基于VC++的高密度電阻率法工作原理演示程序開發

趙博

摘 要：在地球物理專業課程的教學中，受限于靜態的課件講義形式，學習者理解方法原理存在相當的困難。所以設計良好的演示程序會給講授者及學習者帶來極大的便利。針對高密度電阻率法，本程序設計采用Visual C++ 6.0，對三種不同的（電極）排列，分別模擬仿真出系統動態測量與電阻率曲線繪制的過程。

關鍵詞：高密度電阻率法；VC++；編程；演示程序

中圖分類號：P631.3 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）32-0005-03

Abstract： In the teaching of the course of Geophysics， it is very difficult for learners to understand the principle of method， which is limited by the static form of courseware handout. So a well-designed presentation program will bring great convenience to both the lecturer and the learner. In view of the high density resistivity method， this program design uses Visual C++ 6.0 respectively simulates the processes of system dynamic measurement and the resistivity curve drawing for three different （electrode） arrangements.

Keywords： high density resistivity method； VC++； programming； demonstration program

1 開發背景及意義

在資源勘探、工程監理等地質調查工作中，直流電阻率法已得到廣泛應用。常規的直流電阻率法電極布設繁瑣，電極移動頻繁，測量數據量大，這在一定程度上制約了測量效率和測量精度。鑒于這一背景，近幾年來，效率高，精度高，工作量小的高密度電阻率法以其獨特的優勢獲得了極大發展，并被廣泛地用于各類地質調查工作中。

從物理原理上看，高密度電阻率法與常規的電阻率法是一樣的。對于常規的電阻率法，需要用測電儀測得測量電極間電位差與供入電流大小，然后代入公式求解出視電阻率值；而對于高密度電阻率法而言，需要對測線上所有測點進行單獨的傳統電法測量操作。并且，由于其本身具有的規模陣列的復雜特性，不同裝置下測量系統排列方式的不同而導致的測點測量順序的不同，單獨某點只是陣列中所有工作的冰山一角。這樣就使得剛接觸這一方法理論的工作者對于高密度電阻率法測量系統的運作方式感到迷惑不已。

于是對于高密度電阻率法的學習者來說，需要明確以下兩點：（1）各個測點上的視電阻率值是如何得到的；（2）對整個裝置系統而言，數據的測量順序又如何。這兩點尤其是第二點，涉及到相當數量的數據，這就使得學習者很難真正的明了高密度電阻率法的工作原理。

如果能用一種可視化技術動態地將高密度電阻率法的工作過程演示出來，上述的困局就能得到很好解決，使學習者對高密度電阻率法這一用途廣泛的勘探方法有直觀明了的認識。基于以上原因，編寫計算機程序，以實現高密度電阻率法動態演示的目的。

2 高密度電阻率法工作原理介紹

2.1 高密度電阻率法介紹

高密度電法指的是直流高密度電阻率法。高密度電阻率法實際上是一種陣列勘探方法，是集測深和剖面法于一體的多裝置、多極距的組合方法。野外測量時只需將全部電極（例如本設計所做的實驗中用到的60根電極）沿測線等距布置，接著利用程控電極轉換開關及微機工程電測儀便可實現數據的快速自動采集。采集后將測量數據送入計算機，可對數據進行處理分析，并依據處理結果給出地電斷面的各項有用信息。顯然，高密度電阻率法勘探技術的運用與發展，使電法勘探的智能化程度大大地向前邁了一步。

為了獲得相關的數據資料，于野外進行實驗。采用以WDJD-3多功能數字直流激電儀為測控主機，同時配以WDZJ-3系列多路電極轉換器的高密度電阻率測量系統。該系統具有存儲量大、測量準確快速、操作方便等特點，并且可方便地與國內常用高密度電法處理軟件（如Surfer與Grafer等）配合使用，使解釋工作更加方便直觀。

程序設計所需的數據并不是通過測量系統得到的電阻率值，而是高密度條件下各種裝置測點沿側線移動時對應的電極編號變化順序。通過對WDJD-3多功能數字直流激電儀進行設置，模擬在野外的工作情形，記錄下所需的數據并編制成數據文件。

2.2 三種裝置

高密度電法是由常規直流電法發展來的，其儀器一般是由普通直流電測量儀（電測儀）和電極轉換開關組成。其中電測儀用于觀測測量電極M，N間電位差？駐u和供電電極A，B回路中電流強度IAB。電測儀結構示意如圖1。

陣列思想就是在勘探測量時同時把全部電極（幾十至上百根）置于測線上，然后利用轉換開關按設定好的順序切換電極。

根據供電電極A、B和測量電極M、N四個電極的不同排列方式和極距大小，可以分為多種測量排列裝置，例如本程序中演示的α裝置（AMNB）、β裝置（ABMN）、γ裝置（AMBN）。

（1）α排列（溫納裝置AMNB）

適用于固定斷面掃描測量，電極是依A、M、N、B的順序等間距排列的，即AM=MN=NB。其中供電極A、B連接供電線，測量電極M、N連接測量線。相鄰電極的間距最小為一個電極極距，并隨測量深度的增大而增大。同一深度上的測點構成一個剖面，多個剖面構成一個斷面。

（2）β排列（偶極-偶極裝置ABMN）

適用于固定斷面掃描測量，電極是依A、B、M、N的順序等間距排列的，即AB=BM=MN。其中供電極A、B連接供電線，測量電極M、N連接測量線。相鄰電極的間距最小為一個電極極距，并隨測量深度的增大而增大。同一深度上的測點構成一個剖面，多個剖面構成一個斷面。

（3）γ排列（微分裝置AMBN）

適用于固定斷面掃描測量，電極是依A、M、B、N的順序等間距排列的，即AM=MB=BN。其中供電極A、B連接供電線，測量電極M、N連接測量線。相鄰電極的間距最小為一個電極極距，并隨測量深度的增大而增大。同一深度上的測點構成一個剖面，多個剖面構成一個斷面。

3 程序開發架構

根據要求，所開發的程序應該具有如下的功能特點：

（1）能夠讀入實驗采集到的數據，并通過對數據結構的設計編排，使實驗數據得到處理保存。

（2）能夠自由切換高密度電法裝置類型，并以動態可視化的方式，演示出整個裝置的工作原理。

（3）能夠動態的繪制出各深度剖面上的視電阻率曲線。

（4）在演示過程中，能夠暫停演示的進行，同時可以對演示速度進行調整。

4 程序成果演示

運行程序進入主界面，在窗口中初始化好地面測線、電極排列以及曲線顯示區域。點擊工具欄上的按鈕調用不同的功能控制程序演示：

選擇完裝置類型后，程序演示開始，初始化的演示速度比較慢，在需要時可以使用變速按鈕使演示變快；當需要停止演示時，點擊暫停按鈕即可。程序演示完畢，根據視電阻率區圖的走勢說明地下異常體是為低阻體，可能是球體，點擊出現按鈕，使窗口中出現低阻球體的示意圖。

以上完成了程序設計的、所要求的功能目的，并較好的完成了計劃中的要求與任務。

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