CN115267919B - 一种基于分布式高密度电法的地球物理勘探系统 - Google Patents

一种基于分布式高密度电法的地球物理勘探系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及勘探技术领域，具体公开了一种基于分布式高密度电法的地球物理勘探系统，包括勘探集成模块、勘探布点模块、测点模拟模块、测点分析模块、数据接收模块和数据反演模块，勘探集成模块用于获取发射电极的电流数据以及接收电极的电位差数据，测点模拟模块用于获取电极载体的位置变动数据，测点分析模块用于获取电极的位置变动数据，数据接收模块用于对数据接收，数据反演模块进行数据圆滑处理和地形改正并通过剖面反演获取电阻率断面等值线图，本发明中，计算发射电极、接收电极进行布点的电极载体的偏移，将当前发射电极的电流数据以及接收电极的电位差数据修正，对数据反演模块的输入数据进行修正而减少反演结果的解与实际的偏差。

Description

一种基于分布式高密度电法的地球物理勘探系统
技术领域
本发明涉及勘探技术领域，具体涉及一种基于分布式高密度电法的地球物理勘探系统。
背景技术
高密度电法指的是直流高密度电阻率法，但由于从中发展出直流激发极化法，所以统称高密度电法，高密度电阻率法实际上是一种阵列勘探方法，野外测量时只需将全部电极置于测点上，然后利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现数据的快速和自动采集，当测量结果送入微机后，还可对数据进行处理并给出关于地电断面分布的各种物理解释的结果。在针对于地表面为水源地形区域，因其表面与岩石地貌相比，表面呈流动性，不易进行高密度电法中电极的布置，在电极布置于电极载体上后，电极载体的容易被带动而导致电极偏移预设的电极放置测点，实际获取数据与预设电极放置测点应获取的数据存在偏差，影响最后的反演过程中输入数据的准确性，导致反演的结果出现与实际偏差的解，因此，针对上述问题提出一种基于分布式高密度电法的地球物理勘探系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：解决了电极偏移而造成电极检测数据与原电极放置测点应获取的实际数据存在偏差，而导致数据反演模块输入的数据存在偏差影响反演结果的问题，提供了一种基于分布式高密度电法的地球物理勘探系统，包括勘探集成模块、勘探布点模块、测点模拟模块、测点分析模块、数据接收模块和数据反演模块；所述勘探集成模块包括发射电极、接收电极和勘探测量主机，所述勘探测量主机通过对发射电极和接收电极在待勘测区域进行通电获取发射电极的电流数据以及接收电极的电位差数据；所述勘探布点模块设有电极载体与载体角度传感器，所述勘探布点模块用于对勘探集成模块的发射电极以及接收电极进行排布并确定发射电极以及接收电极的基准位置；所述测点模拟模块用于对勘探布点模块的电极载体位置进行模拟，并获取电极载体的位置变动数据；述测点分析模块用于接收电极载体的位置变动数据，并根据发射电极、接收电极在电极载体上的位置，对位置变动后的电极载体上放置的接收电极或发射电极与对应的发射电极或接收电极之间的位置、距离变化进行分析，从而获取电极的位置变动数据；所述数据接收模块用于对电极的电流数据以及接收电极的电位差数据接收，并经调整修正后作为输入数据并发送至数据反演模块；所述数据反演模块用于根据需要进行数据圆滑处理和地形改正并通过剖面反演获取电阻率断面等值线图。
进一步在于，所述勘探布点模块中的电极载体的布置步骤为：
步骤一：首先确定方形的待检测网格区域，并在待检测网格区域以间距a为电极距确定发射电极、接收电极的电极放置测点，并使发射电极、接收电极的横纵阵列方向与待检测网格区域边线平行；
步骤二：以漂浮于水面电极载体为基础，以发射电极、接收电极按照步骤一中获取的电极放置测点位置为基准，将发射电极、接收电极设置于电极载体上，并将电极载体采用连接件进行连接；
步骤三：在电极载体上选取与发射电极或接收电极点间距为b的点作为基准点，且使基准点-电极放置测点形成的直线与待检测网格区域的边线平行，设置固定于地面的载体撑杆对电极载体进行固定，且将载体角度传感器安装于基准点处，获取电极载体与载体撑杆之间的初始角度α和实时角度β。
进一步在于，所述测点模拟模块中电极载体的位置变动数据的获取步骤为：
步骤一：首先进行初始角度α和实时角度β之间的比对，并在初始角度α和实时角度β存在明显差值时，计算当前电极载体上的电极位置与原电极放置测点位置之间的偏值，并以待检测网格区域相互垂直的两条边作为横纵坐标轴，确定当前电极载体的坐标位置信息；
步骤二：根据当前电极载体的坐标位置信息，对当前电极载体与相邻电极载体之间的电极距Δa进行计算，获取当前电极载体与相邻电极载体间的初始电极距a和变化后的电极距Δa组合的位置变动数据。
进一步在于，所述当前电极载体上的电极位置与原电极放置测点位置偏值的具体计算步骤为：首先以基准点-原电极放置测点直线为基础，根据三角函数公式计算当前电极位置与原电极放置测点之间的距离m，具体的计算公式为：
m2 ＝2b2+2b2cos|β-α|；
其中：b为基准点距离原电极放置测点之间的距离，α为电极载体与载体撑杆之间的初始角度；β为电极载体与载体撑杆之间的实时角度；
所述当前电极载体的坐标位置信息的确定步骤为：以当前电极位置与原电极放置测点之间的距离m为基础，并以当前电极位置向基准点-电极放置测点形成的直线做一条长度为l的垂线，根据三角函数公式与勾股定理再次对当前电极位置与原电极放置测点之间的距离m进行计算等式的建立，具体的计算等式为：
Figure GDA0003946895150000041
其中：m为当前电极位置与原电极放置测点之间的距离；l为当前电极位置向基准点-电极放置测点形成的直线的垂线长度；b为基准点距离原电极放置测点之间的距离；n为基准点-电极放置测点形成的直线中基准点到垂线端点的距离；α为电极载体与载体撑杆之间的初始角度；β为电极载体与载体撑杆之间的实时角度；
最后根据l、m和n与原电极放置测点之间进行比对，以原电极放置测点的横坐标增加b-n数值作为当前电极位置的新横坐标，在
β-α为正的状态下，以原电极放置测点的纵坐标增加l数值作为当前电极位置的新纵坐标，在β-α为负的状态下，以原电极放置测点的纵坐标减少l数值作为当前电极位置的新纵坐标，确定当前电极位置。
进一步在于，所述数据接收模块对电流数据以及电位差数据的调整修正步骤为：首先根据原测点位置获取接收电极与发射电极之间的距离P，并根据勘探集成模块获取当前的发射电极的电流数据以及接收电极的电位差数据，之后根据接收电极与对应的发射电极之间的位置变动数据，确定当前接收电极或发射电极与对应的发射电极或接收电极之间的距离ΔP，最后根据P与ΔP之间的比例，对电流数据以及电位差数据进行调整，生成调整后的电流数据以及电位差数据进行原电极放置测点位置的发射电极的电流数据或接收电极的电位差数据的预测计算并发送至数据反演模块内。
本发明相比现有技术具有以下优点：通过对用于发射电极、接收电极进行布点的电极载体偏移进行计算，确定当前电极载体的位置变动以及发射电极、接收电极当前位置和原电极放置测点之间的偏差，方便根据偏差对获取的发射电极的电流数据以及接收电极的电位差数据准确性进行判断，且根据偏差将当前发射电极的电流数据以及接收电极的电位差数据进行修正，实现对发射电极、接收电极位于原电极放置测点应获取的电流数据以及电位差数据进行预测，对数据反演模块的输入数据进行修正而减少反演结果的解与实际存在的偏差。
附图说明
图1是本发明的系统框图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
请参阅图1，本发明提供了一种基于分布式高密度电法的地球物理勘探系统，其包括勘探集成模块、勘探布点模块、测点模拟模块、测点分析模块、数据接收模块和数据反演模块；所述勘探集成模块包括发射电极、接收电极和勘探测量主机，所述勘探测量主机通过对发射电极和接收电极在待勘测区域进行通电获取发射电极的电流数据以及接收电极的电位差数据；所述勘探布点模块设有电极载体与载体角度传感器，所述勘探布点模块用于对勘探集成模块的发射电极以及接收电极进行排布并确定发射电极以及接收电极的基准位置；所述测点模拟模块用于对勘探布点模块的电极载体位置进行模拟，并获取电极载体的位置变动数据。
所述测点分析模块用于接收电极载体的位置变动数据，并根据发射电极、接收电极在电极载体上的位置，对位置变动后的电极载体上放置的接收电极或发射电极与对应的发射电极或接收电极之间的位置、距离变化进行分析，从而获取电极的位置变动数据。
所述数据接收模块用于对电极的电流数据以及接收电极的电位差数据接收，并经调整修正后作为输入数据并发送至数据反演模块。
所述数据反演模块用于根据需要进行数据圆滑处理和地形改正并通过剖面反演获取电阻率断面等值线图。
本发明通过设置的勘探布点模块中用于对发射电极、接收电极进行放置的电极载体，方便发射电极、接收电极在水面上的放置，且通过载体角度传感器方便对电极载体的偏转后运动角度改变的确定，通过设置的测点模拟模块，对电极载体初始放置位置以及电极载体的当前放置位置进行模拟与对比，并根据电极载体的偏转运动角度确定电极载体的运动位置，通过设置的测点分析模块，根据电极载体的运动，对位于电极载体上的发射电极或接收电极的位置变动进行确定，通过设置的数据接收模块根据发射电极或接收电极的位置变动对发射电极或接收电极检测的数据进行修正，预测发射电极或接收电极位于原放置测点处应获取的数据，从而减少向数据反演模块输入的数据偏差，通过对用于发射电极、接收电极进行布点的电极载体偏移进行计算，确定当前电极载体的位置变动以及发射电极、接收电极当前位置和原电极放置测点之间的偏差，方便根据偏差对获取的发射电极的电流数据以及接收电极的电位差数据准确性进行判断，且根据偏差将当前发射电极的电流数据以及接收电极的电位差数据进行修正，实现对发射电极、接收电极位于原电极放置测点应获取的电流数据以及电位差数据进行预测，对数据反演模块的输入数据进行修正而减少反演结果的解与实际存在的偏差。
具体的，所述勘探布点模块中的电极载体的布置步骤为：
步骤一：首先确定方形的待检测网格区域，并在待检测网格区域以间距a为电极距确定发射电极、接收电极的电极放置测点，并使发射电极、接收电极的横纵阵列方向与待检测网格区域边线平行；
步骤二：以漂浮于水面电极载体为基础，以发射电极、接收电极按照步骤一中获取的电极放置测点位置为基准，将发射电极、接收电极设置于电极载体上，并将电极载体采用连接件进行连接；
步骤三：在电极载体上选取与发射电极或接收电极点间距为b的点作为基准点，且使基准点-电极放置测点形成的直线与待检测网格区域的边线平行，设置固定于地面的载体撑杆对电极载体进行固定，且将载体角度传感器安装于基准点处，获取电极载体与载体撑杆之间的初始角度α和实时角度β。
通过上述过程，通过电极载体将发射电极或接收电极在水面上的固定并保证电极的阵列布点，且确定的基准点与载体撑杆，使电极载体的偏转运动进行限制，从而实现对发射电极或接收电极的位置变动进行限制，避免发射电极或接收电极位置变动过度而造成获取数据存在巨大误差，并根据载体角度传感器的偏转角度检测以及基准点与电极放置测点之间固定的间距b方便实现对电极载体的偏转角度进行确定。
具体的，所述测点模拟模块中电极载体的位置变动数据的获取步骤为：
步骤一：首先进行初始角度α和实时角度β之间的比对，并在初始角度α和实时角度β存在明显差值时，计算当前电极载体上的电极位置与原电极放置测点位置之间的偏值，并以待检测网格区域相互垂直的两条边作为横纵坐标轴，确定当前电极载体的坐标位置信息；
步骤二：根据当前电极载体的坐标位置信息，对当前电极载体与相邻电极载体之间的电极距Δa进行计算，获取当前电极载体与相邻电极载体间的初始电极距a和变化后的电极距Δa组合的位置变动数据。
通过上述过程，能够通过对待检测网格区域内的电极放置测点的布点进行坐标化，方便对相邻电极放置测点距离、相邻电极载体上发射电极或接收电极之间的距离进行确定。
具体的，所述当前电极载体上的电极位置与原电极放置测点位置偏值的具体计算步骤为：首先以基准点-原电极放置测点直线为基础，根据三角函数公式计算当前电极位置与原电极放置测点之间的距离m，具体的计算公式为：
m2 ＝2b2+2b2cos|β-α|；
其中：b为基准点距离原电极放置测点之间的距离，α为电极载体与载体撑杆之间的初始角度；β为电极载体与载体撑杆之间的实时角度；
所述当前电极载体的坐标位置信息的确定步骤为：以当前电极位置与原电极放置测点之间的距离m为基础，并以当前电极位置向基准点-电极放置测点形成的直线做一条长度为l的垂线，根据三角函数公式与勾股定理再次对当前电极位置与原电极放置测点之间的距离m进行计算等式的建立，具体的计算等式为：
Figure GDA0003946895150000101
其中：m为当前电极位置与原电极放置测点之间的距离；l为当前电极位置向基准点-电极放置测点形成的直线的垂线长度；b为基准点距离原电极放置测点之间的距离；n为基准点-电极放置测点形成的直线中基准点到垂线端点的距离；α为电极载体与载体撑杆之间的初始角度；β为电极载体与载体撑杆之间的实时角度。
最后根据l、m和n与原电极放置测点之间进行比对，以原电极放置测点的横坐标增加b-n数值作为当前电极位置的新横坐标，在
β-α为正的状态下，以原电极放置测点的纵坐标增加l数值作为当前电极位置的新纵坐标，在β-α为负的状态下，以原电极放置测点的纵坐标减少l数值作为当前电极位置的新纵坐标，确定当前电极位置。
通过上述过程，首先对电极载体发射偏移后，其上放置的发射电极或接收电极与原电极放置测点之间的距离m进行计算，根据距离m的数值大小判断发射电极或接收电极与原电极放置测点偏离程度，并根据计算得出的当前电极位置向基准点-电极放置测点形成的直线的垂线长度l和基准点-电极放置测点形成的直线中基准点到垂线端点的距离n，在原电极放置测点的坐标基础上，进行横坐标进行b-n数值的增减、纵坐标进行l数值的增减，实现电极载体上发射电极或接收电极新坐标的确定。
具体的，所述数据接收模块对电流数据以及电位差数据的调整修正步骤为：首先根据原测点位置获取接收电极与发射电极之间的距离P，并根据勘探集成模块获取当前的发射电极的电流数据以及接收电极的电位差数据，之后根据接收电极与对应的发射电极之间的位置变动数据，确定当前接收电极或发射电极与对应的发射电极或接收电极之间的距离ΔP，最后根据P与ΔP之间的比例，对电流数据以及电位差数据进行调整，生成调整后的电流数据以及电位差数据进行原电极放置测点位置的发射电极的电流数据或接收电极的电位差数据的预测计算并发送至数据反演模块内。
通过上述过程，能够在接收电极或发射电极因电极载体偏转而导致位置变动后，减少向数据反演模块内输入的数据与原电极放置测点位置发射电极或接收电极应获取的数据之间的误差。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种基于分布式高密度电法的地球物理勘探系统，其特征在于：包括勘探集成模块、勘探布点模块、测点模拟模块、测点分析模块、数据接收模块和数据反演模块；所述勘探集成模块包括发射电极、接收电极和勘探测量主机，所述勘探测量主机通过对发射电极和接收电极在待勘测区域进行通电获取发射电极的电流数据以及接收电极的电位差数据；所述勘探布点模块设有电极载体与载体角度传感器，所述勘探布点模块用于对勘探集成模块的发射电极以及接收电极进行排布并确定发射电极以及接收电极的基准位置；所述测点模拟模块用于对勘探布点模块的电极载体位置进行模拟，并获取电极载体的位置变动数据；所述测点分析模块用于接收电极载体的位置变动数据，并根据发射电极、接收电极在电极载体上的位置，对位置变动后的电极载体上放置的接收电极或发射电极与对应的发射电极或接收电极之间的位置、距离变化进行分析，从而获取电极的位置变动数据；所述数据接收模块用于对电极的电流数据以及接收电极的电位差数据接收，并经调整修正后作为输入数据并发送至数据反演模块；所述数据反演模块用于根据需要进行数据圆滑处理和地形改正并通过剖面反演获取电阻率断面等值线图；所述测点模拟模块中电极载体的位置变动数据的获取步骤为：
步骤一：首先进行初始角度α和实时角度β之间的比对，并在初始角度α和实时角度β存在明显差值时，计算当前电极载体上的电极位置与原电极放置测点位置之间的偏值，并以待检测网格区域相互垂直的两条边作为横纵坐标轴，确定当前电极载体的坐标位置信息；
步骤二：根据当前电极载体的坐标位置信息，对当前电极载体与相邻电极载体之间的电极距△a进行计算，获取当前电极载体与相邻电极载体间的初始电极距a和变化后的电极距△a组合的位置变动数据；
所述当前电极载体上的电极位置与原电极放置测点位置偏值的具体计算步骤为：首先以基准点-原电极放置测点直线为基础，根据三角函数公式计算当前电极位置与原电极放置测点之间的距离m，具体的计算公式为：
m2＝2b2+2b2cos|β-α|；
其中：b为基准点距离原电极放置测点之间的距离，α为电极载体与载体撑杆之间的初始角度；β为电极载体与载体撑杆之间的实时角度；
所述当前电极载体的坐标位置信息的确定步骤为：以当前电极位置与原电极放置测点之间的距离m为基础，并以当前电极位置向基准点-电极放置测点形成的直线做一条长度为l的垂线，根据三角函数公式与勾股定理再次对当前电极位置与原电极放置测点之间的距离m进行计算等式的建立，具体的计算等式为：
Figure FDA0003946895140000021
其中：m为当前电极位置与原电极放置测点之间的距离；l为当前电极位置向基准点-电极放置测点形成的直线的垂线长度；b为基准点距离原电极放置测点之间的距离；n为基准点-电极放置测点形成的直线中基准点到垂线端点的距离；α为电极载体与载体撑杆之间的初始角度；β为电极载体与载体撑杆之间的实时角度。
2.根据权利要求1所述的一种基于分布式高密度电法的地球物理勘探系统，其特征在于：所述勘探布点模块中的电极载体的布置步骤为：
步骤一：首先确定方形的待检测网格区域，并在待检测网格区域以间距a为电极距确定发射电极、接收电极的电极放置测点，并使发射电极、接收电极的横纵阵列方向与待检测网格区域边线平行；
步骤二：以漂浮于水面电极载体为基础，以发射电极、接收电极按照步骤一中获取的电极放置测点位置为基准，将发射电极、接收电极设置于电极载体上，并将电极载体采用连接件进行连接；
步骤三：在电极载体上选取与发射电极或接收电极点间距为b的点作为基准点，且使基准点-电极放置测点形成的直线与待检测网格区域的边线平行，设置固定于地面的载体撑杆对电极载体进行固定，且将载体角度传感器安装于基准点处，获取电极载体与载体撑杆之间的初始角度α和实时角度β。
3.根据权利要求1所述的一种基于分布式高密度电法的地球物理勘探系统，其特征在于：根据l、m和n与原电极放置测点之间进行比对，以原电极放置测点的横坐标增加b-n数值作为当前电极位置的新横坐标，在β-α为正的状态下，以原电极放置测点的纵坐标增加l数值作为当前电极位置的新纵坐标，在β-α为负的状态下，以原电极放置测点的纵坐标减少l数值作为当前电极位置的新纵坐标，确定当前电极位置。
4.根据权利要求1所述的一种基于分布式高密度电法的地球物理勘探系统，其特征在于：所述数据接收模块对电流数据以及电位差数据的调整修正步骤为：首先根据原测点位置获取接收电极与发射电极之间的距离P，并根据勘探集成模块获取当前的发射电极的电流数据以及接收电极的电位差数据，之后根据接收电极与对应的发射电极之间的位置变动数据，确定当前接收电极或发射电极与对应的发射电极或接收电极之间的距离△P，最后根据P与△P之间的比例，对电流数据以及电位差数据进行调整，生成调整后的电流数据以及电位差数据进行原电极放置测点位置的发射电极的电流数据或接收电极的电位差数据的预测计算并发送至数据反演模块内。
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