CN106950605A - 一种浅层随钻电法探测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种浅层随钻电法探测方法和装置。在钻探过程中实施的，且探测的四个接触点都在目标介质上，不需要反演工作，能够直接准确探测目标层的物理参数。此外，由于该方法不需要采取样品，最大限度上保持了探测目标介质的物理状态，属于原位测试方法，探测的介质参数更加接近真实值，且实施过程快速，效率明显增强。

Description

一种浅层随钻电法探测方法和装置

技术领域

本发明涉及一种浅层地质探测和浅层地下环境探测领域，尤其涉及一种浅层随钻电法探测方法和装置。

背景技术

目前，在浅层地质探测和浅层地下环境探测中，经常需要研究岩土介质地球物理参数的特性，准确测量这些地球物理参数是进一步研究相关问题的基本前提。获取这些参数的方法有两类：一类是，使用地面物探的方法来获得野外数据，然后再通过模型反演的手段得到岩土介质的这些参数，最后钻探验证；另一类是，钻探过程中提取岩土样品，在实验室内对这些样品进行物性分析。其中，前者获取的反演参数存在较大误差，且效率很低；后者破坏了介质，改变了岩土介质的物理性质，如密度、湿度、温度等，而这些因素对地球物理参数又至关重要，因此，该方法获得的参数误差依然明显，效率更加低下。

发明内容

本发明旨在提供一种准确度高的浅层随钻电法探测方法，同时还提供了一种专用于实施该浅层随钻电法探测方法的浅层随钻电法探测装置。

为解决上述技术问题，本发明中浅层随钻电法探测方法的技术方案如下：

浅层随钻电法探测方法，包括如下步骤：

步骤一，在目标地区的地表打孔；

步骤二，钻孔至指定深度时，测量第一测点A和第二测点B之间的电流值，测量第一测点A和第二测点B之间的第三测点M和第四测点N之间的电压值，所述第一测点A、第三测点M、第四测点N和第二测点B在目标层中自上而下顺序分布；

步骤三，通过下面公式计算目标层的电阻率值ρS：

式中，K＝1/(h_AM ^-1-h_AN ^-1+h_BN ^-1-h_BM ^-1)，

h_AM——第一测点和第三测点之间的高度差，

h_AN——第一测点和第四测点之间的高度差，

h_BN——第二测点和第四测点之间的高度差，

h_BM——第二测点和第三测点之间的高度差，

ΔU——电压值，

I——电流值。

在步骤二中，用预置电源从第一测点A和第二测点B向目标层通电，所述电流值从预置电源、第一测点A和第二测点B所处回路中测得。

将预置电源加载一段时间，直至测量到第三测点M和第四测点N之间的电压饱和值V时，断开电源，测量第三测点M和第四测点N之间的电位差ΔV_MN的变化量；之后，通过下面公式计算目标层的视极化率η_S：

在步骤一中，测量不同深度目标层的自然电位值；之后，用所述自然电位值绘制不同深度的电位曲线。

本发明中浅层随钻电法探测装置的技术方案如下：

浅层随钻电法探测装置，包括空心钻杆，空心钻杆的杆壁上沿径向穿透安装有自上而下相对独立的依次分布的第一电极、第三电极、第四电极和第二电极，第一电极和第二电极的工作端均朝向空心钻杆外，第一电极和第二电极的接电端电连接至少包含预置电源和电流表的串联开路电路中；第三电极和第四电极之间电连接有电压表。

在串联开路电路中，电流表与预置电源负极电连接，并在电流表和电压表上电连接有用于控制两者同时接入电路和从电路断开的双控开关。

电流表上设有稳流器。

电压表上设有稳压器。

第一电极、第三电极、第四电极和第二电极为可互换的相同的螺丝状电极，并在空心钻杆的杆壁上开设有自上而下依次部分的绝缘探孔，绝缘探孔的数量多于四个。

本发明是在钻探过程中实施的，且探测的接触点都在目标介质上，不需要反演工作，能够直接准确探测目标层的物理参数。此外，由于该方法不需要采取样品，最大限度上保持了探测目标介质的物理状态，属于原位测试方法，探测的介质参数更加接近真实值，且实施过程快速，效率明显增强。

进一步的，该方法能够在同时实施多个物探方法，测量多个地球物理参数，提供给研究者更多样化选择。

附图说明

图1是本发明的浅层随钻电法探测装置的结构示意图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明中浅层随钻电法探测方法的实施例：该方法包括如下步骤：

步骤一，在目标地区的地表打孔，测量不同深度目标层的自然电位值；

步骤二，钻孔至指定深度时，在目标层取定自上而下顺序分布第一测点A、第三测点M、第四测点N和第二测点B，用预置电源从第一测点A和第二测点B向目标层通电，从预置电源、第一测点A和第二测点B所处回路中测量第一测点A和第二测点B之间的电流值，测量第一测点A和第二测点B之间的第三测点M和第四测点N之间的电压值，将预置电源加载一段时间，直至测量到第三测点M和第四测点N之间的电压饱和值V时，断开电源，测量第三测点M和第四测点N之间的电位差ΔV_MN的变化量；

步骤三，通过下面公式计算目标层的电阻率值ρS：

式中，K＝1/(h_AM ^-1-h_AN ^-1+h_BN ^-1-h_BM ^-1)，

h_AM——第一测点和第三测点之间的高度差，

h_AN——第一测点和第四测点之间的高度差，

h_BN——第二测点和第四测点之间的高度差，

h_BM——第二测点和第三测点之间的高度差，

ΔU——电压值，

I——电流值；

通过下面公式计算目标层的视极化率η_S：

用所述自然电位值绘制不同深度的电位曲线。

该方法是在钻探过程中实施的，且探测的接触点都在目标介质上，不需要反演工作，能够直接准确探测目标层的物理参数；探测的接触点都在目标介质上，属于原位测试方法，能够直接准确探测目标层的地球物理物理参数。此外，由于该方法不需要采取样品，最大限度上保持了探测目标介质的物理状态，属于原位测试方法，探测的介质参数更加接近真实值，且实施过程快速，效率明显增强。另外，该方法能够在同时实施多个物探方法，测量多个地球物理参数，提供给研究者更多样化选择。

本发明中浅层随钻电法探测装置的实施例：如图1所示，

装置包括空心钻杆1，空心钻杆1的杆壁上沿径向穿透安装有自上而下相对独立的依次分布的第一电极A、第三电极M、第四电极N和第二电极B，第一电极A和第二电极B的工作端均朝向空心钻杆1外。第一电极A和第二电极B的接电端电连接至少包含预置电源5和电流表6的串联开路电路中，电流表6上设有稳流器。第三电极M和第四电极N之间电连接有电压表7，电压表7上设有稳压器。各个电连接均通过导线4从空心钻杆中穿过进行。

在串联开路电路中，电流表6与预置电源5负极电连接，并在电流表6和电压表7上电连接有用于控制两者同时接入电路和从电路断开的双控开关8。

第一电极A、第三电极M、第四电极N和第二电极B为可互换的相同的螺丝状电极3，并在空心钻杆1的杆壁上开设有自上而下依次部分的绝缘探孔2，绝缘探孔2的数量多于四个。该装置采用四极法，可以测量岩土介质的电阻率值、极化率和自然电位等参数。浅层钻机在取样过程中，可以根据需要实时进行电法测量。

电阻率测量时，打开双控开关8，稳压器向第一电极A和第二电极B通电，并记录电压值U；然后通过稳流器记录此时通过第三电极M和第四电极N的电流强度值I。再通过下面公式计算介质的电阻率值ρ_S：

式中，K＝1/(h_AM ^-1-h_AN ^-1+h_BN ^-1-h_BM ^-1)，

h_AM——第一测点和第三测点之间的高度差，

h_AN——第一测点和第四测点之间的高度差，

h_BN——第二测点和第四测点之间的高度差，

h_BM——第二测点和第三测点之间的高度差，

ΔU——电压值，

I——电流值。

激发激化测量时，打开双控开关8，同时记录电压值和时间t，一段时间(几分钟)后电压达到饱和值V，断开电源，测量电位差ΔV_MN的变化量。再通过下面的公式计算介质的视极化率S：

自然电位测量时，只需要打开双控开关8中的电压记录仪，测量不同深度上的电位值。然后根据可画出不同深度上的电位曲线，从而达到研究相关问题。

该装置是在钻探过程中实施的，且探测的接触点都在目标介质上，不需要反演工作，能够直接准确探测目标层的物理参数；探测的接触点都在目标介质上，属于原位测试装置，能够直接准确探测目标层的地球物理物理参数。此外，由于该装置不需要采取样品，最大限度上保持了探测目标介质的物理状态，属于原位测试装置，探测的介质参数更加接近真实值，且实施过程快速，效率明显增强。另外，该装置能够在同时实施多个物探装置，测量多个地球物理参数，提供给研究者更多样化选择。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.浅层随钻电法探测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，在目标地区的地表打孔；

步骤二，钻孔至指定深度时，测量第一测点A和第二测点B之间的电流值，测量第一测点A和第二测点B之间的第三测点M和第四测点N之间的电压值，所述第一测点A、第三测点M、第四测点N和第二测点B在目标层中自上而下顺序分布；

步骤三，通过下面公式计算目标层的电阻率值ρ_S：

${\mathrm{\ρ}}_S=K\frac{\mathrm{\Δ}U}{I}$

式中，K＝1/(h_AM ^-1-h_AN ^-1+h_BN ^-1-h_BM ^-1)，

h_AM——第一测点和第三测点之间的高度差，

h_AN——第一测点和第四测点之间的高度差，

h_BN——第二测点和第四测点之间的高度差，

h_BM——第二测点和第三测点之间的高度差，

ΔU——电压值，

I——电流值。

2.根据权利要求1所述的浅层随钻电法探测方法，其特征在于，在步骤二中，用预置电源从第一测点A和第二测点B向目标层通电，所述电流值从预置电源、第一测点A和第二测点B所处回路中测得。

3.根据权利要求2所述的浅层随钻电法探测方法，其特征在于，在步骤二中，将预置电源加载一段时间，直至测量到第三测点M和第四测点N之间的电压饱和值V时，断开电源，测量第三测点M和第四测点N之间的电位差ΔV_MN的变化量；之后，通过下面公式计算目标层的视极化率η_S：

${\mathrm{\η}}_S=\frac{{\mathrm{\ΔV}}_{mn}}{V}\×100\%.$

4.根据权利要求1所述的浅层随钻电法探测方法，其特征在于，在步骤一中，测量不同深度目标层的自然电位值；之后，用所述自然电位值绘制不同深度的电位曲线。

5.浅层随钻电法探测装置，其特征在于，包括空心钻杆，空心钻杆的杆壁上沿径向穿透安装有自上而下相对独立的依次分布的第一电极、第三电极、第四电极和第二电极，第一电极和第二电极的工作端均朝向空心钻杆外，第一电极和第二电极的接电端电连接至少包含预置电源和电流表的串联开路电路中；第三电极和第四电极之间电连接有电压表。

6.根据权利要求5所述的浅层随钻电法探测装置，其特征在于，在串联开路电路中，电流表与预置电源负极电连接，并在电流表和电压表上电连接有用于控制两者同时接入电路和从电路断开的双控开关。

7.根据权利要求6所述的浅层随钻电法探测装置，其特征在于，电流表上设有稳流器。

8.根据权利要求6所述的浅层随钻电法探测装置，其特征在于，电压表上设有稳压器。

9.根据权利要求5至8中任意一项所述的浅层随钻电法探测装置，其特征在于，第一电极、第三电极、第四电极和第二电极为可互换的相同的螺丝状电极，并在空心钻杆的杆壁上开设有自上而下依次部分的绝缘探孔，绝缘探孔的数量多于四个。