CN111812728A

CN111812728A - 一种井地电阻率ct观测系统及其工作方法

Info

Publication number: CN111812728A
Application number: CN202010641270.6A
Authority: CN
Inventors: 苏茂鑫; 刘轶民; 薛翊国; 曲传奇
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2020-07-06
Filing date: 2020-07-06
Publication date: 2020-10-23
Anticipated expiration: 2040-07-06
Also published as: CN111812728B

Abstract

本发明属于电法勘探领域，提供了一种井地电阻率CT观测系统及其工作方法。其为了解决现有的常规物探精度不高，且测线布置受到场地限制的问题，提供了井地电阻率CT观测系统包括CT设备、供电线和观测线；所述供电线设置钻孔内，供电线的供电电极采用二极探测法、三极探测法和四极探测法中至少一种方式进行布设；所述观测线铺设在地面上，观测线上等间距串联有若干个观测电极；其中，钻孔与观测线的布设均与现场环境相匹配；所述CT设备的两端分别连接供电电极和观测电极，用于根据观测线传送来的观测数据进行正演反演数值模拟，得到与当前现场环境相匹配的成像特征。其提高了CT观测精度，避免了人力物力财力的浪费。

Description

一种井地电阻率CT观测系统及其工作方法

技术领域

本发明属于电法勘探领域，尤其涉及一种井地电阻率CT观测系统及其工作方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

井地电阻率CT法应用于地质异常体探测的原理主要以地质异常体与周围介质体电阻率的显著差异为基础，通过电阻率层析成像实现对地质异常体分布情况的较为准确的识别和定位。井地电阻率CT是一种高密度的阵列勘探方法，工作时将发射电极置于地质钻孔中，接收电极测线置于地表面，通过测量获得系列观测数据，然后对这些数据进行反演便可以获得井-地之间的电阻率分布断面图，从而实现对地质异常体的电阻率成像和解释。井地电阻率能够克服诸如地质雷达、高密度电法等测线受场地限制、瞬变电磁探测准确度低的缺点，而且对低阻体响应敏感，能够获得不同深度同等地电效应的地电信息，为地质异常体探测提供了前提。

发明人发现，现有的常规物探手段进行探测时，探测精度较低，且测线布置受到场地限制，浪费了大量的人力物力财力。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种井地电阻率CT观测系统及其工作方法，其针对不同地质环境条件采用不同测线方式进行工程探查，能够获得更深层的地电信息，为地质异常体探测开辟了新思路，为工程的安全实施提供了保障。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面提供一种井地电阻率CT观测系统。

一种井地电阻率CT观测系统，包括CT设备、供电线和观测线；

所述供电线设置钻孔内，供电线的供电电极采用二极探测法、三极探测法和四极探测法中至少一种方式进行布设；

所述观测线铺设在地面上，观测线上等间距串联有若干个观测电极；其中，钻孔与观测线的布设均与现场环境相匹配；

所述CT设备的两端分别连接供电电极和观测电极，用于根据观测线传送来的观测数据进行正演反演数值模拟，得到与当前现场环境相匹配的成像特征。

本发明的第二方面提供一种井地电阻率CT观测系统的工作方法。

一种如上述所述的井地电阻率CT观测系统的工作方法，包括：

根据现场环境相匹配布设钻孔与观测线；

采用二极探测法、三极探测法和四极探测法中至少一种方式进行布设钻孔内供电线的供电电极；

获取观测线传送来的观测数据并进行正演反演数值模拟，得到与当前现场环境相匹配的成像特征。

本发明的有益效果是：

本发明根据不同的现场环境匹配布设钻孔与观测线，结合井地电阻率法对于浅部地层和深部地层具有同等探测效力，能够用于精细目标和构造的探测，提高探测精度，节省了大量的人力物力财力。本发明针对不同地质环境条件采用不同测线方式进行工程探查，能够获得更深层的地电信息，为地质异常体探测开辟了新思路，为工程的安全实施提供了保障。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例的井地电阻率CT观测系统原理图；

图2(a)是本发明实施例的井地电阻率规则测线布置方式；

图2(b)是本发明实施例的井地电阻率不规则测线布置方式；

图2(c)是本发明实施例的井地电阻率交叉测线布置方式。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

为了解决背景技术中提及到的现有的常规物探手段进行探测时，探测精度较低，且测线布置受到场地限制，浪费了大量的人力物力财力的问题，本发明提供了一种井地电阻率CT观测系统及其工作方法。

本发明的一种井地电阻率CT观测系统相对于现有的高密度电法，随着电流从表层向下传导的过程中明显的能量消耗所导致的深部的地质信息探测精度不高，而该井地电阻率CT法因为在井中每一个深度都可以激发电流，不会有明显的能量损失，所以可以有效探测深部的地质异常体；相对于地质雷达法，地质雷达法对于地表5～30米范围内的浅层地表探测效果良好，具有分辨率高、快速、无损、连续检测、实时显示等特点，但对于更深部的地层由于信号变的微弱导致探测效果明显下降，而井地电阻率CT法对于深部地层也具有良好的探测效果；相对于瞬变电磁法，瞬变电磁法只能进行大规模的不良地质体的探测，应用于具体异常体的尺寸规模的分辨上精细度不够，只能对地质异常体分布的大致规模做出判断，而该井地电阻率CT法则可以细致分辨局部的小规模不良地质体。井地电阻率法对于浅部地层和深部地层具有同等探测效力，能够用于精细目标和构造的探测。

如图1所示，本实施例的一种井地电阻率CT观测系统，包括CT设备、供电线和观测线；

在构建井地电阻率CT观测系统的过程中，首先根据观测要求结合地形在探测区域的边界施工一个深为l的钻孔E，在钻孔中以相等的电极距Δx布置n个电极，并用多芯电缆相连.根据钻孔所处的介质,选用与介质电阻率相当的封孔材料，再在地面上以相等的电极距Δx沿直线L布置n个电极，同样用多芯电缆相连。测量时，钻孔E中的供电电极A在第一个供电电极位置1#处开始供电，(另一供电电极B位于无穷远处)，记录下电流强度I₍₁₎((1)代表供电电极位置是1#),电极在1#处供电的过程中，地面测线L上的测量电极M(另一测量电极N位于无穷远处)依次测量1#到n#的电位，并记录下每个电位值U₍₁₎,U₍₂₎……,U_(n)。按照类似的做法,供电电极A分别在同一个钻孔的1#电极到n#电极处依次供电(根据测量精度要求,也可指定供电电极位置)，测量电极M依次测量1#到n#处的电位。

观测装置可采用二极法、三极法、四极法装置或者将这三种方法结合使用。这种电极布置方式通过组合获得了地下丰富的地电信息,为反演成像提供了丰富的数据基础。针对可能分布的低阻异常体，如溶洞、溶槽、充水断层、导水通道的地质环境，探测时采用二、三极观测模式对异常体进行工程初期粗略探测，实现排查隐患的目的，四极观测模式观测数据作为细致探测手段补充验证相应结论；对于复杂的地质异常体发育情况，探测时采取将二、三、四极观测数据进行融合的组合观测模式进行探测分辨。最后再结合正演反演数值模拟研究，分析其成像特征与规律。

在具体实施中，所述井地电阻率CT观测系统，还包括：现场环境勘探装置，其用于采集现场环境并判断现场环境中分布的地质异常体密集程度以及现场环境是否对钻孔受限。

其中，现场环境勘探装置可包括地质探测仪或图像采集器，通过前期地质资料以及前期地质钻孔勘探结果即可返回异常体的大致分布和密集程度。钻孔受限诸如需要在崖壁上从上至下钻孔，危险系数太大，或者周围有建筑物，不能在建筑物内部实施钻孔。

当现场环境对钻孔不受限时，钻孔采用多排平行方式，每个钻孔对应一条观测线；当现场环境对钻孔不受限且地质异常体密集程度小于预设值时，观测线采用垂直于相应钻孔且等间隔设置的规则布置方式；当现场环境对钻孔不受限且地质异常体密集程度小于预设值时，观测线的间距为5～10米；当现场环境对钻孔受限时，钻孔集中于一点周围设置方式，改变钻孔的方位角和倾角以及钻孔的深度以实现对探测区域的全覆盖观测；当现场环境对钻孔不受限且地质异常体密集程度大于或等于预设值时，观测线采用垂直于相应钻孔且等间隔设置，同时通过交叉观测线来加密观测线的布置。

例如：图2(a)为井地电阻率规则测线布置方式，主要通过在可实施多排平行钻孔的较为平整的探测区域表面，在垂直轴线方向上，间隔布置地面测线来探测区域内部可能存在的不良地质体。该测线钻孔尽可能布设在已知不良地质体的边界之外。测线间距一般为5～10米。图2(b)为不规则测线布置方式，是主要针对场地受限，不能采用多排钻孔情况采用的一种方式。该方式钻孔集中于一点周围，通过改变钻孔在XOY面方位角和YOZ面倾角以及钻孔的深度来控制对探测区域的全覆盖。图2(c)为井地电阻率重点地段加密测线布置方式，是在2(a)测线布置基础上，通过交叉测线加密方式对地质异常体分布密集地段进行更为细致的探测。以上3种测线方式应根据现场的环境特点和工程需求精度来决定。

本实施例的井地电阻率CT观测系统的工作方法，其包括：

根据现场环境相匹配布设钻孔与观测线；

具体地，当现场环境对钻孔不受限时，钻孔采用多排平行方式，每个钻孔对应一条观测线；当现场环境对钻孔不受限且地质异常体密集程度小于预设值时，观测线采用垂直于相应钻孔且等间隔设置的规则布置方式；当现场环境对钻孔受限时，钻孔集中于一点周围设置方式，改变钻孔的方位角和倾角以及钻孔的深度以实现对探测区域的全覆盖观测；当现场环境对钻孔不受限且地质异常体密集程度大于或等于预设值时，观测线采用垂直于相应钻孔且等间隔设置，同时通过交叉观测线来加密观测线的布置。

本实施例根据不同的现场环境匹配布设钻孔与观测线，结合井地电阻率法对于浅部地层和深部地层具有同等探测效力，能够用于精细目标和构造的探测，提高探测精度，节省了大量的人力物力财力。本实施例针对不同地质环境条件采用不同测线方式进行工程探查，能够获得更深层的地电信息，为地质异常体探测开辟了新思路，为工程的安全实施提供了保障。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种井地电阻率CT观测系统，其特征在于，包括：CT设备、供电线和观测线；

2.如权利要求1所述的井地电阻率CT观测系统，其特征在于，所述井地电阻率CT观测系统，还包括：现场环境勘探装置，其用于采集现场环境并判断现场环境中分布的地质异常体密集程度以及现场环境是否对钻孔受限。

3.如权利要求2所述的井地电阻率CT观测系统，其特征在于，当现场环境对钻孔不受限时，钻孔采用多排平行方式，每个钻孔对应一条观测线。

4.如权利要求3所述的井地电阻率CT观测系统，其特征在于，当现场环境对钻孔不受限且地质异常体密集程度小于预设值时，观测线采用垂直于相应钻孔且等间隔设置的规则布置方式。

5.如权利要求4所述的井地电阻率CT观测系统，其特征在于，当现场环境对钻孔不受限且地质异常体密集程度小于预设值时，观测线的间距为5～10米。

6.如权利要求2所述的井地电阻率CT观测系统，其特征在于，当现场环境对钻孔受限时，钻孔集中于一点周围设置方式，改变钻孔的方位角和倾角以及钻孔的深度以实现对探测区域的全覆盖观测。

7.如权利要求3所述的井地电阻率CT观测系统，其特征在于，当现场环境对钻孔不受限且地质异常体密集程度大于或等于预设值时，观测线采用垂直于相应钻孔且等间隔设置，同时通过交叉观测线来加密观测线的布置。

8.一种如权利要求1-7中任一项所述的井地电阻率CT观测系统的工作方法，其特征在于，包括：

根据现场环境相匹配布设钻孔与观测线；

9.如权利要求8所述的井地电阻率CT观测系统的工作方法，其特征在于，当现场环境对钻孔不受限且地质异常体密集程度小于预设值时，观测线采用垂直于相应钻孔且等间隔设置的规则布置方式。

10.如权利要求8所述的井地电阻率CT观测系统的工作方法，其特征在于，当现场环境对钻孔受限时，钻孔集中于一点周围设置方式，改变钻孔的方位角和倾角以及钻孔的深度以实现对探测区域的全覆盖观测；

当现场环境对钻孔不受限且地质异常体密集程度大于或等于预设值时，观测线采用垂直于相应钻孔且等间隔设置，同时通过交叉观测线来加密观测线的布置。