一种综合电法勘探方法与流程

本发明涉及一种勘查地球物理领域的综合电法勘探方法。

背景技术：

在勘查地球物理领域，电法勘探分为一维、二维和三维电法勘探。一维电法勘探由于勘探精度低，效果差，目前基本不使用。二维电法勘探精度和效果均优于一维，但勘探效率低于后者。三维电法勘探精度和效果均优于一维和二维，但由于供电点和测量点数量上远远多于一维和二维，从而导致三维电法勘探效率远远低于一维和二维，因此，该方法虽然有很好的勘探效果，但仅在部分非常关键勘探区且经费非常充足的情况下少量采用。

二维电法勘探需要在每条勘探线上布置电法勘探供电系统和测量系统，且后期数据处理过程中均把每条勘探线的数据作为二维数据进行单独处理，由于实际勘探区很少存在真实的二维地质异常体，更多的是三维地质异常体，故二维电法勘探成果均为近似成果，从而导致其勘探效果较差。但由于二维电法勘探仅在一条勘探线的供电点上供电，同一条勘探线上开展电法数据采集，其勘探效率较高，且勘探效果优于一维，故是目前常用的电法勘探方法。但由于该方法每条勘探线均需要布置供电系统，导致布置供电系统的工作量较大；每布置一条供电线仅能测量一条测量线，若勘探区地形复杂、植被发育，则会导致难以甚至无法布置供电线，从而导致二维电法勘探无法开展的结果，限制了该方法在复杂地形的应用。

完整形三维电法勘探方法是对整个勘探区的供电点均分别供电一次，且每个供电点供电时，需要对整个勘探区所有测量点采集数据。该方法把实际勘探区内的地质异常体均作为三维地质异常体考虑，更符合实际地质情况。但由于完整形三维电法勘探的供电点需要覆盖整个三维电法勘探测量点，供电点的数量等于测量点数量，需要对整个勘探区内的所有供电点进行分别供电，每次供电时需要对整个勘探区内的所有测量点采集数据，由于供电点数量过多，从而导致工作量成倍增加。

完整形三维电法勘探数据量和工作量远大于二维电法勘探，从而导致在实际勘探过程中需要投入大量的人力、物力和时间，效率低，成本高。另外，在野外实际勘探过程中，由于三维电法勘探工作量大，很难在一天之内完成整个勘探区的工作量，一旦需要跨天完成，则每天均需要布置和回收整个勘探区的供电系统和测量系统，存在很大的人力、物力和时间的浪费，也会导致其勘探效率更低，适用性不强。而且，由于完整形三维电法勘探对于野外勘探区的地形要求高，若地形复杂、植被发育，则给布置电法勘探供电系统和测量系统带来非常大的困难，有可能导致无法开展完整的三维电法勘探工作。因此，完整形三维电法勘探虽然在效果和精度上具有明显的优势，但由于其效率过低，成本过高，对地形要求过高，从而导致该方法在野外实际勘探工作中很少采用。

基于完整形三维电法勘探效率非常低、适用性不强的缺点，目前有人研究了十字交叉和Γ形布置测量电极的三维电法勘探方法。其着眼点通过减少测量点的电法采集数据量，实现减少野外工作量，达到提高勘探效率的目的。但十字交叉形和Γ形布置测量电极的三维电法勘探方法没有减少供电点，其三维电法勘探的供电点仍需要覆盖整个三维电法勘探测量点，供电点的数量等于测量点数量，由于供电点数量过多，且目前供电技术采用的是分时分点供电，每次仅能对一个供电点供电，从而导致供电系统的工作量无法减少。该方法仅采用某个供电点供电时选择部分测量点采集电法数据，但为完成所有供电点供电时的数据采集工作，整个勘探区每个测量点均需要布置，只是某些供电点供电时，有部分测量点未采集电法数据，并没有减少测量点的物理点布置。故上述十字交叉形和Γ形三维电法勘探方法相对于完整形三维电法勘探方法的勘探效率有所提高，但由于是通过减少某个供电点供电时所测量的电法数据，仍需要对整个勘探区的所有供电点进行分时供电，且需要布置整个勘探区测量点的物理点，故其勘探效率改善不明显。

目前在综合电法勘探方面主要采用二维电法勘探的剖面和测深方法进行勘探区选区和靶位确定，再在经费等条件满足的情况下少量采用完整形或十字交叉形或Γ形三维电法勘探对靶位的地质情况进行核实，一旦在经费等条件不满足时，则仅采用二维电法勘探成果进行靶位的最后确定。该种综合电法勘探方式若仅选用二维电法勘探成果，则会由于二维电法勘探对三维地质体按照二维地质体对待，影响其勘探精度，有可能导致后续勘探验证工程失败或增加工程量；若选用二维电法勘探和常规三维电法勘探进行综合勘探，则由于常规三维电法勘探勘探效率低，导致勘探成本升高，勘探周期延长等问题。

技术实现要素：

本发明的目的是基于二维电法勘探效率高、三维电法勘探精度和效果优的基础上，提出一种综合电法勘探方法，实现高效率、高精度地解决勘探靶区和靶位确定的问题。该方法是基于电法勘探区的勘探目标体特征、地形地貌起伏特征、勘探目标和要求，在电法选区勘探阶段采用常规的二维电法勘探，发挥二维电法勘探方法的灵活性强、勘探效率高的优点，获取电法勘探普查靶区；在电法普查勘探阶段采用简单的三维电法勘探方法，发挥简单的三维电法勘探方法的勘探效果好、效率高的优点，获取电法勘探详查靶区；在电法详查勘探阶段采用精细的三维电法勘探方法，发挥精细的三维电法勘探方法的勘探效果优的优点，获取勘探验证工程的靶位。本发明提出的综合电法勘探方法充分挖掘不同方法的优点，在不同电法勘探阶段有针对性地选择不同的电法勘探方法。

本发明提出的一种综合电法勘探方法具体步骤为：

(1)先行分析勘探区的前期地质成果，基于电法勘探区的勘探目标体特征、地形地貌起伏特征、勘探目标和要求，选择常规的二维电法勘探方法，开展二维电法选区勘探，为后续电法普查勘探阶段提供普查靶区；

(2)基于二维电法选区勘探阶段提供的普查靶区，选择一字形三维电法勘探方法开展简单的三维电法普查勘探，为后续电法详查勘探阶段提供详查靶区；

(3)基于三维电法普查勘探阶段提供的详查靶区，选择井字形三维电法勘探方法，开展精细的三维电法详查勘探，为后续勘探验证工程提供精度更高的验证靶位。

其中步骤(2)中的一字形三维电法勘探方法的具体含义为：基于二维电法选区勘探提供的普查靶区的勘探目标体特征、地形地貌起伏特征，布置一字形的电法勘探供电点，利用电法勘探发射机通过供电点的电极向地下供电，采用电法勘探接收机同时接收多条勘探线上每个测量点的电场信号，求取每个供电点供电时每个测量点的视电阻率、激电参数，实现一字形三维电法勘探方法。

一字形三维电法勘探方法具体步骤为：

a、先行分析普查靶区的前期地质成果，推断区内主要地质异常体的走向或主轴方向，垂直于走向或主轴方向设定一字形三维电法勘探的X方向，平行于走向或主轴方向设定一字形三维电法勘探的Y方向，其中X与Y方向相互垂直，且均为水平方向；

b、根据勘探要求，确定普查靶区的X与Y方向的勘探长度，并确定X方向测量点间距c和Y方向测量点间距d的数值，从而确定普查靶区网格参数a和b的数值；基于普查靶区的勘探目标体特征、地形地貌起伏特征，采用一字形的电法勘探供电点网格坐标(x,y)和实际相对坐标(X_C,Y_C)计算规则，确定一字形三维电法勘探所有供电点网格坐标(x,y)和相对坐标(X_C,Y_C)，并布置供电点；

c、基于普查靶区的勘探目标体特征、地形地貌起伏特征，按照勘探要求及X方向测量点间距c、Y方向测量点间距d、网格参数a和b的数值，布置完整的三维电法勘探测量点；

d、在上述选定的一字形三维电法勘探供电线上的每个供电点分别供电，采用多通道电法勘探测量系统或多个电法勘探测量系统对普查靶区的一字形三维电法勘探测量点进行电法数据采集，获取到每个供电点供电时普查靶区所有测量点的一字形三维电法勘探数据；

e、把所有电法勘探测量数据整合为一字形三维电法勘探数据，进行一字形三维电法数据处理，获取普查靶区的一字形三维电法勘探成果，从而实现普查靶区的一字形三维电法勘探；

其中一字形三维电法勘探方法具体步骤(b)中的网格参数a和b的数值、一字形的电法勘探供电点网格坐标(x,y)和实际相对坐标(X_C,Y_C)计算规则的具体含义为：

设普查靶区X方向长L米，Y方向长M米，X方向测量点间距为c米，Y方向测量点间距为d米，以普查靶区的中心点为原点，则普查靶区的网格参数a和b计算过程如下：设

又设该普查靶区的网格左下角坐标为(-a,-b)，右上角坐标为(a,b)，则一字形三维电法勘探供电点位置的网格坐标(x,y)设置为：

其中公式(2)中的x、y、a、i均为整数；

根据以上规则，得出以普查靶区的中心点为原点，一字形三维电法勘探供电点位置的实际相对坐标(X_C,Y_C)公式如下：

(X_C,Y_C)＝(x×c,y×d)＝(x×c,0) (3)

其中公式(3)中的x、y为以上公式(2)的计算结果。

其中步骤(3)中的井字形三维电法勘探方法的具体含义为：基于三维电法普查勘探阶段提供的详查靶区勘探目标体特征、地形地貌起伏特征，布置井字形的电法勘探供电点，利用电法勘探发射机通过供电点的电极向地下供电，采用电法勘探接收机同时接收多条勘探线上每个测量点的电场信号，求取每个供电点供电时每个测量点的视电阻率、激电参数，实现井字形三维电法勘探方法。

井字形三维电法勘探方法具体步骤为：

a、先行分析三维电法普查勘探提供的详查靶区的前期地质成果，推断区内主要地质异常体的走向或主轴方向，垂直于走向或主轴方向设定井字形三维电法勘探的X方向，平行于走向或主轴方向设定井字形三维电法勘探的Y方向，其中X与Y方向相互垂直，且均为水平方向；

b、根据勘探要求，确定详查靶区的X与Y方向的勘探长度，并确定测量点间距g和Y方向测量点间距h的数值，从而确定详查靶区网格参数e和f的数值；基于详查靶区的勘探目标体特征、地形地貌起伏特征，采用井字形的电法勘探供电点网格坐标(x,y)和实际相对坐标(X_C,Y_C)计算规则，确定井字形三维电法勘探所有供电点网格坐标(Jx,Jy)和相对坐标(JX_C,JY_C)，并布置供电点；

c、基于详查靶区的勘探目标体特征、地形地貌起伏特征，按照勘探要求及X方向测量点间距g、Y方向测量点间距h、网格参数e和f的数值，布置完整的三维电法勘探测量点；

d、在上述选定的井字形三维电法勘探供电线上的每个供电点分别供电，采用多通道电法勘探测量系统或多个电法勘探测量系统对详查靶区的井字形三维电法勘探测量点进行电法数据采集，获取到每个供电点供电时详查靶区所有测量点的井字形三维电法勘探数据；

a、把所有电法勘探测量数据整合为井字形三维电法勘探数据，进行井字形三维电法数据处理，获取详查靶区的井字形三维电法勘探成果，从而实现详查靶区的井字形三维电法勘探。

其中井字形三维电法勘探方法具体步骤(b)中的网格参数e和f的数值、井字形的电法勘探供电点网格坐标(Jx,Jy)和实际相对坐标(JX_C,JY_C)计算规则的具体含义为：

设详查靶区X方向长O米，Y方向长P米，X方向测量点间距为g米，Y方向测量点间距为h米，以详查靶区的中心点为原点，则详查靶区的网格参数e和f计算过程如下：

又设该详查靶区的网格左下角坐标为(-e,-f)，右上角坐标为(e,f)，则井字形三维电法勘探供电点位置的网格坐标(Jx,Jy)设置为：

其中公式(5)和公式(6)中的x、y、e、f、i、j均为整数；

根据以上规则，得出以详查靶区的中心点为原点，井字形三维电法勘探供电点位置的实际相对坐标(JX_C,JY_C)公式如下：

(JX_C,JY_C)＝(Jx×g,Jy×h) (7)

其中公式(7)中的Jx、Jy为公式(5)和(6)的计算结果。

本发明提出的综合电法勘探方法基于二维电法勘探的灵活性强、效率高的优势，选择二维电法勘探为电法选区勘探阶段的勘探方法，缩小目标勘探范围，为一字形三维电法勘探提供普查靶区；基于一字形三维电法勘探的效率高、有三维勘探成果的优势，进一步缩小普查靶区的勘探范围，为井字形三维电法勘探提供详查靶区；通过精细度更高的井字形三维电法勘探，实现缩小详查靶区勘探范围，从而获得后期勘探验证工程的具体靶位。通过上述方法的组合，从而实现高效率缩小勘探靶区范围，高精度提供验证工程的具体靶位的目的。

为减少测区边界测点数据量少所导致的明显边界效应问题，本发明提出把一字形和井字形三维电法勘探的供电点扩展到测区以外，以便增加测区边界测点的数据量，从而尽量减少其边界效应引起的勘探精度降低。为平衡本方法的勘探效果和工作效率，测区外的供电点间隔采用2倍等比间距。

附图说明

图1为本发明的一种综合电法勘探方法工作流程示意图；

图2为本发明的一字形三维电法勘探野外布置示意图；

图3为本发明的井字形三维电法勘探野外布置示意图。

具体实施方式

以下结合图1、图2、图3和实施例对本发明做进一步说明，以下说明中电法普查勘探阶段选用一字形三维电法勘探单极供电-单极测量装置，电法详查勘探阶段选用井字形三维电法勘探单极供电-单极测量装置。

本方法的供电系统和测量系统能完全兼容目前已有的电法勘探设备，且测量系统能采用多通道电法勘探测量系统或多套电法勘探测量系统。

实施例1

图2、图3中的1为无穷远供电电极，2为无穷远供电线，3为电法勘探发射机，4为连接勘探区供电点的供电线，5所指的十字形符号为电法勘探移动供电极的供电点，6所指的圆形符号为电法勘探测量电极的测量点，部分供电点与测量点位置重叠。

综合电法勘探方法的具体实施方式步骤如下(参考图1)：

(1)先行分析勘探区的前期地质成果，基于勘探要求和目标，选择常规的二维电法勘探方法，开展二维电法选区勘探，为后续电法普查勘探阶段提供普查靶区；

(2)基于二维电法选区勘探阶段选定的普查靶区，选择一字形三维电法勘探方法作为电法普查勘探阶段的方法，开展一字形三维电法普查勘探，为后续电法详查勘探阶段提供范围更小的详查靶区；

(3)基于三维电法普查勘探阶段选定的详查靶区，选择井字形三维电法勘探方法，开展精细三维电法详查勘探，为后续勘探验证工程提供精度更高的验证靶位。

基于二维电法选区勘探阶段提供的普查靶区，开展一字形三维电法普查勘探，假设二维电法勘探提供的普查靶区X方向长L＝400米，Y方向长M＝400米，X方向测量点间距c＝40米，Y方向测量点间距d＝40米，则根据公式(1)

求得a＝5，b＝5，则该普查靶区的网格左下角坐标为(-5,-5)，右上角坐标为(5,5)。

根据公式(2)

代入a、b数值，求得一字形三维电法勘探供电点位置的网格坐标(x,y)为

其中公式(8)中的x、y、i均为整数。

根据以上所得，得出以普查靶区的中心点为原点的一字形三维电法勘探供电点位置的实际相对坐标(X_C,Y_C)为：

(X_C,Y_C)＝(x×40,y×40) (9)

其中公式(9)中的x、y为以上公式(8)的计算结果。

根据以上的计算结果，一字形三维电法勘探单极供电-单极测量方式的具体操作步骤如下(参考图2)：

a、分析普查靶区的前期地质成果，推断区内主要地质异常体的走向或主轴方向，垂直于走向或主轴方向设定一字形三维电法勘探的X方向，平行于走向或主轴方向设定一字形三维电法勘探的Y方向，其中X与Y方向相互垂直，且均为水平方向；

b、根据以上求取的一字形三维电法勘探供电点网格坐标(x,y)和实际相对坐标(X_C,Y_C)，并结合普查靶区实际情况，在普查靶区及周边合理布置供电线上的移动供电电极的供电点5；

c、在普查靶区外按照电法勘探原理和要求选择无穷远供电点，并布设无穷远供电电极1和供电导线2；

d、选择某一个一字形三维电法勘探移动供电电极的供电点5(如图2所示的A_-13)布设移动供电电极和供电导线4；

e、在普查靶区外按照电法勘探原理和要求选择电法勘探无穷远测量点，并布设无穷远测量电极和导线；

f、在普查靶区内按网格方式布置所有三维电法勘探测量电极的测量点6并布置测量电极和导线；

g、通过电法勘探发射机3向无穷远供电电极1和移动供电电极的供电点5(如图2所示的A_-13)供电，记录供电电流值，采用多通道或多套电法勘探测量系统记录下该供电点供电时勘探区内每一个测量电极的测量点6和无穷远测量电极之间的电法数据，待采集完毕，则通知供电系统改变移动供电电极的供电点5的位置(如图2所示的A_-9、A_-7、A_-5、A_-4、……A₁₃)，再重复上述电法数据采集过程，直至采集完每个移动供电电极的供电点5供电时所有测量电极的测量点6的电法数据；

h、获取到上述所有一字形三维电法勘探供电点、所有电法勘探测量点的电法勘探数据后，求取一字形三维电法勘探的视电阻率或视激电等电法参数，通过后期数据处理，获取到所需要的一字形三维电法勘探成果，为后续的电法详查勘探阶段提供详查靶区。

基于一字形三维电法普查勘探阶段提供的详查靶区，开展井字形三维电法详查勘探，假设一字形三维电法普查勘探提供的详查靶区X方向长O＝100米，Y方向长P＝100米，X方向测量点间距g＝10米，Y方向测量点间距h＝10米，则根据公式(4)

求得e＝5，f＝5，则该详查靶区的网格左下角坐标为(-5,-5)，右上角坐标为(5,5)。

根据公式(5)和(6)

代入e、f数值，求得井字形三维电法勘探供电点位置的网格坐标(Jx,Jy)为

其中公式(10)和公式(11)中的x、y、i、j均为整数。

根据以上所得，得出以详查靶区中心点为原点的井字形三维电法勘探供电点位置的实际相对坐标(JX_C,JY_C)为：

(JX_C,JY_C)＝(Jx×10,Jy×10) (12)

其中公式(12)中的Jx、Jy为以上公式(10)和(11)的计算结果。

根据以上的计算结果，井字形三维电法勘探单极供电-单极测量方式的具体操作步骤如下(参考图3)：

a、分析详查靶区的前期地质成果，推断区内主要地质异常体的走向或主轴方向，垂直主要地质异常体的走向或主轴方向设定井字形三维电法勘探的X方向，平行主要地质异常体的走向或主轴方向设定井字形三维电法勘探的Y方向，其中X与Y方向相互垂直，且均为水平方向；

b、根据以上求取的井字形三维电法勘探供电点网格坐标(Jx,Jy)和实际相对坐标(JX_C,JY_C)，并结合详查靶区实际情况，在详查靶区及周边合理布置供电线上的移动供电电极的供电点5；

c、在详查靶区外按照电法勘探原理和要求选择无穷远供电点，并布设无穷远供电电极1和供电导线2；

d、选择某一个井字形三维电法勘探移动供电电极的供电点5(如图3所示的XA_(-13,2))布设移动供电电极和供电导线4；

e、在勘探区外按照电法勘探原理和要求选择电法勘探无穷远测量点，并布设无穷远测量电极和导线；

f、在勘探区内按网格方式布置所有井字形三维电法勘探测量电极的测量点6和导线；

g、通过电法勘探发射机3向无穷远供电电极1和移动供电电极的供电点5(如图3所示的XA_(-13,2))供电，记录供电电流值，采用多通道或多套电法勘探测量系统记录下该供电点供电时勘探区内每一个测量电极的测量点6和无穷远测量电极之间的电法数据，待采集完毕，则通知供电系统改变移动供电电极的供电点5位置(如图3所示的XA_(-9,2)、XA_(-7,2)、XA_(-5,2)、XA_(-4,2)、……YA_(2,5)、YA_(2,7)、YA_(2,9)、YA_(2,13)等)，再重复上述电法数据采集过程，直至采集完每个供电点供电时所有测量点的电法数据；

h、获取到上述所有井字形三维电法勘探供电点、所有电法勘探测量点的电法勘探数据后，求取井字形三维电法勘探的视电阻率或视激电等电法参数，通过后期数据处理，获取到所需要的井字形三维电法勘探成果，为后续的勘探验证工程提供精度更高的验证靶位。