CN103837898A - 高密度电法近端偶极电磁测深方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高密度电法近端偶极电磁测深方法，在测区按Y字型布设三条高密度大线，以测区中心为圆心等角度布设Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三条测线，测线上所有的电极都作为接收电极M、N，供电电极A、B布设在呈Y字型分布的三条高密度大线中间。该方法使得高密度电法能够进行大深度探测，弥补了电磁法在浅部勘探精度低的不足；一次布极程控连续接收，无需人工跑极；以伪随机信号或高斯白噪声为基础混频整形信号为发射源，加之混频编码发射，极大地提高了高密度电法勘探的多样性和对场地的适应性。使电磁法测量能够在一条测线上不间断的连续测量，大大提高了电磁法勘探的工作效率。实现了高密度电法近端偶极电磁测深。

Description

高密度电法近端偶极电磁测深方法

技术领域

本发明涉及一种高密度电法的勘探方法，尤其是高密度电法近端偶极电磁测深方法。

背景技术：

电法勘探是地球物理勘探的重要组成部分，电法勘探主要有直流电法、交流电法和电磁法三大部分。分别隶属于时间域、频率域和交变电磁法。每一种电法勘探分支中又产生了许多不同的测量仪器，分别针对不同的勘探目的采用不同的测量方法。

高密度电法测量产生于上世纪七八十年代，是在直流电法的基础上结合程控技术和磁盘存储技术而衍生出的一种地电勘探方法。近年来也出现了用于频率域电法勘探的“高密度电法”测量系统。

高密度电法的测量方法有：温纳法、温纳偶极法、微分法、单极-单极法、单极电位法、单极-偶极法、偶极偶极法和施伦贝尔法。

频率域电法属于几何测深，发射电极与接收电极同在一条高密度大线上。现有的高密度测量方法及其变形受工作原理及布线条件的束缚，很大程度上限制了高密度电法的适应能力，其一，受空间场地的制约布线困难。其二，在有限的测线长度上无法进行大深度测深。其三，基于上述原因使得高密度电法勘探很难用于找矿。

天然场源法也称为大地电磁测深（MT）法,它主要利用太阳辐射在高空形成的电磁扰动，其优点是无需人工发射源、探测深度大、不受高阻层屏蔽的影响、对低阻层反应灵敏。其缺点是由于利用天然大地电磁场做场源,信号弱，加之受观测技术水平限制，信噪比低,需多次迭代测量，效率低。观测时需要既接收电信号又接收磁信号。

人工场源法也称可控源音频大地磁测深（CSAMT）法，它与天然场源法的区别是需要人为的向大地输入音频谐变电流，工作方式见图2。借助于天然场源的计算公式计算出卡尼亚电阻率。它的优点是被接收信号强，无需多次迭代测量。其缺点是要求收发距至少要大于3倍趋肤深度（趋肤深度即δ的物理意义是当电磁波在地下传播时能量随传播距增加而逐渐被减弱，当波振幅减小到地表波振幅的1/e时，这时的波程定义为趋肤深度。）;既需要接收磁信号分量又要接收电信号分量；工作效率低。

EH-4作为一种双源型电磁测深系统，在低频段利用天然源，在高频段是利用由发射机直发的交变电磁信号，采集系统需要接收采集X（沿测线）方向电信号Ex和Y（垂直测线）方向的电信号Ey，磁道信号Hx、Hy通过公式

计算出地下介质的卡尼亚电阻率。EH-4大地电磁测深系统的优点是在低频段利用天然源，在高频段利用单点发射的人工源电磁信号。其缺点是：信号强度较弱，易产生近源效应；工作效率低。

广域电磁法和伪随机信号电法打破了电磁法勘探只能在远区进行的传统理论，电流源广域电磁法是在均匀大地表面上敷设长为dL的发送电偶源，通过它向地下发送电流I，x轴的正向为偶极矩方向、z轴垂直向下的直角坐标系和原点O。以无限大平面s为分界的、参数分别为σ₁,μ₁,ε₁和σ₂,μ₂,ε₂的两均匀半空间表面上电偶极源及所取的坐标系统。采用计算机迭代求解方程：

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{\α}}=K_{E-E_x}\frac{\mathrm{\Δ}{V}_{\stackrel{\‾}{\mathrm{MN}}}}{I}\frac{1}{f_{E-E_X}\left(\mathrm{ikr}\right)}$

逐次逼近，可以求取视电阻率的最佳值。把式中所定义的视电阻率称为广域视电阻率，或者称为E-Ex方式广域电磁测深视电阻率。其优点是该方法只接收一个电分量，对观察点到发送源的距离没有任何限制，它适合于广大区域。

现有的高密度电法测量其不足是，由于受测区条件所限，难以进行百米以下深度的测量，百米以下深度通常都采用瞬变电磁法或大地电磁测深法来解决。就瞬变电磁法而言，有时因收发距的限制也难以实现近端测量。现有的高密度电法不能进行近端偶极电磁测深，也未见高密度电法近端偶极电磁测深的文献报道。

发明内容：

本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种高密度电法近端偶极电磁测深方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

高密度电法近端偶极电磁测深方法，包括以下步骤：

a、在测区按Y字型布设三条高密度大线，以测区中心为圆心等角度布设Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三条测线，测线上所有的电极都作为接收电极M、N，所有的接收电极通过高密度大线和加长线与高密度电法仪的大线接口连接；

b、两个供电电极A、B布设在呈Y字型分布的三条高密度大线中间，通过电缆与高密度电法仪的A、B端口连接，A、B电极间距50—100米，收发距大于三倍的A、B电极间距；

c、开机后选择测量方法为频率域测量；

d、选择测量方式：单条测线从高频到低频测量或三条测线同时同频率测量；测量方法、测量方式确定后均输入到高密度电法仪中；

e、输入测量参数，包括大线条数、每条大线上的电极数和极间距、收发距；

f、选择供电频率，从8000Hz—2Hz的频率范围内自定义供电频率；

g、开始测量，高密度电法仪给电极A、B发射伪随机编码激励信号或高斯白噪声混频编码整形信号，其基频为自定义供电频率，无论选择那种测量方式，测线上的所有电极从低频到高频或从高频到低频全部接收地电响应信号，直至Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三条高密度大线全部接收完毕，并存储记录；

h、转动测线，Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三条高密度大线向同一方向转动相同角度，转动角度为20°～60°，钉好电极后重复g步骤；

转动测线至覆盖全测区，每一次转动都要重复g步骤，直至Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三条高密度大线全部接收完毕，并存储记录；

i、全部接收地电响应信号完毕，通过高密度电法仪上的RS232串口将测量数据传入计算机，通过计算机内预置的处理软件对测量数据进行正反演处理；

j、根据处理后的数据绘制出视电阻率拟地电断面图。

有益效果：使得高密度电法能够进行大深度探测，弥补了电磁法在浅部勘探精度低的不足；一次布极程控连续接收，无需人工跑极；以伪随机信号或高斯白噪声为基础混频整形信号为发射源，加之混频编码发射，不但可以极大地提高工作效率，同时利用自相关技术极大地提高了抗干扰能力。该方法在布线形式上不同于现有高密度电法发射电极与接收电极同在一条大线上的传统模式，极大地提高了高密度电法勘探的多样性和对场地的适应性。使电磁法测量能够在一条测线上不间断的连续测量，大大提高了电磁法勘探的工作效率。实现了高密度电法近端偶极电磁测深。

附图说明：

图1高密度电法近端偶极电磁测深方法高密度大线布置图

图2高密度电法近端偶极电磁测深方法野外实际布线图

图3通化某地Ⅰ号线近端偶极电磁测深视电阻率反演拟地电断面图

图4通化某地Ⅱ号线近端偶极电磁测深视电阻率反演拟地电断面图

图5通化某地Ⅲ号线近端偶极电磁测深视电阻率反演拟地电断面图

图6吉林某矿区Ⅰ号线近端偶极电磁测深视电阻率反演拟地电断面图

图7吉林某矿区Ⅱ号线近端偶极电磁测深视电阻率反演拟地电断面图

图8吉林某矿区Ⅲ号线近端偶极电磁测深视电阻率反演拟地电断面图

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明：

高密度电法近端偶极电磁测深方法，包括以下步骤：

a、在测区按Y字型布设三条高密度大线，以测区中心为圆心等角度布设Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三条测线，测线上所有的电极都作为接收电极M、N，所有的接收电极通过高密度大线和加长线与高密度电法仪的大线接口连接；

b、两个供电电极A、B布设在呈Y字型分布的三条高密度大线中间，通过电缆与高密度电法仪的A、B端口连接，A、B电极间距50—100米，收发距大于三倍的A、B电极间距；

c、开机后选择测量方法为频率域测量；

d、选择测量方式：单条测线从高频到低频测量或三条测线同时同频率测量；测量方法、测量方式确定后均输入到高密度电法仪中；

e、输入测量参数，包括大线条数、每条大线上的电极数和极间距、收发距；

f、选择供电频率，从8000Hz—2Hz的频率范围内自定义供电频率；

g、开始测量，高密度电法仪给电极A、B发射伪随机编码激励信号或高斯白噪声混频编码整形信号，其基频为自定义供电频率，无论选择那种测量方式，测线上的所有电极从低频到高频或从高频到低频全部接收地电响应信号，直至Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三条高密度大线全部接收完毕，并存储记录；

h、转动测线，Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三条高密度大线向同一方向转动相同角度，转动角度为20°～60°，钉好电极后重复g步骤；

测线至覆盖全测区，每一次转动都要重复g步骤，直至Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三条高密度大线全部接收完毕，并存储记录；

i、全部接收地电响应信号完毕，通过高密度电法仪上的RS232串口将测量数据传入计算机，通过计算机内预置的处理软件对测量数据进行正反演处理；

j、根据处理后的数据绘制出视电阻率拟地电断面图。

实施例1

通化市备用水源地选址勘查中应用了高密度电法近端偶极电磁测深方法；目的是查清库区内隐伏断层的产状、性质及渗漏的可能性，是否存在影响库区蓄水的导水溶洞和影响坝体稳定的地质问题，为建库提供地质依据。

库区地层属八道江组（Z₂ ^b）：叠层石灰岩、浅色碎屑灰岩；第四系（Q_p4）覆盖较浅，一般为3～5米。库区地质电性特征电阻率平均1000～6000Ω.m。采用了如图2所示的Y型高密度大线布线方式，验证已知断裂规模和探明未知的隐伏构造。拟勘探深度1500米以上。

首先Y型布设高密度大线、供电电极、接收电极，并与高密度电法仪连接：

1.A、B电极布设在Y字型布设三条高密度大线中间，从A、B供电端口通过线架引出两根供电电线，经A、B电极接入地下作为供电电极；供电电极A、B极间距50m，收发距180m；

2.从三个高密度大线接口分别通过高密度大线加长线与三条高密度大线连接；Ⅰ号高密度大线60根电极，Ⅱ号高密度大线40根电极，Ⅲ号高密度大线40根电极；

3.按极间距5m将电极钉入地下，并与高密度大线上的电极接口相连接；

第一步主机开机：

1.选择频率域测量方式；2.单条测线测量；3.发射频率顺序从高频到低频。

第二步输入测量参数：

1.输入大线条数：3条，Ⅰ号高密度大线60根电极，极间距5m，Ⅱ号高密度大线40根电极，极间距5m，Ⅲ号高密度大线40根电极，极间距5m。

第三步选择供电频率：

供电频率为:①6000Hz、②4000Hz、③200Hz、④100Hz、⑤40Hz、⑥10Hz、⑦5Hz、⑧2Hz；

第四步选择供电码型：

1.首先选择伪随机编码波形；2.选择伪随机编码：5阶码。

第五步开始测量：

按测量键发射测量开始；

1.高密度电法仪通过偶极源电极A、B向地下发射5阶伪随机编码地电信号；所发信号的基频依次分别为①6000Hz、②4000Hz、③200Hz、④100Hz、⑤40Hz、⑥10Hz、⑦5Hz、⑧2Hz；

2.Ⅰ号高密度大线的所有预设电极最先按发射频率的顺序两两接收上述频率相对应的地电响应信号，并将接收到的数据存入高密度电法仪，这一发射、接收过程在高密度电法仪预置的软件控制下完成；

3.Ⅰ号测线测量接收完毕后，高密度电法仪在预置软件的控制下自动将Ⅱ号高密度大线的所有预设电极作为接收电极，并重复上述1、2步骤发射测量过程；

4.Ⅱ号高密度大线接收存储完毕后，高密度电法仪预置的测量软件自动将Ⅲ号高密度大线的所有预设电极作为接收电极，并重复上述1、2步骤的发射测量过程，直至高密度电法仪显示测量完毕；

第六步地电响应信号全部接收完毕，通过电法仪上的RS232串口将测量数据传入计算机，通过计算机内预置的高密度电法处理软件对测量数据进行正反演处理；

第七步根据处理后的数据分别绘制出3条测线的视电阻率反演拟地电断面图。如图3、4、5所示。

实施例2

吉林某矿区地下水探测：目的是查清矿区内隐伏断层的产状、性质及突水的可能性，是否存在影响矿区蓄水的导水溶洞和稳定的地质问题，为矿区建设提供地质依据。

矿区地层属白垩系大拉子组（K₁d）黄色含粒砂岩夹紫色砂岩和粉砂岩；第四系（Q₄）覆盖较浅，一般为3～5米。矿区特征电阻率1100～6500Ω.m。采用了如图2所示的Y型高密度大线布线方式，验证已知断裂规模和探明未知的隐伏构9。拟勘探深度＞1600米。

首先Y型布设高密度大线、供电电极、接收电极，并与高密度电法仪连接：

1.A、B电极布设在Y字型布设三条高密度大线中间，从A、B供电端口通过线架引出两根供电电线，经A、B电极接入地下作为供电电极；供电电极A、B极间距50m，收发距180m；

2.从三个高密度大线接口分别通过高密度大线加长线与三条高密度大线连接；Ⅰ号高密度大线60根电极，Ⅱ号高密度大线60根电极，Ⅲ号高密度大线60根电极；

3.按极间距10m将电极钉入地下，并与高密度大线上的电极接口相连接；

第一步主机开机：

1.选择频率域测量方式；2.三条测线同时同频率测量；3.发射频率顺序从高频到低频。

第二步输入测量参数：

1.输入大线条数：3条，Ⅰ号高密度大线60根电极，极间距10m，Ⅱ号高密度大线60根电极，极间距10m，Ⅲ号高密度大线60根电极，极间距10m。

第三步选择供电频率：

供电频率为:①6000Hz、②4000Hz、③200Hz、④100Hz、⑤40Hz、⑥10Hz、⑦5Hz、⑧2Hz；

第四步选择供电码型：

1.首先选择伪随机编码波形；2.选择伪随机编码：5阶码。

第五步开始测量：

按测量键发射测量开始；

1.高密度电法仪通过偶极源电极A、B向地下发射5阶伪随机编码地电信号；所发信号的基频依次分别为①6000Hz、②4000Hz、③200Hz、④100Hz、⑤40Hz、⑥10Hz、⑦5Hz、⑧2Hz；

2.Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ号高密度大线上的预设电极同时接收6000Hz对应的地电响应信号，并将接收到的数据存入高密度电法仪，这一发射、接收过程在高密度电法仪预置的软件控制下完成；

3.Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ号高密度大线上的预设电极接收6000Hz完毕后，高密度电法仪在预置软件的控制下自动将按发射频率调整到4000Hz，并重复上述1、2步骤发射测量过程；

4.Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ号高密度大线上的预设电极同时接收4000Hz完毕后，高密度电法仪在预置软件的控制下自动将按发射频率调整到200Hz并重复上述1、2步骤发射测量过程，直至2Hz接完毕后，高密度电法仪显示测量完毕；

5.圆心点不动，顺时针转动Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三条高密度大线60°，钉好电极后重复第五步1-4步骤，直至高密度电法仪显示测量完毕，并存储记录；

第六步地电响应信号全部接收完毕，通过电法仪上的RS232串口将测量数据传入计算机，通过计算机内预置的高密度电法处理软件对测量数据进行正反演处理；

第七步根据处理后的数据分别绘制出3条测线的视电阻率反演拟地电断面图。如图6、7、8所示。

实施例3

四平某矿区应用了高密度电法近端偶极电磁测深方法；目的是查清矿区内隐伏断层的产状、性质及渗漏的可能性，是否存在影响矿区稳定的地质问题，为矿山建设提供地质依据。

矿区属奥陶系石缝组（O₃ ^S）地层：海相中酸性火山岩、碎屑岩、灰岩；第四系（Q₄）覆盖较浅，一般为2～4米。矿区特征电阻率平均1000～6000Ω.m。采用了如图2所示的Y型高密度大线布线方式，验证已知断裂规模和探明未知的隐伏构造。拟勘探深度＞1500米。

首先Y型布设高密度大线、供电电极、接收电极，并与高密度电法仪连接：

1.A、B电极布设在Y字型布设三条高密度大线中间，从A、B供电端口通过线架引出两根供电电线，经A、B电极接入地下作为供电电极；供电电极A、B极间距50m，收发距180m；

2.从三个高密度大线接口分别通过高密度大线加长线与三条高密度大线连接；Ⅰ号高密度大线60根电极，Ⅱ号高密度大线40根电极，Ⅲ号高密度大线40根电极；

3.按极间距5m将电极钉入地下，并与高密度大线上的电极接口相连接；

第一步主机开机：

1.选择频率域测量方式；2.单条测线测量；3.发射频率顺序从高频到低频。

第二步输入测量参数：

1.输入大线条数：3条，Ⅰ号高密度大线60根电极，极间距5m，Ⅱ号高密度大线40根电极，极间距5m，Ⅲ号高密度大线40根电极，极间距5m。

第三步选择供电频率：

供电频率为:①6000Hz、②4000Hz、③200Hz、④100Hz、⑤40Hz、⑥10Hz、⑦5Hz、⑧2Hz；

第四步选择供电码型：

1.首先选择伪随机编码波形；2.选择伪随机编码：5阶码。

第五步开始测量：

按测量键发射测量开始；

1.高密度电法仪通过偶极源电极A、B向地下发射5阶伪随机编码地电信号；所发信号的基频依次分别为①6000Hz、②4000Hz、③200Hz、④100Hz、⑤40Hz、⑥10Hz、⑦5Hz、⑧2Hz；

2.Ⅰ号高密度大线的所有预设电极最先按发射频率的顺序两两接收上述频率相对应的地电响应信号，并将接收到的数据存入高密度电法仪，这一发射、接收过程在高密度电法仪预置的软件控制下完成；

3.Ⅰ号测线测量接收完毕后，高密度电法仪在预置软件的控制下自动将Ⅱ号高密度大线的所有预设电极作为接收电极，并重复上述1、2步骤发射测量过程；

4.Ⅱ号高密度大线接收存储完毕后，高密度电法仪预置的测量软件自动将Ⅲ号高密度大线的所有预设电极作为接收电极，并重复上述1、2步骤的发射测量过程，直至高密度电法仪显示测量完毕；

5.圆心点不动，顺时针转动Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三条高密度大线30°，钉好电极后重复第五步1-4步骤，直至高密度电法仪显示测量完毕，并存储记录；

6.圆心点不动，再顺时针转动Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三条高密度大线30°，钉好电极后重复第五步1-4步骤，直至高密度电法仪显示测量完毕，并存储记录；

第六步地电响应信号全部接收完毕，通过电法仪上的RS232串口将测量数据传入计算机，通过计算机内预置的高密度电法处理软件对测量数据进行正反演处理；

第七步根据处理后的数据分别绘制出3条测线的视电阻率反演拟地电断面图。

Claims (1)

1.一种高密度电法近端偶极电磁测深方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、在测区按Y字型布设三条高密度大线，以测区中心为圆心等角度布设Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三条测线，测线上所有的电极都作为接收电极M、N，所有的接收电极通过高密度大线和加长线与高密度电法仪的大线接口连接；

b、两个供电电极A、B布设在呈Y字型分布的三条高密度大线中间，通过电缆与高密度电法仪的A、B端口连接，A、B电极间距50—100米，收发距大于三倍的A、B电极间距；

c、开机后选择测量方法为频率域测量；

d、选择测量方式：单条测线从高频到低频测量或三条测线同时同频率测量；测量方法、测量方式确定后均输入到高密度电法仪中；

e、输入测量参数，包括大线条数、每条大线上的电极数和极间距、收发距；

f、选择供电频率，从8000Hz—2Hz的频率范围内自定义供电频率；

g、开始测量，高密度电法仪给电极A、B发射伪随机编码激励信号或高斯白噪声混频编码整形信号，其基频为自定义供电频率，无论选择那种测量方式，测线上的所有电极从低频到高频或从高频到低频全部接收地电响应信号，直至Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三条高密度大线全部接收完毕，并存储记录；

h、转动测线，Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三条高密度大线向同一方向转动相同角度，转动角度为20°～60°，钉好电极后重复g步骤；

转动测线至覆盖全测区，每一次转动都要重复g步骤，直至Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三条高密度大线全部接收完毕，并存储记录；

i、全部接收地电响应信号完毕，通过高密度电法仪上的RS232串口将测量数据传入计算机，通过计算机内预置的处理软件对测量数据进行正反演处理；

j、根据处理后的数据绘制出视电阻率拟地电断面图。

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