置硬盤為“on”狀態(tài)。（5）當(dāng)采集參數(shù)調(diào)整完后，由12人移動雷達(dá)天線，同時按“COLLECT”鍵啟動數(shù)據(jù)采集。（6）數(shù)據(jù)采集期間，圖像在雷達(dá)屏幕上移動，按“PLAYBACK”鍵停止數(shù)據(jù)采集，按箭頭鍵將屏幕左下方功能菜單中