高密度电法对横向目标体勘探效果比较.pdf

2 0 0 8焦 华 南 地 质 与 矿 产 G e o l o g y a n d Mi n e r a l R e s o u r c e s o f S o u t h C h i n a 第 2期 文章编号：1 0 0 7 3 7 0 1 f 2 0 0 8)0 2 0 0 6 2 0 5 高密度电法对横 向目标体勘探效果比较 王怀坤，罗有春，周文峰，邹 俊(成都理工大学信 息工程 学院，成都 6 1 0 0 5 9)摘要：本文通过对成都理工大学砚湖南侧已知地形断面进行浅层勘测，对同一条测线的三种高 密度电阻率法装置勘探数据进行断面拼接，并对结果进行比较，测试高密度电法对横向目标体 的勘测效果。结果表明：偶极装置更适用于横向电性变化大的地质情况，温纳装置其次，而微 分装置效果很差，与另外两种装置有较大差异。关键词：高密度电法；装置；横向目标体；效果 中图分类号：P 6 3 1 3 文献标 识码：A 高密度电法勘探技术近几年发展迅速，在岩溶 洞穴、水文地质、考古等探测领域发挥了重要作用。它利用岩土体的电性差异为基础，通过观测和研究 电场空间和时间分布规律来勘查地质构造。相 对 于传统电法，高密度电阻率法可以一次布极完成 纵、横二维勘探，既能反映地下某一深度沿水平方 向岩土体的电性变化，又能提供地层岩性沿纵 向的 电性变化情况。具 有数据采集 密集、生产效率高、观测精度高和分辨率高的特点。1 高密度 电阻率法 O L、p、排列测量 装置 高密度电法装置包括许多分支，它们的共同特 点是各电极点保持一定排列顺序通过距离 的不断 变化沿测线移动，逐点观测 电位差 AUM 、供电电流 I，并算出视电阻率 P ，通过视电阻率拟断面图反 演得到模型电阻率断面图。因为当极距扩大时，反 映不 同勘探深度的测点数将依次减少，且通常为保 证任一剖面有足够测点数要将最后几层测点数据 略去，所以拟断面图为倒梯形。收稿 日期：2 o o 71 21 7 作者简介：王怀坤，男，硕士研究生，地球物理勘探专业 1 1 排列装置 A MN B(温纳装置。见图 1所示)A 一 百 啼 辱 为 7 8 9 1 0 1 2 1 3 1 41 5 1 6 1 7 8 1 番 。怠 一 争 图1 温纳装置断面测量示意图 Fi g 1 Ske t c h ma p of s e c t i on s s u r ve y W e n ne r a r r an ge me nt A、B 一为供电电极；M、N 一为测量电极 测量时，A M=MN=N B，M 点 固定，A N B 以最大极距开始逐渐缩小至间隔为一个 电极距，测 量 M点斜向下 a r c t a n 3 方向测线各点视电阻率，该电阻率对应供电电 极A B中点深度为等A 处的 二 值 2】，。_ 3 仃 0：1 2 B排列装置 A B MN(偶极装置。见图 2所示)测量时，A B=B M=MN，B点 固定，AM N以 最大极距开始逐渐缩小至间隔为一个 电极距，测量 B点斜向下 a r c ta n 2 方向测线各点视电阻率，维普资讯 http:/ 第2期 王怀坤等：高密度电法对横向目标体勘探效果比较 6 3 。O7 1 o _ _ _ _ _ _ 啼 A 8 M N 1 2 3 4 5 6 7 客 1 O i 1 2 1 3 1 4 1 5 8 1 7 1 8 1 g 的水平距离大于最后一层剖面 的长度，这样会造成 断面拼接数据不足，产生一定的盲区，在解释上产 生一定的误差，这是不允许的。而此次合并因为考 虑到最后一层剖面实测长度而进行平移，因此消除 了这种误差。一 ：。：。2 探测环境及数据处理参数设定 。俅 U I、况义，姒垢，姒吸疋 幸 图 2 偶极装置断面测量示意图 Fi g 2 Sk e t c h ma p o f s e c t i o ns s u r v e y d i p ol e a r r a n g eme nt A、B 一为供 电电极；M、N 一 为测量 电极 1 3 排列装置 A MBN(微分装置，见 图3所示)_ _ _ 一 A 8 l 2 4 龟 Z建 1 l 2 1 3 H 1 6 t 7 1_ 8 1 譬 图 3 微分装置断面测量示意图 Fi g 3 Sk e t c h ma p o f s e cti o ns s u r ve y di f f e r e ntia l a r r an ge me nt A、B 一 为供电电极；M、N 一 为测量电极 测量时，A M=MB=B N，M 点 固定，A BN以 最小极距开始逐渐增大至间隔为最大 电极，测量 M 点斜 向下 a r c t a n 方向测线各点 的视 电阻率，：。j 7 O t 1 4 断面数据合并 此次数据采集过程，目标 体共五个，最 长间隔 距离为4 0 i n，一次布极 6 O 个，电极距为 1 i n。为避 免目标体离边缘太近，因数据采集不足引起视电阻 率畸变，将断面划分为两个子断面进行测量。因每 个断面有 1 6层 剖面，且最后 一层 可测量 1 2个 测 点，两个断面水平间隔 1 2 i n，在做法上将第二个断 面首电极在第一个断面首电极的位置处沿测线平 移 1 2 i n即可(图4)。需要注意 的是，在某 些工程实例 中，断面之 间 2 1 已知探测断面地下管道分布位置 根据现场条件，沿 E W 方向水平布设 6 O根电 极，经断面合并后相当于布设 了7 2根 电极，电极 间 距为 1 II l。通过宏观调查 了解到，断面北侧 4 In为 砚湖，湖面与测线垂直距 离约 2 5 i n，湖深 2 i n，断 面南侧为低阻覆盖层。在 1 8 n l、3 5 i n、5 2 i n处，有 埋深约 1 5 i n，直径约 2 i n的排水管道，管道垂直于 断面。在 1 2 n l，4 0 i n处，有埋深约 1 5 m 的废弃坑 道，直径不详，坑道也是垂直于断面。地表 0 5 m深 度为夯实水泥路面(见图 5)。2 2 数据处理参数设定 高密度电阻率法 的数据处理是把所测得 的视 电阻率，经数据格式转换、数据预处理、地形校正、正演和反演计算，最后得到视 电阻成像色谱图并对 其进行地质解释。要保证反演结果 的准确性，除了保证数据采集 规范准确外，还要根据现场试验和与其它资料对 比 分析，选择正演、反演计算参数。此次特别设定 的 参数有：阻尼系数，因资料噪音很小，选择了较小的 初始阻尼系数 0 1 5，反演子程序将在每一次迭代之 后逐渐减小阻尼系数，最小阻尼系数设为 0 0 1。垂向 水平滤波比，选取较大(小)比值，更易 确定异 常体的投影位置(上下底界面)，此次选用较 小比值 0 5。单位电极距的节点数，默认相邻电极之间的 网格为 2 个节点，因数据量较小，为使计算出的视 电阻率值更加精确，此次设为4个节点。组合反演，为防止在渗透层地阻上方进行测 量时，电流线被扭曲，造成反演模型中管坑道高阻 数据灵敏度降低，使用了脊回归和圆滑约组合反演 法。如。专 尊 尊 ，维普资讯 http:/ 华 南 地 质 与 矿 产 2 0 0 8年 O 4 1 6 l 蕊 2 9 1 4 6 5 4 I 8 6 6 8 O 0 S 0 图4 断面合并示意图 Fi g 4 Sk e t c h ma p of s e c t i o ns a ma l ga ma t e 图 5 断 面视 电阻率模拟 图 Fi g 5 S i mu l a t i on ma p of a p p a r e n t r e s i s t i v i t y s i mu l a t e 3 三种排列装置的勘探结果 比较 对三种装置 在同一 断面上所得到 的数据进行 数据处理，给出原始、反演成像色谱结果图，对照各 装置勘探效果 比较如下。3 1 温纳装置勘探结果 从 图 6温纳装置反演结果图中看 出，上部视电 阻率较高层厚度约 0 5 0 7 m，为夯实水泥路面高 阻反映，电阻率在 4 0 n m 以上；往下 0 5 4 m为 覆盖层坡积物，成分为耕植 土及块碎石土，电阻率 明显低于表层电阻率，其值为 1 0 1 5 12 m；在 1 2 m、1 8 m、3 5 m、4 0 m、5 2 m正下方 1 5 m 3 5 m处可明 显看到高阻异常(1 5 4 0 12 m)闭合圈，这是雨水管 道或废弃坑道的明显反应，但是管坑道 的上下顶底 界面不是很明显，所以，虽然可以确定其埋设垂直位 置，但无法精确确定其直径；4 O m以下为渗透层低阻 区域，其值为3 1 1 n m。(另：2 6 m正下方3 m内 也出现了高阻异 常(1 53 0 12 m)，经学校能源学 院老师确认，该位置为不久前铺设 的钢制水 管，之 所以在低 电阻率 的土层 内，钢制水 管呈现 高阻反 映，是因为在埋设此类金属 管道 肘，要在其表面包 裹防锈防腐的塑料涂层，管道沟 内及管道周围大量 投放碎石 和沙土，完全覆 盖后还要进行夯实碾压所 致。)3 2偶极装置勘探结果 从图7偶极装置反演结果图中，可以看出上部 视电阻率较高层厚度约 0 40 7 m，水泥路面高阻 反映明显，电阻率在 4 5 n m以上；往下 0 5 4 0 m 为覆盖层坡积物，成分为耕植土及块 碎石土，电阻 率明显低于表层电阻率，其值为 1 21 6 12 m；在 1 2 m、1 8 m、3 5 m、4 0 m、5 2 m正下方 1 5 m 3 5 m 处可非常明显地看到高阻异常(1 5 5 0 12 m)闭合 圈，为雨水管道或废弃坑道 的明显 反应，管坑道的 上下底界面比较明显，可以大致 判断雨水管道 的上 下底面为 1 5 m和 3 5 m，即管道直径大约为 2 m。所以，不但可以确定其埋设垂直位置，而且可以精 确确定其直径；4 0 m以下为渗透层地阻区域，其值 为 41 2 12 m；2 6 m 处钢制水 管高 阻反映也 比较 明显。维普资讯 http:/ 第 2期 王怀坤等：高密度电法对横向目标体勘探效果比较 6 5 蘑 一 爱 攥 墅 魁隔纂 辑蓊 Z Z-h,0 、，m；m m m。号 m m m l 藩 鹕 1 2 3 6 尊 1#4。0 4；H 一 一 ，0 1；r 图6 温纳装置原始及反演成像色谱图 F i g 6 M a p o f o r i g i n a l i t y a n d c h r o ma t o g r a m i n v e r s i o n i ma g i n g i n W e n n e r_s e t 图7 偶极装置原始及反演成像色谱图 Fi g 7 M 印 of o r i gi na l i t y a n d c h r o m a t o g r a m i n ve r s i on i ma gi n g i n d i po l es e t 3 3 微分装置勘探结果 高阻异常，但不能确定其是否闭合，甚至电阻率变化 从微分装置反演结果图(图 8)可看出，上部视 电阻率较高，层厚约 0 4 0 8 m，水泥路面高阻反映 明显，电阻率在 3 9 n m 以上；往下 0 5 4 0 m 为 低阻覆盖层坡积物，电阻率值为 1 21 6 n m，水平 层状界限不明显，只有在 2 8 4 4 m处可以大致看出 层状结构；在 1 2 m、1 8 m、3 5 m、4 0 m正下方可看到 范围也不能明显界定，所以，不能确定其埋设垂直位 置，更不可以确定其直径，而且 5 2 m处还产生了低 阻的假象，这对于解释工作非常不 利；4 0 m 以下为 渗透层地阻区域，其值为 51 4 n m，在 2 0 m和 4 8 m正下方产生了高阻异常的假象，后检查该处视电 阻率值较凌乱，坏点较多，说明微分装置在采集的稳 维普资讯 http:/ 6 6 华 南 地 质 与 矿 产 2 0 0 8定 定性上也较差；2 6 m处钢制水管高阻反映不明显。3 4 三种装置勘探结果比较 将三种装置勘探结果列于表 1，从表 中可 以看 出，偶极装置的效果较好。f 图8 微分装置原始及反演成像色谱图 F i g 8 M a p s h o wi n g t h e o r i g i n a l i t y a n d c h r o ma t o g r a m i n v e r s i o n i ma g i n g i n d i f f e r e n t i a l s e t 表1 三种装置勘探结果比较表 T a b l e 1 Re s u l t c o n t r a s t o f t h r e e d i s c h a r g i n g a p p a r a t u s e x p l o r a t i o n 4 结论与建议(1)偶极装置在此次试验中较好的反映了管道 坑道的垂直投影位置，并明显反映了它们的直径，所 以，其对横 向电性变化灵敏，适用于测量横 向电 性变化大的地质剖面。(2)温纳装置在此次试验中对于地表高阻和渗 透层地阻的水平界面位置反映明显，对电性 的水平 方向变化反映灵敏。(3)微分装置在此次试验中无论对管道高阻还是 层状电阻差异都反映不明显，所以在以后类似的检测 中不建议优先使用，可以作为结果对比进行参考。(4)三种装 置在反演 边缘都产生一定的高、低 阻假象，这是 由反演数据 不足造成的正常误 差，建 议不用反演模型电阻率断面的边缘部分进行解释。参考文献：1 肖宏跃电法勘探实习指导书 M 成都理工大学信息 工程学院 2 0 0 7 1 2 李正文，贺振华 勘察技术工程学 M 北京：地质出版 社，2 0 0 3 6 9 _7 2 3 雷宛，邓一谦，肖宏跃工程与环境物探 M 北京：地 质 出版社，2 0 0 6 2 3 0-2 3 3 4 刘万恩，蔡克俭利用高密度电法探查城市地下管道 J 物探装备，2 0 0 3，1 3(4)：2 6 O 2 6 2 (下转第7 I页)维普资讯 http:/ 第2期 朱军洪等：高精度磁测(T)计算公式的简化及应用 7 1 值减去相应时刻 日变读数值再加上正常梯度改正 值(包括垂向梯度改正值)。在实际工作中，磁测测 点 T值减去相应时刻 日变 T值的计算，假定 T。：0，在 日变改正软件中进行 日变改正 即可(不 同的 一 1I-1支改正软计算 方法会有所不同)，正常梯度改正 在 E x c e l 表格中进行。该方法是正确可行 的，可应 用于实际生产工作中，有一定的推广价值 参考文献：1 秦葆瑚 高精度磁测方法指南 J 湖南地质，1 9 9 1，增刊 第 5号 S i mp l i f y a n d Ap p l i c a t i o n o f Hi g h P r e c i s i o n M a g n e t i c S u r v e y AT Co mp u t i n g Fo r mu l a Z HU J u nh o n g，T A NG S h i h u a，HU AN G J i n gm i n g，Q I N Y o n gy a n，Z H O U J i n h u a (S o u t h e r n Hu n a n I n s t i t u t e o fG e o l o g i c a l S u r v e y，c h e n z h o u 4 2 3 0 0 0，Hu n a n，C h i n a)Ab s t r a c t：Hi g hp r e c i s i o n ma g n e t i c s u r v e y i s wi d e l y a p p l i e d i n d o ma i n s o f g e o l o g i c a l e x p l o r a ti o n，a t 一 c he o l o g y，e n v i r o n me n t a l e n g i n e e r i ng a n d s o o nAl o ng wi t h t he c o n tin u o us i mpr o v i n g o f ma gn e tic s u rv e y a p pa r a t u s an d q u i c kl y d e v e l o pme nt o f c o mpu t i n g t e c h n i qu e，t h e r e a r e a l s o s o me c h a n g e s oc c u r r e d wi th c o mp u t i n g me t h o d s I n pr a c tic al wo r k we h a v e f ou n d，tha t i t i s mo r e c o n v e n i e nt，f a s t e r a n d mo r e p r e c i s e t o us e the c o o r d i n a t e c o mpu ti ng me t h o d t h a n t o us e t h e g r a p h i c al me tho d i n the g r a d i e n t c o r r e c tio n o f ma g n e ti c s u rv e y Th e c o mp u tin g f o r mu l a of ma g n e ti c a b no rm a l v a l u e c u rre n t l y i n u s e c a n b e s i mpl i fie dt l 1 a t wi l l m a ke the c o mp uti n g mu c h e a s i e r Ke y wo r d s：h i g h p r e c i s i o n m a g n e t i c s u r v e y；f o rm ul a s i mp l i f y，g r a d s o f e a r t h ma g ne t i c fie l d；c o rre c t i o n c o mpu t i ng (上接第 6 6页)Hi g h De n s i t y Re s i s t i v i t y To mo g r a p h y t o Ve r t i c a l Ta r g e t Co mp a r i s o n o f Ex p l o r a t i o n Effe c t W ANG Hu a ik un g，LUO Youc hu n，ZHOU W e n f e ng，ZOU J u n (C o l l e g e of i n f o r m a t i o n e n g i n e e r i n g of C h e n g d u U n i v e r s i t y of T e c h n o l o g y，C h e n g d u 6 1 0 0 5 9，S i c h u a n，Ch ina)Ab s t r a c t：Th r o ug h s h a l l ow l a y e r e x pl o r a tio n o f t o p o gr a p hi c s e c t i o ns t o s o u the m o f I n ks ton e l ak e i n C h e n g d u u niv e r s i t y o f t e c h n o l o g y，s e c ti o n s a s s e mb l y o f e x p l o r a ti o n d a t a i n wh i c h t h r e e h i g h d e n s i t y r e s i s ti v i ty me t h o d a pp a r a t u s l i e s i n the s a me c o un ti n g l i n e，a n d c o mpa r i s on the r e s u l t，t e s t the e f f e c t of v e r t i c a l t a r g e t i n wh i c h h i g hd e n s i ty r e s i s ti v i ty t o mo g r a p h y Th e r e s u l t e x p r e s s e s：d i p o l es e t fi t s i n g e o l o g i c al s i t u a ti o n whic h v e r t i c a l e l e c t ric a l p r o pe r t y b i g c ha n ge，a n d the e f f e c t o f W e n n e rs e t i s n o t we l 1a n d d i f f e r e n t i al s e t e f f e c t i s ba d l y c o mp are t o o the r s Ke y wo r d s：hig hd e n s i t y r e s i s ti v i ty t o mo g r a p h y；s e t t i n g s；v e r t i c a l t arg e t；e f f e c t 维普资讯 http:/