CN117970505A - 一种非传统可控音频大地电磁测深法探测地下水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非传统可控音频大地电磁测深法探测地下水的方法，充分利用水体与岩层的导电性差异，通过向地下水系统供入交流电从而形成随时间、空间变化的二次场异常，该二次场异常幅值较高且变化剧烈，因此两次记录的视电阻率差值曲线会在含水构造处出现明显波动。两次测量值之差能够有效去除噪声和电性不均匀体的干扰，突出水体位置，解决了有效信息容易被噪声掩盖的问题，能更高效的辨别岩层中岩溶管道、地下径流的位置；可控音频大地电磁测深法本身具有高分辨率、高阻屏蔽作用小、探测深度大、不易受环境干扰的优点，本发明适用于埋藏较深、测区内有干扰源，且上下游存在可供电的出水点的地下水系统。
Description
技术领域
本发明涉及电磁法在地下水探测领域，具体为一种非传统可控音频大地电磁测深法探测地下水的方法。
背景技术
目前，常用于勘测地下水的电磁法有：①高密度电阻率法：由供电电极向地下岩层供给直流(或超低频流)电，观测测量电极间电位差，研究探测区岩层介质的视电阻率分布情况。②激电测深法：基于观测断电后激电二次场的衰减电压或总场随频率的变化，以研究地下介质激发极化性质，探测该区域地质、构造情况。③瞬变电磁法：通过线圈发送脉冲信号，外接脉冲电流使地质体产生感应电流，测量岩层所产生的感应电场的分布特点即可知此处地质情况。④大地电磁法：包括MT、AMT、CSAMT、EH4等，通过对天然场或人工场源在地下的分布特征进行观测，以不同频率电磁波传播时其趋肤深度的差异，研究不同深度的岩石电阻率分布规律。⑤甚低频电磁法：通过电台发射的电磁波极化地质体，使其产生感应电流，测该感应电场的分布特点，推测地质情况。
发明内容
(一)解决的技术问题
要解决的技术问题为：地下径流或岩溶管道的电阻率特征因周围电性不均匀体、倾斜岩层、地形起伏等干扰而变得模糊甚至被掩盖的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供了一种非传统可控音频大地电磁测深法探测地下水的方法：其理论基础是：水为良导体，即含水的部分相对于围岩的电阻率低，所以外部供电前后含水构造体的电阻率曲线会出现明显变化，地面测量设备包括：发射机、接收机、磁探头、测距仪、罗盘。发射机通过供电电极A、B向地下供电，接收机用电极M、N同时接收电磁信号，手持GPS用于确定测点的三维坐标，测距仪用于测量电极距，罗盘确定探头与测线方位，并用水平尺校对水平。地下水供电设备包括：供电电极、供电电流约1200A，供电脉冲宽约4ms，具体操作如下：
S1：根据测区内水文地质特征：地下水补给、排泄条件，以及钻探和基础地质资料进行综合分析，确定地下水出入口WA、WB、水流方向Dw(WA为岩溶管道的上游点，WB为岩溶管道的下游点)。
S2：根据电磁感应定理：变化的磁场产生感应电场。向地下水出入口WA、WB供入交流电时产生一次磁场，然后断开电流，这时在介质中产生了感应涡旋场及随时间、空间变化的二次磁场，该通电的地下水系统即为电磁场源。
S3：垂直于WA、WB两点方向(水流方向)布设多条测线Pi(i＝1......n)，在每条剖面上按同间距布设测点Pij(j＝1......m)。(测线、测点数根据测区大小和测量精度决定)
S4：首先开展第一次可控音频大地电磁测深：在各个测点上依次通过人工接地场源向地下发送不同频率(0.1～10kHz)的交变电流，矢量测量时需采集4或5个电场与磁场分量Ex、Ey、Hx、Hy(Hz)；张量测量时需利用两个分离场源测量10个场分量Ex1、Ex2、Ey1、Ey2、Hx1、Hx2、Hy1、Hy2、Hz1、Hz2，由这些分量计算卡尼亚电阻率与阻抗相位值ρ0ij、Z0ij作为背景场值。
S5：然后向地下水系统供电，同时再次在地表进行CSAMT测量，获得供电后各测点包含感应场的视电阻率和阻抗相位ρij、zij(ρij＝ρ0ij+Δρ1ij、Zij＝Z0ij+ΔZ1ij。)
S6：用包含感应场的视电阻率和阻抗相位ρij、Zij与背景场值ρ0ij、Z0ij作差，即可得到各测点感应电场的视电阻率与阻抗相位Δρ1ij、ΔZ1ij
S7：将每个测点的原始数据(时间域值)进行傅氏变换得到频率域值，得到所测量频段的视电阻率和阻抗相位功率谱。之后进行数据编辑、各项校正、定性解释，最后建立反演模型，各种定量反演方法求取电性异常体的物理性质和空间位置，最后用成图软件形成视电阻率断面异常图。
S8：将每条剖面的阻抗相位、电阻率等值线密集带或低值圈闭带的特征图与此地下水系统的地质、水文资料进行对比，圈定物探方法推断的水体位置，最后将所有剖面的岩溶管道位置相连，则可推断地下岩溶管道的平面位置及走向。
(三)有益效果
本发明提供了一种非传统可控音频大地电磁测深法探测地下水的方法，与现有技术相比，本发明在以下几方面具备优势：
1.充分利用水体与岩层的导电性差异，通过向地下水系统供入交流电从而形成随时间、空间变化的二次场异常，该二次场异常幅值较高且变化剧烈，因此两次记录的视电阻率差值曲线会在含水构造处出现明显波动。两次测量值之差能够有效去除噪声和电性不均匀体的干扰，突出水体位置，解决了有效信息容易被噪声掩盖的问题，能更高效的辨别岩层中岩溶管道、地下径流的位置。
2.可控音频大地电磁测深法本身具有高分辨率、高阻屏蔽作用小、探测深度大、不易受环境干扰的优点。但因本方法需向地下水系统供电，所以能否在目标水系的上下游找到可插电极的出水点是关键。与MT、AMT方法不同的是，CSAMT是通过人工发射电磁场作为场源，因此抗干扰能力强。故本发明适用于埋藏较深、测区内有干扰源，且上下游存在可供电的出水点的地下水系统。
附图说明
图1为本发明仪器布设图；
图2为本发明工作流程。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图所示，本发明提供了一种非传统可控音频大地电磁测深法探测地下水的方法：地面测量设备包括：发射机、接收机、磁探头、测距仪、罗盘。发射机通过供电电极A、B向地下供电，接收机用电极M、N同时接收电磁信号，手持GPS用于确定测点的三维坐标，测距仪用于测量电极距，罗盘确定探头与测线方位，并用水平尺校对水平。地下水供电设备包括：供电电极、供电电流约1200A，供电脉冲宽约4ms，具体操作如下：
S1：根据测区内水文地质特征：地下水补给、排泄条件，以及钻探和基础地质资料进行综合分析，确定地下水出入口WA、WB、水流方向DW(WA为岩溶管道的上游点，WB为岩溶管道的下游点)。
S2：根据电磁感应定理：变化的磁场产生感应电场。向地下水出入口WA、WB供入交流电时产生一次磁场，然后断开电流，这时在介质中产生了感应涡旋场及随时间、空间变化的二次磁场，该通电的地下水系统即为电磁场源。
S3：垂直于WA、WB两点方向(水流方向)布设多条测线Pi(i＝1......n)，在每条剖面上按同间距布设测点Pij(j＝1.....m)。(测线、测点数根据测区大小和测量精度决定)
S4：首先开展第一次可控音频大地电磁测深：在各个测点上依次通过人工接地场源向地下发送不同频率(0.1～10kHz)的交变电流，矢量测量时需采集4或5个电场与磁场分量Ex、Ey、Hx、Hy(Hz)；张量测量时需利用两个分离场源测量10个场分量
Ex1、Ex2、Ey1、Ey2、Hx1、Hx2、Hy1、Hy2、Hz1、Hz2，由这些分量计算卡尼亚电阻率与阻抗相位值ρ0ij、Z0ij作为背景场值。
S5：然后向地下水系统供电，同时再次在地表进行CSAMT测量，获得供电后各测点包含感应场的视电阻率和阻抗相位ρij、Zij(ρij＝ρ0ij+Δρ1ij、zij＝Z0ij+ΔZ1ij。)
S6：用包含感应场的视电阻率和阻抗相位ρij、Zij与背景场值ρ0ij、Z0ij作差，即可得到各测点感应电场的视电阻率与阻抗相位Δρ1ij、ΔZ1ij
S7：将每个测点的原始数据(时间域值)进行傅氏变换得到频率域值，得到所测量频段的视电阻率和阻抗相位功率谱。之后进行数据编辑、各项校正、定性解释，最后建立反演模型，各种定量反演方法求取电性异常体的物理性质和空间位置，最后用成图软件形成视电阻率断面异常图。
S8：将每条剖面的阻抗相位、电阻率等值线密集带或低值圈闭带的特征图与此地下水系统的地质、水文资料进行对比，圈定物探方法推断的水体位置，最后将所有剖面的岩溶管道位置相连，则可推断地下岩溶管道的平面位置及走向。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (3)
1.一种非传统可控音频大地电磁测深法探测地下水的方法，其理论基础是：水为良导体，即含水的部分相对于围岩的电阻率低，所以外部供电前后含水构造体的电阻率曲线会出现明显变化，具体操作如下：
S1：根据测区内水文地质特征：地下水补给、排泄条件，以及钻探和基础地质资料进行综合分析，通过地面测量设备及地下水供电设备确定地下水出入口WA、WB、水流方向DW，其中WA为岩溶管道的上游点，WB为岩溶管道的下游点；
S2：根据电磁感应定理：变化的磁场产生感应电场，向地下水出入口WA、WB供入交流电时产生一次磁场，然后断开电流，这时在介质中产生了感应涡旋场及随时间、空间变化的二次磁场，该通电的地下水系统即为电磁场源；
S3：垂直于WA、WB两点水流方向布设多条测线Pi(i＝1......n)，在每条剖面上按同间距布设测点Pij(j＝1......m)；
S4：首先开展第一次可控音频大地电磁测深：在各个测点上依次通过人工接地场源向地下发送不同频率(0.1～10kHz)的交变电流，矢量测量时需采集4或5个电场与磁场分量Ex、Ey、Hx、Hy(Hz)；张量测量时需利用两个分离场源测量10个场分量Ex1、Ex2、Ey1、Ey2、Hx1、Hx2、Hy1、Hy2、Hz1、Hz2，由这些分量计算卡尼亚电阻率与阻抗相位值ρ0ij、Z0ij作为背景场值；
S5：然后向地下水系统供电，同时再次在地表进行CSAMT测量，获得供电后各测点包含感应场的视电阻率和阻抗相位ρij、Zij其中ρij＝ρ0ij+Δρ1ij、Zij＝Z0ij+ΔZ1ij；
S6：用包含感应场的视电阻率和阻抗相位ρij、Zij与背景场值ρ0ij、Z0ij作差，即可得到各测点感应电场的视电阻率与阻抗相位Δρ1ij、ΔZ1ij；
S7：将每个测点的原始数据按时间域值进行傅氏变换得到频率域值，得到所测量频段的视电阻率和阻抗相位功率谱，之后进行数据编辑、各项校正、定性解释，最后建立反演模型，各种定量反演方法求取电性异常体的物理性质和空间位置，最后用成图软件形成视电阻率断面异常图；
S8：将每条剖面的阻抗相位、电阻率等值线密集带或低值圈闭带的特征图与此地下水系统的地质、水文资料进行对比，圈定物探方法推断的水体位置，最后将所有剖面的岩溶管道位置相连，则可推断地下岩溶管道的平面位置及走向。
2.根据权利要求1所述的一种非传统可控音频大地电磁测深法探测地下水的方法，其特征在于：所述的地面测量设备包括：发射机、接收机、磁探头、测距仪、罗盘，发射机通过供电电极A、B向地下供电，接收机用电极M、N同时接收电磁信号，手持GPS用于确定测点的三维坐标，测距仪用于测量电极距，罗盘确定探头与测线方位，并用水平尺校对水平。
3.根据权利要求1所述的一种非传统可控音频大地电磁测深法探测地下水的方法，其特征在于：所述的地下水供电设备包括：供电电极、供电电流约1200A，供电脉冲宽约4ms。
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