CN101290357B - 基于小循环平面多极同步基点的地面自然电位数据采集处理方法 - Google Patents

Abstract

一种基于小循环平面多极同步基点的地面自然电位数据采集处理方法。该方法包括在工区附近选择地形平坦且人文干扰较小的位置布设一个基点，基点电极布设方法采用深层、浅层两个电极纵向排列；视工区情况将相邻两测线分为几段，在某一段形成几个小循环；在平面上布设普通测点电极，每个测点共布设5个电极；利用数字多道观测仪器同步观测5个电极的自然电位时间序列，利用基点的自然电位时间序列对普通测点的自然电位时间序列进行校正，每个普通测点的5个自然电位值可形成3个方向的梯度，并获得10个梯度值。从而可以有效降低或部分消除各种噪声干扰，获得可靠稳定的自然电场。

Description

基于小循环平面多极同步基点的地面自然电位数据采集处理方法

技术领域

本发明涉及地球物理勘探方法，具体为一种基于小循环平面多极同步基点的地面自然电位数据采集处理方法，是一种能够提高地面自然电位勘探精度及质量的数据采集处理方法。

背景技术

在自然条件下，无需向地下供电，地面两点间通常能观测到一定大小的电位差，这表明地下存在着天然电流场，简称自然电场。利用岩、矿石由于电化学作用在周围产生的自然电位进行找矿、填图、水文地质和油气勘探问题的一种被动源电法勘探方法-自然电位勘探。由于该方法无需供电，使用的仪器、设备轻便，因此生产效率较高。该方法首先在野外利用专用的仪器按照一定的方法进行资料的采集，在室内对野外采集的资料进行处理并对处理结果进行成图，最后利用有关图件及地质、物探资料进行分析、解释并提交可供下一步勘探或钻探的最终成果。

地面所观测的自然电场为叠加场，它主要由三部分组成：一是不随时间变化的‘稳定场’，它包括：(1)与区域地质构造背景有关的区域背景电场；(2)由于地形起伏引起的山地电场；(3)由于油气微渗漏形成的局部电场(油气藏的检测标志)；二是随时间变化的‘动态场’，主要是工业电网、变电站等设备所引起的游散电流；三是随机干扰噪声。

自然电位的油气勘探，不论是野外采集还是室内处理解释应采取合适的方法技术，压制、消除与油气微渗漏无关的自然电场的影响，提取、突出与油气有关的稳定的局部自然电场。

野外采集仪器利用高精度数字多道直流电法仪，仪器主要技术指标为：观测精度高(0.1mV)、多道(道数最大可达16道)、高密度采样(采样间隔最小1s)。电极极差小于±2mV的专用不极化电极。

在记录时间内，每个测点可获得一个时间序列的数据，如观测时间10分钟，2s采样，则每个测点可获得个300数据点，对该数据序列进行分析，剔除随机干扰后对数据进行叠加，最后可得到该点的一个观测数据，显然利用这种数字仪器明显提高了采集资料的精度、可靠性和抗干扰能力，也为本发明观测方法的实施奠定了基础。

自然电位法的观测方法有三种：(1)电位观测法(2)电位梯度观测法(3)追索等电位法。一般做法是采用两极观测法进行电位法或电位梯度法数据采集，对于面积性的勘探，通过布设一条基线来控制测区电位的一致性(傅良魁，《应用地球物理教程-电法 放射性 地热》，地质出版社，1991；《自然电场法技术规程》，DZ/T0081-1993，中华人民共和国地质矿产部)。

中国专利申请ZA200410009749.9，授权了一种地面磁法勘探观测方法，在普通测线观测前，增加实施高质量的切割控制线的观测，能够提高地面磁法勘探精度及质量，这种观测方法适合地面磁法勘探的现有仪器。但是，对于自然电位勘探来说，仪器及野外勘探的影响因素要多于磁法勘探，因此，必须采用更为苛刻的野外采集方法以保障数据采集质量。中国专利申请CN201035158Y公开了一种自然电位测量装置。这是一种井下测量自然电位的一种仪器。中国专利申请CN1794013A公开了高分辨率静自然电位测井仪及其测量方法，这是一种井下测量自然电位的一种仪器及其测量方法，上述两个专利均是利用电缆将电极放到井下进行观测，每个深度点获得一个自然电位值，这样在深度方向上获得一系列自然电位值；井下与地面上进行自然电位的观测方法有质上的区别。中国专利申请CN101000379A公开了一种用金属电极进行高密度探测极化率的方法及装置，利用人工源测量极化率，通过一对电极向下供电，另外一对电极进行接收，与本专利不仅场源不同，观测对象也不同。中国专利申请CN1532560A公开了自然电位多极环路梯度观测方法，沿测线方向布置一个多级电极坑排列，共8个电极，实际上观测时只利用4个电极，另外4个电极用于检测电极。只沿测线方向进行观测，没有考虑基点问题以及观测的快速闭合以抑制随时间变化的自然电场及电极极差的变化，另外，每一对电极之间只随机测量一个数值，容易受随机干扰的影响。

上述观测方法往往观测重复性差，极差的漂移难以控制，未记录随时间变化的影响，只观测了沿测线方向的梯度，资料采集时无法实时监控，资料的质量无法保证。最终影响了室内的处理解释，造成了自然电位异常的真假难辨。

发明内容

为了解决上面背景技术中存在的问题，本发明提出一种基于小循环平面多极同步基点的地面自然电位数据采集处理方法。该基于小循环平面多极同步基点的地面自然电位数据采集处理方法主要宗旨是将同步基点、小循环、平面多极有机结合起来，并且对得到的采集数据进行校正，从而减少了游散电流、减少了电极极差的干扰，并且可以有效降低或部分消除地表各种噪声干扰而引起自然电场。

依据本发明，提供一种基于小循环平面多极同步基点的地面自然电位数据采集处理方法，该方法包括以下步骤：

(1)布设同步基点：在工区内或附近地形平坦并且远离工业电网、变电站设备的地方即不受外界电磁干扰的地方选择布设基点；采用深层电极b2、浅层电极b1纵向排列的方法布设基点电极；

(2)形成小循环：根据工区情况将相邻两测线分为2～30段，在任一段中形成几个小循环，也就是将相邻两测线的测点形成2～10个闭合回路；分段及分小循环的所依据的原则是为了在一个或几个小时内使观测尽快达到闭合；

(3)每个普通测点在平面上共布设5个电极，包含四个电极A、B、C、D与中心点电极即观测点电极O，其中四个电极与中心点电极O水平距离相距1m；

(4)在数据采集期间每天与普通测点同步地由电位测量仪器自动记录基点的深层、浅层两个电极的自然电位时间序列U_b2(t_i)、U_b1(t_i)，其中U_b2(t_i)为基点的深层电极b2的自然电位时间序列，U_b1(t_i)为基点的浅层电极b1的自然电位时间序列，i＝1、……、n，n为自然数；计算相应基点自然电位间的差值ΔU_b(t_i)＝U_b1(t_i)-U_b2(t_i)，其中ΔU_b(t_i)为基点电极的电位差时间序列；

(5)利用数字多道观测仪器同步观测普通测点中5个电极的自然电位，获得5个自然电位时间序列值：U_O ⁰(t_i)，(i＝m₁，m₂)；U_A ⁰(t_i)，(i＝m₁，m₂)；U_B ⁰(t_i)，(i＝m₁，m₂)；U_C ⁰(t_i)，(i＝m₁，m₂)；U_D ⁰(t_i)，(i＝m₁，m₂)，其中U_O ⁰(t_i)、U_A ⁰(t_i)、U_B ⁰(t_i)、U_C ⁰(t_i)、U_D ⁰(t_i)分别为5个电极O、A、B、C、D的自然电位时间序列，m₁、m₂为自然数，1≤m₁＜n，1＜m₂≤n，m₁＜m₂；

(6)利用基点自然电位间的差值ΔU_b(t_i)，(i＝1，n)，对每个普通测点的5个电极O、A、B、C、D的自然电位时间序列值进行校正，结果分别如下：

U_O ¹(t_i)＝U_O ⁰(t_i)-ΔU_b(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_A ¹(t_i)＝U_A ⁰(t_i)-ΔU_b(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_B ¹(t_i)＝U_B ⁰(t_i)-ΔU_b(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_C ¹(t_i)＝U_C ⁰(t_i)-ΔU_b(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_D ¹(t_i)＝U_D ⁰(t_i)-ΔU_b(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

其中U_O ¹(t_i)、U_A ¹(t_i)、U_B ¹(t_i)、U_C ¹(t_i)、U_D ¹(t_i)分别为5个电极O、A、B、C、D的自然电位时间序列校正值。

(7)根据步骤(6)中校正后的自然电位时间序列值，得到普通测点的自然电场。

另外，在上面步骤(2)中进一步包括

(21)对相邻两测线比如第f条测线与第f+1条测线的第e段进行小循环的观测，直至小循环观测完毕，其中1≤e≤E，E为分段的个数；

(22)对第e+1段进行类似于步骤(21)的观测，直至所有段观测完毕；

(23)进行下两条测线的观测，直至所有测线(共计F条测线)观测完毕。

优选地，每个普通测点的5个自然电位值可形成3个方向的自然电位梯度，并获得10个自然电位梯度值，为了进一步抵消随时间变化的自然电场及随机干扰，先计算10个自然电位梯度的时间序列，然后再计算自然电位梯度的平均值：

①沿测线方向的梯度，梯度时间序列分别为：U_AO ¹(t_i)、U_OC ¹(t_i)、U_AC ¹(t_i)；

U_AO ¹(t_i)＝U_A ¹(t_i)-U_O ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_OC ¹(t_i)＝U_O ¹(t_i)-U_C ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_AC ¹(t_i)＝U_A ¹(t_i)-U_C ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

②垂直测线方向的梯度，梯度时间序列分别为：U_BO ¹(t_i)、U_OD ¹(t_i)、U_BD ¹(t_i)；

U_BO ¹(t_i)＝U_B ¹(t_i)-U_O ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_OD ¹(t_i)＝U_O ¹(t_i)-U_D ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_BD ¹(t_i)＝U_B ¹(t_i)-U_D ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

③北东方向的梯度，梯度时间序列分别为：U_AB ¹(t_i)、U_DC ¹(t_i)；

U_AB ¹(t_i)＝U_A ¹(t_i)-U_B ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_DC ¹(t_i)＝U_D ¹(t_i)-U_C ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

④北西方向的梯度，梯度时间序列分别为：U_AD ¹(t_i)、U_BC ¹(t_i)；

U_AD ¹(t_i)＝U_A ¹(t_i)-U_D ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_BC ¹(t_i)＝U_B ¹(t_i)-U_C ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

其中U_AO ¹(t_i)、U_OC ¹(t_i)、U_AC ¹(t_i)、U_BO ¹(t_i)、U_OD ¹(t_i)、U_BD ¹(t_i)、U_AB ¹(t_i)、U_DC ¹(t_i)、U_AD ¹(t_i)、U_BC ¹(t_i)为不同方向两点间的梯度时间序列，然后计算10个自然电位梯度时间序列的平均值分别为：

$U_{\mathrm{AO}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{AO}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{OC}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{OC}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{AC}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{AC}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{BO}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{BO}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{OD}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{OD}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{BD}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{BD}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{AB}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{AB}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{DC}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{DC}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{AD}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{AD}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{BC}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{BC}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1).$

其中U_AO、U_OC、U_AC、U_BO、U_OD、U_BD、U_AB、U_DC、U_AD、U_BC为不同方向两点间的梯度平均值。

使用所述基于小循环平面多极同步基点的地面自然电位数据采集处理方法，有利于对野外干扰的识别、抑制和去除，以便在室内对普通测点进行校正。并且，这种方法具有以下明显优点；一是带有自检功能，二是可以有效消除随时间变化的“动态场”及随机干扰，三是增加了资料的信息量(是以前的三倍以上)，减少了对异常的误判。

附图简要说明

图1是依据本发明的基点布设示意图；

图2是依据本发明的小循环平面多极同步基点观测示意图；

图3是依据本发明的小循环分段观测的示意图；

图4是依据本发明的平面多极电极布设示意图。

具体实施方式

依据本发明的基于小循环平面多极同步基点的地面自然电位数据采集处理方法，该基于小循环平面多极同步基点的地面自然电位数据采集处理方法具有以下三个方面优点：

一、同步基点：在工区内或附近选择布设一个基点，基点的选择有以下原则：(1)远离工业电网、变电站等设备，减少这些干扰引起的游散电流；(2)选择地形平坦的地区，减少地形起伏引起的地形异常。

基点电极布设方法采用深层、浅层两个电极纵向排列，见说明书附图1。深层电极b₂埋深130cm左右，当电极深埋后，可以有效降低或部分消除地表各种噪声干扰而引起自然电场，因此，可以把深层电极b₂认为是基点自然电位U_b2的“基点标准值”。浅层电极b₁埋深30cm左右，与普通测点埋深相同；深层、浅层两个电极埋深相差1m；可以把浅层电极b₁认为是基点自然电位U_b1的“基点普通值”。

每天施工期间由一台仪器自动记录基点深层、浅层两个电极的自然电位时间序列(与普通测点同步)U_b2(t_i)，(i＝1，n)；U_b1(t_i)，(i＝1，n)。计算“基点普通值”与“基点标准值”的差值ΔU_b(t_i)＝U_b1(t_i)-U_b2(t_i)，(i＝1，n)；，ΔU_b(t_i)记录了基点随时间稳定变化的自然电位以及干扰变化情况，有利于对野外干扰的识别、抑制和去除，以便在室内对普通测点进行校正。

二、小循环：可视工区情况，如测线的长短，将相邻两测线分为几段(假设为E段)，在某一段形成几个小循环(假设为J个小循环)，也即将相邻两测线的测点形成几个闭合回路。分段及分小循环的原则是使观测在一个或几个小时内尽快达到闭合，这样：(1)有利于“动态场”的校正和消除；(2)可抑制和去处部分电极极差的累积以及极差漂移带来的误差。

假设：测点标号记为S_e，j，k，e为某相邻两测线(第f条测线与第f+1条测线)第e段的编号(e＝1，2，…，E)，j为小循环的编号(j＝1，2，…，J)，k为第k个测点的编号(k＝1，2，…，K，1)，也就是最后一个测点为第一个测点(该点为重复点，即检查点)。具体方法为：首先，对相邻两测线(第f条测线与第f+1条测线)的第e段进行小循环的观测，直至小循环观测完毕。然后，对第e+1段进行类似观测，直至所有段观测完毕。最后进行下两条线的观测，直至所有测线观测完毕，见说明书附图2、附图3。

在图3中，J＝3，即3个小循环，其中×表示第1个小循环测点位置，Δ表示第2个小循环测点位置，O表示第3个小循环测点位置。

三、平面多极：油气产生的异常为三维的，而传统的两极观测法以及现代的多极观测法，电极沿测线方向布设，未考虑其它方向自然电位的变化。平面多极考虑平面上的因素，每个普通测点在平面上共布设5个电极，其中，四个电极与中心点的电极水平距离相距1m；利用数字多道观测仪器同步观测5个电极。电极编号分别为：中心点即测点编号为O，其它四个点分别为A，B，C，D，见说明书附图4。

5个电极可获得5个自然电位时间序列值：U_O ⁰(t_i)，(i＝m₁，m₂)；U_A ⁰(t_i)，(i＝m₁，m₂)；U_B ⁰(t_i)，(i＝m₁，m₂)；U_C ⁰(t_i)，(i＝m₁，m₂)；U_D ⁰(t_i)，(i＝m₁，m₂)。

利用基点的差值ΔU_b(t_i)，(i＝1，n)，对每个普通测点的5个时间序列值进行校正：

U_O ¹(t_i)＝U_O ⁰(t_i)-ΔU_b(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_A ¹(t_i)＝U_A ⁰(t_i)-ΔU_b(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_B ¹(t_i)＝U_B ⁰(t_i)-ΔU_b(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_C ¹(t_i)＝U_C ⁰(t_i)-ΔU_b(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_D ¹(t_i)＝U_D ⁰(t_i)-ΔU_b(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

其中：1≤m₁＜n，1＜m₂≤n，m₁＜m₂；。

另外，5个电极可形成多达9个闭合环，①△AOB②△AOD③△COB④△COD⑤△ABD⑥△CBD⑦△ABC⑧△ADC⑨□ABCD。闭合回路的电位差应满足一定的条件，当电极间的电位差测量结果不满足条件时，通过多个闭合回路可立即找出有问题的电极并更换，以此实现对资料质量的实时监控，获得高质量的野外观测数据。

每个普通测点的5个自然电位值可形成3个方向的梯度，并获得10个梯度值，为了进一步抵消随时间变化的自然电场及随机干扰，先计算10个梯度的时间序列，然后再计算梯度的平均值；利用作图法或滤波法对10个时间序列剔除奇异点等随机干扰后，计算10个时间序列梯度值的平均值：

①沿测线方向的梯度，梯度时间序列分别为：U_AO ¹(t_i)、U_OC ¹(t_i)、U_AC ¹(t_i)；

U_AO ¹(t_i)＝U_A ¹(t_i)-U_O ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_OC ¹(t_i)＝U_O ¹(t_i)-U_C ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_AC ¹(t_i)＝U_A ¹(t_i)-U_C ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

计算梯度的平均值：

$U_{\mathrm{AO}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{AO}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{OC}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{OC}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{AC}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{AC}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

②垂直测线方向的梯度，梯度时间序列分别为：U_BO ¹(t_i)、U_OD ¹(t_i)、U_BD ¹(t_i)；

U_BO ¹(t_i)＝U_B ¹(t_i)-U_O ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_OD ¹(t_i)＝U_O ¹(t_i)-U_D ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_BD ¹(t_i)＝U_B ¹(t_i)-U_D ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

计算梯度的平均值：

$U_{\mathrm{BO}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{BO}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{OD}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{OD}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{BD}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{BD}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

③北东方向的梯度，梯度时间序列分别为：U_AB ¹(t_i)、U_OC ¹(t_i)；

U_AB ¹(t_i)＝U_A ¹(t_i)-U_B ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_DC ¹(t_i)＝U_D ¹(t_i)-U_C ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

计算梯度的平均值：

$U_{\mathrm{AB}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{AB}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{DC}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{DC}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

④北西方向的梯度，梯度时间序列分别为：U_AD ¹(t_i)、U_BC ¹(t_i)；

U_AD ¹(t_i)＝U_A ¹(t_i)-U_D ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_BC ¹(t_i)＝U_B ¹(t_i)-U_C ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

计算梯度的平均值：

$U_{\mathrm{AD}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{AD}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{BC}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{BC}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

这种电极的布设具有明显的特点：一是带有自检功能，二是可以有效消除随时间变化的“动态场”及随机干扰，三是增加了资料的信息量(是以前的三倍以上)，减少对异常的误判。

实施例1：以下为地面自然电位小循环平面多极同步基点数据采集方法。实施步骤如下：

(1)在工区内地形平坦并且远离工业电网、变电站等设备的地方选择布设一个基点。基点电极布设方法采用深层电极b2、浅层电极b1两个电极纵向排列，深层电极埋深130cm，浅层电极埋深30cm。每天施工期间由一台仪器自动记录基点深层、浅层两个电极的自然电位时间序列(与普通测点同步)U_b2(t_i)，(i＝1，n)；U_b1(t_i)，(i＝1，n)。计算差值ΔU_b(t_i)＝U_b1(t_i)-U_b2(t_i)，(i＝1，n)。

(2)将相邻两测线分为2段，每一段形成3个小循环，使每个小循环观测在二个小时内达到闭合。

(3)每个普通测点在平面上共布设5个电极，每个电极埋深30cm，四个电极与中心点的电极水平距离相距1m；利用数字多道观测仪器同步观测5个电极的自然电位。5个电极可获得5个自然电位时间序列值：U_O ⁰(t_i)，(i＝m₁，m₂)；U_A ⁰(t_i)，(i＝m₁，m₂)；U_B ⁰(t_i)，(i＝m₁，m₂)；U_C ⁰(t_i)，(i＝m₁，m₂)；U_D ⁰(t_i)，(i＝m₁，m₂)。

(4)对相邻两测线(第f条测线与第f+1条测线)的第1段进行小循环的观测，直至3个小循环观测完毕。然后，对第2段进行类似观测。最后进行下两条线的观测，直至所有测线观测完毕。

(5)利用基点的差值ΔU_b(t_i)，(i＝1，n)，对每个普通测点的5个时间序列值进行校正：

U_O ¹(t_i)＝U_O ⁰(t_i)-ΔU_b(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_A ¹(t_i)＝U_A ⁰(t_i)-ΔU_b(tⁱ)，(i＝m₁，m₂)；

U_B ¹(t_i)＝U_B ⁰(t_i)-ΔU_b(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_C ¹(t_i)＝U_C ⁰(t_i)-ΔU_b(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_D ¹(t_i)＝U_D ⁰(t_i)-ΔU_b(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

其中：1≤m₁＜n，1＜m₂≤n，m₁＜m₂

(6)每个普通测点的5个自然电位值可形成3个方向的自然电位梯度，并获得10个自然电位梯度值的时间序列：

①沿测线方向的梯度，梯度时间序列分别为：U_AO ¹(t_i)、U_OC ¹(t_i)、U_AC ¹(t_i)；

U_AO ¹(t_i)＝U_A ¹(t_i)-U_O ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_OC ¹(t_i)＝U_O ¹(t_i)-U_C ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_AC ¹(t_i)＝U_A ¹(t_i)-U_C ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

②垂直测线方向的梯度，梯度时间序列分别为：U_BO ¹(t_i)、U_OD ¹(t_i)、U_BD ¹(t_i)；

U_BO ¹(t_i)＝U_B ¹(t_i)-U_O ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_OD ¹(t_i)＝U_O ¹(t_i)-U_D ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_BD ¹(t_i)＝U_B ¹(t_i)-U_D ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

③北东方向的梯度，梯度时间序列分别为：U_AB ¹(t_i)、U_DC ¹(t_i)；

U_AB ¹(t_i)＝U_A ¹(t_i)-U_B ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_DC ¹(t_i)＝U_D ¹(t_i)-U_C ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

④北西方向的梯度，梯度时间序列分别为：U_AD ¹(t_i)、U_BC ¹(t_i)；

U_AD ¹(t_i)＝U_A ¹(t_i)-U_D ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_BC ¹(t_i)＝U_B ¹(t_i)-U_C ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

(7)利用作图法结合滤波法对10个自然电位梯度时间序列剔除奇异点等随机干扰后，计算10个自然电位梯度时间序列的平均值：

$U_{\mathrm{AO}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{AO}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{OC}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{OC}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{AC}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{AC}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{BO}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{BO}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{OD}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{OD}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{BD}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{BD}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{AB}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{AB}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{DC}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{DC}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{AD}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{AD}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{BC}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{BC}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

(8)在室内对野外采集的资料进行处理并对处理结果进行成图，最后利用有关图件及地质、物探资料进行分析、解释并提交可供下一步勘探或钻探的最终成果。

实施例2：以下为地面自然电位小循环平面多极同步基点数据采集方法。实施步骤如下：

(1)在工区附近地形平坦并且远离工业电网、变电站等设备的地方选择布设一个基点。基点电极布设方法采用深层电极b2、浅层电极b1两个电极纵向排列，深层电极埋深130cm，浅层电极埋深30cm。每天施工期间由一台仪器自动记录基点深层、浅层两个电极的自然电位时间序列(与普通测点同步)U_b2(t_i)，(i＝1，n)；U_b1(t_i)，(i＝1，n)。计算差值ΔU_b(t_i)＝U_b1(t_i)-U_b2(t_i)，(i＝1，n)。

(2)将相邻两测线分为10段，每一段形成5个小循环，使观测在一个小时内达到闭合。

(3)每个普通测点在平面上共布设5个电极，每个电极埋深30cm，四个电极与中心点的电极水平距离相距1m；利用数字多道观测仪器同步观测5个电极的自然电位。5个电极可获得5个自然电位时间序列值：U_O ⁰(t_i)，(i＝m₁，m₂)；U_A ⁰(t_i)，(i＝m₁，m₂)；U_B ⁰(t_i)，(i＝m₁，m₂)；U_C ⁰(t_i)，(i＝m₁，m₂)；U_D ⁰(t_i)，(i＝m₁，m₂)。

(4)对相邻两测线(第f条测线与第f+1条测线)的第1段进行小循环的观测，直至5个小循环观测完毕。然后，对第2段进行类似观测，直至10段观测完毕。最后进行下两条线的观测，直至所有测线观测完毕。

(5)利用基点的差值ΔU_b(t_i)，(i＝1，n)，对每个普通测点的5个时间序列值进行校正：

U_O ¹(t_i)＝U_O ⁰(t_i)-ΔU_b(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_A ¹(t_i)＝U_A ⁰(t_i)-ΔU_b(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_B ¹(t_i)＝U_B ⁰(t_i)-ΔU_b(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_C ¹(t_i)＝U_C ⁰(t_i)-ΔU_b(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_D ¹(t_i)＝U_D ⁰(t_i)-ΔU_b(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

其中：1≤m₁＜n，1＜m₂≤n，m₁＜m₂

(6)每个普通测点的5个自然电位值可形成3个方向的自然电位梯度，并获得10个自然电位梯度值的时间序列：

①沿测线方向的梯度，梯度时间序列分别为：U_AO ¹(t_i)、U_OC ¹(t_i)、U_AC ¹(t_i)；

U_AO ¹(t_i)＝U_A ¹(t_i)-U_O ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_OC ¹(t_i)＝U_O ¹(t_i)-U_C ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_AC ¹(t_i)＝U_A ¹(t_i)-U_C ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

②垂直测线方向的梯度，梯度时间序列分别为：U_BO ¹(t_i)、U_OD ¹(t_i)、U_BD ¹(t_i)；

U_BO ¹(t_i)＝U_B ¹(t_i)-U_O ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_OD ¹(t_i)＝U_O ¹(t_i)-U_D ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_BD ¹(t_i)＝U_B ¹(t_i)-U_D ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

③北东方向的梯度，梯度时间序列分别为：U_AB ¹(t_i)、U_DC ¹(t_i)；

U_AB ¹(t_i)＝U_A ¹(t_i)-U_B ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_DC ¹(t_i)＝U_D ¹(t_i)-U_C ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

④北西方向的梯度，梯度时间序列分别为：U_AD ¹(t_i)、U_BC ¹(t_i)；

U_AD ¹(t_i)＝U_A ¹(t_i)-U_D ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_BC ¹(t_i)＝U_B ¹(t_i)-U_C ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

(7)利用作图法结合滤波法对10个自然电位梯度时间序列剔除奇异点等随机干扰后，计算10个自然电位梯度时间序列的平均值：

$U_{\mathrm{AO}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{AO}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{OC}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{OC}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{AC}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{AC}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{BO}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{BO}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{OD}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{OD}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{BD}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{BD}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{AB}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{AB}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{DC}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{DC}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{AD}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{AD}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{BC}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{BC}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

(8)在室内对野外采集的资料进行处理并对处理结果进行成图，最后利用有关图件及地质、物探资料进行分析、解释并提交可供下一步勘探或钻探的最终成果。

如上述，已经清楚详细地描述了本发明提出的一种基于小循环平面多极同步基点的地面自然电位数据采集处理方法。尽管本发明的优选实施例详细描述并解释了本发明，但是本领域普通的技术人员可以理解，在不背离所附权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节中做出多种修改。

Claims (3)

1.一种基于小循环平面多极同步基点的地面自然电位数据采集处理方法，其包括以下步骤：

(1)布设同步基点：在工区内或附近地形平坦并且远离工业电网、变电站设备的地方即不受外界电磁干扰的地方选择布设基点；采用深层电极b2、浅层电极b1纵向排列的方法布设基点电极；

(2)形成小循环：根据工区情况将相邻两测线分为2～30段，在任一段中形成几个小循环，也就是将相邻两测线的测点形成2～10个闭合回路；分段及分小循环所依据的原则是为了在一个或几个小时内使观测尽快达到闭合；

(3)每个普通测点在平面上共布设5个电极，包含四个电极A、B、C、D与中心点电极即观测点电极O，其中四个电极与中心点电极O水平距离相距1m；

(4)在数据采集期间每天与普通测点同步地由电位测量仪器自动记录基点的深层、浅层两个电极的自然电位时间序列U_b2(t_i)、U_b1(t_i)，其中U_b2(t_i)为基点的深层电极b2的自然电位时间序列，U_b1(t_i)为基点的浅层电极b1的自然电位时间序列，i＝1、……、n，n为自然数；计算相应基点自然电位间的差值ΔU_b(t_i)＝U_b1(t_i)-U_b2(t_i)，其中ΔU_b(t_i)为基点电极的电位差时间序列；

(5)利用数字多道观测仪器同步观测普通测点中5个电极的自然电位，获得5个自然电位时间序列值：U_O ⁰(t_i)，(i＝m₁，m₂)；U_A ⁰(t_i)，(i＝m₁，m₂)；U_B ⁰(t_i)，(i＝m₁，m₂)；U_C ⁰(t_i)，(i＝m₁，m₂)；U_D ⁰(t_i)，(i＝m₁，m₂)，其中U_O ⁰(t_i)、U_A ⁰(t_i)、U_B ⁰(t_i)、U_C ⁰(t_i)、U_D ⁰(t_i)分别为5个电极O、A、B、C、D的自然电位时间序列，m₁、m₂为自然数，1≤m₁＜n，1＜m₂≤n，m₁＜m₂；

(6)利用基点自然电位间的差值ΔU_b(t_i)，(i＝1，n)，对每个普通测点的5个电极O、A、B、C、D的自然电位时间序列值进行校正，结果分别如下：

U_O ¹(t_i)＝U_O ⁰(t_i)-ΔU_b(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_A ¹(t_i)＝U_A ⁰(t_i)-ΔU_b(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_B ¹(t_i)＝U_B ⁰(t_i)-ΔU_b(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_C ¹(t_i)＝U_C ⁰(t_i)-ΔU_b(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_D ¹(t_i)＝U_D ⁰(t_i)-ΔU_b(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

其中U_O ¹(t_i)、U_A ¹(t_i)、U_B ¹(t_i)、U_C ¹(t_i)、U_D ¹(t_i)分别为5个电极O、A、B、C、D的自然电位时间序列校正值；

(7)根据步骤(6)中校正后的自然电位时间序列值，得到普通测点的自然电场。

2.根据权利要求1中所述方法，其中步骤(2)进一步包括：

(21)对相邻两测线的第e段进行小循环的观测，直至小循环观测完毕，其中1≤e≤E，E为分段的个数；

(22)对第e+1段进行类似于步骤(21)的观测，直至所有段观测完毕；

(23)进行下两条测线的观测，直至所有测线观测完毕。

3.根据权利要求1或2中所述的方法，其中每个普通测点的5个自然电位值可形成3个方向的自然电位梯度，并获得10个自然电位梯度值，为了进一步抵消随时间变化的自然电场及随机干扰，先计算1O个自然电位梯度的时间序列，然后再计算自然电位梯度的平均值：

①沿测线方向的梯度，梯度时间序列分别为：U_AO ¹(t_i)、U_OC ¹(t_i)、U_AC ¹(t_i)；

U_AO ¹(t_i)＝U_A ¹(t_i)-U_O ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_OC ¹(t_i)＝U_O ¹(t_i)-U_C ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_AC ¹(t_i)＝U_A ¹(t_i)-U_C ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

②垂直测线方向的梯度，梯度时间序列分别为：U_BO ¹(t_i)、U_OD ¹(t_i)、U_BD ¹(t_i)；

U_BO ¹(t_i)＝U_B ¹(t_i)-U_O ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_OD ¹(t_i)＝U_O ¹(t_i)-U_D ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_BD ¹(t_i)＝U_B ¹(t_i)-U_D ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

③北东方向的梯度，梯度时间序列分别为：U_AB ¹(t_i)、U_DC ¹(t_i)；

U_AB ¹(t_i)＝U_A ¹(t_i)-U_B ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_DC ¹(t_i)＝U_D ¹(t_i)-U_C ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

④北西方向的梯度，梯度时间序列分别为：U_AD ¹(t_i)、U_BC ¹(t_i)；

U_AD ¹(t_i)＝U_A ¹(t_i)-U_D ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

U_BC ¹(t_i)＝U_B ¹(t_i)-U_C ¹(t_i)，(i＝m₁，m₂)；

其中U_AO ¹(t_i)、U_OC ¹(t_i)、U_AC ¹(t_i)、U_BO ¹(t_i)、U_OD ¹(t_i)、U_BD ¹(t_i)、U_AB ¹(t_i)、U_DC ¹(t_i)、U_AD ¹(t_i)、U_BC ¹(t_i)为不同方向两点间的梯度时间序列；

然后计算10个自然电位梯度时间序列的平均值分别为：

$U_{\mathrm{AO}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{AO}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{OC}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{OC}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{AC}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{AC}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{BO}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{BO}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{OD}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{OD}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{BD}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{BD}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{AB}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{AB}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{DC}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{DC}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{AD}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{AD}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

$U_{\mathrm{BC}}=\underset{i=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{U_{\mathrm{BC}}}^1\left(t_i\right)/(m_2-m_1+1);$

其中U_AO、U_OC、U_AC、U_BO、U_OD、U_BD、U_AB、U_DC、U_AD、U_BC为不同方向两点间的梯度平均值。

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