CN108761540A - 一种频率域天然电场三维勘探方法 - Google Patents

一种频率域天然电场三维勘探方法 Download PDF

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Abstract

一种频率域天然电场三维勘探方法。本方法采用一台测量天然电场的电法设备采集某个已知点的天然电场频率域信号，在待测区按照待测区的实际地形地貌等情况布置待测区的网格状测点，采用另一台测量天然电场的电法设备测量待测区的测点与该测点的所有相邻测点间的多个频率的天然电场频率域信号，选择相同时刻、相同频率的记录点和已知点的天然电场频率域信号进行比值换算，获得整个待测区的剔除了日变的三维勘探成果，从而实现对待测区的频率域天然电场三维勘探目的。

Description

一种频率域天然电场三维勘探方法
技术领域
本发明涉及一种勘查地球物理领域的频率域天然电场三维勘探方法。
背景技术
在电法勘探中有一种采用测量天然电场进行地质勘探的选频法。该方法采用两个接地的测量电极直接测量大地的天然电场不同频率的电场信号强度，而无需测量大地的天然磁场，也无需布置人工电场，故该方法的工作效率较高、勘探成本低、抗人文电磁干扰能力强，在地质勘探中具有比较明显的优势。但由于形成大地的天然电场信号的激励源并不是稳定的，不但不同频率的激励源的信号强度不同，即使是相同频率的激励源的信号强度也会随着时间发生变化，故不同时刻获取的相同频率的天然电场信号强度不同；另由于人文电场干扰也随着时间发生变化；若对不同时刻获取的天然电场数据进行直接解译，则会由于不同时刻的激励源信号强度和人文电场干扰不同，导致不同时刻获取的天然电场数据可比性降低，从而影响该方法的勘探效果。这也是选频法目前更多的作为前期定性勘探的主要原因。
选频法目前主要用于一维环形勘探和二维剖面勘探，由于该方法存在不同测点的信号可比性不强，导致勘探成果精度不高，也难以开展三维勘探。
基于目前天然电场方法所存在的上述问题，为提高该方法的勘探效果，故提出一种频率域天然电场三维勘探方法。
发明内容：
本发明的目的是基于现有选频法存在不同测点的天然电场信号可比性低、勘探效果较差、无法开展三维勘探等问题，提出一种频率域天然电场三维勘探方法，提高提高天然电场的勘探精度和效果。
一种频率域天然电场三维勘探方法，其具体步骤如下：
a)根据勘探目的、勘探要求选择并设置好所有测量频率域天然电场的电法设备的测量频率数量和频率数值，测量天然电场的频率数量不少于2个，测量天然电场的电法设备不少于2台，并对所有电法设备开展一致性检查，获取仪器之间的系统差；频率数量越多，勘探精度越高；选用的测量天然电场的电法设备越多，勘探效率越高；可根据具体的勘探要求、勘探难度等因素综合选择选择需要测量的频率数据和具体数值；在待测区布置网格状测点，且在每个测点上布置测量电极和导线；。
b)在待测区或周边选择地质情况基本已知、人文电场干扰小的已知点布设第一台频率域天然电场的电法设备，按照固定的时间间隔测量已知点某个时间段不同频率的天然电场信号，并采用已知点的两个测量电极距离对该天然电场信号进行距离归一化处理，获得距离归一化处理后的已知点某个时间段不同频率的天然电场时间序列数据U0(t,f)，其中t为测量天然电场的采集时刻，f为天然电场的频率数值；已知点的选择可以结合前期的地质等方面的成果进行选择，尽量选择地质情况简单、地层稳定、干扰小的地点布置已知点的电法设备；测量的时间间隔可以根据仪器的存储空间大小、野外测点多少、勘探精度要求等进行选择；记录电法设备的测量电极MN距离；为提高已知点的天然电场信号稳定性，采用不极化电极作为测量电极；已知点的测量天然电场的电法设备的工作参数与测点的测量天然电场的电法设备相同，但数据采集的时间间隔可以不同；已知点的测量天然电场的测量时间范围完全覆盖测点的测量天然电场的测量时间范围。
c)对步骤b)所采集的已知点的不同频率的天然电场信号时间序列数据U0(t,f)，采用插值方法对时间序列数据进行时间、天然电场幅值的插值，获得已知点的不同频率的插值后的天然电场信号的时间序列数据UC(t,f)；数据插值方法可优选二次样条插值、拉格朗日插值等方法；插值后的结果以不改变原始曲线总体形态为准。
d)在待测区内选择某个测点及与该测点的相邻测点，采用第二台频率域天然电场的电法设备测量该测点与该测点所有的相邻测点之间的频率域天然电场和记录采集时刻；每个记录点坐标设定为该测点与该测点的每个相邻测点之间的中心点坐标；采用该测点与相应的相邻测点的距离对相应天然电场信号进行距离归一化处理，获得距离归一化处理后的不同记录点的、不同频率的天然电场时间序列数据Un(t,f)，其中n代表不同记录点的编号，t为测量天然电场的采集时刻，f为天然电场的频率数值；从而获得该测点的不同记录点的不同频率的天然电场数据测量结果；可以采用多台测量天然电场的电法设备测量天然电场数据，以提高勘探效率；为提高勘探效果，对所有测量天然电场的电法设备进行一致性测量，获取不同设备之间的系统差；该步骤所选用的测量天然电场的电法设备采用铜电极作为测量电极，以便减少野外工作难度，提高工作效率；该步骤的测量天然电场的电法设备的工作参数与已知点的天然电场的电法设备的工作参数完全相同，但测量天然电场的时间间隔可以不同；测点的测量天然电场的测量时间范围完全包含在已知点的测量天然电场的测量时间范围之内。
e)选择待测区的其他测点，按照类似步骤d)中的方式，采集其他测点与相应测点的相邻测点之间的不同频率的天然电场时间序列数据，从而获得其他测点的不同记录点的天然电场数据测量结果；直至完成待测区的所有测点的所有记录点的天然电场数据测量。
f)当完成待测区的所有测点的所有记录点上的天然电场信号采集工作后，结束已知点上的天然电场数据采集工作。
g)根据所有测点的)所有记录点的天然电场时间序列数据的采集时刻和频率数值，从步骤c)获取的已知点的插值后的天然电场信号的时间序列数据UC(t,f)中选择出与相应记录点的天然电场数据采集时刻和频率数值相同的已知点的插值后的天然电场数据UC(t,f)，对所有记录点的天然电场数据Un(t,f)采用Fn,f＝Un(t,f)/UC(t,f)公式进行计算，获得所有记录点的Fn,f数据，其中n代表不同记录点的编号，t为测量天然电场的采集时刻，f为天然电场的频率数值。
h)根据所有记录点的坐标、所有记录点上获取的不同频率的Fn,f数据，结合已知点的已知地质情况，综合判断待测区的三维电性分布情况；可以采用所有记录点的平面坐标、所有记录点的频率值和Fn,f数据结合所有记录点的高程数据绘制三维成果图，再结合其他地质成果对待测区所有测点的地质请等进行判断和分析。
以上步骤中的已知点和所有记录点获取的天然电场信号和数据均按照相应点的测量电极MN距离进行距离归一化处理，从而减小由于测量电极距离长度不同引起的信号差别，减小野外工作难度，增强该方法的野外适应性和灵活度。
附图说明：
图1为本发明提出的一种频率域天然电场三维勘探方法流程图；
图2为本发明提出的一种频率域天然电场三维勘探方法野外布置示意图；
图2中A为地质情况已知的已知点，B为测量已知点的第一台频率域天然电场的电法设备，C为测量测点的第二台频率域天然电场的电法设备，1～25为测点及编号，N表示北方向，E表示东方向。
具体实施方式：
以下参照图1、图2结合具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图2所示，需要对图2中的待测区内测点1～25(总计25个测点)开展本发明所提出的频率域天然电场三维勘探，具体步骤如下：
a)根据针对待测区的勘探目的、勘探要求选择并设置好所有测量天然电场的电法设备B和C的测量频率数量和频率数值；本实施方式选择2个频率开展，频率数值分别为f1,f2；选用两台测量天然电场的电法设备B和C，并对两台电法设备B和C开展一致性检查，获取仪器之间的系统差；在待测区布置网格状测点1～25，并在待测区的所有测点1～25上布置测量电极。
b)在待测区选择地质情况基本已知、人文电场干扰小的已知点A布设一台测量天然电场的电法设备B，按照固定的时间间隔(如每分钟测量一次)测量已知点A某个时间段频率数值为f1,f2的天然电场信号，采用已知点A的两个测量电极距离对该天然电场信号进行距离归一化处理，获得距离归一化处理后的已知点A某个时间段两个频率的天然电场时间序列数据U0(t,f1)和U0(t,f2)，其中t为测量天然电场的采集时刻，f1,f2为天然电场的两个频率数值；已知点A的选择可以结合前期的地质等方面的成果进行选择，尽量选择地质情况简单、地层稳定、干扰小的地点布置已知点A的电法设备；测量的时间间隔可以根据仪器的存储空间大小、野外测点多少、勘探精度要求等进行选择；记录测量天然电场的电法设备B的测量电极MN距离；为提高已知点A的天然电场信号稳定性，采用不极化电极作为测量电极；已知点A的测量天然电场的电法设备B的工作参数与测点1～25的测量天然电场的电法设备C的工作参数相同，但数据采集的时间间隔可以不同；已知点A的测量天然电场的测量时间范围完全覆盖测点1～25的测量天然电场的测量时间范围。
c)对步骤b)所采集的已知点A的两个频率数值f1,f2的天然电场信号时间序列数据U0(t,f1)和U0(t,f2)，采用插值方法对时间序列数据进行时间、天然电场数据插值，获得已知点A的两个频率数值f1,f2的插值后的天然电场信号的时间序列数据UC(t,f1)和UC(t,f2)；数据插值方法可优选二次样条插值方法；插值后的结果以不改变原始曲线总体形态为准。
d)在待测区内选择测点1及与测点1的相邻测点(如测点2、7、6)通过导线连接测量电极，采用第二台频率域天然电场的电法设备C测量测点1与所有的相邻测点(如测点2、7、6)之间的频率域天然电场信号和记录采集时刻；每个记录点坐标设定为测点1与测点1的每个相邻测点(如测点2、7、6)之间的中心点坐标；采用测点1与相邻测点(如测点2、7、6)的距离对相应天然电场信号进行距离归一化处理，获得距离归一化处理后的3个记录点的、不同频率的天然电场时间序列数据Un(t,f)，其中n代表不同记录点的编号，t为测量天然电场的采集时刻，f为天然电场的频率数值；从而获得测点1的3个记录点的不同频率的天然电场数据测量结果；为提高勘探效果，对所有测量天然电场的电法设备B和C进行一致性测量，获取设备之间的系统差；该步骤所选用的测量天然电场的电法设备C采用铜电极作为测量电极，以便减少野外工作难度，提高工作效率；该步骤的测量天然电场的电法设备C的工作参数与已知点A的天然电场的电法设备B的工作参数完全相同，但测量天然电场的时间间隔可以不同；所有测点1～25的测量天然电场的测量时间范围完全包含在已知点A的测量天然电场的测量时间范围之内。
e)把测量天然电场的电法设备C挪到测点2，测量测点2与测点2的相邻测点(如测点3、8、7、6，由于测点2与测点1之间的天然电场信号已经在步骤d)中已经测量，故可以不测量测点2和测点1的测量电极之间的天然电场信号；若测量测点2和测点1的测量电极之间的天然电场信号，则可以作为检查点数据)的测量电极之间的天然电场信号，并采用步骤d)的记录点编号、天然电场信号距离归一化处理、记录数据采集时刻相类似的方式处理。
f)把其他测点3～25按照类似的方式开展每个测点与相邻测点的天然电场信号测量和处理，直至完成所有测点1～25的所有记录点的数据测量。
g)当完成设计的所有测点1～25的所有记录点上的天然电场信号采集工作后，结束已知点A上的天然电场数据采集工作。
h)根据所有测点1～25的所有记录点的天然电场时间序列数据的采集时刻和频率数值，从步骤c)获取的已知点A的插值后的天然电场信号的时间序列数据UC(t,f1)和UC(t,f2)中选择出与相应记录点的天然电场数据采集时刻和频率数值相同的已知点A的插值后的天然电场数据UC(t,f1)和UC(t,f2)，对所有测点1～25的不同记录点的天然电场数据Un(t,f1)和Un(t,f2)采用Fn,f＝Un(t,f)/UC(t,f)公式进行计算，获得所有测点1～25的所有记录点的Fn,f数据，其中n代表不同记录点的编号，t为测量天然电场的采集时刻，f为天然电场的两个频率数值f1,f2其中之一。
i)根据以上25个测点的所有记录点的坐标，所有记录点上获取的不同频率的Fn,f数据，结合已知点A的已知地质情况，综合判断待测区下的地质情况；可以采用所有记录点的平面坐标、所有记录点的频率值、Fn,f数据结合所有记录点的高程数据绘制三维成果图，再结合其他地质成果对待测区的地质情况进行判断和分析。
以上步骤中的已知点A和测点1～25的所有记录点获取的天然电场信号和数据均按照相应的测量电极MN距离进行距离归一化处理，从而减小由于测量电极间的距离长度不同引起的信号差别，也能为野外工作中根据测点1～25的实际情况布置更符合野外现场的测量电极，减小野外工作难度，增强该方法的野外适应性和灵活度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明内。

Claims (1)

1.一种频率域天然电场三维勘探方法，其具体步骤如下：
a)根据勘探目的、勘探要求选择并设置好所有测量频率域天然电场电法设备的测量频率数量和频率数值，测量天然电场的频率数量不少于2个，测量天然电场的电法设备不少于2台；在待测区布置网格状测点，且在每个测点上布置测量电极和导线；
b)在待测区选择地质情况基本已知、人文电场干扰小的已知点布设第一台频率域天然电场的电法设备，按照固定的时间间隔测量已知点某个时间段不同频率的天然电场信号和记录信号采集时刻，并采用已知点的两个测量电极距离对该天然电场信号进行距离归一化处理，获得距离归一化处理后的已知点某个时间段不同频率的天然电场时间序列数据U0(t,f)，其中t为测量天然电场的采集时刻，f为天然电场的频率数值；
c)对步骤b)所采集的已知点的不同频率的天然电场信号时间序列数据U0(t,f)，采用插值方法对时间序列数据进行时间、天然电场幅值的插值，获得已知点的不同频率的插值后的天然电场信号的时间序列数据UC(t,f)；
d)在待测区内选择某个测点及与该测点的相邻测点，采用第二台频率域天然电场的电法设备测量该测点与该测点所有的相邻测点之间的频率域天然电场和记录采集时刻；每个记录点坐标设定为该测点与该测点的每个相邻测点之间的中心点坐标；采用该测点与相应的相邻测点的距离对相应天然电场信号进行距离归一化处理，获得距离归一化处理后的不同记录点的、不同频率的天然电场时间序列数据Un(t,f)，其中n代表不同记录点的编号，t为测量天然电场的采集时刻，f为天然电场的频率数值；从而获得该测点的不同记录点的不同频率的天然电场数据测量结果；
e)选择待测区的其他测点，按照类似步骤d)采集其他测点与相应测点的相邻测点之间的不同频率的天然电场时间序列数据，从而获得其他测点的不同记录点的天然电场数据测量结果；直至完成待测区的所有测点的所有记录点的天然电场数据测量；
f)当完成待测区的所有测点的所有记录点上的天然电场采集工作后，结束已知点上的天然电场采集工作；
g)根据所有测点的所有记录点的天然电场时间序列数据的采集时刻和频率数值，从步骤c)获取的已知点的插值后的天然电场信号的时间序列数据UC(t,f)中选择出与相应记录点的天然电场数据采集时刻和频率数值相同的已知点的插值后的天然电场数据UC(t,f)，对获取的不同记录点的天然电场数据Un(t,f)采用Fn,f＝Un(t,f)/UC(t,f)公式进行计算，获得所有记录点的Fn,f数据，其中n代表不同记录点的编号，t为测量天然电场的采集时刻，f为天然电场的频率数值；
h)根据所有记录点的坐标、所有记录点上获取的不同频率的Fn,f数据，结合已知点的已知地质情况，综合判断待测区的三维电性分布情况。
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