水文地質(zhì)物探試驗(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)物探的根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)踐打下根底，為了到達(dá)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)奠定必要的根底，在實(shí)驗(yàn)前學(xué)生一定要認(rèn)真閱讀有關(guān)實(shí)驗(yàn) 教材，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、任?wù)

2、、有關(guān)原理、操作步驟及考前須知，做到心中有數(shù)。2. 嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)實(shí)驗(yàn)時(shí)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(huì)運(yùn)用所 學(xué)理論知識(shí)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(shí)向老師匯報(bào)，以免發(fā)生 意外事故。4. 注意平安學(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)室平安守那么。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(shí)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(bào)告老師及時(shí)處理，不得私自進(jìn)行。6. 實(shí)驗(yàn)報(bào)告一個(gè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告大體包括以下內(nèi)容：實(shí)驗(yàn)名稱、實(shí)驗(yàn)日期、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、簡要?理、主要實(shí)驗(yàn)

3、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(shí)：2學(xué)時(shí)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(bào)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(huì)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1-1，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)律之間的比照，最好應(yīng)選相同模型(如良導(dǎo)板)，其頂部埋深2- 3cm 為宜。模型中心正上方定為坐標(biāo)原點(diǎn)。電極入水深度約2- 3cm較適宜。無窮遠(yuǎn)極可選在下水管道或暖氣管道上。表1 1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，土 15， 10， 7， 5， 3， 1，0，K=(2 n AM- AN)/MN對稱 四極AB=22MN=2(cm) 40, 30, 20, 15, 10, 5,0K=( n AM- AN)/MN中間 梯度AB=100MN=2(cm) 25, 15, 10, 7,

5、5, 3, 1,0K= (2n AM- AN- BM- BN) / MN (AM- AN+ BM- BIN 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1 1和圖1 2所示:-CX3-1圖11聯(lián)合剖面法裝置示意圖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(shí)還應(yīng)記下模型參數(shù)和裝置 參數(shù)。3. 逐點(diǎn)觀測厶V和I，計(jì)算視電阻率 況=K ：V/I，并作記錄 沁=惠。注意, 聯(lián)剖規(guī)定：測點(diǎn)號(hào)小號(hào)在西或南，大號(hào)在東或北， A極布置在小號(hào)一側(cè)，B極布 置在大號(hào)一側(cè)。如表1 2測點(diǎn)號(hào) VA

6、 (mVIA (mAp SA ( Q M V (mVIB (mAp SB ( Q M4.將觀測結(jié)果繪制p s剖面圖，并及時(shí)檢查可疑點(diǎn)。如圖1 3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,100%，實(shí)驗(yàn)時(shí)，要求四、實(shí)驗(yàn)要求1. 每個(gè)實(shí)驗(yàn)組完成一種裝置整條剖面的觀測、記錄及草圖繪制。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 之間的關(guān)系。4. 編寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告p S異常思考題1. 熟悉直流電法儀器原理、面板及操作，學(xué)會(huì)使用儀器進(jìn)行觀測。2. 各種電阻率剖面法

7、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(bào)告年 月 日班級(jí)姓名評(píng)分、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)設(shè)備及工作線路圖三、數(shù)據(jù)測量點(diǎn)號(hào)k UalaPa UblbPb四、資料整理繪圖區(qū)五、實(shí)驗(yàn)成果分析六、教師評(píng)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)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)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(bào)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

8、. 學(xué)會(huì)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p 2x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(dòng)，裝置布置形式如圖2 1所示。各種裝置的極距選擇可自行設(shè)計(jì)，或參考表2- 1,逐次改變極距，觀測不同極距的 V和I值， 并計(jì)算心=K . V /1，K表達(dá)式同表2- 1。圖2 1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2- 1,逐次改變極距，觀測 V和I，

9、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p s,橫軸為：AB72,所有曲線繪制在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上。及時(shí)檢查可疑點(diǎn)。4. 對假設(shè)干個(gè)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(gè)測深點(diǎn)的測量，并繪制草圖。與實(shí)際線橫?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 模型埋深比照。3. 編寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。五、思考題1 為什么供電電極距越大或測量極距越小，反映電性的深度越深？2用切線法解釋對稱四極測深曲線時(shí)，假設(shè)切線交的不是p s / p i =1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

10、)(MN=1 )K (m)(MN=2 ) V (mv)I ( mAP s ( Q 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(bào)告年 月 日班級(jí)姓名評(píng)分、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?yàn)設(shè)備及工作線路圖三、數(shù)據(jù)測量點(diǎn)號(hào)AB/2 cmk U mn mvPsC m四、資料整理繪圖區(qū)五、實(shí)驗(yàn)成果分析六、教師評(píng)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(shí)：2學(xué)時(shí)

11、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(huì)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(gè)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麗站3i-11AMN B測站2IIIA M N BI A M N B呂 L 削江 IMLdIIH-11n-22b=3311=4 5圖3- 1高密度測點(diǎn)分布示意圖三、實(shí)驗(yàn)步驟1. 工作前做好各

12、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(chǔ)序號(hào)、最小間隔系數(shù)、最大間隔系數(shù)、溫施間隔層數(shù)、供電時(shí)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(dòng)存儲(chǔ)視電阻率值，測量完畢 后顯示數(shù)據(jù)總數(shù)。303L60備用繪圖3-2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局部組成。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DUK 2機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)。2原始數(shù)據(jù)前期處理系統(tǒng)：該系統(tǒng)主要包括原始數(shù)據(jù)的突跳

13、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)CUK 2的信號(hào)口與計(jì)算機(jī)上的RS232接口用信號(hào)線相連接。2. 在計(jì)算機(jī)進(jìn)入Qbasic狀態(tài)，啟動(dòng)CDNUS傳輸程序。3。按程序提示如傳輸數(shù)據(jù)數(shù)

14、？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(dòng)CRT系統(tǒng)模塊。5點(diǎn)擊突跳點(diǎn)剔除菜單，進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)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(gè)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(bào)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：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2學(xué)

15、時(shí)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)的根本原理和根本操作方法。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)層位的比照、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)主要由四局部組成：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)射和接收電磁波；3取樣接收

16、與模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于進(jìn)行模擬信號(hào)到數(shù)字的轉(zhuǎn)換；4主控制器，用于完成信號(hào)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(hào)的 特征及其傳播時(shí)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(shí)間為:2 2z x /v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是固定

17、的,且較小，因此上式可簡化為：t=2z/v ，式中電磁波傳播速度V=S，c為光V3r速(c.33 m/ns)； &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1. SIR 2系統(tǒng)硬件的連接SIR2型地質(zhì)雷達(dá)根本連接方式有二種，對應(yīng)著二種不同類型的天線，見圖4-2、圖4 3所示。12V單體天線連接示意昂SURVEY WHEEL圖4-2高頻天線的連接示意圖MARKERMARKER o 天線拉桿圖4-3低頻天線連接示意圖2. SIR 2系統(tǒng)的根本操作(1) 選擇合理的天線天

18、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100MHz加強(qiáng)天線或低頻別離天線；對公路、混凝土 建筑物的檢測應(yīng)使用500MHz或900MHz天線。(2) 根本操作步驟SIR 2型地質(zhì)雷達(dá)工作參數(shù)有兩種配置方法，一種為自動(dòng)配置(AUTOMAT) 另一種為手工配置(MANUAL在自動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng) 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(shí)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(dòng)雷達(dá)天線，同時(shí)按“ COLLECT鍵 啟動(dòng)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(dòng)，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的加亮條移動(dòng)到“