CN114114431B - 一种基于双模并行电法的小极距电位提取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于地球物理勘探测量技术领域，尤其是一种基于双模并行电法的小极距电位提取方法，现提出如下方案，包括以下步骤：S1布置双模网络并行电法系统:所述双模网络并行电法系统包括公共供电电极B、公共参比电极G、多组隔离电极组；每组隔离电极组包括供电电极和测量电极，每组隔离电极间的电极间距为a。本发明通过双模并行电法的采集方式获取测区内不同点供电时电场的分布，利用拟合插值的方式获得任意小于现场实际电极位置处的加密测点的电压值，进而获取更精细的电阻率测量点，避免了现场加密布置电极时偶然因素导致电极接地条件不好导致的测量误差，减小了现场施工时间，提高了工作效率。

Description

一种基于双模并行电法的小极距电位提取方法
技术领域
本发明涉及地球物理勘探测量技术领域，尤其涉及一种基于双模并行电法的小极距电位提取方法。
背景技术
电法勘探技术它是一种应用非常广泛的地球物理方法之一，可很好的探测并发现相关的地质问题。其原理是：以两个供电电极A、B对大地供入一稳定的电场，利用测量电极M、N测量一定范围内电位(图5)，通过发射电极之间的回路电流及测量电极间的电压差和装置系数，计算不同位置、不同深度的大地电阻率特征值，多测量点即可获得电阻率的空间分布特征(图6)，即地下空间的电阻率剖面，进行对地质情况进行判别。
显然，探测区间范围内的电极越多，获得的测点数就越多，探测分辨率越高，得到一个点的电阻率值需要4个电极参与即一对发射电极和一对测量电极，所以理论上一个固定探测区域内布置的电极数越多，电极间距就越小，探测结果分辨率越高。地球物理探查的目标是查清探测区域内的所有地质异常，但限于设备数量、探测工期及电法本身测线两端“盲区”的影响，电极间距减小会导致工作量成数倍增加，所以提高现场工作效率及探测分辨率成为了一个矛盾。如何高效的进行野外的小极距长测线的电法数据采集是一个难点。
传统的高密度电法数据采集为串行采集方法，即每次只有4个电极参与采集，分别为2个作为发射电极A、B，2个作为接收电极M、N，直接采集到电位差数据和电流数据，进而进行电阻率成图。并行电法是基于“分布式并行智能电极电位差信号采集方法”发明专利研制而成，其数据采集方式为并行采集，通过测量每个电极点与一个公共电极G之间的电位差，来计算任意两个电极之间的电位差，整个测量过程没有闲置电极，从某种意义上说其测得的是测线上电场的分布情况。实际电阻率计算时，还是按不同装置进行计算成图，探测精度同样与电极间距密切相关，为此需要一种基于双模并行电法的小极距电位提取方法。
发明内容
本发明提出的一种基于双模并行电法的小极距电位提取方法，解决了现有技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于双模并行电法的小极距电位提取方法，包括以下步骤：
S1布置双模网络并行电法系统:
所述双模网络并行电法系统包括公共供电电极B、公共参比电极G、多组隔离电极组；每组隔离电极组包括供电电极和测量电极，每组隔离电极间的电极间距为a；所述双模网络并行电法系统共有p个测点，每个测点布置一组隔离电极组，将公共供电电极B放置在无穷远处，无穷远处定义为测线长度的3～5倍以外，公共参比电极G放置在任意处；
S2对测点进行数据采集，获取AM数据集:
各测点供电时的电流和其他测点采集电位数据记为
Figure GDA0003717550850000031
矩阵从第一行至最后行分别表示1#测点供电时的电流和1#测点供电时1#测点～p#测点所测量到的电位值，2#测点供电时的电流和2#测点供电时1#测点～p#测点所测量到的电位值，以此至最后一行表示p#测点供电时的电流和p#测点供电时1#测点～p#测点所测量到的电位值；
S3取其中任意一个测点i供电时其他各个测点所采集到的电位[Ii Ui,1……Ui,p]进行拟合计算，获取测点i供电时，测线范围内距供电点i不同距离处的电位曲线；
S4将测点i供电时测线范围内距供电点i不同距离处的电位曲线按照更小的极距b(b<a)提取电位值，获取测线上更小电极间距位置处的电位值，此时相当于电极总数为k个，电流电压数据记为[Ii Ui,……Ui,k]即达到了“加密”观测的效果；
S5在步骤S4的基础上，分别对每个供电电极进行拟合和插值计算处理，获取测线上每个电极加密测量后的电位插值计算结果，得到的数据记录记为
Figure GDA0003717550850000032
优选的，所述步骤S5的AM数据体内包含所有二极、三极装置电极组合类型的数据，且能任意提取，提取二极、温纳三极左、温纳三极右等装置类型的数据时，只需要按需要提取指定电极组合供电测量的供电电流、测量电位差。
优选的，所述步骤S3和S4内的数据拟合和插值方式不限于多项式拟合或最小二乘法拟合等拟合计算方式。
优选的，所述同组隔离电极组中的两个隔离电极间距在5-50cm。
优选的，所述AM数据体获取时，供电方法为单正、或单负、或正负交替供电。
优选的，所述述AM数据体获取时，供电电源不限于直流、交流或伪随机编码。
本发明中，
通过采用该设计的电位提取方法在网络并行电法的基础上，在测线布置两排电极，将发射端与接收端的电极分开，这有利于克服传统直流电法数据采集时，供电电极在供电后的一段时间内处于被极化状态，导致该电极在这段时间内作为接收端时采集数据不准确的缺点，同时这种工作方式可利用供电点左侧数据，为测线的全场观测提供了前提；
通过测线上已布置电极位置处的电压来获取虚拟电极处的电压准确度较高，避免了现场加密布置电极时偶然因素导致电极接地条件不好导致的测量误差；
相比于传统高密度电法现场施工和测量方法，通过双模并行电法的采集方式获取测区内不同点供电时电场的分布，利用拟合插值的方式获得任意小于现场实际电极位置处的加密测点的电压值，进而获取更精细的电阻率测量点，从一定程度上减小了现场施工时间，提高了工作效率。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于双模并行电法的小极距电位提取方法的双模网络并行电法现场布置示意图；
图2是AM采集方式1号电极供电，32道现场实测电压与64道现场实测电压及用32道实测电压合成为64个电极实测电压的对比曲线图。
图3是现场布置11个电极时，传统测量方式温纳三极所得到的测量电阻率点数及分布点示意图。
图4现场布置11个电极时，采用差值提取测量方式获得的温纳三极测量电阻率数及分布点示意图。
图5为现有技术电法勘探技术利用测量电极M、N测量一定范围内电位原理的示意图。
图6现有技术电法勘探技术的电阻率的空间分布特征的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-4，一种基于双模并行电法的小极距电位提取方法，包括以下步骤：
S1布置双模网络并行电法系统:
双模网络并行电法系统包括公共供电电极B、公共参比电极G、多组隔离电极组；每组隔离电极组包括供电电极和测量电极，每组隔离电极间的电极间距为a；双模网络并行电法系统共有p个测点，每个测点布置一组隔离电极组，将公共供电电极B放置在无穷远处，无穷远处定义为测线长度的3～5倍以外，公共参比电极G放置在任意处；
S2对测点进行数据采集，获取AM数据集:
各测点供电时的电流和其他测点采集电位数据记为
Figure GDA0003717550850000061
矩阵从第一行至最后行分别表示1#测点供电时的电流和1#测点供电时1#测点～p#测点所测量到的电位值，2#测点供电时的电流和2#测点供电时1#测点～p#测点所测量到的电位值，以此至最后一行表示p#测点供电时的电流和p#测点供电时1#测点～p#测点所测量到的电位值；
S3取其中任意一个测点i供电时其他各个测点所采集到的电位[Ii Ui,1……Ui,p]进行拟合计算，获取测点i供电时，测线范围内距供电点i不同距离处的电位曲线；
S4将测点i供电时测线范围内距供电点i不同距离处的电位曲线按照更小的极距b(b<a)提取电位值，获取测线上更小电极间距位置处的电位值，此时相当于电极总数为k个，电流电压数据记为[Ii Ui,……Ui,k]即达到了“加密”观测的效果；
S5在步骤S4的基础上，分别对每个供电电极进行拟合和插值计算处理，获取测线上每个电极加密测量后的电位插值计算结果，得到的数据记录记为
Figure GDA0003717550850000071
进一步的，步骤S5的AM数据体内包含所有二极、三极装置电极组合类型的数据，且能任意提取，提取二极、温纳三极左、温纳三极右等装置类型的数据时，只需要按需要提取指定电极组合供电测量的供电电流、测量电位差。
具体的，步骤S3和S4内的数据拟合和插值方式不限于多项式拟合或最小二乘法拟合等拟合计算方式。
值得说明的，同组隔离电极组中的两个隔离电极间距在5-50cm。
此外，AM数据体获取时，供电方法为单正、或单负、或正负交替供电。
除此之外，述AM数据体获取时，供电电源不限于直流、交流或伪随机编码。
实施例一：
S1在某试验场地布置双模网络并行电法系统，共布置6个测点，测得点间距2m，则测线长度为10m，每测点布置一组隔离电极的两个电极，两隔离电极间距30cm。每组隔离电极间距2m，将供电电极B放置在无穷远处，公共参比电极N放置在任意处。
S2测量获取整条测线的AM供电方式数据体，获得的电流电压数据如表1所示。
表1为测量获取整条测线的AM供电方式数据体所获得的电流电压数据
Figure GDA0003717550850000081
S3对表1内各电极供电时获得的电压数据按步骤3的方式进行三次样条插值拟合，拟合后按照步骤4提取10m测线范围内间隔1m的电压数据，共11个测点，提取后的数据如表2所示。
表2为样条插值拟合提取后的数据：
Figure GDA0003717550850000082
S4对表2中的数据按照相关的电法观测装置提取相应电极的电位差和供电电流及装置系数进行电阻率的计算。
S5将测点供电进行实测，实测时测线实际按1m电极间距布置电极进出实测，从而得到的如表3的测量结果，与表2相比，合成数据与实测数据相关度为0.99964，相关度极高。
表3为测点供电进行实测测量数据：
Figure GDA0003717550850000091
综上所述，采用该设计的电位提取方法在网络并行电法的基础上，在测线布置两排电极，将发射端与接收端的电极分开，这有利于克服传统直流电法数据采集时，供电电极在供电后的一段时间内处于被极化状态，导致该电极在这段时间内作为接收端时采集数据不准确的缺点，同时这种工作方式可利用供电点左侧数据，为测线的全场观测提供了前提；通过测线上已布置电极位置处的电压来获取虚拟电极处的电压准确度较高，避免了现场加密布置电极时偶然因素导致电极接地条件不好导致的测量误差；相比于传统高密度电法现场施工和测量方法，通过双模并行电法的采集方式获取测区内不同点供电时电场的分布，利用拟合插值的方式获得任意小于现场实际电极位置处的加密测点的电压值，进而获取更精细的电阻率测量点，从一定程度上减小了现场施工时间，提高了工作效率。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于双模并行电法的小极距电位提取方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1布置双模网络并行电法系统:
所述双模网络并行电法系统包括公共供电电极B、公共参比电极G、多组隔离电极组；每组隔离电极组包括供电电极和测量电极，每组隔离电极间的电极间距为a；所述双模网络并行电法系统共有p个测点，每个测点布置一组隔离电极组，将公共供电电极B放置在无穷远处，无穷远处定义为测线长度的3～5倍以外，公共参比电极G放置在任意处；
S2对测点进行数据采集，获取AM数据集:
各测点供电时的电流和其他测点采集电位数据记为
Figure FDA0003717550840000011
矩阵从第一行至最后行分别表示1#测点供电时的电流和1#测点供电时1#测点～p#测点所测量到的电位值，2#测点供电时的电流和2#测点供电时1#测点～p#测点所测量到的电位值，以此至最后一行表示p#测点供电时的电流和p#测点供电时1#测点～p#测点所测量到的电位值；
S3取其中任意一个测点i供电时其他各个测点所采集到的电位[Ii Ui,1……Ui,p]进行拟合计算，获取测点i供电时，测线范围内距供电点i不同距离处的电位曲线；
S4将测点i供电时测线范围内距供电点i不同距离处的电位曲线按照更小的极距b提取电位值，获取测线上更小电极间距位置处的电位值，此时相当于电极总数为k个，电流电压数据记为[Ii Ui,……Ui,k]即达到了“加密”观测的效果；
S5在步骤S4的基础上，分别对每个供电电极进行拟合和插值计算处理，获取测线上每个电极加密测量后的电位插值计算结果，得到的数据记录记为
Figure FDA0003717550840000021
2.根据权利要求1所述的一种基于双模并行电法的小极距电位提取方法，其特征在于，所述步骤S5的AM数据体内包含所有二极、三极装置电极组合类型的数据，且能任意提取，提取二极、温纳三极左、温纳三极右装置类型的数据时，只需要按需要提取指定电极组合供电测量的供电电流、测量电位差。
3.根据权利要求1所述的一种基于双模并行电法的小极距电位提取方法，其特征在于，所述步骤S3和S4内的数据拟合和插值方式不限于多项式拟合或最小二乘法拟合计算方式。
4.根据权利要求2所述的一种基于双模并行电法的小极距电位提取方法，其特征在于，同组隔离电极组中的两个隔离电极间距在5-50cm。
5.根据权利要求2所述的一种基于双模并行电法的小极距电位提取方法，其特征在于，所述AM数据体获取时，供电方法为单正、或单负、或正负交替供电。
6.根据权利要求1所述的一种基于双模并行电法的小极距电位提取方法，其特征在于，所述AM数据体获取时，供电电源不限于直流、交流或伪随机编码。
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