CN113031079A - 一种基于频分电法的新激电方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于频分电法的新激电方法。本方法基于频分电法的激电方法，提出能反映频分电法的激电异常体的新激电参数‑简易和精确极化常数，并提供了简易和精确极化常数的公式，应用该极化常数进行激电勘探，寻找激电异常。该方法的极化常数能更真实表达不同激电异常体的极化现象和特征，从而削弱激电法的多解性问题，能进一步提高激电异常体的勘探效果和精度，从而实现以更低的勘探成本实现更好的勘探效果。

Description

一种基于频分电法的新激电方法
技术领域
本发明涉及一种用于地球物理勘探领域的新激电方法，属于勘查地球物理领域。该方法能提高频分电法的勘探精度和勘探效果，并降低勘探经济成本和时间成本。该方法相对于传统电法能实现更高效率、更优效果。
背景技术
在电法勘探中有一个专利“一种多频电阻率勘探方法”(专利号ZL201710974753.6)的技术，该技术方法后期被命名为频分电法。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。
该专利能进一步提高电法勘探效率，但该专利仅提出了电阻率的测量方式，未给出激电法的勘探技术，故值得对该专利方法做进一步的研究。
现有测量电位差的激电法一般是通过电阻率和极化率或幅频率进行激电异常体的判断和分析，现有激电法虽然能对激电异常体进行比较好的控制和圈定，但在野外实践工作中，经常会发现一些有明显激电现象的异常体在野外勘探结果中并不能呈现明显的极化率或幅频率异常，且有些无明显激电现象的异常体也呈现明显的极化率或幅频率异常，从而给勘探工作带来异常圈定的麻烦和难度，也给勘探工作造成一些时间和经济浪费，其原因与极化率或幅频率参数中携带了电阻率信息有关，从而使得极化率或幅频率参数更加复杂，与激电异常体的对应关系发生改变。故有必要对现有的激电法特别是现有测量电位差并通过电位差进行极化率或幅频率计算的激电法进行研究，并提出新的能表征激电异常本质的参数，从而应用在激电法勘探中，并形成能提高勘探精度和勘探效果更优的新激电方法。
发明内容：
基于现有频分电法和激电法所存在的问题，本发明提出一种基于频分电法的新激电方法，通过简易极化常数或精确极化常数等参数对激电异常体进行更切合激电形成机理的分析和判断，从而提高频分电法勘探精度和效果。
一种基于频分电法的新激电方法，其具体步骤如下：
a)选择欲开展激电法的勘探区，并布置测线和测点；测线可以布置为折线或直线；测线线距和测点点距可以选择等间距，也可以选择不等间距；选择等间距的测线线距和测点点距的勘探结果反映效果更优；
b)布置供电电极和测量电极；如果选用有无穷远供电电极或无穷远测量电极的装置，则布置无穷远供电电极或无穷远测量电极；
c)记录所有供电电极和测量电极的坐标；记录坐标主要是为了后续计算装置系数和距离，和对测量结果进行位置定位，以便分析异常的分布情况；电极的坐标可以选择相对坐标系，也可以选择全球坐标系，只要保证电极之间的相对距离关系就可；
d)采用频分电法发送机对q对供电电极Al和Bl同时进行供电，其中l∈[1,q]，且l为自然数，q为频分电法每次同时供电的供电电极的对数，q不大于频分电法发送机的同时供电的通道数，q为大于0的自然数；每对供电电极所通过的电流频率至少有一个，且不同对供电电极所通过的电流频率不相同；任何供电电极所通过的电流频率均不等于0；每对供电电极上通过的电流频率数量均相等，设每对供电电极上通过的电流频率数量为p，p为大于0的自然数；
e)采用频分电法接收机测量2个测量电极M和N上的n个频率的电位差
Figure BDA0003030010490000031
i∈[1,n]；其中n为大于1的自然数，且n＝p*q；其中fi为频分电法发送机对供电电极Al和Bl同时供电所供出的频率，即总共有n个频率f1、f2、…fn-1、fn；并记录测量2个测量电极M和N上的n个频率的电位差时的频分电法发送机的每个频率的供电电流值
Figure BDA0003030010490000041
i∈[1,n]；
如果有多个测点需要开展频分电法激电勘探，则至少改变测量电极M和N中一个测量电极的位置，并采用频分电法接收机测量另一个测点所对应的2个测量电极M和N上的电位差，并记录测量2个测量电极M和N上电位差时的频分电法发送机的每个频率的供电电流值；若需要测量同一个测点的不同供电极距的电位差，则至少改变供电电极中一个供电电极的位置，并采用频分电法接收机测量同一个测点所对应的2个测量电极M和N上的n个频率的电位差，并记录测量2个测量电极M和N上电位差时的频分电法发送机的每个频率的供电电流值；
若p＝1，即n＝q，即每对供电电极上通过的电流频率数量为1个频率，则采用频分电法接收机测量2个测量电极M和N上的q个频率的电位差
Figure BDA0003030010490000042
和相应频率的r次谐波的电位差
Figure BDA0003030010490000043
i∈[1,q]，r为大于1的自然数；fi,r为当p＝1时，fi频率的r次谐波频率；若p＝1，即n＝q，即每对供电电极上通过的电流频率数量为1个频率，则采用频分电法发送机记录每个频率的的r次谐波的供电电流值
Figure BDA0003030010490000044
i∈[1，q]；
f)选择相应的公式计算相应供电电极Al和Bl供电时，2个测量电极M和N对应的测点的简易极化常数
Figure BDA0003030010490000045
或精确极化常数
Figure BDA0003030010490000051
基于频分电法发送机供入每对供电电极的电流频率数量不同，进行计算公式选择；当频分电法供入每对供电电极的电流频率数量为1时，选择公式(1-1-1)进行简易极化常数
Figure BDA0003030010490000052
的计算，选择公式(1-2-1)进行精确极化常数
Figure BDA0003030010490000053
的计算；当频分电法供入每对供电电极的电流频率数量大于1时，选择公式(1-1-2)进行简易极化常数
Figure BDA0003030010490000054
的计算，选择公式(1-2-2)进行精确极化常数
Figure BDA0003030010490000055
的计算；即可以计算所有测点的简易极化常数和精确极化常数，但简易极化常数数据与精确极化常数的数据不能混合在一起进行处理；即不同公式的计算结果不能组合处理、解释，但可以分开处理和解释；如果不同公式的计算结果组合，则由于公式的不同，会带来异常判断的误差，从而降低勘探精度和效果。
若每对供电电极通过的电流频率数量为1个频率，即p＝1，则选择公式(1-1-1)进行简易极化常数
Figure BDA0003030010490000056
的计算；或选择公式(1-2-1)进行精确极化常数
Figure BDA0003030010490000057
的计算；即可以计算所有测点的简易极化常数和精确极化常数，但简易极化常数数据与精确极化常数的数据不能混合在一起进行处理；即不同公式的计算结果不能组合处理、解释，但可以分开处理和解释；如果不同公式的计算结果组合，则由于公式的不同，会带来异常判断的误差，从而降低勘探精度和效果。
Figure BDA0003030010490000061
其中
Figure BDA0003030010490000062
分别表示供电电极Al到测量电极M的距离、供电电极Al到测量电极N的距离、供电电极Bl到测量电极M的距离、供电电极Bl到测量电极N的距离、测量电极M到测量电极N的距离；公式(1-1-1)中的K为根据相应供电电极和测量电极的坐标换算的装置系数；装置系数K的计算根据相应供电电极和测量电极的坐标，采用传导电法勘探中的装置系数公式进行计算，基于供电电极和测量电极的布置情况，分为二极装置系数、三极装置系数和四极装置系数；fi、fi，r为频分电法发送机对供电电极Al和Bl同时供电所供出的唯一频率和该频率的r次谐波频率；
若每对供电电极通过的电流频率数量多于1个频率，即p>1，则选择公式(1-1-2)进行简易极化常数
Figure BDA0003030010490000063
或选择公式(1-2-2)进行精确极化常数
Figure BDA0003030010490000064
的计算；即可以计算所有测点的简易极化常数和精确极化常数，但简易极化常数数据与精确极化常数的数据不能混合在一起进行处理；即不同公式的计算结果不能组合处理、解释，但可以分开处理和解释；如果不同公式的计算结果组合，则由于公式的不同，会带来异常判断的误差，从而降低勘探精度和效果。
Figure BDA0003030010490000071
其中
Figure BDA0003030010490000072
分别表示供电电极Al到测量电极M的距离、供电电极Al到测量电极N的距离、供电电极Bl到测量电极M的距离、供电电极Bl到测量电极N的距离、测量电极M到测量电极N的距离；公式(1-1-2)中的K为根据相应供电电极和测量电极的坐标换算的装置系数；装置系数K的计算根据相应供电电极和测量电极的坐标，采用传导电法勘探中的装置系数公式进行计算，基于供电电极和测量电极的布置情况，分为二极装置系数、三极装置系数和四极装置系数fi、fj为频分电法发送机对供电电极Al和Bl同时供电所供出的p个频率中的2个频率，且fi≠fj；为尽量保证极化常数为正数，设定公式(1-1-2)和(1-2-2)中的fi＜fj；
g)计算相应供电电极Al和Bl供电时，2个测量电极M和N对应的测点的电阻率；选择公式(2-1)开展简易电阻率
Figure BDA0003030010490000073
的计算；选择公式(2-2)开展精确电阻率
Figure BDA0003030010490000074
的计算；即可以计算所有测点的简易电阻率和精确电阻率，但简易电阻率数据与精确电阻率的数据不能混合在一起进行处理；即不同公式的计算结果不能组合处理、解释，但可以分开处理和解释；如果不同公式的计算结果组合，则由于公式的不同，会带来异常判断的误差，从而降低勘探精度和效果。
Figure BDA0003030010490000081
其中
Figure BDA0003030010490000082
分别表示供电电极Al到测量电极M的距离、供电电极Al到测量电极N的距离、供电电极Bl到测量电极M的距离、供电电极Bl到测量电极N的距离、测量电极M到测量电极N的距离；fi为频分电法发送机对供电电极Al和Bl所供出电流的p个频率中的某个频率；其中K为根据相应供电电极和测量电极的坐标换算的装置系数；
h)根据公式所计算的简易极化常数
Figure BDA0003030010490000083
或简易电阻率
Figure BDA0003030010490000084
或精确极化常数
Figure BDA0003030010490000085
或精确电阻率
Figure BDA0003030010490000086
对所有测点的数据分类进行处理，获得勘探区内的异常图，并进行解译，从而获得勘探区内的激电异常成果。数据处理，可以分为激电扫面、激电剖面、激电测深方式处理；激电扫面则对数据进行相关参数的等值线图或平面剖面图绘制；激电剖面则对数据进行相关参数的剖面图绘制；激电测深则对数据进行相关参数的拟断面图绘制，并对激电测深的数据进行反演处理。
附图说明：
图1为本发明的一种基于频分电法的新激电方法的使用方法流程图；
图2为本发明的近电极装置的工作布置平面示意图；
图3为本发明的无穷远供电电极装置的工作布置平面示意图；
图2、图3中的1表示频分电法发送机；频分电法发送机不少于2个供电通道；2表示频分电法接收机；A1、A2和B1、B2表示本发明的供电电极；M和N表示本发明的测量电极。
具体实施方式：
以下参照图1、图2、图3结合具体实施方式对本发明做进一步说明。
假设在图2中所选择的勘探区内采用频分电法开展本专利技术的激电勘探，并选择频分电法发送机第一个供电通道所供出电流的2个频率分别为f1＝4/11Hz、f2＝4Hz，第二个供电通道所供出电流的2个频率分别为f3＝1/11Hz、f4＝1Hz；布置1条测线，采用中梯装置开展频分电法的激电勘探工作；即p＝2，q＝2，n＝p*q＝4；且选择精确极化常数和精确电阻率公式开展相关参数计算；
a)选择图2所示的测区，并布置测线和测点；测线布置为直线；测点点距选择等间距；
b)在勘探区内布置供电电极(如图2所示的A1、A2和B1、B2)和测量电极(如图2所示的M和N)；
c)记录所有供电电极和测量电极的大地坐标；电极的大地坐标可以选择相对坐标系，也可以选择全球坐标系，只要保证电极之间的距离相对关系就可；
d)采用频分电法发送机(如图2中的1)的第一个供电通道对A1和B1供电电极进行供电；即A1和B1供电电极所通过的电流频率均为f1＝4/11Hz、f2＝4Hz；采用频分电法发送机(如图2中的1)的第二个供电通道对A2和B2供电电极进行供电；即A2和B2供电电极所通过的电流频率均为f3＝1/11Hz、f4＝1Hz；
e)采用频分电法接收机(如图2中的2)测量2个测量电极M和N上的4个频率的电位差
Figure BDA0003030010490000101
并记录测量2个测量电极M和N上的电位差时的频分电法发送机上的对应频率的供电电流值
Figure BDA0003030010490000102
其中f1、f2、f3、f4是频分电法发送机所供出的4个不同频率中的频率值，即总共有4个频率f1＝4/11Hz、f2＝4Hz、f3＝1/11Hz、f4＝1Hz；
f)本实施方式中每对供电电极所通过的频率数为2个，且选择精确极化常数公式开展计算，故选择公式(1-2-2)计算相应供电电极供电时，2个测量电极M和N对应的测点的精确极化常数
Figure BDA0003030010490000111
Figure BDA0003030010490000112
从而可以获得如下的精确极化常数计算结果：
Figure BDA0003030010490000113
Figure BDA0003030010490000114
其中
Figure BDA0003030010490000115
分别表示供电电极A1到测量电极M的距离、供电电极A1到测量电极N的距离、供电电极B1到测量电极M的距离、供电电极B1到测量电极N的距离、测量电极M到测量电极N的距离、供电电极A2到测量电极M的距离、供电电极A2到测量电极N的距离、供电电极B2到测量电极M的距离、供电电极B2到测量电极N的距离；
g)本实施方式中每对供电电极所通过的频率数为2个，且选择精确电阻率公式开展计算，故选择公式(2-2)计算相应供电电极供电时，2个测量电极M和N对应的测点的精确电阻率
Figure BDA0003030010490000121
Figure BDA0003030010490000122
从而可以获得如下的精确电阻率计算结果：
Figure BDA0003030010490000123
Figure BDA0003030010490000124
其中
Figure BDA0003030010490000125
分别表示供电电极A1到测量电极M的距离、供电电极A1到测量电极N的距离、供电电极B1到测量电极M的距离、供电电极B1到测量电极N的距离、测量电极M到测量电极N的距离、供电电极A2到测量电极M的距离、供电电极A2到测量电极N的距离、供电电极B2到测量电极M的距离、供电电极B2到测量电极N的距离；
公式(2-2)中的电位差和供电电流值也可以选择其他频率的测量结果进行计算(如
Figure BDA0003030010490000131
公式可以选择频率f1的相应测量结果进行计算，
Figure BDA0003030010490000132
公式可以选择频率f3的相应测量结果进行计算)；
h)根据公式(1-2-2)和(2-2)所计算的精确极化常数
Figure BDA0003030010490000133
和精确电阻率
Figure BDA0003030010490000134
对所有测点的数据进行处理，获得勘探区内的精确极化常数和精确电阻率异常图，并进行解译，从而获得勘探区内的激电异常成果。本次实施方式采用的是中梯装置的工作方式，并布置1条测线，故可以获得该测线所有测点的精确极化常数和精确电阻率的曲线图，并进行异常解释。
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 (6)

1.一种基于频分电法的新激电方法，其具体步骤如下：
a)选择欲开展激电法的勘探区，并布置测线和测点；
b)布置供电电极和测量电极；
c)记录所有供电电极和测量电极的坐标；
d)采用频分电法发送机对q对供电电极Al和Bl同时进行供电，其中l∈[1,q]，且l为自然数，q为频分电法每次同时供电的供电电极的对数，q不大于频分电法发送机的同时供电的通道数，q为大于0的自然数；每对供电电极所通过的电流频率至少有一个，且不同对供电电极所通过的电流频率不相同；任何供电电极所通过的电流频率均不等于0；每对供电电极上通过的电流频率数量均相等，设每对供电电极上通过的电流频率数量为p，p为大于0的自然数；
e)采用频分电法接收机测量2个测量电极M和N上的n个频率的电位差
Figure FDA0003030010480000011
其中n为大于1的自然数，且n＝p*q；其中fi为频分电法的电法发送机对供电电极Al和Bl供电所供出的频率，即总共有n个频率f1、f2、…fn-1、fn；并记录测量2个测量电极M和N上的n个频率的电位差时的频分电法发送机的每个频率的供电电流值
Figure FDA0003030010480000012
Figure FDA0003030010480000013
如果有多个测点需要开展频分电法激电勘探，则至少改变测量电极中一个测量电极的位置，并采用频分电法接收机测量另一个测点所对应的2个测量电极上的电位差，并记录测量2个测量电极上电位差时的频分电法发送机的每个频率的供电电流值；若需要测量同一个测点的不同供电极距的电位差，则至少改变供电电极中一个供电电极的位置，并采用频分电法接收机测量同一个测点所对应的2个测量电极上的n个频率的电位差，并记录测量2个测量电极上电位差时的频分电法发送机的每个频率的供电电流值；
若p＝1，即n＝q，即每对供电电极上通过的电流频率数量为1个频率，则采用频分电法接收机测量2个测量电极M和N上的q个频率的电位差
Figure FDA0003030010480000021
和相应频率的r次谐波的电位差
Figure FDA0003030010480000022
r为大于1的自然数；fi,r为当p＝1时，fi频率的r次谐波频率；若p＝1，即n＝q，即每对供电电极上通过的电流频率数量为1个频率，则采用频分电法发送机记录每个频率的的r次谐波的供电电流值
Figure FDA0003030010480000023
f)选择相应的公式计算相应供电电极Al和Bl供电时，2个测量电极M和N对应的测点的简易极化常数
Figure FDA0003030010480000024
或精确极化常数
Figure FDA0003030010480000025
基于频分电法发送机供入每对供电电极的电流频率数量不同，选择公式(1-1-1)或(1-1-2)进行简易极化常数
Figure FDA0003030010480000026
的计算；基于频分电法供入每对供电电极的电流频率数量不同，选择公式(1-2-1)或(1-2-2)进行精确极化常数
Figure FDA0003030010480000027
的计算；
若每对供电电极通过的电流频率数量为1个频率，即
p＝1，则选择公式(1-1-1)进行简易极化常数
Figure FDA0003030010480000031
的计算或选择公式(1-2-1)进行精确极化常数
Figure FDA0003030010480000032
的计算；
Figure FDA0003030010480000033
其中
Figure FDA0003030010480000034
分别表示供电电极Al到测量电极M的距离、供电电极Al到测量电极N的距离、供电电极Bl到测量电极M的距离、供电电极Bl到测量电极N的距离、测量电极M到测量电极N的距离；公式(1-1-1)中的K为根据相应供电电极和测量电极的坐标换算的装置系数；fi、fi,r为频分电法的电法发送机对供电电极Al和Bl同时供电所供出的唯一频率和该频率的r次谐波频率；
若每对供电电极通过的电流频率数量多于1个频率，即p>1，则选择公式(1-1-2)进行简易极化常数
Figure FDA0003030010480000035
的计算或选择公式(1-2-2)进行精确极化常数
Figure FDA0003030010480000036
的计算；
Figure FDA0003030010480000041
其中
Figure FDA0003030010480000042
分别表示供电电极Al到测量电极M的距离、供电电极Al到测量电极N的距离、供电电极Bl到测量电极M的距离、供电电极Bl到测量电极N的距离、测量电极M到测量电极N的距离；公式(1-1-2)中的K为根据相应供电电极和测量电极的坐标换算的装置系数；fi、fj为频分电法的电法发送机对供电电极Al和Bl同时供电所供出的p个频率中的2个频率，且fi≠fj；
g)计算相应供电电极Al和Bl供电时，2个测量电极M和N对应的测点的电阻率；选择公式(2-1)开展简易电阻率
Figure FDA0003030010480000043
的计算；选择公式(2-2)开展精确电阻率
Figure FDA0003030010480000044
的计算；
Figure FDA0003030010480000045
其中
Figure FDA0003030010480000051
分别表示供电电极Al到测量电极M的距离、供电电极Al到测量电极N的距离、供电电极Bl到测量电极M的距离、供电电极Bl到测量电极N的距离、测量电极M到测量电极N的距离；fi为频分电法的电法发送机对供电电极Al和Bl同时供电所供出的p个频率中的某个频率；其中K为根据相应供电电极和测量电极的坐标换算的装置系数；
h)根据公式所计算的简易极化常数
Figure FDA0003030010480000052
或简易电阻率
Figure FDA0003030010480000053
或精确极化常数
Figure FDA0003030010480000054
或精确电阻率
Figure FDA0003030010480000055
对所有测点的数据进行处理，获得勘探区内的异常图，并进行解译，从而获得勘探区内的激电异常成果。
2.如权利要求1所述的一种基于频分电法的新激电方法，其特征在于：步骤d)中采用频分电法发送机对q对供电电极Al和Bl同时进行供电，可以选择对勘探区内的供电电极和固定无穷远供电电极供电，也可以选择对勘探区内的供电电极进行供电。
3.如权利要求1所述的一种基于频分电法的新激电方法，其特征在于：步骤e)中采用频分电法接收机测量2个测量电极M和N上的电位差时，可以是对勘探区内的1个测量电极和另1个固定无穷远测量电极进行电位差测量，也可以是对勘探区内的2个测量电极进行电位差测量。
4.如权利要求1所述的一种基于频分电法的新激电方法，其特征在于：步骤f)中的公式(1-1-2)和(1-2-2)中的fi＜fj。
5.如权利要求1所述的一种基于频分电法的新激电方法，其特征在于：步骤f)和g)中的装置系数K的计算根据相应供电电极和测量电极的坐标，采用传导电法勘探中的装置系数公式进行计算，基于供电电极和测量电极的布置情况，分为二极装置系数、三极装置系数和四极装置系数。
6.如权利要求1所述的一种基于频分电法的新激电方法，其特征在于：步骤h)中的数据处理，可以分为激电扫面、激电剖面、激电测深方式处理；激电扫面则对数据进行相关参数的等值线图或平面剖面图绘制；激电剖面则对数据进行相关参数的剖面图绘制；激电测深则对数据进行相关参数的拟断面图绘制，并对激电测深的数据进行反演处理。
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