用于水域的电法勘探测量电极的制作方法

本实用新型涉及岩土工程勘查技术，尤其涉及一种用于水域的电法勘探测量电极。

背景技术：

岩土工程勘察中，经常会遇到山间河流及河漫滩等深度较浅的水域(简称浅层水域)，采用电法仪对浅层水域进行勘探的过程中所使用的电极装置以及电极的布置，对浅层水域的数据采集至关重要。

现有技术在利用并行电法仪对浅层水域进行电法勘探时，通常在浅水区直接布置测量电极，即人工将测量电极逐个插入浅水区的地下介质(即浅水区底部的陆地)，然后通过电极的芯线将电极与电缆连接起来，进而通过电缆连接至并行电法仪。并行电法仪对测量电极进行供电，测量一定范围内的水域的电性数据。

但是，当水域的深度较深例如大于0.5m时，现有技术的测量电极在布置时需要借助外部的工具将测量电极插入到水域的地下介质，电极固定不方便，且电极布置效率低下。

技术实现要素：

本实用新型提供一种用于水域的电法勘探测量电极，用以解决在布置现有技术中的测量电极时，需要借助外部的工具将测量电极插入到水域的地下介质，电极固定不方便，且电极布置效率低下的技术问题。

第一方面，本实用新型提供一种用于水域的电法勘探测量电极，包括：电极、基座、导电夹持件和固定件，所述固定件的底部开设一固定槽；

所述导电夹持件的一端可拆卸的卡扣在所述固定槽中，所述导电夹持件的另一端通过所述基座与所述电极电连接；

所述导电夹持件用于夹持电缆上预设的电极位置处的金属件，以使所述金属件与所述导电夹持件电连接。

进一步地，所述基座为导电基座，且所述基座的重量与所述水域的水域条件相关，所述水域条件包括所述水域的深度和所述水域的宽度。

可选的，所述固定件还包括一穿设在所述固定件中的旋钮，所述旋钮的一端与设置在所述固定槽中的导电夹持件的一端抵接，所述旋钮的另一端延伸在所述固定件的外部；

所述旋钮，用于调节所述导电夹持件的夹持松紧度。

可选的，所述测量电极还包括第一挡板和第二挡板，所述第一挡板和所述第二挡板分别固定在所述固定件的底部的两侧，所述固定槽位于所述第一挡板和所述第二挡板之间。

进一步地，所述导电夹持件包括正对设置的第一导电簧片和第二导电簧片，所述第一导电簧片和所述第二导电簧片形成一夹持空间，用于夹持所述金属件；

所述第一导电簧片的一端和所述第二导电簧片的一端均可拆卸的卡扣在所述固定槽中，所述第一导电簧片的另一端和所述第二导电簧片的另一端均通过所述基座与所述电极电连接。

可选的，所述测量电极还包括：浮漂插座和浮漂，所述浮漂插座固定在所述固定件的顶部，所述浮漂与所述浮漂插座固定连接。

进一步地，所述浮漂为球形浮漂。

进一步地，所述浮漂与所述浮漂插座螺纹连接。

进一步地，所述电极与所述基座螺纹连接。

本实用新型提供的用于水域的电法勘探测量电极，包括：电极、基座、导电夹持件和底部开设一固定槽的固定件，该测量电极的导电夹持件与电缆上的电极位置处的金属件直接夹持固定，导电夹持件的一端可拆卸的卡扣在固定槽中，导电夹持件的另一端通过基座与电极电连接。该测量电极通过导电夹持件与电缆上的电极位置处的金属件直接夹持固定，然后将固定了测量电极的电缆直接下入水中，测量电极在基座的自重作用下向水底沉入，从而自动插入水下的地下介质中，进而完成测量电极的布置，其无需人工一个一个将测量电极手动插入水底的地下介质，并且在水域较深时，也无需借助外部工具布置测量电极，使得测量电极的布置更加便捷，大大节省了人力成本，提高了测量电极的布置效率。

附图说明

图1为本实用新型提供的用于水域的电法勘探测量电极实施例一的结构示意图；

图1a为本实用新型提供的电缆的结构示意图；

图2为本实用新型提供的并行电法探查系统的结构示意图；

图3为本实用新型提供的用于水域的电法勘探测量电极实施例二的结构示意图；

图4为本实用新型提供的沉入式测量电极观测系统布置结构图；

图5为本实用新型提供的用于水域的电法勘探测量电极实施例三的结构示意图；

图6为本实用新型提供的悬浮式测量电极观测系统布置结构图；

图7a为网格单元模型示意图；

图7b为平滑后的网格单元模型示意图。

附图标记：

10：电极；11：基座；12：导电夹持件；

13：固定件；14：固定槽；121：导电夹持件的一端；

122：导电夹持件的另一端；15：电缆；151：电极位置；

152：金属件；16：第一导电簧片；17：第二导电簧片；

161：第一导电簧片的一端；162：第一导电簧片的另一端；

171：第二导电簧片的一端；172：第二导电簧片的另一端；

18：旋钮；19：第一挡板；20：第二挡板；

21：浮漂插座；22：浮漂；23：浮漂接头。

具体实施方式

本实用新型提供的测量电极，可以用于对水域进行电法勘探时的数据采集。本实用新型所提供的测量电极所适用的水域可以是深度小于0.5m的水域，还可以是深度大于0.5m的水域，例如深度大于0.5m小于5m的水域，可选的，本实用新型提供的测量电极还可以适用于不同宽度的水域。需要说明的是，本实用新型中涉及的水域既包括水体也包括水底的地下介质。

本实用新型提供的测量电极，无需人工逐个将电极插入水底，也无需借助外部工具布置电极，大大提高了电极布置的效率，节省了电极布置的人力成本。该测量电极的具体结构可以参见下述实施例的描述。

图1为本实用新型提供的用于水域的电法勘探测量电极实施例一的结构示意图，图1a为本实用新型提供的电缆的结构示意图。如图1和图1a所示，该测量电极包括：电极10、基座11、导电夹持件12和固定件13，所述固定件13的底部开设一固定槽14；所述导电夹持件12的一端121可拆卸的卡扣在所述固定槽14中，所述导电夹持件12的另一端122通过所述基座11与所述电极10电连接；

所述导电夹持件12用于夹持电缆15上预设的电极位置151处的金属件152，以使所述金属件152与所述导电夹持件12电连接。

具体的，在介绍测量电极之前，先对并行电法探查系统进行介绍，参见图2所示，该并行电法探查系统包括计算机处理设备、并行电法仪、电缆15、与电缆15通过导电夹持件12固定连接的多个测量电极。其中，并行电法仪通过电缆15和测量电极对水域进行供电，获取该水域的电性数据，该电性数据具体包括供电回路的供电电流和测量回路的电压。并行电法仪在得到水域的电性数据之后，将该电性数据发送给计算机处理设备，计算机处理设备结合该电性数据进行相应的反演运算，得到该水域的电阻率剖面图。可选的，在反演时，计算机处理设备可以采用最小二乘法的算法，以提高反演的精度。最后，研发人员结合所获得的电阻率剖面图，同时依据地下介质的电性特征，以及前期的地质资料进行地质条件综合分析与判断，提供相应的水陆勘探剖面成果，为地下工程建设提供技术支撑。

如图1所示，上述测量电极自上而下包括固定件13、导电夹持件12、基座11和电极10，其中，固定件13的底部开设有固定槽14，该固定槽14可以为U形固定槽，还可以为具有开口的弧形固定槽，还可以为三角的固定槽，本实施例对固定槽14的形状并不做限定，只要该固定槽14能够卡扣住导电夹持件12的一端121即可。导电夹持件12为一夹持结构，该导电夹持件12用于夹持电缆15上预设的电极位置151处的金属件152，本实用新型中电缆15可以包括多个电极位置151，每一个电极位置151均具有一个金属件152，一个测量电极对应一个电极位置151，即一个导电夹持件12对应一个电极位置151，可以参见图1a示出的电缆结构示意图。结合图1和图1a，当该导电夹持件12夹持住该金属件152后，可以将该导电夹持件12的一端121卡扣在上述固定件13的固定槽14中，实现导电夹持件12与上述固定槽14的可拆卸固定连接，另外，上述导电夹持件12的另一端122通过基座11与基座11下部的电极10电连接。可选的，图1中所示的导电夹持件12的结构为一种示例，本实施例对导电夹持件12的结构并不做限定。

可选的，上述基座11可以为一导电基座，导电夹持件12的另一端122可以固定在到基座11上，电极10设置在基座11的底部，通过基座11的导电性实现导电夹持件12的另一端122与电极10的电性连接，可选的，该电极10可以与基座11螺纹连接；可选的，上述基座11也可以为一绝缘基座，该绝缘基座上可以开设供导电夹持件12的另一端122和电极10直接相连的通孔，从而实现导电夹持件12的另一端122与电极10的电性连接。本实用新型实施例中的基座11，具体为具有一定重量的基座，该重量能够带动测量电极向水域底部沉入，即该基座11的重量能够使得整个测量电极沉入水下介质中，进而实现测量电极的水下布置。

也就是说，在测量水域的电性数据时往往需要在水域中布置测量电极，本实用新型所提供的测量电极在布置时，仅需要将测量电极通过导电夹持件12与电缆15上的电极位置151处的金属件152直接夹持固定，然后将固定了测量电极的电缆15直接下入水中，测量电极在自身的自重作用下向水底沉入，从而自动插入水下的地下介质中，进而完成测量电极的布置。

现有技术中，测量电极与电缆之间的连接是通过芯线进行连接的，在布置该测量电极时，由于芯线容易受水流的影响、且测量电极与电缆并不是直接固定，因此其无法通过测量电极的自重自动沉入水域的地下介质中，其往往需要通过人工将测量电极逐一插入水域的低下介质，人力成本增加，并且在水深较深时，测量电极在布置时需要借助外部的工具将测量电极插入到水域的地下介质，电极固定不方便，且电极布置效率低下。但是，由上述描述的本实用新型的实施例可知，本实用新型中的测量电极通过导电夹持件12与电缆15上的电极位置151处的金属件152直接夹持固定，然后将固定了测量电极10的电缆15直接下入水中，测量电极在基座11的自重作用下向水底沉入，从而自动插入水下的地下介质中，进而完成测量电极的布置，其无需人工一个一个将测量电极手动插入水底的地下介质，并且在水域较深时，也无需借助外部工具布置测量电极，使得测量电极的布置更加便捷，大大节省了人力成本，提高了测量电极的布置效率。

本实用新型提供的用于水域的电法勘探测量电极，包括：电极、基座、导电夹持件和底部开设一固定槽的固定件，该测量电极的导电夹持件与电缆上的电极位置处的金属件直接夹持固定，导电夹持件的一端可拆卸的卡扣在固定槽中，导电夹持件的另一端通过基座与电极电连接。该测量电极通过导电夹持件与电缆上的电极位置处的金属件直接夹持固定，然后将固定了测量电极的电缆直接下入水中，测量电极在基座的自重作用下向水底沉入，从而自动插入水下的地下介质中，进而完成测量电极的布置，其无需人工一个一个将测量电极手动插入水底的地下介质，并且在水域较深时，也无需借助外部工具布置测量电极，使得测量电极的布置更加便捷，大大节省了人力成本，提高了测量电极的布置效率。

可选的，上述基座11可以为导电基座，该基座11的重量与勘探水域的水域条件相关，该水域条件包括水域的深度和水域的宽度。当水域的深度较深、宽度较大的时，可以选择重量较大的基座。可选的，本实用新型提供的测量电极，可以适用于对于水深5m以内、水域宽度350m左右的水域。

在上述实施例的基础上，图3为本实用新型提供的用于水域的电法勘探测量电极实施例二的结构示意图。如图3所示，所述导电夹持件12包括正对设置的第一导电簧片16和第二导电簧片17，所述第一导电簧片16和所述第二导电簧片17形成一夹持空间，用于夹持所述金属件152；所述第一导电簧片16的一端161和所述第二导电簧片17的一端171均可拆卸的卡扣在所述固定槽14中，所述第一导电簧片16的另一端162和所述第二导电簧片17的另一端172均通过所述基座11与所述电极10电连接。

具体的，该实施例中，导电夹持件12包括正对设置的第一导电簧片16和第二导电簧片17，该第一导电簧片16和第二导电簧片17形成一夹持空间，该夹持空间可以是图3所示的开口圆形空间，还可以是其他形状的空间，只要该夹持空间能够夹持住上述电缆15上电极位置151处的金属件152即可。可选的，本实施例对第一导电簧片16和第二导电簧片17的形状并不做限定，其可以为图3所示的内凹形簧片，还可以是内凹形、且内凹的一侧具有一个或者多个突起的簧片，该一个或者多个突起可以提高簧片与金属片的摩擦力，使得第一导电簧片16和第二导电簧片17与上述金属件152之间的夹持更加牢固。图3仅是一种示例，本实施例对此并不做限定。

当第一导电簧片16与第二导电簧片17夹持住电缆15上的金属件152之后，将该第一导电簧片16的一端161和第二导电簧片17的一端171同时卡扣进上述固定件13的固定槽14中，实现测量电极与电缆15的固定连接。

可选的，继续参见图3所示，上述固定件13还可以包括一穿设在所述固定件13中的旋钮18，所述旋钮18的一端与设置在所述固定槽14中的导电夹持件12的一端121抵接，所述旋钮18的另一端延伸在所述固定件13的外部；所述旋钮18，用于调节所述导电夹持件12的夹持松紧度。

具体的，该旋钮18的一端穿设在固定件13中，并与设置在固定件13的固定槽14中的导电夹持件12的一端121抵接(即与图3中的第二导电簧片17的一端171抵接，当然，还可以与图3中的第一导电簧片16的一端161连接，图3中旋钮18的位置仅是一种示例；可选的，该旋钮18可以为2个，分别与第一导电簧片16的一端161和第二导电簧片17的一端171抵接)，该旋钮18的另一端延伸在固定件13的外部，当旋紧该旋钮18时，按照图3所示的方向，旋钮18朝向固定件13内部的方向运动(即朝左运动)，挤压固定槽14中的导电夹持件12的，使得第一导电簧片16和第二导电簧片17相向靠拢，缩小二者之间所形成的夹持空间，进而使得第一导电簧片16和第二导电簧片17对电缆15上电极位置151处的金属件152的夹持更加紧密。当然，还可以将上述旋钮18旋松，调节上述第一导电簧片16和第二导电簧片17对上述电缆15的电极位置151处的金属件152的夹持松紧度。即固定件13上旋钮18的设置，使得导电夹持件12对上述金属件152的夹持松紧度变的可调，使得该测量电极的导电夹持件12可以与不同型号的金属件实现夹持固定，从而使得测量电极可以与不同型号的电缆进行固定连接，提高了测量电极的适用性。

可选的，继续参见图3所示，上述测量电极还可以包括第一挡板19和第二挡板20，第一挡板19和所述第二挡板20分别固定在所述固定件13的底部的两侧，所述固定槽14位于所述第一挡板19和所述第二挡板20之间。这两个挡板的设置，可以在第一导电簧片16和第二导电簧片17因夹持电缆15上电极位置151处的金属件152产生形变时，为第一导电簧片16和第二导电簧片17提供支撑，避免第一导电簧片16和第二导电簧片17的形变量过大，造成夹持失效，即上述第一挡板19和第二挡板20提高了测量电极的可靠性。

本实用新型提供的用于水域的电法勘探测量电极，其导电夹持件包括正对设置的第一导电簧片和第二导电簧片，该第一导电簧片和所述第二导电簧片形成用于夹持上述金属件的夹持空间，当第一导电簧片与第二导电簧片夹持住电缆上的金属件之后，将该第一导电簧片的一端和第二导电簧片的一端同时卡扣进上述固定件的固定槽中，实现测量电极与电缆的固定连接，且固定方式简单；另外，通过在固定件上设置一用于调节测量电极的导电夹持件的夹持松紧度，使得该测量电极的导电夹持件可以与不同型号的金属件实现夹持固定，从而使得测量电极可以与不同型号的电缆进行固定连接，提高了测量电极的适用性；可选的，上述固定件的底部的两侧分别可以设置第一挡板和第二挡板，这两个挡板的设置，可以在第一导电簧片和第二导电簧片因夹持电缆上电极位置处的金属件产生形变时，为第一导电簧片和第二导电簧片提供支撑，避免第一导电簧片和第二导电簧片的形变量过大造成夹持失效，提高了测量电极的可靠性。

结合上述实施例的描述，上述所提供的测量电极均为沉入式测量电极，即上述的测量电极在布置时均会沉入水域的地下介质中，参见图4所示的沉入式测量电极观测系统布置结构图，图4中包含了32个测量电极，每个测量电极均沉入水下的地下介质中，并行电法仪通过电缆对测量电极进行供电，完成该部分水域中电性数据的采集。

为了更加方便勘探人员观测到测量电极的位置，下述图5所示的实施例还提供了一种悬浮式测量电极，该测量电极的一部分可以悬浮在水面上，以便于勘探人员获知电极的测量电极的分布位置。关于该悬浮式测量电极的具体描述，可以参见图5所示的实施例。

图5为本实用新型提供的用于水域的电法勘探测量电极实施例三的结构示意图。在上述实施例的基础上，进一步地，上述测量电极还可以包括浮漂插座21和浮漂22，所述浮漂插座21固定在所述固定件13的顶部，所述浮漂22与所述浮漂插座21固定连接。

具体的，上述浮漂22具有一浮漂接头23，该浮漂22通过浮漂接头23和浮漂插座21连接，可选的，其可以是螺纹连接，还可以是卡扣连接，本实施例对此并不做限定。可选的，上述浮漂22可以是任意形状的浮漂，例如可以是球形浮漂、矩形浮漂等。该浮漂插座21固定在上述固定件13的顶部，当浮漂22通过浮漂接头23和浮漂插座21连接后，测量电极就可以在该浮漂22的作用，浮漂22以下均沉入水中，浮漂22浮在水面上。参见图6所示的悬浮式测量电极观测系统布置结构图，图6中包含了32个测量电极，每个测量电极的浮漂以下部分均沉入水中，浮漂浮在水面上，并行电法仪通过电缆对测量电极进行供电，完成该部分水域中电性数据的采集。

需要说明的是，无论是上述沉入式测量电极，还是悬浮式测量电极，均需要根据勘探水域范围和勘探的精度，选择合适的电极间距进行并行电法探查。可选的，该电极间距的范围可以为0.5m-5m中的任一值，电极个数可以32、48、64中的任一值。由于测量电极的间距具体是由电缆上的预设的多个电极位置决定的，不同的电缆其各个电极位置之间的间距是不同的，因此在选择合适的电极间距时，实际上是选择不同类型的电缆。

另外，上述沉入式测量电极和悬浮式测量电极可以适用于不同的水域情况，例如，对于水底地形条件复杂或者起伏过大，或是水底为硬质岩石介质时，通常采用悬浮式测量电极，对于水底的地下介质为比较松散的泥土、或者地形条件较好的水域，可以采用沉入式测量电极。

本实用新型提供的用于水域的电法勘探测量电极，通过在固定件的顶部设置浮漂插座，并利用该浮漂插座和上述浮漂固定连接，使得测量电极的浮漂以下部分均沉入水中，浮漂浮在水面上，便于勘探人员获知电极的测量电极的分布位置，也进一步提高了测量电极对不同水底地形进行数据采集的适用性。

基于上述实施例中介绍的测量电极，并行电法仪可以利用上述测量电极获得当前勘探水域的电性数据，并将该电性数据发送给计算机处理设备，从而使得计算机处理设备基于该电性数据进行反演运算，得到该勘探水域的电阻率剖面图，具体过程可以包括下述的数据采集阶段和数据处理阶段。

数据采集阶段：在数据采集时，并行电法数据采集可采用三极装置：供电电极A位于测线上，供电电极B置于无穷远，通过该并行电法采集系统，一次测量可实现高密度电法勘探中的温纳三极A、温纳三极B的数据采集，可实现三极装置、联合剖面装置电阻率剖面，以及三极电测深等方法内容。可选的，还可以采用四极装置，即供电电极A和供电电极B均位于测线上，一次测量可实现高密度电法勘探中的各类四极装置，大大提高的数据采集效率，减小了采集系统的误差。可选的，在现场数据采集时，可以根据水域条件选择悬浮式测量电极完成一类数据采集，再选择沉入式测量电极再次进行另一类数据采集，然后结合两类数据形成的电阻率剖面图进行对比，分析地下介质异常的可靠性。

数据处理阶段：对于上述采集得到的水域的电性数据，并行电法仪将这些数传输给计算机设备进行处理。在常规处理的基础上，增加水域反演部分内容，其主要过程包括导入现场采集的供电电流和测量回路的电位数据录，输入水域表面或水域底部的测量电极的分布坐标，形成反演数据文件。然后根据测量电极的分布坐标以及测试深度建立网格单元模型(该网格单元模型可以表征水域的水下介质的分布结构)后，进行电阻率反演运算，获得探查水域地下介质的电阻率剖面。网格单元模型可以参见图7a所示，其中，一个网格单元代表水域的一个小区域，图7a中的横坐标代表该网格单元在横方向上的距离，纵坐标代表该网格单元所在的深度。

可选的，由于当前探测区水域既包括含水的区域也包含一些不含水的区域，因此，为了提高上述反演运算效率和反演精度，电阻率反演时可对上述网格模型单元中的网格单元进行初始值固定和平滑处理。其中初始值固定，是指对于探测区水域的电阻率值，当已知探测区水域的水体的电阻率时，可在反演参数中固定含水的区域对应的网格单元的电阻率值，即将这类网格单元的电阻率值固定为水体的电阻率，其可以减少反演中的运算开销，对于不含水的区域对应的网格单元，直接反演计算获得这类网格单元对应的电阻率值。

可选的，还可以对上述图7a得到的网格单元模型进行平滑处理，以减小反演误差，提高对地下介质的分辨能力。其中平滑处理时，需要定义好反演的水体目标层数，该水体目标层数与勘探水域的深度有关。并且，在平滑处理时，还可以结合探查区水域的水底地形起伏状态以及地层结构选择合适的模型层厚变形因子参数，以得到平滑效果较好的网格单元模型，例如参见图7b所示。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。