电阻率剖面法对称四极装置视电阻率曲线分析

电阻率剖面法对称四极装置视电阻率曲线分析 ( ) 文章编号 : 1001 —1749 2011 04 —0418 —06 电阻率剖面法探测深度的研究 霍军廷, 吴信民, 李乃民 ( )344000 东华理工大学 , 江西 抚州 摘 要 : 在考虑了异常体的形态 、异常体和围岩的电性差异 、供电极和接收极测量误差 、供电电 流误差 、仪器测量精度 ,以及外界干扰等因素的基础上 ,提出了用电位异常来描述电阻率剖面法 中探测深度的定义 。通过编程 ,计算得到各向同性均匀半空间中球体异常 ,在电阻率剖面法中的 电位异常 ,得出在特定条件下的探测深度 。定量分析了联合剖面法中探测深度与电极距 AO、供 电电流和外界干扰的关系 。制作并完成了软件的各种正演计算 ,可以为电阻率剖面法野外施工 前的电极距大小 、供电电流的设计等提供参考 。 关键词 : 电剖面 ; 联合剖面 ; 探测深度 ; 定量分析 + 中图分类号 :文献标识码 : P 631. 3 22 A [ 4 ] 于 AB / 3 到 AB / 4 之间 。 1975 年 , A bh ijit指 出三 极装臵的地质效能与勘探深度最大 。 1981 年 E l20 前言 [ 5 ] lio认为 ,在给定的地电条件和装臵类型条件下 , () 按探查目标 或电性不均匀体 所产生的异常信号( ) 目前 ,对探测深度 dep th of inve stiga tion 的研 () 或为某个量值 来确定勘探深度 。 是否足够明显 究较多 , 在有些文献中 , 探测深度也叫勘探深度 。[ 2 , 6、7 ] [ 1 ] Evjen、Roy、B ha ttacha rya 认 为 , 勘 探 深 度 有 一 1932 年 , Sch lum be rge r对对称四极装臵的勘探深 个深度 ,在该深度上一个与地面平行的薄水平层 ,()() 度 D 与电极距间 L 或 AB 就不同的情况 , 提出 在地表面上产生的总观测信号值最大 。 1986 年 , 了三种数量关系 :傅良魁给出了如下定义 : 在给定的各种主观 、客观 ( )1 在比较简单的情况下 ,最大勘探深度等于 () 条件下 ,通过对电或电磁场信息的收录 观测 、处 电极距的一半 ,即 D = AB / 2。 ()() 理 整理 和分析研究 正演 ,反演 ,以查明探测目( )2 在有覆盖层的二层地电断面条件下 ,电极 标存在的最大深度 。简化为在特定条件下查明探 距等于四倍勘探深度时 ,视电阻率有明显变化 ,即 测目标的最大深度 ,其中探测深度受探测目标的主 D = AB / 4。观及客观因素影响 。主观因素对勘探深度的影响 ( )3 在复杂的水平多层地电断面条件下 ,勘探 有 : 深度等于电极距的 1 /8 ,即 D = AB /8。 ( ) 1 工作者的全面素质 。[ 2 ] 1938 年 , Evjen认 为 探 测 深 度 定 义 的 目 的 ,( ) 2 仪器 、设备的效能 。 在于将地表的观测值与某个具体深度联系起来 ,使 ( ) 3 装臵类型的合理选择 。测量参数与地质目标最相关 ,给出的最佳极距等于 ( ) 4 观测场的参数和时间或频率的合理选择 。 勘探深度的九倍 ,即 D = AB /9。 1969 年 , A de l, A.( ) 5 工作 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 。[ 3 ]R. Z. 和 B. J. D a lla s在地下水勘探中 ,根据对多层 ( )6 技术措施 。 客 电测深曲线的分析 , 认为电阻法的勘探深度 D 介 观因素的影响有 : ( )基金项目 : 江西省自然科学基金项目 2010 GZW 003 收稿日期 : 2011 - 02 - 22改回日期 : 2011 - 05 - 26 ( )AO 距离偏小 , 接受极 MN 距离偏大 , 则而供电极 1 干扰场性质 。 ( ) 2 围岩电学性质的不均匀性 。会导致测量电压过大 。电压偏差过大 ,就会减小探 ( ) 3 地表面的起伏情况 。测深度 。在计算时 ,作者按照《电阻率测深法技术 () ( )规程 D Z / T 0072 ,1993 》中的规定 , 极距测量误 4 围岩电学性质在时间上的不稳定性 。 [ 12 ] 差取?1 % 。 探测目标本身的因素有 : ( )1. 2 供电电流及误差 1 尺度大小 。 ( ) 供电电流本 身大 小 会影 响探 测 深 度 , 一 般 认 2 形状 。 ( )为 ,供电电流越大 ,探测深度越大 。由于供电设备 3 产状 。 [ 8 ] ( ) 4 电性差异 。本身的设计问题 ,而导致供电的电流不稳定 ,会产 [ 9 ]生一定的偏差 。当供电电流误差较大时 ,探测深度 R. E. She riff在《勘探地球物理百科词典 》里 较小 ; 当电流误差较小时 ,探测深度较大 。在计算 给出的定义为 :勘探深度为一种勘探系统 ,它能有 ( 时 ,按照《电 阻 率 剖 面 法 技 术 规 程 D Z / T 0073 ,效地进行勘探的深度 ,并决定于排列 、间距 、特性差 [ 13 ] ) 1993 》中的规定 ,电流误差取 ?015 % 。 异 、物体几何形态及信噪比 。可分辨的界面或异常 1. 3 仪器误差源的最大深度 ,要考虑信噪比以及别的一些测量因 在对接受极 MN 进行电压测量时 ,由于仪器本 素 。此处的“勘探深度 ”即是“探测深度 ”。 身的设计问题 ,会有一定的测量误差 。仪器测量误 差越大 ,探测深度越小 ;仪器测量误差越小 ,探测深 1 探测深度定义 度越大 。在计算时 ,仪器电压测量精度按重庆万马 物探仪器有限公司生产的 WDA 21、1A 超级数字直 在上述的这些论述中 ,傅良魁所描述的探测深 流电法 仪取 值 : 当 V p ?5 mV 时 , ?012 % , ?1 个度较为全面 。电法勘探的分支很多 ,细分可以分为 [ 14 ] 字 ;当 011 mV ?V p < 5 mV 时 , ?1 % , ?1个字 。 几十种 ,但要计算某一方法的探测深度时 ,却又显 1. 4 外界干扰得不够具体 。 在野外工作时 ,还会存在一些天然电磁干扰和 为了定量计算探测深度 ,作者在本文中 ,针对 () 人文电磁干扰 ,如天然低阻矿体 金属矿体 产生 电阻率剖面法提出探测深度 ,其定义如下 : (的干扰 ,变化的地电场 如大地电流 、工业 游 散电 在一定外界干扰 、仪器精度 、探测目标体与围 [ 15 ] ) 流 、随时间变化的渗滤电场等 ,周围工业设备 岩存在电性差条件下 ,用电阻率剖面法的各种装臵 和工作人员携带的电磁仪器等 。干扰越大 ,探测深测量所得的电位异常大于干扰电压时 ,异常体顶部 度越小 ; 干扰越小 ,探测深度越大 。在本次计算 ,的最大埋深叫做探测深度 。 干扰电压取 ?1 mV。 在计算时所用到的干扰总电本定义与传统定义的主要区别 ,是用电位异常 压 ,为以上四个因 来定义探测深度 。大家知道 ,视电阻率的概念可以 素绝对值之和 。较好地分析各种异常体产生的各种异常形态 ,在各 1. 5 异常体的几何形态及装置种教科书中大量 使 用 , 也 有 用它 来说 明 探测 深度 异常体与围岩的电性差异 、形态及装臵 ,也会 的 ,如参考文献 [ 10 ]、[ 11 ]。但如果用视电阻率 对电位异常产生较大的异常 。作者在本文中计算 异常来说明探测深度 ,则在计算时无法将极距测量 (了电阻率剖面法中的各种方法 中间梯度 、二 极 、 误差 、供电电流误差 、仪器精度 、外界干扰等因素考 ) 对称四极 、联合剖面 、三极等 。下面 介绍 联 合剖 虑进去 ,这对探测深度来说 ,这些影响因素是不可 面法的计算结果 。 忽视的 。因此直接用电位异常来讨论探测深度 ,则 可有效解决这一问题 。 下面将分别对这些影响因素2 联合剖面装臵探测深度的计算 的选取进行讨论 。 1. 1 极距测量误差在选择模型时 ,球体模型较为典型 。在进行直 在野外 ,由于一些自然条件 , 布线会有一定的 流 电 法 勘 探 计 算 时 , 经 常 选 择 球 体 模 型 进 行 计 [ 16 ] (算 。在此 ,作者同样选择球体模型 , 如图 1 见 偏差 ,供电极和接受极不能设在预先设计点 ,这样 )ρ下页 所示 。在各向同性均匀半空间电阻率为 会造成电极距有一定的偏差 。供电极 AO 距离偏1 ρ 的介质中 ,有一电阻率为 的球形异常体 。首先 大 ,接受极 MN 距离偏小 ,都会导致测量电压过小 ;2 420 物探化探计算技术33卷 ( ),若干个计算在地面上关于球体对称的一段距离上 满足 |最大电压异常 | - 干扰总电压 > 013 mV (时的异常体顶部埋深 h 的最大整数为探测深度 。 点的视电阻率 ;然后计算出各个点的异常电压 有 ) 球体异常时的电压 - 无球体异常时的电 压 。各 由于视电阻率曲线可以更直观地判定计算结 [ 11 ] 个物理量如图 1 所示 。 果是否正确 ,作者同时计算了视电阻率曲线以验证 计算结果的正确性 。 A ρ( ) 联合剖面法的视电阻率 计算见式 5 。 S μ- 1 2A3 ρρ 1 + 2 3 K3 3 = 3 r3 S 1 0 μ 2 3 + 1 2 co sa co sb )( ( )- 5 2 2 2 2 d3 rd3 r A M A N B ( ) ρ视电阻率 计算如式 6 。 S μ - 1 23 Bρρ 1 + 2 3 K3 3 = 3 r3 S 1 0 μ2 3 + 1 2 co sc co sd ( )6 ( ) - 2 2 2 2 图 1 联合剖面装臵球体异常计算简图 d3 rd3 r A M A NF ig. 1 P rofile of sp he re anom a ly ca lcu la tion u sing ( ) ( )在式 5 、式 6 中 : un ited p rofile m e thod 3 AN BM 3 B NAM ( )7 K = = M N M N ( )1 有球体异常时 ,测量极 MN 间的电压计算 [ 10 ] 公式如下 : 3 程序 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 图 ρ I3 11 A =U+ M N π2 3 R A ? 程序 流 程 图 如 图 2 所 示 。编 程 在 M ic ro soft (ρρ ) - n 2 1 2 3 ? V isua l C + + V6. 0平台上进行 ,在编程计算时 ,先 ) ρ ( ρ n 3 + n + 1 3 n = 0 1 2 2 n +1 ρ r I3 0 1 1 ( )- [ + Pco sa n +1 n n +1 π 2 3 R d3 r AA M? (ρρ ) - n 2 1 2 3? )ρ ρ ( n 3 + n + 1 n = 0 1 2 2 n +1 r 0 ( ) ( )1 Pco sb] n n +1 n +1 d3 r A N ρ I3 B 1 1 = [U+ M Nπ 2 3 R B ? (ρ ρ ) - n 2 1 2 3? ( ) ρ ρ n 3 + n + 1 3 n = 0 2 1 2 n +1 ρ I3 r 10 1 ( ) Pco sc] -[ + n n +1 n +1 π 2 3 R d3 r BB M? (ρρ ) - n 2 1 2 3? ( ) ρ ρ n 3 + n + 1 3 n = 0 1 2 2 n +1 r0 ( ) ( )2 Pco sd ] n n +1 n +1 d3 r B N ( )2 无球体异常时 ,测量极 MN 间的电压计算 公式如下 : ρ 3 I 1 ( )3 U= M NK ( ) 在式 3 中 : 图 2 程序流程图 AM 3 AN πK = 2 3 3 ( )4 F ig. 2 P rogram flow cha rt M N :围岩电阻率 、异常体电阻率 、球体半器电压 测量 精 度 : 当 V p ?5 mV 时 , ?012 % , ?1 输入物性参数 经 r,装臵参数 :电极距 AO 距离 、测量极 MN 距离 、 个字 ;当 011 mV ?V p < 5 mV 时 , ?1 % , ?1个字 。 ( ) 供电电流 I;然后输入初始埋深 h 1 。程序内部计 从图 4 中可以看出 ,探测深度 h 先随着电极距 算电压异常并可画出函数曲线 ,最大的电压正异常 AO 的增加而增大 ;当 AO 增加到一定值后 ,探测深 度达到最大 ; AO 在 8215 m ,14115 m 范围内 ,探测 和负异常及这两点上的干扰电压 ,都可显示在界面 (() 上 见图 3 。当最大的电压异常 ?U 有球形异常 深度稳定 ,达到最大探测深度 39 m;当 AO 为 8215 时的电压 - 均匀半空间的电压 , ?U 有正有负 ,取 时 , AO / h 为 211; 当 AO 为 14115时 , AO / h 为 316 , ) 绝对值较 大 的 值 与 干 扰 电 压 的 差 大 于 013 mV 而 AO 再增大 ,探测深度反而减小 。这说明探测深 度与供电极距离没有明显的线性关系 ,所以在较小 时 ,增大埋深 h 重新输入 ,当差小于 013 mV时循环 ( ) 停止 , h - 1 m 是计算的探测深度 。 范围内 ,可以通过增大供电极距来增大探测深度 。 但当 AO 过大时 ,增加供电极距反而会使探测深度 减小 。本 例 中 最 佳 的 AO 极 距 范 围 为 8215 m ,4 计算实例 14115 m 范围 ,在实际施工中宜取该范围内的较小 4. 1 电极距 AO 与探测深度的关系值 。 Ω(ρ ) 如下页图 4 所示 ,当围岩 = 2 000 〃m、矿体D Z / T 0073 ,1993 》 《电阻率剖面法技术规程 ρΩ = 10 〃m、球 r = 20 m、MN = AO /4、供电电流 I规定 ,联合剖面装臵在地质填图或追索异常时 ,要 = 10 A 时 ,作者计算了电极距 AO 在取不同值时探 求电极距 AO 至少应为勘查地质本顶部埋深的三 [ 13 ] ( ) 测深度 h 的值 。其中极距测量误差取 ?1 % ,供电 倍 , MN 应为 1 /3 ,1 /5 AO 。经模拟实验表明 , [ 17 ] 1 mV。仪电流误差取?联合剖面法的探测深度可以突破 AO /3,作者在 ?015 % ,外界干扰电压取 图 3 程序计算探测深度绘图界面 F ig. 3 The d raw ing in te rface of the p rogram fo r ca lcu la ting the dep th of inve stiga tion 422 物探化探计算技术33卷 误 差 : 当 V p ? 5 mV 时 , ?012 % , ?1 个 字 ; 当 011 mV ?V p < 5 mV 时 , ?1 % , ?1 个字 。结果如 图 6所示 。 图 4 联合剖面法 AO 与探测深度的关系 F ig. 4 R e la tion sh ip s be tween sp an of AO and dep th of inve stiga tion of un ited p rofiling m e thod 图 6 联合剖面法外界干扰电压与探测深度的关系 本文中的计算说明 ,电极距 AO 取小于三倍异常体 F ig. 6 R e la tion sh ip s be tween exte rna l d istu rbance and 顶部埋深时 ,也可以达到同样的探测效果 。dep th of inve stiga tion of un ited p rofiling m e thod 4. 2 供电电流与探测深度的关系 ρΩ Ω ρ 当围岩 = 200 〃m、矿体 = 10 〃m、球6中可以看出 ,探测深度随着外界干扰的从图 r = 20 m、MN = AO /4、电极距 AO = 80 m 时 ,作者 增大而减小 。当外界干扰过大时 ,在该条件下无法 计算了供电 电流 I 取不 同 值 时 探 测 深 度 h 的 值 。 探测到目标体 。这说明实际施工时 ,在干扰小的地 其中 ,极距测量误差取1 % , 供电电流误差取 ?? 区 ,探测效果较好 。 015 % ,外界干扰电压取?1 mV。仪器误差 : 当 V p ?5 mV 时 , ?012 % , ?1 个 字 ; 当 011 mV ?V p 5 结论 < 5 mV时 , ?1 % , ?1个字 。结果如图 5所示 。 从 图 5中可以看出 ,探测深度 h 随着供电电流 从以上计算 结果 可 以看 出 , 在 其 它 因 素 不 变 的增大而增大 ,当电流增加到一定值后 ,探测深度时 : 达到最大 。并且不再随着供电电流的增加而增加 。 ( )1 探测深度 h 先随着电极距 AO 的增大而增 这说明在实际施工时 ,供电电流宜取较大电流 ,但 大 。在一定范围内 ,探测深度达到最大 ,接着探测 没必要超过使探测深度达到最大时的电流值 。深度随着电极距 AO 的增大而减小 , 说明探测深 4. 3 外界干扰与探测深度的关系度与供电极距离没有明显的比例关系 。当电极距 ρΩ Ω ρ 当围岩 = 200 〃m、矿体 = 10 〃m、球AO 小于三倍探测深度时 ,也可以达到较好的探测 r = 20 m、MN = AO /4、电极距 AO = 80 m、供电电 效果 。 流 I = 011 A 时 , 作者计算了外界干扰取不同值时 ( )2 探测深度 h 随着供电电流的增大而增大 , 探测深度 h 的值 。其中 ,极距测量误差取 ?1 % ,供 而当电流超过使探测深度达到最大的饱和电流值 电电流误差取 ?015 % , 干扰电压取 ?1 mV。仪器后 ,当电流增大时 ,探测深度则保持不变 。 ( )3 探测深度随着外界干扰的增大而减小 ,在 干扰小的地区 ,探测深度较大 。在实际施工时宜取 最佳电极距 AO 范围中的较小值 ,可以在保证探测 效果的前提下提高工作效率 。 6 建议和展望 对于联合剖面法 , 建议 AO 取 213 h ,313 h。 图 5 联合剖面法供电电流与探测深度的关系 另外 ,我们正在研究电阻率测深法和电磁法的探测 F ig. 5 R e la tion sh ip s be tween e lec tric cu rren t and dep th 深度 ,这套计算软件可能在今后物探工作设计中起 of inve stiga tion of un ited p rofiling m e thod 到辅助参考作用 。 [ 8 ] 傅良 魁 . 电 法 勘 探 文 集 [ M ]. 北 京 : 地 质 出 版 社 , 参考文献 : 1986. 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Geop hysic s, 1971. 36 5 : 943. 《物探化探计算技术 》期刊 2012年征订启事 《物探化探计算技术 》期刊是四川省教育厅主管 、成都理工大学与中国地质科学院物化探研究所联合 主办的科学技术刊物 。本刊主要刊登地学领域内 :地球物理 、地球化学 、遥感地质 、数学地质 、矿床地质 、能 源地质 、水文地质 、工程地质 、环境地质 、灾害地质等探测与信息处理的新理论 、新方法 、新技术和计算机技 术及其应用 。 《物探化探计算技术 》期刊为双月刊 ,国内 、国外公开发行 ,单月中期在成都出版 ,每年十月在全国各 ()地邮局征订 ,亦可直接向本刊编辑部订阅或向天津市陈塘庄 邮编 : 300220 半导体杂志社联订服务部直 接汇款订阅 ,不必索取订单 。本刊同仁愿竭诚为广大读者服务 ,并殷切期望广大新 、老读者届时前往当地 邮局或来信函本刊编辑部和半导体杂志社联订服务部办理 2012年的订阅手续 ,请勿错过订期 。如已漏订 者 ,请随时与本刊编辑部联系 ,破年或当年订均可 ,款到即可寄刊 。《物探化探计算技术 》期刊每期订价 : 10100 元 ;年订价 : 60100 元 ;邮发代号 : 62 - 35;全国统一刊号 : CN51 - 1242 / P;国际标准刊号 : ISSN 1001 - 1749。 在本刊编辑部订阅 ,汇款办法 : ( )1 邮局汇款 : 四川省成都理工大学内《物探化探计算技术 》编辑部 ( ) 邮政编码 : 610059; 联系电话 : 028 84078995 ( ) 2 银行汇款 :开户行 : 工商行二仙桥分理处 ;收款单位 :成都理工大学 账 号 : 4402228009004601405。