CN112433257A - 一种基于频分电法的矢量电法扫面方法 - Google Patents

一种基于频分电法的矢量电法扫面方法 Download PDF

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Abstract

一种基于频分电法的矢量电法扫面方法。本方法基于频分电法，采用两组方向相交的供电系统进行供电，每组供电系统的供电信号频率不同，从而实现对测区内的异常体进行不同方向的激发，获取相同测点上的2个不同频率的电位信号，换算为不同频率的视电阻率和视激电参数，综合分析2个频率的数据，从而获得测区内的多个方向的异常体分布特征。该方法具有一次性获取测区内多个方向的异常体分布特征的优点，在提高扫面精度的基础上也能提高工作效率。该方法适用于测区内存在多个走向的欲探测目标体的电法扫面。

Description

一种基于频分电法的矢量电法扫面方法
技术领域
本发明涉及一种勘查地球物理领域的提高频分电法勘探效果和勘探效率的矢量电法扫面方法。该方法适用于勘探区内的欲探测目标体存在多个走向的电法扫面工作。
背景技术
在电法勘探中有“一种多频电阻率勘探方法”(专利号ZL201710974753.6)的专利技术，该技术命名为频分电法。该方法步骤包括：1)采用能发射n个相互独立、不同频率的电流信号的电法发送机通过n个供电电极和1个无穷远供电电极分别发送不同频率的电流信号；2)在待测目标区通过电法接收机采集两个测量电极之间的n个不同频率的电场总信号，并对电场总信号进行频率分离，获得n个频率的电位差数据；3)采集供电电极和测量电极位置的三维坐标；4)开展不同频率的电位差数据与视电阻率数据之间的换算；6)对所有视电阻率数据开展反演处理，获取待测目标区的真实电阻率分布特征；7)基于真实电阻率分布特征，分析待测目标区的地质特征。该方法有助于提高电法勘探的野外工作效率和勘探效果、降低电法勘探成本。
“一种多频电阻率勘探方法”专利提出了新的方法思路能提高电法或激电法的测深效率，但未对该方法在激电或电阻率扫面工作中开展研究，即未对激电或电阻率扫面提供具体的技术方案。目前常规的电阻率扫面或激电扫面工作中，一般最多布置2个异性点电源，测线与供电点电源的方向一致，通过在异性点电源之间及周边开展电阻率或激电扫面工作，该技术一般对垂直或近似垂直测线的异常体反应较好；但一般测区内的欲探测目标体的走向存在多种情况，即除了垂直或近似垂直供电点连线的异常体外，也存在与供电点连线斜交乃至平行的异常体；当出现与供电点连线斜交乃至平行的异常体时，由于供电场源的激发条件受限，此类异常体对电场的影响不灵敏，从而影响对测区内所有异常体的特征判断精度；若再布置一次或多次其他方向的供电源，虽然能解决此类多异常体方向的问题，但增加勘探成本，降低勘探效率，即成本较高、效率较低，不符合绿色勘探的理念和需求。为了更好地解决异常体多种走向的问题，故需要对电法扫面的技术开展进一步研究。
发明内容：
基于现有电阻率和激电等电法扫面技术所存在的问题，提出一种基于频分电法的矢量电法扫面方法。
一种基于频分电法的矢量电法扫面方法，其具体步骤如下：
a)基于电法扫面测区的情况确定电法扫面测区的测线方向，及其方位角γ，方位角单位为度；如果同时开展矢量电法扫面的不同测线有多个方位角，则可以取同时开展矢量电法扫面的测线的多个方位角的平均方位角作为方位角γ；同时开展矢量电法扫面的测线是指采用完全相同的供电点开展电法扫面的测线；
b)电法扫面的测线方位角减去α度，获得第一组供电点(A1、B1)连线的方位角，即测线方位角γ减去α度为第一组供电点连线的方位角；布设第一组供电系统；其中0<α<90，方位角单位为度；建议选择α＝45；
第一组供电点(A1、B1)的坐标(XA1,YA1)和(XB1,YB1)通过如下方式确定：
对同时开展矢量电法扫面的测点按照公式(1)求取测点的平均坐标
Figure BDA0002810352050000031
同时开展矢量电法扫面的测点是指采用完全相同的供电点开展电法扫面的测点：
Figure BDA0002810352050000032
其中n为同时开展矢量电法扫面的测点数量，i为同时开展矢量电法扫面的测点编号，Xi为测点编号i的东西方向平面坐标，Yi为测点编号i的南北方向平面坐标；
计算同时开展矢量电法扫面的测线中测线长度最大的长度值LMAX，LMAX的单位与供电点及测点坐标单位相同；第一组供电点(A1、B1)的坐标(XA1,YA1)和(XB1,YB1)要求满足公式(2)：
Figure BDA0002810352050000041
c)电法扫面的测线方位角加上β度，获得第二组供电点(A2、B2)连线的方位角，即测线方位角加上β度为第二组供电点连线的方位角；布设第二组供电系统；其中0<β<90；且α+β≦90度，方位角单位为度；建议选择β＝45；
第二组供电点(A2、B2)的坐标(XA2,YA2)和(XB2,YB2)要求满足公式(3)：
Figure BDA0002810352050000042
公式(2)和(3)中的SIN()、COS()、TAN()分别为三角函数中的正弦、余弦、正切函数；
d)第一组和第二组供电系统同时供电，第一组供电系统的供电信号频率与第二组供电系统的供电信号频率不同；两组供电系统的2个供电信号频率的高频频率值(fH)与低频频率值(fL)的频比不小于2，即fH:fL≥2:1。且两组供电系统的供电信号频率的范围为[0.001,1000]赫兹。
e)在测区内的测点上获取两组供电系统所供2个频率的电位信号；
f)分别处理2个频率的电位信号，获取测点上的不同频率的视电阻率和视激电参数；
g)对所有测点的相同频率的视电阻率和视激电参数进行等值线和平面剖面图绘制，获得2个频率的成果图；
h)对2个频率的成果图进行综合分析判断，获得测区内不同方向的异常体的分布特征。
附图说明：
图1为本发明的一种基于频分电法的矢量电法扫面方法流程图；
图2为采用本发明的野外布置示意图；
图2中黑色三角形及编号A1和B1为第一组供电系统的2个供电点及编号；黑色三角形及编号A2和B2为第二组供电系统的2个供电点及编号；黑色圆点为测点；带箭头的线条为每组供电系统的相应供电点的连线方向指示；
图3为常规激电扫面的野外布置示意图；
图4为采用2组供电系统的带异常体的电场分布示意图；图中等值线为等电位线；
图5为采用常规激电扫面技术的带异常体的电场分布示意图；图中等值线为等电位线；从图5中的电位等值线图可以发现对于平行供电点连线的异常体反应不敏感。
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。
采用本发明所提出的一种基于频分电法的矢量电法扫面方法，开展矢量激电勘探，其具体步骤如下：
a)基于电法扫面测区内欲探测目标体的大体情况确定电法扫面的测线方向；如图2所示，确定同时开展矢量电法扫面的测线方向为正南北方向，即测线方位角为γ＝0度；
b)电法扫面的测线方位角减去α度(如图2所示，选择α＝45；)，获得第一组供电点(A1、B1)连线的方位角，即测线方位角γ减去α度为第一组供电点连线的方位角；如图2所示，第一组供电线的方位角为-45度，即北西45度；并布设第一组供电系统；在该方位上布置第一组供电系统，A1和B1为第一组供电系统的2个供电点；为了获得质量更高的数据，第一组供电系统的供电点位于所有测点的外围；
第一组供电点(A1、B1)的坐标(XA1,YA1)和(XB1,YB1)通过如下方式确定：
对同时开展矢量电法扫面的测点按照公式(1)求取测点的平均坐标
Figure BDA0002810352050000061
同时开展矢量电法扫面的测点是指采用完全相同的供电点开展电法扫面的测点：
Figure BDA0002810352050000062
其中n为同时开展矢量电法扫面的测点数量(如图2中，测点总数为110个，则n＝110；)，i为同时开展矢量电法扫面的测点编号，Xi为测点编号i的东西方向平面坐标，Yi为测点编号i的南北方向平面坐标；
计算同时开展矢量电法扫面的测线中测线长度最大的长度值LMAX，LMAX的单位与供电点及测点坐标单位相同；如图2所示，第一组供电点(A1、B1)的坐标(XA1,YA1)和(XB1,YB1)要求满足公式(2)：
Figure BDA0002810352050000071
c)电法扫面的测线方位角加上β度(如图2所示，β＝45)，获得第二组供电点(A2、B2)连线的方位角，即测线方位角加上β度为第二组供电点连线的方位角；如图2所示，第二组供电线的方位角为45度，即北东45度；布设第二组供电系统；为了获得质量更高的数据，第二组供电系统的供电点位于所有测点的外围；
如图2所示，第二组供电点(A2、B2)的坐标(XA2,YA2)和(XB2,YB2)要求满足公式(3)：
Figure BDA0002810352050000081
公式(2)和(3)中的SIN()、COS()、TAN()分别为三角函数中的正弦、余弦、正切函数；
d)第一组和第二组供电系统同时供电，但第一组供电系统的供电信号频率与第二组供电系统的供电信号频率不同；即对图2中的A1和B1进行供电，对A2和B2进行供电，且两组供电系统的供电信号频率不相同，建议两组供电系统的供电信号的频率的频比不小于2，且供电信号的频率范围为[0.001,1000]赫兹；如选择第一组供电系统的供电信号频率为1赫兹，第二组供电系统的供电信号频率为2赫兹；
e)在测区内的测点(如图2中的110个测点)上获取两组供电系统所供2个频率的电位信号；采用频分电法接收机同时获取所有测点上的2个频率的电位信号；测点信号的获取装置可以采用测点+无穷远测点的单极装置，也可以采用2个测点的偶极装置；为了提高勘探效率和降低随机电磁干扰，建议采用2个测点的偶极装置获取电位信号；
f)分别处理2个频率的电位信号，获取测点上的不同频率的视电阻率和视激电参数；对频分电位接收机获取的不同频率的电位信号根据供电点和测量点的空间关系采用常规电法的视电阻率和视激电参数的计算公式进行处理，获得所有测点上的不同频率的相关数据；
g)对所有测点的相同频率的视电阻率和视激电参数进行等值线和平面剖面图绘制，获得2个频率的成果图；即对所有测点的相同频率的数据进行图形绘制，获取不同频率的勘探成果图；
h)对2个频率的成果图进行综合分析判断，获得测区内不同方向的异常体的分布特征；综合分析不同频率的勘探异常分布图，获取测区内多个方向的异常体分布情况，如异常幅值、走向、范围等特征值，从而获得测区内不同方向的异常体的特征。
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 (5)

1.一种基于频分电法的矢量电法扫面方法，其具体步骤如下：
a)基于电法扫面测区的情况确定电法扫面测区的测线方向，及其方位角γ，方位角单位为度；如果同时开展矢量电法扫面的测线有多个方位角，则取同时开展矢量电法扫面的测线的多个方位角的平均方位角作为方位角γ；同时开展矢量电法扫面的测线是指采用完全相同的供电点开展电法扫面的测线；
b)电法扫面的测线方位角减去α度，获得第一组供电点(A1、B1)连线的方位角，即测线方位角γ减去α度为第一组供电点连线的方位角；布设第一组供电系统；其中0<α<90，方位角单位为度；
第一组供电点(A1、B1)的坐标(XA1,YA1)和(XB1,YB1)通过如下方式确定：
对同时开展矢量电法扫面的测点按照公式(1)求取测点的平均坐标
Figure FDA0002810352040000011
同时开展矢量电法扫面的测点是指采用完全相同的供电点开展电法扫面的测点：
Figure FDA0002810352040000012
其中n为同时开展矢量电法扫面的测点数量，i为同时开展矢量电法扫面的测点编号，Xi为测点编号i的东西方向平面坐标，Yi为测点编号i的南北方向平面坐标；
计算同时开展矢量电法扫面的测线中测线长度最大的长度值LMAX，LMAX的单位与供电点及测点坐标单位相同；第一组供电点(A1、B1)的坐标(XA1,YA1)和(XB1,YB1)要求满足公式(2)：
Figure FDA0002810352040000021
c)电法扫面的测线方位角加上β度，获得第二组供电点(A2、B2)连线的方位角，即测线方位角加上β度为第二组供电点连线的方位角；布设第二组供电系统；其中0<β<90；且α+β≦90度，方位角单位为度；
第二组供电点(A2、B2)的坐标(XA2,YA2)和(XB2,YB2)要求满足公式(3)：
Figure FDA0002810352040000022
公式(2)和(3)中的SIN()、COS()、TAN()分别为三角函数中的正弦、余弦、正切函数；
d)第一组和第二组供电系统供电，第一组供电系统的供电信号频率与第二组供电系统的供电信号频率不同；
e)在测区内的测点上获取两组供电系统所供2个频率的电位信号；
f)分别处理2个频率的电位信号，获取测点上的不同频率的视电阻率和视激电参数；
g)对所有测点的相同频率的视电阻率和视激电参数进行等值线和平面剖面图绘制，获得2个频率的成果图；
h)对2个频率的成果图进行综合分析判断，获得测区内不同方向的异常体的分布特征。
2.如权利要求1所述的一种基于频分电法的矢量电法扫面方法，其特征在于：步骤b)中的α＝45。
3.如权利要求1所述的一种基于频分电法的矢量电法扫面方法，其特征在于：步骤c)中的β＝45。
4.如权利要求1所述的一种基于频分电法的矢量电法扫面方法，其特征在于：步骤d)中的两组供电系统的2个供电信号频率的高频频率值(fH)与低频频率值(fL)的频比不小于2，即fH:fL≥2:1。
5.如权利要求1所述的一种基于频分电法的矢量电法扫面方法，其特征在于：步骤d)中的两组供电系统的供电信号频率的范围为[0.001,1000]赫兹。
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