一种基于高密度电法温纳装置的三维电阻率测深应用方法与流程

本发明涉及地质勘查技术领域，具体为一种基于高密度电法温纳装置的三维电阻率测深应用方法。

背景技术：

高分辨率地质矿产三维勘探是电法发展的目标，采集高分辨率的电法三维观测数据以及开展三维反演是测区电阻率三维精细结构探测的关键。目前，电阻率测深三维观测方式是研究的重要方面，它不仅关系到野外观测的效率和成本，也关系到数据的分辨率和反演效果。

现有资料表明，常用电阻率三维反演仅能满足浅部三维勘探要求，多用于浅层水文、工程、环境勘察，loke提出一种简单形式的三维观测方式，在分辨率未受到影响的情况下，数据点减少了三分之一，从而减少了野外工作量，也减少了计算量，仅需80486dx2/66型微机即可实施三维反演解释，应用前景较好。从满足矿产资源深部勘探来看，常用三维勘探深度难于满足要求，此时用大极距电测深数据做三维反演更切实可行。因为平面上测量的电测深数据是三维的，其野外观测易于实施，包括已有的大量电测深数据可重新利用。

3dres用于处理三维电阻率成像测量(liandoldenburg1992,whiteatal.2001)数据,它能根据所测数据自动形成三维电阻率模型。在这类测量中，电极按矩形网格排列。需要强调一点，三维电阻率成像测量并不仅仅是由一系列二维数据迭加而成，而是成熟的三维反演方法，有它自身的应用特点。实际工作中经常使用的三维电极排列，如pole-pole,pole-dipole和dipole-dipole等。其他排列因为有效数据覆盖范围较少而很少使用。当计算机拥有1.5gbram时，该程序支持的网度可达77×77(或5929)个电极点位(loke2002)。

试验证明，当采用简单的2d方法(或1d电测深)效果不好时，使用支持多重并行电缆线的高密度电法仪器和多次覆盖技术将2d测量可转换为3d测量，可获得明显的浅部三维反演模型。

为了能够降低成本，且能够增大探测深度，有效反映地质体的空间特征，为钻孔布设提供详细的资料，本发明提供了一种基于高密度电法温纳装置的三维电阻率测深应用方法。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是如何提供一种基于高密度电法温纳装置的三维电阻率测深应用方法，使用高密度2d电阻率仪温纳装置、大网度大极距电测深剖面组建三维电阻率数据体，将电极排列转换为对称四极装置，再构造为不均匀测网，使用最小二乘法进行了三维反演，该观测方法增大了探测深度，降低了成本，有效反映了地质体的空间特征，为钻孔布设提供了详细的资料。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于高密度电法温纳装置的三维电阻率测深应用方法,具体方法如下：

1）采用2d高密度电阻率仪，沿矩形断面等距截取数据体；

2）在现有2d高密度电阻率剖面数据的基础上，构建三维不均匀测网电极排列方法及网格；

3）结合三维反演程序要求，进行二三维数据格式转换，编写2d高密度电法不均匀测网三维反演数据格式。

作为优选，所述具体截取方法为：选定区域内布设2d高密度电法剖面6条，编号为11、12、13、14、15、16，剖面间距均为50m，剖面点距10m，剖面方位均为295°，将2d高密度电法剖面温纳装置倒梯形的观测数据点进行截取，调整为矩形数据点位，始终点号分别为38、62，剖面长度均为240m，最小ab距=60m，最大ab距=660m。

作为优选，所述构建三维不均匀测网电极排列方法及网格具体方法如下：

对高密度电法温纳排列数据格式进行转换，转换为对称四极电测深ab、mn极距关系如下：

ab/2：30,60,90,120,150,180,210,240,270,300,330

mn/2：10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,110

三维电测深测量不均匀网格间距，各剖面电测深点对应a、b、m、n电极位置，设置为：以16号剖面起始测深点38号为坐标原点0,0，以每个测深点对应a、b、m、n电极位置为横坐标，以11、12、13、14、15、16号剖面等间距0m、50m、100m、150m、200m、250m为纵坐标建立所有电极点位与电阻率、高程的对应关系，横坐标网格间距为：

10

0203040……870880900

网格间距对称排列为：020101010……1020

纵坐标网格距为：50。

作为优选，所述编写2d高密度电法不均匀测网三维反演数据格式具体如下：由不均匀测网电极排列及网格间距，结合三维反演程序要求，编制不均匀测网三维反演数据格式转换软件，将高密度温纳数据格式转换为不均匀测网三维反演数据格式如下：

1block

896

nonuniformgrid

x-locationofgrid-lines

0203040……870880900

y-locationofgrid-lines

050100150200250

7

858

3000360032003400251

2700390031003500327

2400420030003600392

……………………………………………………

topography

2

244244243………………………………221

0

0

0

0

0

本发明带来的有益效果：使用高密度2d电阻率仪温纳装置、大网度大极距电测深剖面组建三维电阻率数据体，将电极排列转换为对称四极装置，再构造为不均匀测网，使用最小二乘法进行了三维反演，该观测方法增大了探测深度，降低了成本，有效反映了地质体的空间特征，为钻孔布设提供了详细的资料，不均匀测网高密度电法观测系统适合于快速矩形网格高密度电法三维反演技术，因仪器精度及施工条件限制了其应用效果，数据体经转换整理能满足三维反演要求，在加密剖面间距及极距的情况下，其反演结果更为准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明2d高密度电法剖面布置图；

图2是本发明三维电测深测量不均匀网格图；

图3是本发明x和y方向视电阻率值拟断面图；

图4是本发明三维反演成果图一；

图5是本发明三维反演成果图二；

图6是本发明地质物探综合三维立体图；

图7是本发明40、80、120m深度三维反演切片图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

高密度电法温纳装置的三维电阻率测深数据格式类似于不均匀测网方式，无需遵循高密度电法温纳或等距四极排列的要求，只要电极的相对位置或坐标确定，就可以组成不均匀测网数据格式用于三维反演，电测深剖面可以等距或不等距排列。只是电测深剖面不可过于稀疏，这样会增大三维反演地质体边界误差。

请参阅图1-7所示，在本发明具体实施例中一种基于高密度电法温纳装置的三维电阻率测深应用方法,具体方法如下：

1）采用2d高密度电阻率仪，沿矩形断面等距截取数据体；

2）在现有2d高密度电阻率剖面数据的基础上，构建三维不均匀测网电极排列方法及网格；

3）结合三维反演程序要求，进行二三维数据格式转换，编写2d高密度电法不均匀测网三维反演数据格式。

具体实施过程步骤如下：

1）在蓬莱大柳行金矿区，布设2d高密度电法剖面6条，编号为11、12、13、14、15、16，剖面间距均为50m，剖面点距10m，剖面方位均为295°，将2d高密度电法剖面温纳装置倒梯形的观测数据点进行截取，调整为矩形数据点位，如图12d高密度电法剖面布置图所示，始终点号分别为38、62，剖面长度均为240m，最小ab距=60m，最大ab距=660m。

2）在有关电阻率成像测量教程中提到，三维电极排列网格包括不同方位单极-单极测量、2d平行测线测量、折线网格测量、不同方位测线测量；本次试验定义为不均匀测网电极排列网格，如图2三维电测深测量不均匀网格图所示：

不均匀测网网格设置以对称四极测深等比排列ab、mn为依据；以蓬莱大柳行金矿区采空区探测为例，对高密度电法温纳排列数据格式进行转换，转换为对称四极电测深ab、mn极距关系如下：

对高密度电法温纳排列数据格式进行转换，转换为对称四极电测深ab、mn极距关系如下：

ab/2：30,60,90,120,150,180,210,240,270,300,330

mn/2：10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,110

三维电测深测量不均匀网格间距，各剖面电测深点对应a、b、m、n电极位置，设置为：以16号剖面起始测深点38号为坐标原点0,0，以每个测深点对应a、b、m、n电极位置为横坐标，以11、12、13、14、15、16号剖面等间距0m、50m、100m、150m、200m、250m为纵坐标建立所有电极点位与电阻率、高程的对应关系，横坐标网格间距为：

10

0203040……870880900

网格间距对称排列为：020101010……1020

纵坐标网格距为：50。

3）编写2d高密度电法不均匀测网三维反演数据格式具体如下：由不均匀测网电极排列及网格间距，结合三维反演程序要求，编制不均匀测网三维反演数据格式转换软件，将高密度温纳数据格式转换为不均匀测网三维反演数据格式如下：

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0203040……870880900

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050100150200250

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(4)2d高密度电法不均匀测网三维反演案列

大柳行金矿区内分布的中生代石英脉具高阻特征，电阻率在9000ωm以上，花岗岩类呈中阻特征，电阻率在3000-4000ωm之间，碎裂岩类呈低阻特征，电阻率小于1000ωm，理论上干燥岩石和空气的电阻率相对较大，岩石由于孔隙、裂隙含水以及随着其湿度或饱和度的增加电阻率会急剧下降，同时不同岩石在水分含量相同的条件下由于水分矿化度的不同，其电阻率有一定差别。因此，断层的电阻率主要取决于断层的破碎程度及其含水的饱和度；岩层的电阻率主要取决于岩石的饱和度和水分矿化度。通常，当断层、岩层裂隙和采空区含水时，其电阻率远小于不含水围岩的电阻率；当断层、岩层裂隙和采空区不含水时，其电阻率一般呈高阻特征。另外，岩层随深度的变化岩性会发生变化，相应电阻率沿纵向（深度）上变化较大，电阻率整体趋势随深度的增大而增大，反应了基岩顶界面风化带的电阻率变化。

经实地调查在可能存在采空区地段布设了11、12、13、14、15、16号6条高密度电法剖面，剖面间距均为50m，点距20m，数据经格式转换后，使用瑞典res3d软件进行了三维反演，在6条剖面的中部地表以下均有低阻异常，推断为采空区所致，见：图3x和y方向视电阻率值拟断面图所示、图4三维反演成果图一和图5三维反演成果图二所示，和图6地质物探综合三维立体图，以及图7中40、80、120m深度三维反演切片图所示。以上图件横向标尺标注不同，x和y方向视电阻率值拟断面图中x方向按网格距0……900m绘制，而三维反演成果图中按0-240m剖面实际长度绘制，反演异常相对位置对应一致。

在14号剖面中部布设wzk14-1验证钻孔一个（见图6），于39.5-43.6m深见断层，岩性为弱褐铁矿化碎裂花岗岩，岩芯采取率为89%；在120.3-122.3m为采空区，岩性主要为绿泥石化和高岭土化，岩芯破碎，蚀变较强，岩芯平均采取率为25%；在140-141.8m为采空区，岩性为花岗岩，岩芯破碎，呈棱角状，岩芯采取率为100%；在217.6-219.7m为采空区，岩性为花岗岩，岩芯破碎，呈棱角状，岩芯采取率为19%。

(5)精度误差分析

该区11、12、13、14、15、16号高密度电法剖面经电阻率二维反演，迭代次数最低为2次，最高4次，均方误差最低为19.7%，最高为60.4%，平均均方误差40.3%，三维反演迭代次数为6次，均方误差49.8%，二者相差9.5%，见表1

表1精度误差统计表

由于迭代次数不同，反演均方误差不同，过高的迭代次数会导致反演不稳定，2d高密度电法不均匀测网三维反演经6次迭代后反演即达到收敛。钻探验证说明三维反演经6次迭代后的结果反映了采空区的展布状况。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。