[發明專利]基于任意偶極-偶極裝置的直流激電法三維數值模擬方法

有效

• 申請號: 201710913597.2
• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN107742015B
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 張錢江;戴世坤;陳龍偉;強建科;李昆;趙東東
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G01V3/08;G06F111/10
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;米中業

本發明公開了一種基于任意偶極?偶極裝置的直流激電法三維數值模擬方法，包括采用三維直流激電任意偶極?偶極裝置全區觀測方法及測量參數；實測數據歸一化背景電阻率模型電場的計算；實測數據電阻率和極化率歸一化傳輸函數的計算；理論模型電阻率和極化率歸一化傳輸函數的計算。本發明方法能實現復雜條件下三維直流激電任意偶極?偶極裝置的全區觀測三維數值模擬，而且不受電場零線限制，布極靈活，可以針對重點勘探區域任意加密測點密度，適應復雜環境的勘探；能夠獲取更為豐富的地下目標體的三維信息，并為各向異性介質的反演成像提供準備條件；而且本發明方法具有形態差異大、極化信息豐富和分辨率高的特點，能有效提升數值模擬的計算精度。

技術領域

本發明具體涉及一種基于任意偶極-偶極裝置的直流激電法三維數值模擬方 法。

背景技術

地球物理學是通過定量的物理方法(如：地震彈性波、重力、地磁、地電、 地熱和放射能等方法)研究地球以及尋找地球內部礦藏資源的一門綜合性學科， 研究范圍包括地球的地殼、地幔、地核和大氣層等。近年來，地球物理學發展 越來越快，也越來越受到人們的重視。

直流激電法是地球物理學中一個非常重要的探測方法。直流激電法根據激 發和和觀測條件的不同可以分為地面直流激電法、井中直流激電法和隧道直流 激電法，該方法作為一種重要的電法勘探方法，在礦產資源、水資源探測、考 古、環境和災害監測、隧道超前預報、路基巖溶及煤田采空區探測等領域得到 了大量的應用，并取得了良好的實際效果。

直流激電法數值模擬方法與直流電阻率法完全相同，極化率數據的反演也 可以在電阻率反演的基礎上得到。直流激電法與直流電阻率法一樣，其觀測方 式與數值模擬具有直接的聯系，直流電法供電裝置主要包括單極供電裝置和偶 極供電裝置，偶極供電裝置測量數據由于極化信息豐富和分辨率高，獲得了更 廣泛的應用。但是在三維勘探中，由于受電場零線的影響，偶極-偶極裝置很難 實現全區觀測。考慮到野外施工環境和三維正反演方法的限制，基于任意布極 的三維測量面臨極大的困難，目前主要包括如下兩種觀測方式：①采用以 E-SCAN為代表的規則三維測網進行電極的布設；②將多條二維測線組成三維測 網。

E-SCAN方法采用的是單極-單極(偶極)裝置，將大量的電極連接到一根 多芯電纜上，由計算機對多路傳輸系統進行控制，采用電極轉換的方式確定供 電電極和測量電極。其基本思想是將地面上的電極按照二維網格布置，每一個 網格節點上有一根電極，假設共有n根電極，則完成一次全測量所需的次數為 N＝n(n-1)。具體操作過程為：從m＝1(m為電極編號)開始為供電電極，其余電 極轉換為測量電極，接著m＝2轉換為供電電極，其余電極轉換為測量電極，直 到m＝n時為止。這種測量方法當電極個數n過大時，對于單通道的二維測量儀 進行三維測量來說工作效率較低。為了提高野外施工工作效率，Jonathan(2005)針對已有的E-SCAN三維測量方式做了改進，采用“十字-對角方向測量”，即以 源點為中心以45°為間隔進行旋轉，測量旋轉方向上的測點，并通過模型和實測 資料進行了驗證，這種測量方式與以往測測量方式幾乎不降低地下目標體的信 息量。

但是，E-SCAN測網方式存在的缺點包括：

1)由于采用單極-單極或三極裝置，很難向地下供大電流，只能夠進行淺層 勘探，此外由于“無窮遠”電極的存在，野外施工不方便；

2)所有電極都連接到同一根電纜上，造成野外施工不夠靈活，布極要求非 常嚴格，在地形較為復雜的地區很難施工；

3)測量數據可能過于密集，造成施工資源的浪費。

而二維測線組成三維測網的施工方式雖然簡單可行，但由于二維測線獲取 地下目標體的三維信息有限，難以獲得高精度成像結果。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠實現全區觀測、適應性好、數據處理簡單 可靠且準確的基于任意偶極-偶極裝置的直流激電法三維數值模擬方法。