CN117930368A - 一种直流电法数据采集系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流电法数据采集系统及方法，该系统包括供电电源、测量主机、电极转换器以及测线电缆，供电电源用于给整个系统提供电源，电极转换器与测量主机相连，测线电缆与电极转换器连接，测线电缆的两端分别外接有第一电缆，每根测线电缆由至少一根第二电缆串接而成，第一电缆上连接有若干第一电极，第二电缆上连接有若干第二电极，第一电缆上连接的相邻的两个第一电极之间的间隔大于第二电缆上连接的相邻的两个第二电极之间的间隔。本发明利用高密度电法设备，外接大极距电缆，同时进行中间梯度剖面测量以及电测深测量，在保证数据密度的同时，降低边界盲区范围，加大勘探深度。

Description

一种直流电法数据采集系统及方法

技术领域

本发明涉及地球物理勘探技术领域，具体涉及一种直流电法数据采集系统及方法。

背景技术

电法勘探技术是地质勘探中应用最广泛的一种物探方法，直流电法(directcurrent electric method)是以地下岩(矿)石的电性差异为基础，人工建立地下稳定直流电场，利用直流电流在地下的传输和分布规律来探测地下地质质结构和物理性质的方法。在直流电法中，通过在地表或地下施加一定大小和方向的电流，通过两组或多组电极测量地下介质电性参数，分析其变化规律，进而推断地下介质的导电性质和结构特征，从而推断地下的地质构造、地层性质和水文地质条件。该方法适用于地下电阻率差异较大的地质体，如矿床、岩石体、地下水层等的探测。

目前直流电法勘探通常采用高密度电法设备，其一次性布设多组电极，通过控制器自动跑极，可同时实现电阻率测深和剖面测量，具有测量效率高，数据密度大的特点。然而，受限于排列长度和装置类型的限制，其勘探深度有限(常规的高密度电法仪器能够连接的电极数量有限，且间距固定，导致了勘探深度受限)，尤其是中间梯度法这种大供电极距的装置，AB长度受限，勘探深度大打折扣。虽然可以通过多个串联电缆加长排列长度，但这种方式始终受限于设备的挂载能力，且大部分电极利用率不高，实施效率较低，效果不佳。

且常规的高密度电法还受限于工作方法，在勘探深度和空间分辨率上存在着一定的局限性，难以实现对深层目标的高分辨率成像，尤其是在复杂地质环境下勘探更是面临着诸多困难。

此外，目前直流电法勘探以二维为主，在实际工程中，地质构造、目标体通常呈现复杂的三维空间分布，二维电法勘探难以准确反映异常的空间位置及形态，对于异常的地质解释也较为困难，而三维电法勘探可以很好的解决此类问题。在利用高密度电法设备进行三维电法勘探时，通常以平行或网状测线的形式进行，测线之间彼此相互对立采集，互不关联，数据缺少空间关联性，实则为“伪三维”勘探，无法精确的反映异常的空间位置及形态。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的至少一种缺陷，提供了一种直流电法数据采集系统及方法，其利用现有的高密度电法设备，外接大极距电缆，同时进行中间梯度剖面测量以及电测深测量，在保证数据密度的同时，降低边界盲区范围，加大勘探深度。

本发明的技术方案是这样实现的：本发明公开了一种直流电法数据采集系统，包括供电电源、测量主机、电极转换器以及测线电缆，所述供电电源用于给整个系统提供电源，所述电极转换器与测量主机相连，测线电缆与电极转换器连接，测线电缆的两端分别外接有第一电缆，每根测线电缆由至少一根第二电缆串接而成，所述第一电缆上连接有若干第一电极，所述第二电缆上连接有若干第二电极，第一电缆上连接的相邻的两个第一电极之间的间隔大于第二电缆上连接的相邻的两个第二电极之间的间隔。

在一些实施例中，所述测量主机采用高密度电法仪；

或/和，

所述第一电缆采用大极距电缆；

或/和，

第二电缆采用集中式电缆。

在一些实施例中，测线电缆的两端分别通过电缆连接头连接第一电缆，当测线电缆由多根第二电缆串接而成时，相邻的两第二电缆通过电缆连接头串接，所述电极转换器与电缆连接头连接。

在一些实施例中，相邻的两个第一电极之间的间隔是相邻的两个第二电极之间间隔的n倍，n>1。

本发明公开了一种直流电法数据采集方法，包括如下步骤：

步骤1：沿测线布设测线电缆，将测线电缆与电极转换器连接，电极转换器与测量主机相连，测线电缆的两端分别外接有第一电缆，每根测线电缆由至少一根第二电缆串接而成，所述第一电缆上连接有若干第一电极，所述第二电缆上连接有若干第二电极；

步骤2：将两个第一电极作为供电电极AB，将两个第二电极作为测量电极MN，测量电极MN位于供电电极AB之间，确定初始供电电极极距以及测量电极极距；

步骤3：保持供电电极极距不变以及测量电极极距不变，沿测线逐点测量，完成一次中梯扫面测量；

步骤4：若数据不满足勘探深度要求，则等距离的扩大供电电极极距，重复步骤3进行中梯扫面测量，直至数据满足勘探深度要求，测量完成，获得多组不同深度的中梯扫面数据。

在一些实施例中，本发明的直流电法数据采集方法还包括步骤5：对多组不同深度的中梯扫面数据进行处理与反演，最终获得更大深度的直流电法成果剖面。

在一些实施例中，在步骤2中，测量电极极距为1～2个电极距，供电电极极距范围为3～5倍的勘探深度。

在一些实施例中，在步骤3中，测量数据所对应的测量点位置为测量电极MN的中点，测量点的深度Z的具体计算公式为：n≤3，Z＝0.18AB；3<n≤10，Z＝0.19AB；n>10，Z＝0.25；其中，n为间隔系数。

在一些实施例中，在步骤3中，测量数据所对应的测量点位置为测量电极MN的中点，测量点的深度的具体计算公式为：

其中α为比例系数。比例系数α根据经验确定，由测量电极距和供电电极距决定。

在一些实施例中，在步骤4完成后，改变测量电极极距，重复步骤3-4。

在一些实施例中，在步骤4完成后，将测线电缆平行移动到旁测线上，重复步骤2-4，以获得三维的测量数据。

本发明至少具有如下有益效果：本发明提出的上述直流电法数据采集系统与方法，是基于现有的高密度电法设备，外接第一电缆，同时进行中间梯度剖面测量以及电测深测量，与传统采集方式相对，提高了数据采集的密度与广度，降低了边界范围的数据盲区范围，提升了对导电地层的穿透性，在保持浅层分辨率的同时增强异常在垂向上的延伸性的同时勘探深度可以提高2至4倍。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明一种实施例提供的直流电法数据采集系统的示意图；

图2为本发明一种实施例提供的直流电法数据采集方法的工作流程图；

图3为本发明一种实施例提供的电极布置示意图；

图4为本发明另一种实施例提供的电极布置示意图；

图5为本发明另一种实施例提供的直流电法数据采集方法的工作流程图；

图6为本发明另一种实施例提供的混合装置数据空间分布图，(a)为偶极-偶极、中梯混合装置数据空间分布图；(b)为正、反向三极、中梯、中梯测深混合装置数据空间分布图；(c)为中梯、中梯测深混合装置数据空间分布图；

图7为测量极距为a、间隔系数为n的示意图；

图8为一种测量极距系列以及对应的间隔系数序列的示意图。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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装置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。

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，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。

电法勘探技术是地质勘探中应用最广泛的一种物探方法，直流电法(directcurrent electric method)电法勘探方法之一。以地下岩(矿)石的电性差异为基础，人工建立地下稳定直流电场，通过两组或多组电极测量地下介质电性参数，分析其变化规律，进而解决相关地质问题的一种地球物理勘探方法。

目前直流电法勘探通常采用高密度电法设备，其一次性布设多组电极，通过控制器自动跑极，同时实现电阻率测深和剖面测量，具有测量效率高，数据密度大的特点。

直流电法包括有电阻率剖面法、电阻率测深法、充电法、激发极化法等。

电阻率测深法(resistivity sounding method)以地下岩(矿)石的电性差异为基础，人工建立地下稳定直流电场，通过逐次加大供电与测量电极极距，观测与分析同一测点下垂直方向不同深度范围岩(矿)层电阻率变化规律的方法。

电阻率剖面法(resistivityprofiling method)以地下岩(矿)石的电性差异为基础，人工建立地下稳定直流电场，保持电极距不变，沿测线逐点观测，分析某一深度范围内岩(矿)层电阻率沿水平方向的变化规律的方法。

高密度电法(mutilelectrode resistivitymethod)以地下岩(矿)石的电性差异为基础，人工建立地下稳定直流电场，通过电极阵列技术同时实现电阻率测深和电阻率剖面测量，获得二维或三维的地下岩(矿)层电阻率分布规律的方法。

另外，中间梯度法(central gradient arraymethod)是直流电法中一种常用的重要方法，该方法保持供电电极距AB不动，测量电极MN间距距离不变，在AB中部1/2～1/3范围内沿测线逐点移动，观测MN间的电位差，并计算各测点(MN中点)的视电阻率值，其勘探深度约为AB长度的1/6。在利用高密度电法设备进行勘探时，受限于工作排列长度，其勘探深度有限。基于该问题，本发明是通过外接大极距电缆，增大排列长度，同时避免增加无效的电极，实现多极距中梯测深，从而可以进行数据的快速采集与分析。

如图7，测量极距为a间隔系数为n，自定义测量极距系列以及对应的间隔系数序列指的是根据需要选取不同的a与n进行数据采集。如a与na可以按等差数列取基本道间距的倍数，如图8所示，一种示例为测量电极距P1P2依次按序列[1～5]倍道距设置，对应各测量序列，供电电极距C1C2按{1～6}、{6～11}、{11～16}、{16～21}、{21}倍道距设置。本发明的a与n根据需要选取，不限于上述示例。

实施例一

参见图1至图4，本发明实施例提供一种直流电法数据采集系统，包括供电电源、测量主机、电极转换器以及测线电缆，所述供电电源用于给整个系统提供电源，所述电极转换器与测量主机相连，测线电缆与电极转换器连接，测线电缆的两端分别外接有第一电缆，每根测线电缆由至少一根第二电缆串接而成，所述第一电缆上连接有若干第一电极，所述第二电缆上连接有若干第二电极，第一电缆上连接的相邻的两个第一电极之间的间隔大于第二电缆上连接的相邻的两个第二电极之间的间隔。

电极转换器与第二电缆与第二电缆之间的电缆连接头连接。优选地，电极转换器与中间的电缆连接头连接。

在一些实施例中，所述测量主机采用高密度电法仪；所述第一电缆采用大极距电缆；第二电缆采用常规电缆，如可以是集中式电缆。

在一些实施例中，测线电缆的两端分别通过电缆连接头连接第一电缆，当测线电缆由多根第二电缆串接而成时，相邻的两第二电缆通过电缆连接头串接，所述电极转换器与电缆连接头连接。

两根第一电缆连接的第一电极对称设置。

在一些实施例中，相邻的两个第一电极之间的间隔是相邻的两个第二电极之间间隔的n倍，即大极距电缆电极间隔是常规电缆电极间隔的n倍(n>1)n一般取整数。

本发明的供电电源可以采用电池箱。高密度电法仪主机可利用市场上现有的高密度电法仪器，电极转换器与高密度电法仪主机相连，受所述的高密度电法仪主机控制测量，电池箱与电极转换器相连，为测量系统提供稳定电流。常规电缆与高密度电法仪主机或其他常规电缆直接相连，大极距电缆与排列末端的常规电缆相连。电缆连接头用于串联常规电缆与常规电缆以及常规电缆和大极距电缆。电极用于测量地下电位与电流。

在一些实施例中，高密度电法仪主机支持串联集中式电缆，可连接不少于4根电缆，支持自定义采集参数。

在一些实施例中，电极转换器受高密度电法仪主机控制，进而控制所述的测量电极进行供电与测量。

在一些实施例中，常规电缆为集中式电缆，电缆上可连接若干个电极，多根所述的常规电缆可通过所述的电缆连接头连接起来，组成测线电缆。

在一些实施例中，多根串联起来的常规电缆与电极转换器连接起来，构成一个常规的测量排列。

在一些实施例中，大极距电缆可以为集中式电缆，电缆上可连接若干个供电电极，大极距电缆与上述的常规的测量排列末端的两根常规电缆通过电缆连接头连接。

在一些实施例中，常规电缆与大极距电缆上连接的电极的位置是等间隔分布的，不同的是，大极距电缆上连接的电极的位置间隔是常规电缆上连接的电极的位置间隔的n倍。

实施例二

参见图1至图4，本发明实施例公开了一种直流电法数据采集方法，包括如下步骤：

步骤1：沿测线布设测线电缆，将测线电缆与电极转换器连接，电极转换器与测量主机相连，测线电缆的两端分别外接有第一电缆，每根测线电缆由至少一根第二电缆串接而成，所述第一电缆上连接有若干第一电极，所述第二电缆上连接有若干第二电极；

步骤2：将两个第一电极作为供电电极AB，将两个第二电极作为测量电极MN，测量电极MN位于供电电极AB之间，确定初始供电电极极距以及测量电极极距；

步骤3：保持供电电极极距不变以及测量电极极距不变，沿测线逐点测量，完成一次中梯扫面测量；

步骤4：若数据点不满足勘探深度要求，则等距离的扩大供电电极极距，重复步骤3进行中梯扫面测量，直至数据点满足勘探深度要求，测量完成，获得多组不同深度的中梯扫面数据。

在一些实施例中，本发明的直流电法数据采集方法还包括步骤5：对多组不同深度的中梯扫面数据进行处理与反演，最终获得更大深度的直流电法成果剖面。

在一些实施例中，在步骤2中，测量电极极距为1～2个电极距，供电电极极距范围为3～5倍的勘探深度。

在一些实施例中，在步骤3中，测量数据所对应的测量点位置为测量电极MN的中点，测量点的深度Z的具体计算公式为：

n≤3，Z＝0.18AB；

3<n≤10，Z＝0.19AB；

n>10，Z＝0.25；

其中，n为隔离系数(即间隔系数)，AB为供电电极极距。

在另一些实施例中，在步骤3中，测量数据所对应的测量点位置为测量电极MN的中点，测量点的深度的具体计算公式为：

其中α为比例系数。比例系数α根据经验确定，由测量电极距和供电电极距决定。

在一些实施例中，在步骤4完成后，改变测量电极极距，重复步骤3-4。

在一些实施例中，在步骤4完成后，将测线电缆平行移动到旁测线上，重复步骤2-4，以获得三维的测量数据。

下面通过具体的例子对实施例二的过程进行详细介绍。

步骤1：根据任务要求沿测线布置若干根常规电缆，并在排列末端连接大极距电缆，依次连接高密度电法仪主机、电极转换器、电池箱、电极等；

步骤2：将大极距电缆中靠近常规电缆的一对电极设为供电电极AB，将常规电缆中相近的一对电极设为测量电极MN；

步骤3：保持供电电极AB的位置不变以及测量电极MN的距离不变，从排列的一端同步移动测量电极MN到另一端，逐点测量，完成一次中梯扫面测量；

步骤4：逐渐等距离的扩大供电电极AB的距离，重复步骤3进行中梯扫面测量，获得多组不同深度的中梯扫面数据；

步骤5：对上述方法采集的数据进行处理与反演，最终获得更大深度的直流电法成果剖面。

进一步的，在步骤4完成后，还可以改变测量电极MN的距离，重复上述测量步骤，以获得更多的测量数据。

进一步的，在步骤4完成后，还可以将常规电缆移动到平行的旁测线上，重复上述测量步骤，以获得三维的测量数据。

在步骤2中，设置供电电极和测量电极可以利用高密度电法仪主机自动完成，后续步骤中的电极转换工作也可由高密度电法仪主机自动完成。在步骤2中，大极距电缆中的电极始终作为供电电极，常规电缆中的电极始终作为测量电极。在步骤2中，测量电极MN距离一般选取为1～2个电极距，供电电极AB距离范围一般选取为3～5倍的勘探深度。

本发明基于现有的高密度电法设备，外接大极距电缆，同时进行中间梯度剖面测量以及电测深测量，相较于常规的采集装置与方法，在保证数据密度的同时，降低边界盲区范围，加大勘探深度。

实施例三

参见图5，本发明实施例公开了一种三维直流电法数据采集方法，包括如下步骤：

步骤1：根据任务要求在测区按并行方式设计若干条平行测线，依次分别为第一测线、第二测线、第三测线等等。

步骤2：在第一测线、第二测线分别布设第一测线电缆和第二测线电缆，并在位于第一测线的第一测线电缆两端分别外接第一电缆，电极转换器与测量主机相连，第一测线电缆、第二测线电缆与电极转换器连接，第一测线电缆和第二测线电缆由至少一根第二电缆串接而成，所述第一电缆上连接有若干第一电极，所述第二电缆上连接有若干第二电极，第一电缆上连接的相邻的两个第一电极之间的间隔大于第二电缆上连接的相邻的两个第二电极之间的间隔；

步骤3：在第一测线进行多极距中梯测深数据采集，获得多极距中梯测深数据；

将第一测线作为供电测线，将第二测线作为测量测线，自定义测量极距系列以及对应的间隔系数序列，进行第一测线、第二测线进行线间混合装置数据采集；

断开第一电缆，自定义测量极距系列以及对应的间隔系数序列，在第一测线进行混合装置数据采集；

步骤4：当测线大于2条时，将第一测线电缆从第一测线移动到第三测线，断开第一测线电缆两端的第一电缆，在此时位于第二测线的第二测线电缆的两端分别外接第一电缆，在第二测线进行多极距中梯测深数据采集，获得多极距中梯测深数据；

将第二测线作为供电测线，将第三测线作为测量测线，自定义测量极距系列以及对应的间隔系数序列，进行第二测线、第三测线进行线间混合装置数据采集；

断开第一电缆，自定义测量极距系列以及对应的间隔系数序列，在第二测线进行混合装置数据采集；

当测线大于3条时，将第二测线电缆从第二测线移动到第四测线，断开第二测线电缆两端的第一电缆，在此时位于第三测线的第一测线电缆的两端分别外接第一电缆，在第三测线进行多极距中梯测深数据采集，获得多极距中梯测深数据；

断开第一电缆，自定义测量极距系列以及对应的间隔系数序列，在第三测线进行混合装置数据采集；

将第三测线作为供电测线，将第四测线作为测量测线，自定义测量极距系列以及对应的间隔系数序列，在第三测线、第四测线进行线间混合装置数据采集；

依次类推(即滚动测线测量)，直至完成所有测线的数据采集。

在一些实施例中，本发明的三维直流电法数据采集方法还包括步骤5：完成所有测线的数据采集后，根据数据异常分布特征，横向布置联络测线，补充进行线内或线间混合装置数据采集。

根据数据异常分布特征，横向布置联络测线，补充进行线内或线间混合装置数据采集，具体包括：根据测量数据的剖面，判断疑似存在异常的位置，在该位置处布置多条横向联络测线(与平行测线垂直或斜交)，进行加密测量，横向联络测线也可按照纵向测线进行线内或线间混合装置测量。

在一些实施例中，在第i测线进行多极距中梯测深采集，具体包括：

S1：将两个第一电极作为供电电极AB，将两个第二电极作为测量电极MN，测量电极MN位于供电电极AB之间，确定初始供电电极极距以及测量电极极距；

S2：保持供电电极极距不变以及测量电极极距不变，沿第i测线逐点测量，完成一次中梯扫面测量；

S3：改变供电电极AB极距，重复步骤S2进行中梯扫面测量，获得多极距中梯测深数据即多组不同深度的中梯扫面数据。

在一些实施例中，在步骤S3完成后，还可以改变测量电极MN的距离，重复步骤S2～S3，以获得更多的测量数据。

在一些实施例中，在第i测线进行多极距中梯测深采集还包括：对多组不同深度的中梯扫面数据进行处理与反演，最终获得更大深度的直流电法成果剖面。

本发明的数据处理一般包括：剔除“飞点”、地形改正等。反演是指由测量的视电阻率剖面计算得到地下真电阻率的剖面，也就是最终成果。

以在第一测线进行多极距中梯测深采集为例，具体包括：

S1：将两个第一电极作为供电电极AB，将两个第二电极作为测量电极MN，测量电极MN位于供电电极AB之间，确定初始供电电极极距以及测量电极极距；

S2：保持供电电极极距不变以及测量电极极距不变，沿所述第一测线逐点测量，完成一次中梯扫面测量；

S3：改变供电电极AB极距，重复步骤S2进行中梯扫面测量，获得多极距中梯测深数据。

在一些实施例中，在第i测线进行混合装置数据采集，具体包括：自定义测量极距系列以及对应的间隔系数序列，在第i测线内进行混合装置数据采集。

在一些实施例中，在第N测线、第N+1测线进行线间混合装置数据采集，N为正整数，具体包括：将第N测线作为供电测线，将第N+1测线作为测量测线，自定义测量极距系列以及对应的间隔系数序列，进行第N测线、第N+1测线线间混合装置数据采集。

在第N测线、第N+1测线进行线间混合装置数据采集时可以断开第一电缆，将第N测线的第二电极作为供电电极，当然，在第N测线、第N+1测线进行线间混合装置数据采集时，也可以不断开第一电缆，将第N测线的第一电极或/和第二电极作为供电电极。

以在第一测线、第二测线进行线间混合装置数据采集为例，具体包括：将第一测线作为供电测线，将第二测线作为测量测线，自定义测量极距系列以及对应的间隔系数序列，进行第一测线、第二测线线间混合装置数据采集。

在一些实施例中，设置供电电极和测量电极可以利用高密度电法仪主机自动完成，后续步骤中的电极转换工作也可由高密度电法仪主机自动完成。自定义测量极距系列以及对应的间隔系数序列可以利用高密度电法仪主机自动完成。

在一些实施例中，进行中梯扫面测量时，测量电极MN距离一般选取为1～2个电极距，供电电极AB距离范围一般选取为3～5倍的勘探深度。

在一些实施例中，混合装置为至少2种装置的组合，所述装置包括但不限于：温纳阿尔法(WennerAlpha，WN_α)、温纳贝塔(WennerBeta，WN_β)、温纳伽马(WennerGamma，WN_γ)、温纳-斯伦贝谢(Wenner-Schlumberger，WS)、单极-单极(pole-pole，PP)、梯度(gradient，GD)、偶极-偶极(dipole-dipole，DPDP)、单极-偶极(pole-dipole，PDP)、正、反向三极装置，混合装置根据任务要求和实施效果而定。

供电电源用于给整个系统提供电源，所述电极转换器与测量主机相连，第一测线电缆、第二测线电缆与电极转换器连接，第一测线电缆和第二测线电缆由至少一根第二电缆串接而成，第一测线电缆或第二测线电缆的两端分别外接有第一电缆，所述第一电缆上连接有若干第一电极，所述第二电缆上连接有若干第二电极，第一电缆上连接的相邻的两个第一电极之间的间隔大于第二电缆上连接的相邻的两个第二电极之间的间隔。

在一些实施例中，所述测量主机采用高密度电法仪；所述第一电缆采用大极距电缆；第二电缆采用常规电缆，如集中式电缆。

在一些实施例中，第一测线电缆或第二测线电缆的两端分别通过电缆连接头连接第一电缆，当测线电缆由多根第二电缆串接而成时，相邻的两第二电缆通过电缆连接头串接，所述电极转换器与电缆连接头连接。

两根第一电缆连接的第一电极对称设置。

在一些实施例中，相邻的两个第一电极之间的间隔是相邻的两个第二电极之间间隔的n倍。

本发明的供电电源可以采用电池箱。高密度电法仪主机可利用市场上现有的高密度电法仪器，电极转换器与高密度电法仪主机相连，受高密度电法仪主机控制测量，电池箱与电极转换器相连，为测量系统提供稳定电流。常规电缆与高密度电法仪主机或其他常规电缆直接相连，大极距电缆与排列末端的常规电缆相连。电缆连接头用于串联常规电缆与常规电缆以及常规电缆和大极距电缆。电极用于测量地下电位与电流。

在一些实施例中，高密度电法仪主机支持串联集中式电缆，可连接不少于4根电缆，支持自定义采集参数。

在一些实施例中，电极转换器受高密度电法仪主机控制，进而控制电极进行供电与测量。

在一些实施例中，常规电缆为集中式电缆，电缆上可连接若干个测量电极，多根所述的常规电缆可通过所述的电缆连接头连接起来，组成测线电缆。

在一些实施例中，多根串联起来的常规电缆与电极转换器连接起来，构成一个常规的测量排列。

在一些实施例中，大极距电缆为集中式电缆，电缆上可连接若干个供电电极，大极距电缆与上述的常规的测量排列末端的两根常规电缆通过电缆连接头连接。

在一些实施例中，常规电缆与大极距电缆上连接的电极的位置是等间隔分布的，不同的是，大极距电缆上连接的电极的位置间隔是常规电缆上连接的电极的位置间隔的n倍。

下面通过具体的例子对实施例三的过程进行详细介绍。

参见图5，一种三维直流电法数据采集方法，包括如下步骤：

步骤1：根据任务要求在测区按并行方式设计若干条测线，包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ测线。

步骤2：布设Ⅰ、Ⅱ两条高密度测线电缆，并在Ⅰ测线电缆两端分别外接大极距电缆，依次连接高密度电法仪主机、电极转换器、电池箱、电极等；

步骤3：将Ⅰ测线大极距电缆中的电极设为供电电极AB，将Ⅰ测线常规电缆中的电极设为测量电极MN，保持供电电极AB的位置不变以及测量电极MN的距离不变，从排列的一端同步移动测量电极MN到另一端，逐点测量，完成一次中梯扫面测量；

步骤4：改变供电电极AB的距离，重复步骤3进行中梯扫面测量，获得多极距中梯测深数据，以进行数据的快速分析；

步骤5：断开大极距电缆，自定义测量极距系列以及对应的间隔系数序列，在Ⅰ测线内进行混合装置数据采集；

步骤6：将Ⅰ测线作为供电测线，将Ⅱ测线作为测量测线，自定义测量极距系列以及对应的间隔系数序列，进行Ⅰ、Ⅱ测线线间混合装置数据采集；

步骤7：移动Ⅰ测线高密度电缆到Ⅲ测线，在Ⅱ测线电缆两端分别外接大极距电缆；

步骤8：重复步骤3～7，完成线内多极距中梯测深数据采集、线内混合装置数据采集以及线间混合装置数据采集；

步骤9：根据数据异常分布特征，横向布置联络测线，补充进行线内或线间混合装置数据采集；

步骤10：完成三维高密度电法数据采集，图6为本发明实施例提供的混合装置数据空间分布图，(a)为偶极-偶极、中梯混合装置数据空间分布图；(b)为正、反向三极、中梯、中梯测深混合装置数据空间分布图；(c)为中梯、中梯测深混合装置数据空间分布图。

所述测量主机采用高密度电法仪；所述第一电缆采用大极距电缆；第二电缆采用集中式电缆。

在步骤3中，设置供电电极和测量电极可以利用高密度电法仪主机自动完成，后续步骤中的电极转换工作也可由高密度电法仪主机自动完成。

在步骤3中，大极距电缆中的电极始终作为供电电极，常规电缆中的电极始终作为测量电极。

在步骤3中，测量电极MN距离一般选取为1～2个电极距，供电电极AB距离范围一般选取为3～5倍的勘探深度。

在步骤4完成后，还可以改变测量电极MN的距离，重复步骤3～4，以获得更多的测量数据。

在步骤5、步骤6中，自定义测量极距系列以及对应的间隔系数序列可以利用高密度电法仪主机自动完成。

进一步的，在步骤5、步骤6中，在一些实施例中，混合装置为至少2种装置的组合，所述装置包括但不限于：温纳阿尔法(WennerAlpha，WN_α)、温纳贝塔(WennerBeta，WN_β)、温纳伽马(WennerGamma，WN_γ)、温纳-斯伦贝谢(Wenner-Schlumberger，WS)、单极-单极(pole-pole，PP)、梯度(gradient，GD)、偶极-偶极(dipole-dipole，DPDP)、单极-偶极(pole-dipole，PDP)、正、反向三极装置，混合装置根据任务要求和实施效果而定。

在利用高密度电法设备进行勘探时，通常使用给定的几种装置类型进行观测，其测量极距与间隔大小较为固定，采集的数据量有限，勘探深度有限，且存在勘探盲区。基于该问题，通过自定义测量极距系列以及对应的间隔系数序列，进行多装置组合观测，较常规装置而言，丰富了数据量，有效提高了空间分辨率与勘探深度，减少了勘探盲区。

本发明所提出的一种三维直流电法数据采集装置与方法，利用常规高密度电法设备通过外接大极距电缆、定义复合装置以及多测线数据滚动采集，实现三维直流电法勘探，可有效增加对导电地层的穿透性，同时勘探深度较传统方法提高2至4倍，在保持近地表分辨率的同时，有效增加垂直测线方向的横向分辨率，并且利用多极距中梯测深数据可以实现快速数据分析。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种直流电法数据采集系统，其特征在于：包括供电电源、测量主机、电极转换器以及测线电缆，所述供电电源用于给整个系统提供电源，所述电极转换器与测量主机相连，测线电缆与电极转换器连接，测线电缆的两端分别外接有第一电缆，每根测线电缆由至少一根第二电缆串接而成，所述第一电缆上连接有若干第一电极，所述第二电缆上连接有若干第二电极，第一电缆上连接的相邻的两个第一电极之间的间隔大于第二电缆上连接的相邻的两个第二电极之间的间隔。

2.如权利要求1所述的直流电法数据采集系统，其特征在于：所述测量主机采用高密度电法仪；

或/和，

所述第一电缆采用大极距电缆；

或/和，

第二电缆采用集中式电缆。

3.如权利要求1所述的直流电法数据采集系统，其特征在于：测线电缆的两端分别通过电缆连接头连接第一电缆，当测线电缆由多根第二电缆串接而成时，相邻的两第二电缆通过电缆连接头串接，所述电极转换器与电缆连接头连接。

4.如权利要求1所述的直流电法数据采集系统，其特征在于：相邻的两个第一电极之间的间隔是相邻的两个第二电极之间间隔的n倍，n>1。

5.一种直流电法数据采集方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：沿测线布设测线电缆，将测线电缆与电极转换器连接，电极转换器与测量主机相连，测线电缆的两端分别外接有第一电缆，每根测线电缆由至少一根第二电缆串接而成，所述第一电缆上连接有若干第一电极，所述第二电缆上连接有若干第二电极；

步骤2：将两个第一电极作为供电电极AB，将两个第二电极作为测量电极MN，测量电极MN位于供电电极AB之间，确定初始供电电极极距以及测量电极极距；

步骤3：保持供电电极极距不变以及测量电极极距不变，沿测线逐点测量，完成一次中梯扫面测量；

步骤4：若数据不满足勘探深度要求，则等距离的扩大供电电极极距，重复步骤3进行中梯扫面测量，直至数据满足勘探深度要求，测量完成，获得多组不同深度的中梯扫面数据。

6.如权利要求5所述的直流电法数据采集方法，其特征在于：还包括步骤5：对多组不同深度的中梯扫面数据进行处理与反演，最终获得更大深度的直流电法成果剖面。

7.如权利要求5所述的直流电法数据采集方法，其特征在于：在步骤2中，测量电极极距为1～2个电极距，供电电极极距范围为3～5倍的勘探深度。

8.如权利要求5所述的直流电法数据采集方法，其特征在于：在步骤3中，测量数据所对应的测量点位置为测量电极MN的中点，测量点的深度Z的具体计算公式为：n≤3，Z＝0.18AB；3<n≤10，Z＝0.19AB；n>10，Z＝0.25；其中，n为间隔系数。

9.如权利要求5所述的直流电法数据采集方法，其特征在于：在步骤4完成后，改变测量电极极距，重复步骤3-4。

10.如权利要求5所述的直流电法数据采集方法，其特征在于：在步骤4完成后，将测线电缆平行移动到旁测线上，重复步骤2-4，以获得三维的测量数据。