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开题报告 论文题目： 学院： 高密度电法与 GPR 技术综合地质调查 学号： 学生姓名： 一、论文选题的目的和意义 高密度电法的基本原理与传统的电阻率法完全相同，不同的是在观测中设置 了较高密度的测点，现场测量时，只需将全部电极布置在一定间隔的测点上，然 后进行观测。由于使用电极数量多，而且电极之间可以组合，这样可以提供 更多的地电信息，使电法勘探能像地震勘探一样使用覆盖式的测量方式。与常规 电法相比，高密度电法具有以下优点：(1)电极布设一次性完成，减少了因电极设 置引起的干扰和由此带来的测量误差；(2)能有效地进行多种电极排列方式的测量， 从而可以获得较丰富的关于地电结构状态的地质信息；(3)数据的采集和收录全部 实现了自动化，不仅采集速度快，而且避免了由于人工操作所引起的误差和错误； (4)可以实现资料的现场实时处理和脱机处理，大大提高了电阻率法的智能化程度。 地质雷达，又称探地雷达、透地雷达。地质雷达技术是一种高精度、连续无 损、经济快速、图像直观的检测手段，是用于确定地下介质分布的电磁波技术。 地质雷达利用发射天线发射高频脉冲电磁波，利用接收天线接收反射或透射的电 磁波，将接收到电磁波的旅行时间（亦称双程走时，走时）、振幅与波形等资料经 过数值处理，并以二维图形的方式表示出来，即可推断介质内部的结构。 高密度电法与探地雷达技术在地质调查中都有广泛的应用。而在实际工作中， 采取单一的方法探测的结果往往存在一些误差和错漏，因此采用两种或者多种物 探方法对目标进行多重探测以此相互印证增加探测结果的准确度成为我们应该研 究的方向。本文旨在了解高密度电法和探地雷达技术的基本原理及相应地质应用 并利用 GPR 仪器和电法仪器同时调查目标体，对比分析其地球物理场的共性。 二、国内外关于该论题的研究现状和发展趋势 高密度电阻率法由常规电法发展而来，其实质是一种阵列勘探方法。阵列勘 1 探思想是 20 世纪 70 年代末学者们考虑实施的, 高密度电法的最初模式实际上就 是英国学者设计的电测深偏置系统。80 年代中期,日本有学者实现了野外高密度电 阻率法的数据采集，其借助了电极转换板,但由于不完善的整体设计, 高密度电阻 率法的优越性无法通过这套设备充分发挥。80 年代后期,从理论与实际结合的角度, 进一步探讨并完善了方论及有关技术问题,我国原地质矿产部率先开展了高 密度电阻率法及其应用技术的研究,几种类型的仪器也研制成功了(董浩斌， 王传 雷，2003）。经过 20 多年的发展，尤其是近几年,高密度电法在仪器、软件、方 法及应用上已取得了明显的成绩，且在各个领域取得了明显的地质效果和显著的 社会经济效益。随着计算机技术的发展和实际应用领域的扩大，高密度电阻率法 的反演软件也在不断的发展，如国外 M.H.Loke 工作组开发的“RES2DINV， RES3DINV 软件”、中国地质大学“2.5 维反演软件”和中石油物探所的 “电法工作站”等，还有很多相关的文献和资料都在不断的研究各种可用于高密 度电阻率数据处理的数值模拟技术，数据处理能力不断的提高（阮百尧,村上裕, 徐世浙，1999）（底青云，王妙月，1999）。高密度电阻率法的三维反演难度很大， 费用也较高，相对来说，二维反演，既能得到想要的分辨率又能节省开支，对于 应用推广来说有很大的优势。 高密度电法的应用范围十分广泛，只要目标体与背景之间存在电阻率差异， 同时目标体具有一定的空间尺寸和埋藏深度，都可以使用高密度电法对目标体进 行探测。归纳起来看，主要应用领域和解决的问题有：水利水电工程、工程 地质、工程地质勘察、城市工程勘察、工程质量检测、考古和其它工程等。 1910 年的 G.I.Ambach 和 H.LhIY 在一项专利中提出，用埋设在一 组钻孔中的偶极天线探测地下相对高导电性质的区域，正式提出了地质雷达的概 念。1926 年，Hulsenbeck 首先提出应用脉冲技术确定地下结构的思，并指出： 由于波源方向性的实现，该技术优于地震方法。但是，由于地下介质具有比空气 强得多的地磁波衰减特性，加之地下介质情况的多样性，波在地下的特性比 空气中要复杂得多。因此，在以后的 30 多年中，脉冲技术作为一种探测方法，多 限于对电磁波吸收很弱的冰、盐等介质中。1960 年 Cook 用脉冲地质雷达在矿井 中做试验，表明使用宽频单脉冲地质雷达技术，可得到较高的分辨率，并能把电 磁波的散射和地下导电介质的吸收所引起的能量损耗减到最小。GPR 技术在 70 年 代后开始应用于实际,逐渐从冰层、盐矿等弱损耗介质扩展到土层、煤层、岩层等 2 有耗介质中。在 20 世纪 S0 年代,GPR 被广泛用于测量煤层的厚度,检测管道和电缆; 而且一些军事应用包括隧道检测和非金属地雷的检测等也被提出进入 20 世纪 90 年代以后直到现在,GPR 的应用已经拓展到各行各业,从而促进了 GPR 技术的全面发 展。现在 GPR 技术已经应用于基岩探测，地下水调查，地质分层，喀斯特成图， 河底及湖底剖面，岩溶及空洞探测，湖（河）底形态调查，隧道超前探测，坝体 深部探测，滑坡调查，管网普查及管线探测，坝体质量检测，面检测（分层、 缺陷定位及质量评估），混凝土质量检测，墙体质量检测，钢筋分布检测，隧道衬 砌质量检测，桥面及桥桩质量检测，不明物体定位等。 三、论文的主攻方向、主要内容、研究方法及技术线、主攻方向 论文以前人的研究为基础，分别用高密度电阻率法和探地雷达对目标体进行探 测，采集并处理数据，对比分析两种方法的探测效果，对两种方法如何相辅探测 以提高探测精度提出可行性。 2、主要内容 本文将介绍高密度电阻率法和探地雷达技术的国内外发展状况及其在国民经 济及科学发展等方面的意义。阐述高密度电阻率法和探地雷达技术的基本原理。 利用 GPR 仪器和电法仪器同时调查目标体，对比分析其地球物理场的共性。研究 如何把二者结合发挥各自优势达到最佳勘测效果。 3、主要研究方法 第一，文献研究法。通过阅读大量有关高密度电阻率法和探地雷达的文献， 加深了对本文选题高密度电法与 GPR 技术综合地质调查各方面的认识，为后期采 集数据及研究奠定很好的理论基础。 第二，分析法。通过现场采集数据并在前人的研究基础之上，突出定性分 析与定量分析相结合、基础理论研究和具体分析相结合，力求研究具有 理论创新性、科学性和可行性。 4、技术线 第一、阅读相关参考文献、熟悉相关内容，为后面的实验奠定良好的理论基 础。 第二、寻找合适的实验场地，并熟悉相关的一起操作，为后面的实验过程做 3 好准备工作。 第三、按照预定计划进行相关实验，获取实验数据。 第四、进行数据处理工作，并得到相关结果。 第五、撰写论文，得出结论。 四、毕业论文（设计）的进度安排 1.第 1 周，完成设计进度安排，查阅参考文献，完成任务书。 2.第 2 周至第 3 周内完成开题报告，导师签名。 3.第 4 周至第 10 周，完成数据采集，数据处理。 4.第 11 周至第 12 周，完成论文初稿书写，交导师修改。 5.第 13 周至第 14 周，修改并提交论文，参加论文答辩。 五、毕业论文（设计）应收集的资料及主要参考文献 [1] Beauvais A, Ritz M, Parisot J C, et al. Combined ERT and GPR methods for investigating two-stepped lateritic weathering systems[J]. Geoderma, 2004, 119(1): 121-132. [2] Sass O, Bell R, Glade T. Comparison of GPR, 2D-resistivity and traditional techniques for the subsuce exploration of the ?schingen landslide, Swabian Alb (Germany)[J]. Geomorphology, 2008, 93(1): 89-103. [3] Bongiovanni M V, de la Vega M, Bonomo N. Contribution of the resistivity method to characterize mud walls in a very dry region and comparison with GPR[J]. Journal of Archaeological Science, 2011, 38(9): 2243-2250. [4] Leucci G. Contribution of Ground Penetrating Radar and Electrical Resistivity Tomography to identify the cavity and fractures under the main Church in Botrugno (Lecce, Italy)[J]. Journal of archaeological science, 2006, 33(9): 1194-1204. [5] Rey J, Martínez J, Hidalgo M C. Investigating fluvial features with electrical resistivity imaging and ground-penetrating radar: The Guadalquivir River terrace (Jaen, Southern Spain)[J]. Sedimentary Geology, 2013, 295: 27-37. [6] 徐占峰. 地质雷达技术及其在工程勘探中的应用[J]. 物探装备, 1999, 4: 010. 4 [7] 薛桂玉, 余志雄. 地质雷达技术在堤坝安全监测中的应用[J]. 大坝与安全, 2004 (1): 13-19. [8] 杨金山, 车殿国. 地质雷达技术在水利工程中的应用[J]. 地质装备, 2001, 2(4): 7-9. [9] 杨金山, 马建国. 地质雷达技术在土坝质量检测中的应用[J]. 水利科技, 2000 (1): 60-61. [10] 周道传. 地质雷达检测砼结构性能的试验研究及应用 [D][D]. 郑州大学, 2006. [11] 范秦军. 地质雷达数据处理, 解释及其在工程勘查中的应用[D]. 大学, 2008. [12] 刘四新, 曾昭发, 徐波. 地质雷达数值模拟中耗介质吸收边界条件的实现 [J]. 大学学报: 地球科学版, 2005, 35(3): 378-381. [13] 刘英利. 地质雷达在工程物探中的应用研究 [D][D]. 成都: 成都理工大学硕 士论文, 2008. [14] 阿发友. 高密度电法和地质雷达在断层及溶洞探测中的应用 [D][D]. 贵阳: 贵州大学, 2008. [15] 闫建飞. 高密度电阻率法应用技术研究 [D][D]. 大学, 2009. [16] 朱国强, 黄立勇. 高密度电阻率法在江山市岩溶调查中的应用[J]. 工程地球 物理学报, 2007, 4(5): 417-420. [17] 刘东清. 高密度电阻率法在坝址区风化裂隙带探测中的应用[J]. 山西水利科 技, 2011 (2): 20-21. [18] 王丽华. 综合电性勘探方法在灰坝探测中的应用研究[D]. 大学, 2007. [19] 杨震中. 综合物探方法在堤防隐患探测中的应用研究[D]. 中南大学, 2007. [20] 卢建旗, 张建民. 综合物探方法在地下防空洞探测中的应用[J]. 水利 科技, 2010 (005): 188-190. 指导教师签名： 年月日 5
金莎与林俊杰