微观地球物理-树干探测
Microgeophysics——Trunk detection
学院（部）地球与环境学院专业班级： 地质工程07级3班 学生姓名： 欧阳凯 指导教师： 张平松教授
2011 年 6 月 5 日
安徽理工大学毕业论文
摘要
微观地球物理是一正处酝酿阶段，以微观物理学为基础，以地球内部及地质体和岩
石物理特性为研究对象，以理论、实验、数值和计算机模拟为手段的新兴学科。精细、微观探测在对物体的微小结构的观察中具有重要的意义。此次的树干探测是以网络并行电法作为勘探手段，通过对网络并行电法的技术原理、数据采集方式、数据处理与分析的了解，根据树干电阻率差异对树干内部的结构进行探测。本次试验共完成了四个截面的探测，通过对采集的数据处理分析后的结果显示，树干电性断面的高低阻值特征明显，并且高阻区与树干空洞的实际位置有一定的对应性。同时论文还对分析结果与实际情况存在的差异进行了适量分析。
关键词:微观地球物理，树干，网络并行电法，电阻率
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Abstract
Microgeophysics is a new branch of the Earth sciences, which is deliberated on a basis of microphysics, aimed at studying, by means of theoretical, experimental, numerical and computer′s modeling，Fine and microscopic detection of small objects in the structure of the observation is of great significance .The trunk is the use of network parallel electrical detection method as the exploration of means, through the parallel power laws of network theory, data collection methods, data processing and analysis of the understanding, based on differences in the trunk of the tree resistivity structure of the internal probe. The experiments were completed four sections of the probe, through the analysis of the collected data showed that after treatment, trunk cross-section of electrical characteristics of high and low resistance significantly, and high resistance areas and the actual location of hollow tree trunks have some correspondence . Same paper also analyzes the existing differences between the actual amount of analysis carried out.
KEYWORDS: Microgeophysics, trunk, network parallel electrical resistivity，resistivity
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目录
摘要..............................................................................................................I ABSTRACT...............................................................................................II 1 概述.......................................................................................................1
1.1 研究的意义....................................................................................................................1 1.2 研究现状........................................................................................................................1 1.3 研究内容........................................................................................................................2 1.4 研究方法和手段............................................................................................................2 1.5 研究线路........................................................................................................................4
2 技术原理...............................................................................................7
2.1 微观地球物理技术原理................................................................................................7 2.1.1 单点电源场（AM法）工作方式.........................................................................8 2.1.2 异性电源场（ABM法）工作方式.......................................................................9 2.1.3 网络井行电法硬件系统.......................................................................................10 2.2 数据获取......................................................................................................................12 2.2.1 数据开始采集的理论依据...................................................................................12 2.2.2 数据采集流程.......................................................................................................13 2.3 数据处理......................................................................................................................14
3 实例.....................................................................................................16
3.1 试验场地......................................................................................................................16 3.2 测线布置......................................................................................................................18 3.3 数据采集......................................................................................................................20 3.3.1 仪器设备...............................................................................................................20 3.3.2 现场布置...............................................................................................................20 3.3.3 采集数据...............................................................................................................20 3.4 数据处理......................................................................................................................21 3.4.1 数据处理的流程...................................................................................................21 3.4.2 数据处理...............................................................................................................21 3.5 处理结果分析..............................................................................................................23
4 结论.....................................................................................................25 5 参考文献.............................................................................................26 6 谢辞.....................................................................................................28
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1 概述
1.1 研究的意义
微观地球物理是一正处酝酿阶段,以微观物理学为基础,以地球内部及地质体和岩石物理特性为研究对象,以理论、实验、数值和计算机模拟为手段的新兴学科。精细、微观探测在对物体的微小结构的观察中具有重要的意义。应用微观地球物理技术对物体进行探测可以保证在不损坏物体的前提下获取其内部的结构信息。这为当前的古文物或者其他贵重物品的检测与保护提供了一个很好的借鉴方法。通过此次的试验研究还可以了解微观地球物理技术的技术原理、数据采集方式、数据处理流程、数据结果分析等，这对以后的工作或研究具有很大的帮助。 1.2 研究现状
微观地球物理作为地球内部物理和演化的几个核心问题之一，在国内设计这方面的研究学者和相关的文献资料极其有限。由于其研究内容涉及地球内部受多种微物理机制所制约的岩石圈和地幔流变，岩石动力摩擦与地壳脆-塑性转换，地震和断裂力学问题，流体-岩石相互作用，声发射/微震活动与声波/超声波理论和地质应用等，这使得微观地球物理的研究范围显得过于广泛而又不是相当的明确。此外关于地球内部的认识存在相当的不确定性，有些问题如板块和地幔涌运动，以致微破裂和断层滑移运动等都可能涉及随机和无序理论的应用，这就需要研究人员具有多方面的专业知识和理论基础。
除了在地球物理学中的应用外，在植物学中，近年来也出现了把高密度电阻率成像法运用于树木内部电阻率监测的尝试，并取得了一定的效果。树木体内含有一定量的无机矿物成分，因而具有一定的导电性。通过在生长中的树木上圆形布置一周电极，分析了树干内部电阻率的变化过程，认为水分在树干中的输运过程中存在优势通道，在树干拐角位置结构疏松，更利于水分的输运。但是，所得的结果并没有结合树干电阻率图像作进一步的综合分析。通过在树干上布置一圈电极，并利用一个二维迭代有限元反演算法进行反演，对树干截面的电阻率进行了二维成像分析，观察到树干截面电阻率分布具有一系列同心圆形的结构和电阻率从核部沿径向向外有递减的趋势。但遗憾的是，此前的研究并没有对树干电阻率在三维空间上的分布特征和时间变化过程作进一步的分析。为此，作为对此前研究工作的扩充,本文运用网络并行电法对树干的内部结构状况进行了分析，以便为更好的理解树木的内部结构和生长状态提供科学的依据。
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1.3 研究内容
针对微观地球物理的特点，结合目前树干探测实验所选择的探测方法和手段。具体的研究内容如下：
（1）通过对电法勘探历史和现状的了解，熟悉并对比目前主要的各种电法勘探手段，对各种勘探手段的原理和运用方向有一定的了解。在结合树干探测的特点选择一种最合适的物理勘探方法对树干进行探测。
（2）运用物理勘探方法对树干进行探测，根据成像的结果分析树干的生长情况，确定树干的年轮，树干是否存在空洞，空洞的大小和位置。将分析得出的结果与树干的实际情况进行对比，验证研究成果的可行性和准确性。并对试验中存在的不足提出建议。 1.4 研究方法和手段
众所周知，电法是应用地球物理学中方法种类最多、应用面最广、适应性最强的一门分支学科。实践证明，它在深部构造、固体矿产、能源和水文、工程、环境等各地质领域的勘测调查中，已经和正在发挥着重要作用。80年代以来，随着经济建设的迅猛发展和科学技术的不断进步，和其它地球物理方法一样，电法在方法理论和方法技术等方面都得到了很大提高，取得了许多理论和应用重要成果。
电法勘探的方法，按场源性质可分为人工场法（主动源法）、天然场法（被动源法）；按观测空间可分为航空电法、地面电法、地下电法；按电磁场的时间特性可分为直流电法（时间域电法）、交流电法（频率域电法）、过渡过程法（脉冲瞬变场法） ； 按产生异常电磁场的原因可分为传导类电法、感应类电法 ； 按观测内容可分为纯异常场法、总合场法等。中国常用的电法勘探方法有电阻率法、充电法、激发极化法、自然电场法、大地电磁测深法和电磁感应法等。下面对常用和发展较快的几种主要方法以及主要特点作扼要介绍。 （1）高密度电法
高密度电法实际上是集中了电剖面法和电测深法，其原理与普通电阻率法相同，所不同的是在观测中设置了高密度的观测点，是一种阵列勘探方法。关于阵列电法勘探的思想源于20世纪70年代末期，英国人设计的电测深偏置系统就是高密度电法的最初模式，20世纪80年代中期日本借助电极转换板实现了野外高密度电法的数据采集。我国是从20世纪末期开始研究高密度电法及其应用技术，从理论方法和实际应用的角度进行了探讨并完善，现有中国地质大学、原长春地质学院、重庆的有关仪器厂家研制成了几种类型的仪器。高密度电法野外测量时将全部电极（几十至上百根）置于剖面上，利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现剖面中不同电极距、不同电极排列方式
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的数据快速自动采集。与常规电阻率法相比，高密度电法具有以下优点：1.电极布置一次性完成，不仅减少了因电极设置引起的故障和干扰，并且提高了效率；2.能够选用多种电极排列方式进行测量，可以获得丰富的有关地电断面的信息；3.野外数据采集实现了自动化或半自动化，提高了数据采集速度，避免了手工误操作。此外，随着地球物理反演方法的发展，高密度电法资料的电阻率成像技术也从一维和二维发展到三维，极大地提高了地电资料的解释精度。 （2）激发激化法
在电法勘探中，当电极排列向大地供入或切断电流的瞬间，在测量电极之间总能观测到随时间缓慢变化的附加电场,称为激发极化效应。激发极化法(或激电法)就是以岩、矿石激发极化效应的差异为基础来解决地质问题的一类勘探方法。激电法是20世纪50年代末在我国开始研究和推广的,早期是以直流(时间域)激电法为主,20世纪70年代初开始研究交流(频率域)激电法—主要是变频法，20世纪80年代初又开始对频谱激电法进行研究，也就是研究复视电阻率随频率的变化—即复视电阻率的频谱。由于该方法测量的是二次场，具有不受地形起伏和围岩电性不均匀的影响、可测量的参数多等优点。 （3）可控源音频大地电磁法(CSAMT)
可控源音频大地电磁法是在大地电磁法(MT)和音频大地电磁法(AMT)基础上发展起来的一种可控源频率测深方法。CSAMT是1975年由Myron Goldstein提出，它基于电磁波传播理论和麦克斯韦方程组建立了视电阻率和电场与磁场比值之间的关系，并且根据电磁波的趋肤效应理论得出电磁波的传播深度(或探测深度)与频率之间的关系，这样可以通过改变发射频率来改变探测深度，达到频率测深的目的。目前，已商业化的CSAMT仪器是由加拿大凤凰公司与美国宗基公司研制的。
CSAMT采用可控制人工场源，测量由电偶极源传送到地下的电磁场分量，两个电极电源的距离为1～2km，测量是在距离场源5～10km以外的范围进行，此时场源可以近似为一个平面波。由于该方法的探测深度较大(通常可达2km)，并且兼有剖面和测深双重性质，因此具有诸多优点：第一，使用可控制的人工场源，测量参数为电场与磁场之比—卡尼亚电阻率，增强了抗干扰能力，并减少地形的影响。第二，利用改变频率而非改变几何尺寸进行不同深度的电测深，提高了工作效率，一次发射可同时完成7个点的电磁测深。第三，探测深度范围大，一般可达1～2km。第四，横向分辨率高，可以灵敏地发现断层。第五，高阻屏蔽作用小，可以穿透高阻层。与MT和AMT法相同，CSAMT法也受静态效应和近场效应的影响，可以通过多种静态校正方法来消除“静态效应”的影响。 （4）地质雷达(GPR)
地质雷达与探空雷达技术相似，是利用宽带高频时域电磁脉冲波的反射探测目标体，只是频率相对较低，用于解决地质问题，又称“探地雷达”。将雷达技术用于探地，早在1910年就已经提出，在随后的60年中该方法多限于对波吸收很弱的盐、冰等介质
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中。直到20世纪70年代以后，地质雷达才得到迅速推广应用。我国地质雷达仪器的研制始于20世纪70年代初期，由多家高校和研究机构进行仪器研制和野外试验工作。但是由于种种原因，研究成果至今未能用于实际。目前，国内使用的地质雷达仪器都是引进的，能够提供商用地质雷达技术的有美国、加拿大、瑞典、俄罗斯等国家。地质雷达是由地面的发射天线将电磁波送入地下，经地下目标体反射被地面接收天线所接收，通过分析接收到电磁波的时频、振幅特性，可以评价地质体的展布形态和性质。由于雷达穿透深度与发射的电磁波频率有关,使其穿透深度有限，但分辨率很高，可达0.05米以下。早期，地质雷达只能探测几米内的目标体，应用范围比较狭窄。此外，地质雷达与地震反射法原理相似，一些地震资料处理解释方法可以借用。目前，地质雷达探测深度最大可达100m，使之成为水文和工程地质勘察中最有效的地球物理方法。
地质雷达因具有分辨率高，成果解释可靠的特点，在浅层地质勘探中，有着非常广泛的应用。
（5）瞬变电磁法(TEM)
瞬变电磁法是利用不接地或接地线源向地下发送一次场，在一次场的间歇期间，测量由地质体产生的感应电磁场随时间的变化。根据二次场的衰减曲线特征，就可以判断地下不同深度地质体的电性特征及规模大小等。由于该方法是观测纯二次场，消除了由一次场所产生的装置偶合噪音，具有体积效应小、横向分辨率高、探测深度深、对低阻反映灵敏、与探测地质体有最佳偶合、受旁侧地质体影响小等优点。
电法勘探技术发展历程主要为：常规电法（电测深法、电剖面法）一高密度电法一网络并行电法。电测深法主要是观测测点上下方垂直方向上的电阻率变化情况，而电剖面法主要是观测某一深度水平方向上的电阻率变化情况。高密度电阻率法是集测深和剖面法于一体的一种多装置、多极距的组合方法，它具有一次布极即可进行多装置数据采集以及通过求取比值参数而能突出异常信息的特点。网络并行电法是基于安徽理工大学刘盛东教授的专利技术“分布式并行智能电极电位差信号采集方法”发展起来的，实现了电法数据的拟地震采集，支持任意多通道的电法数据采集，是电法勘探技术的一大进步。
通过对各种电法的对比再结合树干探测的特点和特殊性可选择网络并行电法作为此项实验的探测手段。 1.5 研究路线
首先，收集有关微观地球物理和当前主要的物理勘探方法的资料。在了解此次树干探测试验的特点和要求后，通过对比各种勘探方法的原理和应用方向选择一种合适的勘探手段。对选定的勘探方法的原理、数据采集方式、采集流程、数据处理分析等进行了
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解。
其次，进行场地现场考察，选出合适的试验场地，试验对象。并准备好实验所需的仪器。
最后，进行试验，场地布置，采集数据，处理数据，数据成图并分析，研究路线如图1-1所示。
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资料收集并了解试验研究现状 树干探测理论和特点 物理勘探方法直流电法勘探网络并行电法技术 原理 数据 采集 数据 处理 现场试验探测 视电阻率反演 成图 试验结果分析
图1-1 研究路线图
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2 技术原理
2.1 微观地球物理技术原理
直流电法仪器大都采用高密度电法技术进行数据采集，所谓高密度电法就是一种阵列式勘探方法，是多种排列的常规电阻率法与资料自动反演处理相结合的综合方法。纵观20世纪末电法勘探的发展态势，从理论、方法、野外仪器、观测系统都呈现一种拟地震采集处理的趋势。网络并行电法仪器的数据采集方式采用的是一种拟地震的采集方式，电法勘探的信号产生主要是通过供电电极AB向大地供电，而地震勘探主要是单点激震，针对这种情况，网络并行电法仪器主要采用两种单极供电（AM法）与偶极子供电（ABM法）这两种方式来进行数据采集与处理。
网络并行电法勘探建立在高密度电法勘探设备的基础上，它不但能完成传统电法的各种测量方法，而且能极大的提高野外勘探的效率与采集海量数据。网络并行电法仪的起点是传统和高密度电法勘探，并行、海量、高效数据采集与处理是该系统的核心。一般的高密度电法仪是在传统电法仪的基础上加上了单片机电极转换控制系统，通过多芯电缆与电极的连接来构成，整套系统只有一个A/D转换器，导致其只能串行采样，要实行并行采样就必须使每一电极都配备A/D转换器，而能自动采样的电极相当于智能电极，智能电极通过网络协议与主机保持实时联系，在接受供电状态命令时电极采样部分断开，让电极处于供电状态，否则一直工作在电压采样状态，并通过通讯线实时地将测量数据送回主机。
通过供电与测量的时序关系对自然场、一次场、二次场电压数据图2-1及电流数据自动采样，采样过程没有空闲电极出现。智能电极与网络系统结合，实现了网络并行电法勘探，完全地震勘探的数据采集功能，从而大大降低了电法数据的采集成本。
图2-1 单个电极采集的点位时间顺序
网络并行电法仪器的数据采集方式采用的是一种拟地震的采集方式，可支持任意多通道同时采集电场数据。由于在实际应用中，电法勘探的信号产生主要是通过供电电极向大地供电，而地震勘探主要是单点激震，针对这种情况，网络并行电法仪器主要采用
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单点电源场与异性点电源场这两种方式来进行数据采集与处理。 2.1.1 单点电源场（AM法）工作方式
在勘探区将电极布置在测线上，电极数为n，供电电极A位于测线上，供电电极B置于无穷远如图2-2所示。通过网络并行电法采集系统，一次测量可实现高密度电法勘探中的温纳二极法、温纳三极A、温纳三极B如图2-3所示为单点电源场中电位分布图；可实现电阻率剖面法中的二极装置、三极装置、联合剖面装置；可实现电阻率测深法的三极电测深。
图2-2 AM法工作方式原理图
图2-3 AM法电压观测分布图
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2.1.2 异性电源场（ABM法）工作方式
在勘探区将电极布置在测线上，供电电极A和B位于测线如图2-4所示。通过网络并行电法采集系统，一次测量可实现高密度电法勘探中的各类四极装置如图2-5所示异性电源场中电位分布图，大大提高的采集效率，减小了采集系统误差。
图2-4 ABM工作方式原理图
图2-5 异性点电源场观测电位分布图
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2.1.3 网络井行电法硬件系统
网络并行电法勘探监测系统(图2-6)是安徽理工大学与江苏东华测试有限公司联合研制开发的电法勘探监测类产品，采用“分布式并行智能电极电位差信号采集方法和系统”国家发明专利技术与网络系统集成技术构建，安徽理工大学为该系统提供技术指导并监制。该系统特别适合于进行地面三维电法勘探、地下环境与地质灾害变化监测、矿井巷道全空间三维电法勘探、矿井水文地质条件勘探、地下水动态监测、煤层开采覆岩变形破坏监测、矿井瓦斯抽放过程电性变化监测等方面的研究工作
图2-6 网络并行电法仪器外观
由于网络并行电法技术是一种实时全电场观测技术，是在高密度电法技术之上的最新一代电法数据采集与处理技术，其特色是在供电的同时获得所有电极的自然电场、一次场、二次场的全部数据，将电阻率法和激电法合二为一，改变了目前电法勘探的采集模式，使其工作效率提高，压制噪声能力增强，同步完成高密度电法的多种装置数据采集;由于采用网络并行技术，在数据采集时具有同步性和瞬时性，使得到的电性图像瞬态真实，大大提高了视电阻率的时间分辨率，使电法监测成为现实。同时系统具有无人职守和远程控制功能，实现了全自动四维电法勘探功能。 1. 系统主要特点
（1）并行、同步、高效率全电场数据采集系统。 （2）远程控制、无人职守的自动监测系统。
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（3）信噪可视化数据波形文件，去噪能力强(图2-7所示)
（4）内置DSP芯片，大量数据处理在底层进行，提高了数据通讯、处理、可视化效率。 （5）实现四维电法数据的采集，可动态监测探测区域内的电阻率与激化率变化，便于
研究探测对象的电性变化规律。
（6）低功耗设计，高信噪比、小电压、大测深。
图2-7 数据采集与处理软件系统
2.主要技术指标
（1）通道数：n×16，48、64道、128道，可任选 （2）A/D转换：16位
（3）内置DSP：可完成多种数字信号处理功能 （4）测量电压范围：±10V； （5）测量电压精度：±0.3mV； （6）测量电流精度：±1.5μA； （7）最大发射电压：100V/200V/400V （8）最大发射电流：100mA/1A/2A （9）输入阻抗：>20MΩ
（10) 通讯方式：串口，远程控制接口 （11) 供电方波：多频率正方波、正负方波任选 3.其他
（1）仪器工作电压12V～18V，工作电流160～200mA
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（2）工作温度：-10oC～60oC （3）体积：310mm×160mm×35mm
（4）重量：2.5Kg（不同通道仪器略有区别）
（5）自动化程度高：自动启动、关机，采集数据时可脱离上位机独立工作 （6）仪器有过压过流保护能力 2.2 数据获取
2.2.1 数据开始采集的理论依据
电法勘探是借助于发现地下电性不均匀体来达到勘探目的的，而电性不均匀体的发现是靠它对已知电流场的影响程度，因此必须有足够强的电流通过不均匀体，我们才能借观测地面电场的变化，来发现不均匀体的存在。实践证明，即便是最理想的有利的地质条件下，在地面发现不均匀地质体的能力—勘探深度，都小于AB/2。在电法勘探中把勘探深度“AB/2”的数值称为理想勘探深度。换言之，如果我们要勘探埋藏深度为H的地质体，那么采用的供电装置AB/2应大于H。
由于电流在地下半空间的分布是有限的（指对我们有勘探意义的电流分布范围），且大都集中于A、B连线附近（深度和水平方向），在远离AB线的地方电流密度很小。在这个有效范围内，有地质体存在，电场会发生明显的变化，因而地质体会被我们发现；在这个有效范围之外，地下地质体的存在不能使地面电场发生可以为我们观测到的变化，因此就无法发现这些地质体。我们通常把这个有效范围称为勘探体积。
图2-8 勘探体积示意图
通常把宽、高等于AB/2，长为AB的长方体图2-8所示定为勘探体积（exploration bulk），也就是说，在这个勘探体积范围内集中了供电电流的绝大部分，而在这个范围之外，则电流密度很小。
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2.2.2 数据采集流程
（1）连接观测系统和控制系统，启动仪器和观测设备。 （2）设置工作方式，远程观测或近程观测。
（3）设置采集参数，采样时间、采样间隔、电极范围、采样方式（AM或ABM）。 （4）检查各电极耦合、N极、B极接地情况。
（5）数据采集开始，数据采集结束后，读取数据并保存相应的文件。
（6）利用软件打开所采集数据，查看数据是否数据有效，数据有效采集结束，否则分
析原因重复上述过程如图2-9。
开始 连接控制系统与采集系统 设置工作方式（近程或远程）设置采样参数检查系统 检查问题 数据采集 结束 图2-9 数据采集流程图
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2.3 数据处理
由于电阻率数据采集方式和常规数据处理有一定的区别，因此在数据处理技术与流程上有独特的特点。数据处理利用的是自己编制的“电阻率数据解析系统”处理平台上进行，该系统为全Windows界面，人机交互方便，数据可视化方便直观。
(1) 井下数据主要采用AM装置形式，在数据上传结束后及时存储，针对不同的装置（AM或ABM）选择不同的处理模块。AM装置可以采用“二极法处理”“三极法处理”“自然电位”；ABM法数据选用“ABM法处理”。
(2) 控制参数有二次场延迟范围、数据类型（半空间、全空间）、深度系数，一般选择系统默认参数，也可以根据具体要求灵活选用。
(3) 测点坐标是指电极坐标（X，Y，Z），一般定义X为正方向，Y，Z坐标值为零。 (4) 在上述参数输入后进行电流值与电位值，在一个采样周期内对每个智能电极所采集到的N（数据采集设置采样时间与采样间隔的比值就是指N值）个电流电位值一般取均值（也可以取方差值）转换为二次电位。
(5) 在获得电流值与电位值后进行畸变值剔除，畸变值往往是由电极耦合条件的变化或存在较大游离电场干扰时所致。将明显不吻合规律的电流值和电位值剔。
(6) 经过上述处理后进入视电阻率计算模块。提取X（测线坐标值）、H（深度坐标值）、ρ（视电阻率值），利用成图软件成图，或提取其他参数利用相应软件进行处理得到。数据处理流程如图2-10所示。
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打开处理软件 AM,ABM数据 输入控制参数 输入测点坐标 电流、电位计算 畸变值校正 电阻率反演 视电阻率计算 成图 图2-10 数据处理流程图
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3 实例
3.1 试验场地
本次选取法国梧桐树干作为试验研究对象，法国梧桐是世界著名的优良庭荫树和行道树。适应性强，又耐修剪整形，是优良的行道树种，广泛应用于城市绿化，在园林中孤植于草坪或旷地，列植于甬道两旁，尤为雄伟壮观，又因其对多种有毒气体抗性较强，并能吸收有害气体，作为街坊、厂矿绿化颇为合适。果可入药。一种植物，原产法国。现在我国大部分城市都有这种树种作为城市道路两边的绿化，是一种很不错的品种，叶呈枫叶状但是较大一些、绿色，嫩时叶背面有白毛，树质韧性很强，树干每年蜕皮一次。 本次试验选取两棵树干进行勘探，实验地点如下：
（1）安徽理工大学校本部2#教学楼与化工院楼间小道，示意图和场地图见图3-1，3-2。
B 130cm N 图3-1 树干1 示意图 16
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图3-2 树干1场地图
1#教学楼北侧，示意图和场地图见图3-3，3-4。
上部断面1#电极mc31#电极2间断面中mc0111#电极下部断面mc37图3-3 树干2示意图
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（2）安徽理工大学
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图3-4 树干2场地图
3.2 测线布置
本次试验对选定的2棵树的四个截面进行探测，其中树干1探测的截面为一个，树干2探测的截面为3个。分别将树干1的截面，树干2的上部截面，中部截面和下部截面的测线布置设置为：测线1、测线2、测线3、测线4。
（1）测线1：树干表面观察不到此截面是否存在空洞，树干周长：160cm；电极间距：2.5cm；测线到地面距离：130cm；采集数据3组：am-1234，am-4321，abm-1234
（2）测线2：可以从树干表面观察到此处截面存在空洞，树干周长：145cm；电极间距：3cm；电极数量：48根；采集数据：am-1234，am-4321
（3）测线3：可以从树干表面观察到此处截面存在空洞，树干周长：145cm；电极间距：3cm；电极数量：48根；:采集数据：abm-1234，am-1234，am-4321
（4）测线4：树干表面观察不到此截面是否存在空洞，树干周长：145cm；电极间距：3cm；电极数量：48根；采集数据：am-1234，am-4321
各测线的截面电极布置图如下图3-5，图3-6，各测线参数见表3-1
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表3-1 测线参数 序号 测线1 测线2 测线3 测线4 日期 树干周长（cm） 160 145 电极道数 64 48 48 48 电极间距（cm） 2.5 3 3 3 采集方法及数据量 am-1234,am-4321,abm-1234am-1234,am-4321 abm-1234,am-1234,am-4321am-1234,am-4321 2011.5.12145 145 0.250.20.150.10.050-0.05-0.1-0.15-0.2-0.25-0.25-0.2-0.15-0.1-0.0500.050.10.150.20.25 图3-5 测线1 截面电极布置示意图
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图3-6 测线2 、3、4 截面电极布置示意图
3.3 数据采集 3.3.1 仪器设备
网络并行电法勘探系统（由安徽理工大学与江苏东华测试有限公司联合研制开发） 3.3.2 现场布置
1. 选定树干后用皮尺测量出树干截面的周长，被测量的界面要保持与树干的中心轴垂直，测量并记录树干截面的周长。
2. 根据周长确定选用的电极道数并计算电极距，用胶带将皮尺固定在树干截面上并用铅笔在树干上标记处每个电极的位置。
3. 将每个电极用锤子敲入标记的位置，注意敲入的深度既要能保证电极的导电性又不至于损坏树干，选定距离截面约1m处作为B极，树干与地面的交接处作为N极，将B极N极敲入树干。
4. 连接观测系统和控制系统，启动仪器和观测设备。 3.3.3 采集数据
1. 设置采集参数，采样时间、采样间隔、电极范围、采样方式（AM或ABM）。
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2. 检查各电极耦合、N极、B极接地情况。
3. 数据采集开始，数据采集结束后，读取数据并保存相应的文件。
4．利用软件打开所采集数据，查看数据是否数据有效，数据有效采集结束，否则分析原因重复上述过程。 3.4 数据处理 3.4.1 数据处理的流程
1. 数据主要采用AM和ABM装置形式，在数据上传结束后及时存储，针对不同的装置（AM或ABM）选择不同的处理模块。AM装置可以采用“二极法处理”“三极法处理”“自然电位”；ABM法数据选用“ABM法处理”。
2. 控制参数有二次场延迟范围、数据类型（半空间、全空间）、深度系数，一般选择系统默认参数，也可以根据具体要求灵活选用。
3．测点坐标是指电极坐标（X,Y,Z），一般定义X为正方向，Y,Z坐标值为零。 4．在上述参数输入后进行电流值与电位值，在一个采样周期内对每个智能电极所采集到的N（数据采集设置采样时间与采样间隔的比值就是指N值）个电流电位值一般取均值（也可以取方差值）转换为二次电位。
5. 在获得电流值与电位值后进行畸变值剔除，畸变值往往是由电极耦合条件的变化或存在较大游离电场干扰时所致。将明显不吻合规律的电流值和电位值剔除。
6. 经过上述处理后进入视电阻率计算模块。提取X（测线坐标值）、H（深度坐标值）、ρ（视电阻率值），利用成图软件成图，或提取其他参数利用相应软件进行处理得到。 3.4.2 数据处理
对于本次采集的数据首先用仪器配套软件系统进行解编，再用网络并行电法处理系统进行视电阻率反演。利用孔电位进行全空间电阻率反演，结果以电阻率成像图表示，反映树干内部情况。
反演结果成果采用Surfer软件成图，再利用Illustrator软件对视电阻率图进行电极布置图图的叠加，以进一步解释。各图中的色标以蓝色基调为低阻值，以红色为高阻值，采用统一色标。得到的树干各测线截面电阻率切片图如下图3-7，3-8，3-9，3-10所示。
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**树-视电阻率切片0.30.250.24200.153903600.13303000.052705.5511151231258E-017240210-0.05180150-0.112090-0.156030-0.20-0.25-0.3-0.3-0.155.5511151231258E-0170.150.3图3-7 测线1截面电阻率切片图 2001901801701601501401301201101009080706050403020100
图3-8 测线2截面电阻率切片图
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10050454035302520151050图3-9 测线3截面电阻率切片图 2001901801701601501401301201101009080706050403020100
图3-10 测线4截面电阻率切片图
3.5 处理结果分析
图3-7，3-8，3-9，3-10是网络并行电法获得的电阻率分布图，颜色深浅的差异也即对应着电阻率的差异。由于电阻率和含水率和树干成分之间具有密切的关系，高电阻率即表明水分含量相对较低或者空洞部分，低电阻率即表示含水量较高，导电性好。
1．对于图3-7,该截面距离地面130cm。观察其电阻率切片图可见在图片中心偏右下方有两出突出的，由内到外颜色分别为白，粉，红，橙，黄的区域，其中一个形状为椭圆形，另一个的区域延伸到了树干的表面。根据颜色比例与电阻率的关系可知，该区域为高电阻率异常区，所以推测这两个高电阻率异常区域存在空洞并且空洞与被测的截面的交汇区的形状与该区域的白粉红橙黄所构成的形状接近。对于延伸到树干表面的高电阻异常区，可以推测树干在此区域的树皮脱落或者受到腐蚀导致其含水量小，电阻率
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因此而升高。在图片中心的左上方和左下方还存在三个圆斑状异常区，颜色为橙和黄，不过相对右下方两个异常区该三个区域的电阻率明显较低，所以推测该三个异常区为含水量较少区域。
2．对于图3-8，观察其电阻率切片图可见在图片中心偏左上方有一处明显突出，由内到外颜色分别为红，黄，绿，蓝，并且颜色过渡均匀，该区域的形状接近菱形。与周围的蓝，紫区域相比该区域电阻率异常明显，所以推测该异常区域存在空洞。这与树干此截面存在空洞的实际情况相符合。另外在图片的边缘处存在数个斑点状高电阻率异常区，推测树干在该截面接近表面处树皮脱落导致水分运输受阻，含水量由此变小而表现为高电阻率异常。
3．对于图3-9，观察其电阻率切片图可见在图片的中心处有一明显突出，该区域颜色由内到外分别为红，黄，绿，该区域周边的颜色变化很不明显，基本为深蓝色。该图片总体的颜色变化间接的反映了树木内部结构的变化。可以看出，图中除了少数边缘异常区外图片颜色由内到外基本保持了一个稳定的变化趋势，也就表示树干内部的电阻率的变化也是大致如此，沿着径向电阻率由高到低。由颜色比例可知该高电阻率异常区存在空洞。这与树干在此截面存在空洞的实际情况相符合。
4．对于图3-10，观察其电阻率切片图可见在图片中心左方有一明显突出区域，该突出区域的形状为半圆形，颜色由内到外为红，橙，黄，并且红色占到区域面积的80%左右。由颜色比例可知该区域为高电阻率异常区，推测此处存在空洞。另外在图片的下方和右方边缘处各有两个异常突出，突出区域面积较小并且延伸到树干边缘处，颜色同样为红，橙，黄并以红色为主，推测该四个小高电阻率异常区为小型的空洞或者含水量低的区域。
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4 结论
通过在树干上做的直流电法勘探试验的实验研究，本文得到以下结论：
1．本次试验采用网络并行电法作为探测手段，网络并行电法仪具有采集数据效率高，数据采集方式简单，可进行多种参数分析等特点。
2. 本次试验对选定的2棵法国梧桐树干的4个截面进行了探测。测线1截面的高电阻异常区在电阻率切片图的右下方，测线2截面的高电阻异常区在电阻率切片图的左上方，测线3截面的高电阻异常区在电阻率切片图中心，测线4截面的高电阻异常区在电阻率切片图中心左方。并且每个截面周围都存在小型高电阻异常区。
3. 网络并行电法法所获取的电阻率分布图像切片基本上反映了树木截面的分布结构,并能较好的反映出截面上不同结构的电阻率变化。通过将所分析的结果与被勘探树干的实际情况进行对比可知两者大致吻合，说明该方法用于树干探测是有效的。
4. 由于本次所勘探的树干的内部构造特征在树干表面表现得不是很明显，这就无法将实验结果和实际情况进行很好的对比。建议选择表面有空洞的或者能从表面看到内部空洞的树干作为研究对象。
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6 谢辞
在毕业设计完成之际，我首先要感谢张平松教授的悉心指导。他渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，风趣幽默的人格魅力对我影响深远。对我论文中的关键部分给予及时指导与更正，使得论文顺利完成。我还要感谢林承灏，苏同鹏，于仲师兄在此次的试验中给予的指导和帮助。在此，谨向给我提供学习榜样的各位老师和学长表示崇高的敬意和衷心的感谢！
最后，本论文的顺利完成，离不开各位老师、同学和朋友的关心和帮助，在此，表示深深的谢意，祝愿他们日后工作顺利，事业有成！
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