An In-situ Experimental Study of Fractures Network Identification within Bedrock by High-density Electrical Resistivity Tomography

对于以低渗透性基岩为处置围岩的核废物地质处置库来说,基岩中的裂隙网络是地下水进入处置库和放射性核素从处置库向外界环境迁移的主要通道.因此,研究基岩内裂隙网络的空间分布特征,对核废物的地质处置是否安全具有十分重要的意义.本文以花岗岩为例通过野外试验,分析研究了利用高密度电阻率成像法(ERT),对处于不同状态条件下的基岩中裂隙网络进行三维原位识别的效果及能力.结果表明在以高阻值为主要电特性的基岩中,利用ERT对基岩中三维裂隙网络进行原位识别是可行的,并且裂隙的电阻率特征能较好的反映出裂隙的空间分布位置和形态,但对裂隙网络识别的效果与测线方向有关.     

高密度电阻率法在基岩勘察中的应用

从三电位电极系基本理论出发,对高密度电阻率法常用温纳、偶极及微分装置的分辨率、信号强度等进行了比较研究。实例分析表明,温纳装置测量获得的数据纵向分辨率较高,采集信号的强度大,信噪比高,采用该装置探测基岩面的起伏状况效果明显;偶极装置采集的数据横向分辨率较高,在探测基岩内部构造方面有较好的灵敏度,但该装置采集的信号强度小,抗干扰能力差。在实际应用时,建议运用多种装置形式进行综合测量和对比解释,以进一步提高勘探效果和精度。     

基于高密度电阻率法的土体干缩裂隙动态发育过程精细监测研究

土体在气候作用下发育干缩裂隙是一种常见的自然现象,裂隙的存在会极大弱化土体的工程性质,诱发许多岩土与地质工程问题。为了实时掌握黏性土中干缩裂隙网络的发展状态,提出了一套基于高密度电阻率层析成像技术（ERT）的土体干缩裂隙动态发展过程精细监测方法。分别开展模型试验及原位试验,利用自行研制的测定系统持续采集电流-电位差数据,随后利用自行开发的有限元法电阻率层析成像（FemERT）系统进行数据处理,获取了裂隙网络在不同发育阶段的空间分布特征。结果表明：（1）ERT可以实现土体裂隙发育过程的精细监测,具备监测三维裂隙网络几何形态的能力,裂隙宽度的识别精度达到毫米级,裂隙深度的识别精度达到厘米级;（2）ERT的感度分布特征解释了裂隙发育对于土体电阻率的影响规律,测定电阻值时程曲线因裂隙产生位置的不同而呈现不同的变化规律;（3）反演电阻率及其相对变化率（Rev）可以直观表征裂隙网络在不同阶段的空间几何形态,凸显裂隙动态发育过程对于土体导电性的影响。     

岩柱中水体入渗过程的高密度电阻率成像法研究

本文应用高密度电阻率成像法探讨了室内实验尺度岩柱中的这一人渗过程。首先建立了电法勘探的电位场数学模型，用有限元法进行了电位场正问题的求解。然后应用基于序列二次规划(SQP)方法的电阻率反演算法，由测量数据反演得到了岩石电阻率在二维空间上的分布。由岩柱中水体人渗过程的电法测量数据反演得到的电阻率图像反映了岩柱中水分的空间变化过程。岩柱中电阻率的空间分布及其随时间的变化表明水体的人渗是不均匀的，在岩柱周边渗流较快，而在中部存在滞后现象。得到的相对电阻率图像也反映了岩柱周边存在的微裂隙。     

从高密度电阻率成像法到三维空间上的包气带水文学

高密度电阻率成像法是新近出现的通过测定介质电传导特性的地球物理勘探方法.它方便、快速和多尺度,可对探测对象进行无损的、三维的和动态的监测.由于包气带中发生的各种物理、化学、生物和水文过程不可避免的都会引起介质电阻率的变化,通过高密度电阻率成像法可以对这些过程进行三维的动态监测,从而为我们在三维空间上认识各种包气带过程创造了条件.本文首先介绍了高密度电阻率成像法在半无限的介质表面上应用时的电极布置、测定和反演计算方法,然后介绍了影响介质电阻率的因素.最后,从电阻率空间分布的差异性和时间上的变化性方面,介绍了目前高密度电阻率成像法的应用领域和研究方向,以期能促进高密度电阻率成像法的广泛应用和推动三维空间上的包气带水文学的研究.     

不同类型滑坡体的高密度电阻率法勘察电性特征

中国西南地区滑坡灾害严重,滑坡勘察中判断滑坡体类型、规模等非常重要。文中总结了滑坡体的不同分类方法及电性特征,通过对20多个滑坡体的高密度电阻率法勘察资料进行综合分析,明确了不同类型滑坡体的电阻率特征差异明显;重点介绍了土质滑坡、岩石滑坡和破碎岩石滑坡等3个高密度电法探测实例的异常特征。实践证明,利用高密度电阻率法能从电阻率异常特征来推断滑坡体的类型、物质组成,其结果对滑坡体勘察及后期治理、钻探施工起到指导作用。     

高密度电阻率法测试系统的研究

电阻率勘探法一直是水文、工程、环境物探中所采用的重要方法之一。然而常规电阻率法由于其本身工作方式限制，致使其获取的信息数量较少，更难于从多种电极排列的组合上去研究地电断面结构。高密度电阻率法正是为弥补上述不足而产生的。本文详细介绍了高密度电阻率测试系统，特别是关键部件程控式多路转换器的原理及设计。     

三维高密度电阻率法在堤坝工程中的模拟试验

为检测堤坝中裂隙、洞穴及渗漏层等隐患的存在,利用三维高密度电阻率法对数字模型和物理模型建立的裂隙隐患进行探测,结果表明室内建立的物理模型在立体图和分层切片图中裂隙的形态有些变化,但其分布范围、位置与相对各自模型中实际的比例尺寸相差不大,说明数值模拟得出的结论可以为实际工程进行理论指导,具有一定的参考价值。     

高密度电阻率法的2.5维反演

讨论了电阻率法2.5维正演和反演的算法,并在此基础上编制了高密度电阻率法2.5维反演程序,该程序可用于8种常用电极装置观测结果的反演.对理论和实测数据的反演结果表明,采用的算法正确,程序运行稳定,反演效果很好.     

高密度电阻率成像法在水文地质领域中的应用

高密度电阻率成像法(ERT)作为一种高效、准确的地球物理探测手段,在水文地质领域得到了广泛的应用。本文通过文献追踪和分析,重点讨论了电阻率与含水率、渗透系数、含盐量等水文地质表征参数之间的相关性,并就该方法在地下水资源勘查、溶质运移动态监测以及水文地质参数反演等方面的应用进行了剖析,阐述了ERT探测过程中的主要影响因素及各因素之间的相互关系。最后,针对ERT方法在应用过程中存在的问题提出相应的改进建议。     

基于高密度电阻率成像技术的土体干缩开裂过程监测研究

为了探究土体干缩开裂问题,文章采用ERT技术,对黏性土开展了一维干缩开裂动态监测试验。配制初始状态饱和 的泥浆试样,在自然条件下干燥,采用ERT技术获得试样干燥过程中的电阻值变化。结合试样的电阻值图像和裂隙图像, 对土体干缩开裂规律进行了分析。研究结果表明：在干燥蒸发初期,土体电阻值随时间增加缓慢减小,其原因在于土体干 燥收缩导致土颗粒间接触面积增大,颗粒水化膜变薄,进而使得土颗粒表面双电层导电性增强。随着干燥继续进行,气体 进入土体内部,土体由初始饱和状态转变为非饱和状态,电阻值转为缓慢增加。当土体产生裂隙时,裂隙周围土体电阻值 急剧增大,而未发育裂隙的土体电阻依然保持缓慢增加的趋势。通过对比试样电阻值变化曲线和裂隙图像,发现两者所呈 现的裂隙发育位置和状态存在良好的一致性。因此,ERT技术能对干燥过程中土体裂隙发育进行有效的动态监测,准确掌 握裂隙发育的时空动态信息,并且能提前预测裂隙发育的可能位置,为研究极端干旱气候作用下土体的工程性质响应提供 了理想手段。     

盐溶液入渗过程的电阻率成像法时空监测

采用电阻率成像法探讨了室内实验尺度上岩体中盐溶液的入渗过程。在岩柱试样上进行蒸馏水和盐溶液的入渗实验，在入渗过程中通过多通道高密度电阻率勘测系统对岩柱的电性特征在三维空间上进行动态监测。然后对入渗过程岩柱进行电阻率成像，从而获得不同时刻岩柱中的电阻率分布。各勘测截面上电阻率的分布和变化基本反映了岩柱内盐溶液的时空变化特征，表明电阻率成像法动态监测室内实验尺度岩石中盐溶液的入渗是可行的，岩柱5个截面的电阻率图像表明溶液的入渗是不均匀的。     

高密度电法电性结构揭示天山天池堆积坝体厚度及其阻渗稳水功能分析

天山天池北堆积坝体结构受其成因和演化控制,影响其含水和渗流特性。对该坝体稳定至关重要的下伏基岩埋深、坝体结构阻渗水结构特征等需现场探测并给出科学判断。在地质调查基础上采用高密度电法对天池堆积坝体结构进行探测,首次获得深达下伏基岩的堆积坝体纵向和横向电性剖面。结合光释光测年、水化学成分对比、水量平衡计算等手段,分析坝体堆积物形成时代以及坝体水文地质结构特征。结果显示：天池坝堆积体厚度大于100 m并可分为3层,上部浅表层滑坡形成的巨大块石层厚30～40 m且基本不含水,其下松散含水层厚度为30～50 m;下部为较低电阻率弱透水的冰碛物,主要分布在坝体下游和东端;底部为高电阻率不透水的石炭系火山岩。坝体中间部位地下水集中下渗补给了西小天池。同时靠坝体东侧发育排泄通道,呈现多处溢水点,控制了飞龙涧左岸下降泉季节性发育,同河谷冲刷作用一起影响并导致下游左岸冰碛物中发育4处滑坡体。电法剖面揭示出与坝体轴向近平行的2条隐伏断层,其中堆积坝高堤处气象台所在山丘上游一侧发育一条近东西走向并倾向上游的断层F1,构成地下水阻隔带而使天池堆积坝上游潜水水位呈现一定雍高,同坝体下伏基岩和弱透水冰碛物联合组成的...     

高阻溶洞上高密度电法与高密度联合剖面法异常响应特征研究

为探讨高密度电法与联合剖面法寻找高阻溶洞的效果,利用水槽模型试验及野外现场实测方法,总结了高密度电法常用排列方式、不同成图方法在高阻溶洞上的异常响应特征,讨论了异常体地表投影位置及中心埋深的确定方法。提出探测高阻溶洞采用高密度电法温纳排列（α1）、β排列和高密度联合剖面三种方法的最佳组合方法。