基于VC++的高密度電阻率法工作原理演示程序開(kāi)發(fā)

趙博

摘 要：在地球物理專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)中，受限于靜態(tài)的課件講義形式，學(xué)習(xí)者理解方法原理存在相當(dāng)?shù)睦щy。所以設(shè)計(jì)良好的演示程序會(huì)給講授者及學(xué)習(xí)者帶來(lái)極大的便利。針對(duì)高密度電阻率法，本程序設(shè)計(jì)采用Visual C++ 6.0，對(duì)三種不同的（電極）排列，分別模擬仿真出系統(tǒng)動(dòng)態(tài)測(cè)量與電阻率曲線(xiàn)繪制的過(guò)程。

關(guān)鍵詞：高密度電阻率法；VC++；編程；演示程序

中圖分類(lèi)號(hào)：P631.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(kāi)發(fā)背景及意義

在資源勘探、工程監(jiān)理等地質(zhì)調(diào)查工作中，直流電阻率法已得到廣泛應(yīng)用。常規(guī)的直流電阻率法電極布設(shè)繁瑣，電極移動(dòng)頻繁，測(cè)量數(shù)據(jù)量大，這在一定程度上制約了測(cè)量效率和測(cè)量精度。鑒于這一背景，近幾年來(lái)，效率高，精度高，工作量小的高密度電阻率法以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)獲得了極大發(fā)展，并被廣泛地用于各類(lèi)地質(zhì)調(diào)查工作中。

從物理原理上看，高密度電阻率法與常規(guī)的電阻率法是一樣的。對(duì)于常規(guī)的電阻率法，需要用測(cè)電儀測(cè)得測(cè)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(duì)于高密度電阻率法而言，需要對(duì)測(cè)線(xiàn)上所有測(cè)點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)的傳統(tǒng)電法測(cè)量操作。并且，由于其本身具有的規(guī)模陣列的復(fù)雜特性，不同裝置下測(cè)量系統(tǒng)排列方式的不同而導(dǎo)致的測(cè)點(diǎn)測(cè)量順序的不同，單獨(dú)某點(diǎn)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(duì)于高密度電阻率法測(cè)量系統(tǒng)的運(yùn)作方式感到迷惑不已。

于是對(duì)于高密度電阻率法的學(xué)習(xí)者來(lái)說(shuō)，需要明確以下兩點(diǎn)：（1）各個(gè)測(cè)點(diǎn)上的視電阻率值是如何得到的；（2）對(duì)整個(gè)裝置系統(tǒng)而言，數(shù)據(jù)的測(cè)量順序又如何。這兩點(diǎn)尤其是第二點(diǎn)，涉及到相當(dāng)數(shù)量的數(shù)據(jù)，這就使得學(xué)習(xí)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(shù)動(dòng)態(tài)地將高密度電阻率法的工作過(guò)程演示出來(lái)，上述的困局就能得到很好解決，使學(xué)習(xí)者對(duì)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(rèn)識(shí)?；谝陨显颍帉?xiě)計(jì)算機(jī)程序，以實(shí)現(xiàn)高密度電阻率法動(dòng)態(tài)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(shí)際上是一種陣列勘探方法，是集測(cè)深和剖面法于一體的多裝置、多極距的組合方法。野外測(cè)量時(shí)只需將全部電極（例如本設(shè)計(jì)所做的實(shí)驗(yàn)中用到的60根電極）沿測(cè)線(xiàn)等距布置，接著利用程控電極轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及微機(jī)工程電測(cè)儀便可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速自動(dòng)采集。采集后將測(cè)量數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)，可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，并依據(jù)處理結(jié)果給出地電斷面的各項(xiàng)有用信息。顯然，高密度電阻率法勘探技術(shù)的運(yùn)用與發(fā)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(guān)的數(shù)據(jù)資料，于野外進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。采用以WDJD-3多功能數(shù)字直流激電儀為測(cè)控主機(jī)，同時(shí)配以WDZJ-3系列多路電極轉(zhuǎn)換器的高密度電阻率測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有存儲(chǔ)量大、測(cè)量準(zhǔn)確快速、操作方便等特點(diǎn)，并且可方便地與國(guó)內(nèi)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(shè)計(jì)所需的數(shù)據(jù)并不是通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)得到的電阻率值，而是高密度條件下各種裝置測(cè)點(diǎn)沿側(cè)線(xiàn)移動(dòng)時(shí)對(duì)應(yīng)的電極編號(hào)變化順序。通過(guò)對(duì)WDJD-3多功能數(shù)字直流激電儀進(jìn)行設(shè)置，模擬在野外的工作情形，記錄下所需的數(shù)據(jù)并編制成數(shù)據(jù)文件。

2.2 三種裝置

高密度電法是由常規(guī)直流電法發(fā)展來(lái)的，其儀器一般是由普通直流電測(cè)量?jī)x（電測(cè)儀）和電極轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)組成。其中電測(cè)儀用于觀測(cè)測(cè)量電極M，N間電位差？駐u和供電電極A，B回路中電流強(qiáng)度IAB。電測(cè)儀結(jié)構(gòu)示意如圖1。

陣列思想就是在勘探測(cè)量時(shí)同時(shí)把全部電極（幾十至上百根）置于測(cè)線(xiàn)上，然后利用轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)按設(shè)定好的順序切換電極。

根據(jù)供電電極A、B和測(cè)量電極M、N四個(gè)電極的不同排列方式和極距大小，可以分為多種測(cè)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(cè)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(xiàn)，測(cè)量電極M、N連接測(cè)量線(xiàn)。相鄰電極的間距最小為一個(gè)電極極距，并隨測(cè)量深度的增大而增大。同一深度上的測(cè)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)剖面，多個(gè)剖面構(gòu)成一個(gè)斷面。

（2）β排列（偶極-偶極裝置ABMN）

適用于固定斷面掃描測(cè)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(xiàn)，測(cè)量電極M、N連接測(cè)量線(xiàn)。相鄰電極的間距最小為一個(gè)電極極距，并隨測(cè)量深度的增大而增大。同一深度上的測(cè)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)剖面，多個(gè)剖面構(gòu)成一個(gè)斷面。

（3）γ排列（微分裝置AMBN）

適用于固定斷面掃描測(cè)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(xiàn)，測(cè)量電極M、N連接測(cè)量線(xiàn)。相鄰電極的間距最小為一個(gè)電極極距，并隨測(cè)量深度的增大而增大。同一深度上的測(cè)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)剖面，多個(gè)剖面構(gòu)成一個(gè)斷面。

3 程序開(kāi)發(fā)架構(gòu)

根據(jù)要求，所開(kāi)發(fā)的程序應(yīng)該具有如下的功能特點(diǎn)：

（1）能夠讀入實(shí)驗(yàn)采集到的數(shù)據(jù)，并通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)編排，使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到處理保存。

（2）能夠自由切換高密度電法裝置類(lèi)型，并以動(dòng)態(tài)可視化的方式，演示出整個(gè)裝置的工作原理。

（3）能夠動(dòng)態(tài)的繪制出各深度剖面上的視電阻率曲線(xiàn)。

（4）在演示過(guò)程中，能夠暫停演示的進(jìn)行，同時(shí)可以對(duì)演示速度進(jìn)行調(diào)整。

4 程序成果演示

運(yùn)行程序進(jìn)入主界面，在窗口中初始化好地面測(cè)線(xiàn)、電極排列以及曲線(xiàn)顯示區(qū)域。點(diǎn)擊工具欄上的按鈕調(diào)用不同的功能控制程序演示：

選擇完裝置類(lèi)型后，程序演示開(kāi)始，初始化的演示速度比較慢，在需要時(shí)可以使用變速按鈕使演示變快；當(dāng)需要停止演示時(shí)，點(diǎn)擊暫停按鈕即可。程序演示完畢，根據(jù)視電阻率區(qū)圖的走勢(shì)說(shuō)明地下異常體是為低阻體，可能是球體，點(diǎn)擊出現(xiàn)按鈕，使窗口中出現(xiàn)低阻球體的示意圖。

以上完成了程序設(shè)計(jì)的、所要求的功能目的，并較好的完成了計(jì)劃中的要求與任務(wù)。

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