钻探是常用的地质探测方法,探测结果可靠直观。钻探有多种方式,有取芯探钻和非取芯探钻,或者探钻岩土力学参数检测。但是,钻探只能获得由点到线地质地层信息。直流电法勘探技术比较成熟,而钻探直观明了,如何把二者有机结合起来,把探测地质信息扩展到钻探孔周围的地质信息,是一个具有广泛应用前景的研究课题。针对以上研究目标,本文结合直流电法勘探和钻探两方面的优点,建立阵列电极法随钻探测系统,并通过电磁有限元仿真软件Maxwell分析,测量和计算不同地质的电阻率对以钻杆为A电极和钻孔周围参考B电极之间的电学参数影响和变化规律,来分析地层的二维及三维的地质构造和建模。阵列电极法采用钻杆作为A电极,在钻孔周围均匀布置多个参考B电极,可以采用单电极、四电极和八电极等多种工作模式。随着电极数的增加对探测地层信息的分辨率也相应地提高。随着钻杆进尺深度的增加,采取等深度间隔地测量AB电极之间的电流/电压参数。根据采集AB电极之间的电参数,计算岩土层的视电阻率变化信息,从而得到以钻孔周围从平面到立体的地质信息。阵列电极法随钻探测系统采用微控制器STM32F429为主控芯片完成系统的电极切换和数据采集。系统以H桥驱动输出正负高压电脉冲作为AB之间建立激励场,采用STM32F103微控制器控制参考B电极的切换。系统H桥驱动电路采用微控制器I/O口线驱动,输出的正反脉冲信号通过与门电路整形,由磁隔离驱动器件SI8233输出控制信号控制H桥的高压场效应管,建立正反交变电场。参考B电极的切换采用继电器完成,实现对不同方向电极的切换和接入。主控电路采用主从机工作模式,主机通过自定义的通信协议,发送切换命令,由ADS1274模数转换芯片分别采集AB电极之间的电流和电压和以及AB之间的MN电极探测电极间电压数据,把采集的相关数据保存在TF卡中,并通过无线传输的方式上传到平板电脑端上,并以文件格式进行保存和处理分析。数据采集的主控电路采用Wifi模块通信,通过对CC3200模块的SDK开发工具设计出了以SPI接口对主控芯片进行控制和数据交互,并实现上位机和主机之间的无线数据透传,可以实现快速的信息传输。在主控芯片上采用TR-thread的实时嵌入式操作系统进行程序设计,通过多线程模式,实现命令和数据的收发和解析。针对数据传输分别设计了主控电路和上位机之间的通信协议,主控电路和电极切换电路之间的通信协议,根据协议实现数据的可靠传输。上位机主控软件采用基于QML语言和C++的Qt应用程序开发框架进行程序设计。对探测系统的性能进行硬件和软件测试,实现了精确的AB电极之间和MN电极的电流和电压测量,达到了预期目标。系统在野外试验中,采集前期钻探过地层的数据信息,对数据进行视电阻率计算,采用克里金插值法绘制以钻杆为轴的探测体四个切面的地层的视电阻率图,可以很直观的观测到地质变化信息,测试结果与钻探地质编录资料基本一致。未来的工作,在探测方法上,可以增加极化率探测与视电阻率进行对比,实现更好探测效果,在数据分析和反演方面,可以建立三维地质立体图,使得探测结果更加直观和可靠。