基于天然电场的四维物探方法

基于天然电场的四维物探方法
【专利摘要】本发明公开一种基于天然电场的四维物探方法，它是在现场数据采集前对探测工程进行完备的设计，通过探测仪器在地面同步采集每条测线上多根探针接收的天然电磁波穿透地层结构后在地表形成的分布电场信号并实时进行频谱细化、特征信息识别后保存，上位机读取探测数据经综合统计后绘制测线四维物探剖面图并对存在特征信息的测线进行定性、定量分析，然后综合多条测线的探测分析结果得出探测工程结论。其有益效果是：在有效运用频域三维物探方法的基础上引入随时间变化的特征参数而形成的四维物探方法，与现有物探方法相比：探测仪器所需存储空间少、同步探测测点数据的关联性好且抗干扰能力强，能对探测目标地质体进行定性、定量的综合分析。
【专利说明】
基于天然电场的四维物探方法
技术领域
[0001] 本发明属于地球物理探测技术，具体地说是一种基于天然电场的四维物探方法。
【背景技术】
[0002] 天然电场法是大地电磁测深法(Magnetote 11 uri c Sounding，简称MT)中的一种， MT法是苏联学者Tikhonov(1950)和法国学者Cagniard(1953)50年代初提出来的利用天然 交变电磁场研究地球电性结构的一种地球物理勘探方法；由于它不用人工供电、成本低、工 作方便、不受高阻层的屏蔽、对低阻层分辨率高，而且勘探深度随电磁场的频率而异，浅可 以几十米，深可达数百公里，因此，近年来在许多领域都得到了成功的应用，引起了地球物 理学家的广泛兴趣和极大的重视。天然电场法利用雷电场和游散电流场作为场源，以岩矿 石电阻率差异为基础，在地面沿特定的剖面测量大地电场的水平分量，并通过对其变化规 律的研究来解决水文、工程地质和找矿勘探等地质任务；由于不需要人工供电，可省去笨重 的供电设备，因此具有简单、轻便、经济、效率高等特点。天然电场探测方法类似于音频大地 电磁法，所不同的是野外工作中只测量单方向的大地电场的水平分量，在场源上除了利用 天然电磁场变化在大地中感应的大地电流之外，还利用了工业游散电流场。随时间变化的 天然电磁场在大地中感应出电流，这种地电流频谱宽、分布广、能量丰富，是一种能解决地 质任务的天然场源。天然电场产生的原因很复杂，通常认为频率大于1Hz的天然电场主要是 由赤道地区雷电放电产生的，局部地区是由工业游散电流及谐波引起的。大地电磁场的振 幅、频率、方向均随时间而随机变化，但这种随机有一定的规律性;如具有同源性，这表现在 某一瞬间，在几百平方公里范围内，场的振幅、频率和强度均能同步变化。天然电场的场源 是由雷电和游散电流场组成的，由远处传输来的雷电电磁场，可近似看成一个平面电磁波， 它的传输特性满足麦克斯威方程组;至于游散电流场，当它刚入地时电流线呈放射状，而远 离接地点时，可近似认为电流线互相平行，可视为似稳的均匀电场，它在物探方面的应用原 理与直流电法中的中间梯度相类似。
[0003] 现有的天然电场探测中，一般是"探针+电缆+仪器"探测方式，探测仪器通过探测 电缆与探针相连以接收探针获得的地表每个测点的电磁场信息，每个测点信息的获取至少 需要2根探针，通常称探针与探针之间的距离为"极距"、测点与测点之间的距离为"点距"， 极距大小取决于勘查纵深范围要求，而点距大小决定了勘查的平面精度。现有方法的实际 探测工程中，为得到满足要求的极距和点距，需频繁移动探针或布置大量的探针和探测电 缆(或探针与仪器的连接线），存在以下不足：（1)效率低对于仅配2根探针的仪器，采集一 个测点的数据只需几秒到几分钟的时间（因探测深度不同而不同），而移动探针并布置好一 个测点往往需要几十分钟，对于配置多探针的仪器，每探针在满足极距和点距要求的同时 还需布置一根与仪器的连接线，布线繁琐且工程量大；（2)探测数据的时空差异大现有探 测方式需逐个测点进行数据采集，测点之间采集数据的起始时刻相隔较长，造成各测点数 据取样时的时空条件不一，增加了后续数据分析与解释的困难；（3)数据解析能力差现有 的探测方式中，大都采用基于时域数据分析的二维或三维方法，难以解决较为复杂地质工 程问题。现有天然电场探测方法中，对地下地质体的频域特征研究较少，能否发明一种根据 地下地质体频域特征来分析地层结构的物探方法，目前国内外科技界一直没有解决，尚无 相关的研究成果和产品报道。

【发明内容】

[0004] 针对目前物探方法存在的不足，本发明为解决该问题提供了一种基于天然电场的 四维物探方法。
[0005] 本发明的术方案是:在频域三维物探基础上引入随时间变化的特征参数，通过探 测仪器在地面同步采集每条测线上多根探针接收的天然电磁波穿透地层结构后在地表形 成的分布电场信号并实时进行频谱细化、特征信息识别后保存，由上位机读取探测数据经 综合统计后绘制测线四维物探剖面图并对存在特征信息的测线进行定性、定量分析，然后 综合多条测线的探测分析结果得出探测工程结论;分以下四个步骤进行：（1)按照探测工程 的具体要求，设计能满足探测要求的K条测线以及每条测线的测深个数J、重复探测次数I和 相应的探测参数；（2)通过探测仪器同步采集每条测线上多个测点的天然电场信息，每个测 深重复采集I次并实时进行频谱细化、特征信息识别后保存，直到采集完第J个测深后再进 行下一条测线探测；（3)上位机读取探测装置保存的测线探测数据，综合统计测线上每个测 深的每个测点的I次重复探测数据及其动态信息、裂隙信息的识别结果，绘制测点信号谱图 和测线四维物探剖面图并进行测线低值异常判断，若测线存在动态信息、裂隙信息、低值异 常则相应地进行地下径流、地下空区、断裂构造的定性、定量分析，否则进行下一条测线分 析，直到完成第K条测线分析；（4)综合K条测线探测分析结果得出探测工程结论，对探测目 标地质体进行综合评估。
[0006] 在本发明中，测深A与探测仪器工作频率关系为fc= (1591.58/A)2;所述的探测参 数包括采样频率/szki+l^dks)、分析半带宽B=k4+k5* (fc-lw)、细化倍数D=fs/2B、滤波器 的半阶数M=4D、采样数据个数N=2M+511D;当1Hz〈尨彡10Hz时，取系数ki=12.8、k 2=5.6889、 k3=l ? 0、k4=0 ? 6、k5=0 ? 26667;当 10Hz〈A彡 100Hz时，取系数ki=64 ? 0、k2=3 ? 5556、k3=l0 ? 0、k4= 3 ? 0、k5=0 ? 03333;当 100Hz〈fc^SOOHz时，取系数ki=384? 0、k2=2 ? 24、k3=100 ? 0、k4=6 ? 0、k5= 0.0175;当500Hz〈fcS 1200Hz时，取系数ki=1280.0、k2=l .77、k3=500.0、k4=13.0、k5= 0.01143;当1200泡〈/ >。〈6000他时，取系数1^1=3648.0、1?=1.95、1?=1200.0、1^=16.0、1?= 0.002917。
[0007]在本发明中，探测仪器由16根探针、2段信号电缆、1个探测装置组成；16根插入地 表的探针用于接收天然瞬变电磁波穿透地层在地面形成的分布电场信号，分别经2段信号 电缆(每段电缆软件8根探针、探针间距大小可探测任务要求选择)连接到探测装置;探测装 置采用以DSP+CPLD为核心的结构设计，具有信号调理、16通道信号同步采集、ZFFT频谱细 化、特征信息识别和数据保存等功能。
[0008]在本发明中，特征信息识别方法是:针对探测仪器接收天然电场信号并细化得到 分析带宽A-B~A+B的分辨率为A /W256条谱线，在频谱中搜索出最大幅值Fmax对应的谱线 LMAX及另外12个次大幅值谱线LMAX1、LMAX2、…、LMAX12并同时计算频谱的平均幅值Fj、最大幅值 谱线Lmax及其前后各3条谱线一起的平均幅值Fjo;接着缓存256条谱线到另一指定存储区，在 其中按从前往后两两比较幅值低者置〇、从后往前两两比较幅值低者置〇的原则找出频谱中 的所有极值点，再将幅值小于Fmax/30的极值点置0,结合原频谱计算次大极值点谱线jMAXi、 JMAX2及其前后各3条谱线一起的平均幅值印、行2;当极点数<3进行裂隙信息识别，当3彡极 点数<30进行动态信息识别，极点数多30无特征信息退出识别，此时的主频频率为仪器工 作频率，幅值为谱线LMAX、LMAX1、LMAX2的平均幅值。
[0009] 所述的裂隙信息识别为：当存在频谱能量衰落且极点谱线不分散时，若最大幅值 谱线Lmax频率非工频或其高次谐波、也不是测点区域已知的固有频率成分，则该频谱信息为 裂隙信息，主频信息为最大幅值谱线Lmax的幅值、频率，反之则无特征信息退出识别;频谱能 量衰落判据是:若谱线Lmax的幅值Fmax多20Fj并谱线Lmaxi2的幅值Fmaxi2多Fj且12个次大幅值谱 线Lmaxi、…、LMAX12分布在最大幅值谱线Lmax前后各6条谱线范围内，则频谱能量存在衰落现 象;极点谱线分散判据是:若在最大幅值谱线Lmm前后各6条谱线范围内存在2个以上极值 点，则极点谱线分散。
[0010] 所述的动态信息识别为:在满足Fjo多10FJ则频谱能量集中，判断最大幅值谱线Lmax 的幅值Fmaxq^^Fjq贝iJLmax尚散、次大极值点谱线Jmaxi的幅值Fmaxi>3Fji贝ijjMAXl尚散、次大极值 点谱线JMAX2的幅值FmaxA 3Fj#』Jmax2离散，通过边频识别规则一、规则二、规则三判断是否存 在关于LMAX、J MAX1及JMAX2的对称极值谱线来确定地下径流动态信息的存在，否则无特征信息 退出识别；边频识别规则一是:Lmm离散且极值点分布于其左、右两边，若存在关于Lmm对称 的边频极值谱线，则主频为Lmax，动态信息为一阶边频的信息，若不存在关于Lmax对称的边频 极值谱线、但存在关于Jmaxi或JMAX2对称的边频极值谱线且相应的Jmaxi或JMAX2离散，则主频为 J_Q或JMAX2,动态信息为一阶边频的信息，否则无特征信息退出识别;边频识别规则二是： Lmax离散但主要极值点分布在其一边，若Jmaxi或Jmax2离散且存在关于Jmaxi或Jmax2对称的边频 极值谱线，则主频为Jmah或JMAX2,动态信息为一阶边频的信息，否则无特征信息退出识别;边 频识别规则三是:Lmax不离散，若Jmaxi或Jmax2离散且存在关于Jmaxi或Jmax2对称的边频极值谱 线，贝U主频为Jmaxi或Jmax2，动态信息为一阶边频的信息，若Jmaxi或Jmax2均不离散但存在包括 L MAX、JMAX1、JMAX2中至少2个在内的4个以上的点距误差在±2条谱线内的极值谱线，则主频频 率为Lmax谱线频率、幅值为Lmax与Jmaxx的均值，动态信息的频率为一阶边频频率、幅值为Jmaxx 与JMAX2的均值，否则无特征信息退出识别。
[0011] 在本发明中，低值异常是指四维物探曲线中部分曲线在一定连续测深范围内或全 部曲线在整个测深范围内出现部分测点的探测电性值比测线上其它测点的探测电性值低2 个及2个以上数量级。
[0012] 在本发明中，定性分析是根据多测点主频/^幅值Fmax的变化规律来评估地下空区 的塌陷、充填情况;通过多测线的四维物探曲线低值异常来确定断裂构造走向并结合动态 信息、裂隙信息参数来综合分析断裂构造的存在状态。
[0013] 在本发明中，定量分析是根据主频频率A、相位(f)、幅值Fmax，动态信息的边频 频率A、边频综合幅值e (t)和裂隙信息的幅值小于频谱平均幅值Fj的第一条衰落谱线的相 位fcN (f)、幅值FMIN&及传输路径公共损耗K来确定地下径流、地下空区、断裂构造的埋藏 深度 A=1591.58(l/fc)0'5， 地下径流或导水断层的水量
地下空区的横向尺寸Bx= 4.775*107*[ ￡?(/)_ &n (/)]/ /c， 地下空区的纵向尺寸Bx=10[lg (FMAVFMIN)+K/2°-L172-lg 免]〇
[0014] 在本发明中，目标地质体综合评估是对四维物探剖面图进行分解，综合运用低值 异常、动态信息、裂隙信息的分析方法对其做出的定性、定量分析。
[0015] 本发明的有益效果是:在有效运用频域三维物探方法的基础上引入随时间变化的 特征参数而形成一种基于天然电场的四维物探方法，与现有物探方法相比：探测仪器所需 存储空间少、同步探测测点数据的关联性好且抗干扰能力强，能对探测目标地质体进行定 性、定量的综合分析;能满足不同探测目的的物探工程需要。
【附图说明】
[0016]图1是本发明的四维物探方法流程图； 图2是本发明的实施例工程设计测线分布图； 图3是本发明的探测仪器现场测线布置示意图； 图4是本发明的特征信息识别流程图； 图5是本发明的动态信息特征图； 图6是本发明的裂隙信息特征图； 图7是本发明的实施例测线信号谱图； 图8是本发明的实施例测线数据综合统计表； 图9是本发明实施例测线一的四维物探剖面图； 图10是本发明实施例测线二的四维物探剖面图； 图11是本发明实施例测线三的四维物探剖面图； 图12是本发明实施例测线四的四维物探剖面图； 图13是图12的横向分解图； 图14是图12的纵向分解图； 图15是图12的单层次分解图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实施例对本发明的方案作进一步详细说明。
[0018] 参见附图1，一种基于天然电场的四维物探方法，它是在频域三维物探基础上引入 随时间变化的特征参数，通过探测仪器在地面同步采集每条测线上多根探针接收的天然电 磁波穿透地层结构后在地表形成的分布电场信号并实时进行频谱细化、特征信息识别后保 存，由上位机读取探测数据经综合统计后绘制测线四维物探剖面图并对存在特征信息的测 线进行定性、定量分析，然后综合多条测线的探测分析结果得出探测工程结论;分以下四个 步骤进行： 步骤一按照探测工程的具体要求，设计能满足探测要求的K条测线以及每条测线的测 深个数J、重复探测次数I和相应的探测参数。
[0019] 大地电磁法(MT)是深部地球物理探测必不可少的手段，已在国内外的矿产普查和 勘探、地热田调查、地壳和上地幔电性结构研究、海洋地球物理、环境地球物理和地质工程 中广为应用，当前的MT法大都是基于时域数据分析的二维或三维方法，难以解决较为复杂 地质问题。本发明方法是在自有的频域三维物探方法基础上引入了随时间变化的特征参数 而形成的基于天然电场的四维物探方法，分探测工程设计、现场数据采集、测线数据分析、 综合结论等四步进行，具体过程如下：参见附图2,为考察某矿区以及其周边含水层和断裂 构造的分布情况和具体位置，根据该区域的具体地形和踏勘情况，设计探测工程的测线布 置如图2所示。计划在地热异常点周边安排A、B、C、等3组测线，测线水平间距约60m左右（具 体根据实际地形决定），各测线的功能及作用如下:A组测线，西北-东南(每条测线平均长 度约900m)，主要探测该地区西南-东北方向的含水和岩层断裂情况，为判断地下径流、地 下矿区走向提供依据;受地面山体起伏的影响，各测线的地面水平间距取40~80m，估计需 40条测线左右。B组测线，西南-东北(每条测线平均长度约2500m)，主要探测该地区东部的 含水和岩层断裂分布情况，查询该区域多个泉水出露点的来源;受地面山体起伏的影响，各 测线的地面水平间距取40~80m，估计需15条测线左右。C组测线，西南-东北(每条测线平 均长度约800m)，主要探测该地区在西北方向的含水和岩层断裂情况，为判断地下径流、地 下矿区走向提供依据;受地面山体起伏的影响，各测线的地面水平间距取40~80m，估计需 25条测线左右。因此，本实施例中，取测线条数K=80;根据工程的具体探测要求和踏勘的实 际情况分析，在本实施例探测的垂深为地下48m到地下280m，每间隔8m做一次探测，则相应 的探测深度分别为 48m、56m、64m、72m、80m、88m、96m、104m、112m、120m、128m、136m、144m、 152m、160m、168m、176m、184m、192m、200m、208m、216m、224m、232m、240m、248m、256m、264m、 272m、280m，即测深个数J = 30;令探测区域的电阻率P = 10,根据电法勘探的深度与频率对 应关系可得:测深A与探测仪器工作频率/。的关系为A = (1591.58/A)2，则30个测深A对应 探测仪器的工作频率分别为 1099.44Hz、807.75Hz、618.43Hz、488.64Hz、395.80Hz、 327.11Hz、274.86Hz、234.20Hz、201.94Hz、175.91Hz、154.61Hz、136.95Hz、122.16Hz、 109.64Hz、98.95Hz、89.75Hz、81.78Hz、74.82Hz、68.71Hz、63.33Hz、58.55Hz、54.29Hz、 50 ? 48Hz、47 ? 06Hz、43 ? 98Hz、41 ? 19Hz、38 ? 65Hz、36 ? 35Hz、34 ? 24Hz、32 ? 31Hz，探测仪器的工 作频率范围为1Hz~6000Hz。现有三维物探一般是在X方向布置测线，探测Y方向的电场或磁 场分量以进一步分析Z方向的地下地质体情况，且大都采样时域数据分析方法，数据量大、 针对性不强、抗干扰性能差;本发明方法是在自有的频域三维物探方法基础上引入了随时 间变化的特征参数而形成的基于天然电场的四维物探方法，对测点数据需要进行多次重复 采集，综合考虑探测工作量和现场数据采集的可靠性，重复探测次数I 一般在5~9次之间选 取。本发明方法为减少数据的保存量，每次采集完成后实时进行频谱细化与分析，仅保存细 化前的512点时域数据、细化后256条有效频域谱线值和特征信息;本发明的频谱细化采用 ZFFT方法，因此，在数据采样前需确定以下探测参数:采样频率分析半带 宽B=k4+k 5* (fc-ks)，细化倍数D=fs/2B，滤波器的半阶数M=4D，采样数据个数N=2M+511D;当 1他〈/ >。彡10泡时，取系数1^1=12.8、1?=5.6889、1?=1.0、1^4=0.6、1?=0.26667 ;当10泡〈/>。彡 100Hz时，取系数ki=64? 0、k2=3 ? 5556、k3=10 ? 0、k4=3 ? 0、k5=0 ? 03333;当 100Hz〈fc彡500Hz时， 取系数ki=384 ? 0、k2=2 ? 24、k3=100 ? 0、k4=6 ? 0、k5=0 ? 0175;当 500Hz〈尨彡 1200Hz时，取系数ki = 1280.0、k2=1.77、k3=500.0、k4=13.0、k5=0.01143;当 1200Hz〈fcXeOOOHz时，取系数ki= 3648.0、k2=1.95、k3=1200.0、k4=16.0、k5=0.002917。
[0020]步骤二通过探测仪器同步采集每条测线上多个测点的天然电场信息，每个测深 重复采集I次并实时进行频谱细化、特征信息识别后保存，直到采集完第J个测深后再进行 下一条测线探测。
[0021] 参见附图3,探测仪器由16根探针、2段信号电缆、1个探测装置组成；16根插入地表 的探针用于接收天然瞬变电磁波穿透地层在地面形成的分布电场信号，分别经2段信号电 缆(每段电缆软件8根探针、探针间距大小可探测任务要求选择)连接到探测装置;探测装置 采用以DSP+CPLD为核心的结构设计，具有信号调理、16通道信号同步采集、ZFFT频谱细化和 数据保存等功能;上位机读取探测装置保存的探测数据经综合统计、特征信息识别与分析 后绘制测线四维物探剖面图，然后综合多条测线的探测分析结果得出结论并对探测目标地 质体进行定性、定量评估。结合附图1，探测仪器每次进行1个测深的测线上16个测点的同步 数据采集，探针的间距即是极距也是点距，对于普查时一般选用极距较大的信号电缆以加 大测线探测的控制范围，祥查、精查选择极距较小的信号电缆以提高探测精度;数据采集完 成，探测装置的DSP根据步骤一设置的探测参数对采集的时域信号实时进行ZFFT频谱细化、 动态信息与裂隙信息识别并保存，每个测深重复进行I次探测后，探测装置自动根据步骤一 设置进行下一个测深的探测，直到完成第J个测深的探测后结束该测线的探测任务;接着按 相同的方法进行下一条测线探测。
[0022] 本发明的频谱细化方法采用基于解析带通滤波的ZFFT方法，解析带通滤波器选用 FIR非递归复解析带通滤波器，其细化过程按如下5步进行： (1)确定中心频率及细化倍数每次探测时欲细化频段的中心频率即为探测仪器的工 作频率f。，根据步骤一中的方法计算采样频率、分析半带宽B、细化倍数D、滤波器的半阶数 M=4D、采样数据个数N。
[0023] (2)构造复解析带通滤波器设计一个复解析带通滤波器，滤波器的宽度为A/2D。
[0024] (3)选抽滤波用设计好的复解析带通滤波器对N个采样数据z (/〇作选抽滤波，并 将滤波与选抽结合起来以提高计算效率，且实信号经过复滤波器以后就成为频率在通带以 内的复解析信号；由于分析带宽内所要求的谱线数为256条，故选抽点数和FFT运算点数均 为512点。
[0025] (4)复调制移频对选抽后的进行复调制移频，将细化的起始频率/B移到零 频点后得到/ U)。
[0026] (5)FFT和谱分析作512点FFT和谱分析，取正频率部分，不需要进行频率调整就可 以得到具有256条独立谱线的细化频谱。
[0027] 结合附图4、附图5、附图6,本发明特征信息识别方法是:针对探测仪器接收天然电 场信号并细化得到分析带宽A-B~A+B的分辨率为A扣勺256条谱线，在频谱中搜索出最大 幅值FMAX对应的谱线LMAX及另外12个次大幅值谱线LMAX1、LMAX2、…、LMAX12并同时计算频谱的平 均幅值Fj、最大幅值谱线Lmax及其前后各3条谱线一起的平均幅值Fjo;接着缓存256条谱线到 另一指定存储区，在其中按从前往后两两比较幅值低者置〇、从后往前两两比较幅值低者置 〇的原则找出频谱中的所有极值点，再将幅值小于Fmax/30的极值点置0,结合原频谱计算次 大极值点谱线JMAHJMAX2及其前后各3条谱线一起的平均幅值印、行 2;当极点数<3进行裂隙 信息识别，当极点数<30进行动态信息识别，极点数多30无特征信息退出识别，此时的 主频频率为仪器工作频率，幅值为谱线Lmax、Lmaxi、L_的平均幅值。
[0028] 裂隙信息识别：当存在频谱能量衰落且极点谱线不分散时，若最大幅值谱线Lmm频 率非工频或其高次谐波、也不是测点区域已知的固有频率成分，则该频谱信息为裂隙信息， 主频信息为最大幅值谱线Lmax的幅值、频率，反之则无特征信息退出识别;频谱能量衰落判 据是：若谱线Lmax的幅值Fmax多2 0Fj并谱线Lmax12的幅值Fmax12多Fj且12个次大幅值谱线 Lmaxi、…、Lmaxi2分布在最大幅值谱线Lmax前后各6条谱线范围内，则频谱能量存在衰落现象； 极点谱线分散判据是:若在最大幅值谱线Lmax前后各6条谱线范围内存在2个以上极值点，则 极点谱线分散。参见附图6，最大谱线Lmax的幅值Fmax多2 0 Fj且不属干扰信号，次大谱线Lmax 12 的幅值Fmaxi2>Fj，12个次大幅值谱线Lmaxi、…、Lmaxi2分布在最大幅值谱线Lmax前后各6条谱线 范围内，故附图6的频谱变化属于衰落现象，是地下空区形成的裂隙信息。
[0029]动态信息识别：在满足Fjo多10Fj则频谱能量集中，判断最大幅值谱线Lmax的幅值 Fmaxq^^Fjq贝ijLMAX尚散、次大极值点谱线Jmaxi的幅值Fmaxi>3Fji贝ijjMAXl尚散、次大极值点谱线 JMAX2的幅值FMAX2多3Fj2则JMAX2离散，通过边频识别规则一、规则二、规则三判断是否存在关于 L MAX、JMAX1及JMAX2的对称极值谱线来确定地下径流动态信息的存在，否则无特征信息退出识 另|J;边频识别规则一是:Lmax离散且极值点分布于其左、右两边，若存在关于Lmax对称的边频 极值谱线，则主频为Lmax，动态信息为一阶边频的信息，若不存在关于Lmax对称的边频极值谱 线、但存在关于JMAX1或JMAX2对称的边频极值谱线且相应的JMAX1或JMAX2离散，则主频为Jmaxi或 Jmax2,动态信息为一阶边频的信息，否则无特征信息退出识别;边频识别规则二是:Lmax离散 但主要极值点分布在其一边，若Jmaxi或Jmax2离散且存在关于Jmaxi或Jmax2对称的边频极值谱 线，则主频为Jmah或JMAX2，动态信息为一阶边频的信息，否则无特征信息退出识别;边频识别 规则三是:Lmax不离散，若Jmaxi或Jmax2离散且存在关于Jmaxi或Jmax2对称的边频极值谱线，贝1J主 频为Jmaxi或Jmax2,动态信息为一阶边频的信息，若Jmaxi或Jmax2均不离散但存在包括Lmax、Jmaxi、 Jmax2中至少2个在内的4个以上的点距误差在±2条谱线内的极值谱线，则主频频率为Lmm谱 线频率、幅值为Lmax与Jmaxi的均值，动态信息的频率为一阶边频频率、幅值为Jmaxi与Jmax2的均 值，否则无特征信息退出识别。在附图5中，明显可见最大幅值谱线Lmmo的左边存在二阶边 频极值点、右边存在三阶边频极值点，且它们都关于Lmaxo谱线对称；因此，主频信息为Lmaxo谱 线所对应的频率/。（ = /i + A与的点距X A f)、幅值(可从频谱中直接读取），动态信息为 一阶边频的频率A( =0.5 X两个一阶边频的点距X A f)、幅值（=0.5 X左一阶边频幅值+ 0.5父右一阶边频幅值）。
[0030] 步骤三，上位机读取探测装置保存的测线探测数据，综合统计测线上每个测深的 每个测点的I次重复探测数据及其动态信息、裂隙信息的识别结果，绘制测点信号谱图和测 线四维物探剖面图并进行测线低值异常判断，若测线存在动态信息、裂隙信息、低值异常则 相应地进行地下径流、地下空区、断裂构造的定性、定量分析，否则进行下一条测线分析，直 到完成第K条测线分析。
[0031] 完成步骤二的测线探测任务后，上位机读取探测装置保存的探测数据，针对每条 测线进行如下的统计与分析： (1)测点信息观察验证每个测点每次采集的存储数据包括:512 / U)点值、256条谱 线值和特征信息识别结果，通过每个测点的256条谱线值和特征信息识别结果可绘制测线 上16测点每次采集的细化信号谱图如附图7所示;为验证探测仪器识别动态信息、裂隙信息 的准确性或观察其细微变化特征，可双击对应窗口得到附图5或附图6所示的动态信息特征 图或裂隙信息特征图，该图的上半部分为512点时域信号/ U)、下半部分为256条谱线，图 中可清楚的观察到特征信息的细微变化。
[0032] (2)测线数据综合统计如附图7所示每条测线包括16个测点，但其中的A8B8是整 个测线范围的综合信息不代表一个测点，因此每条测线只有15个有效测点；附图8所示为本 发明实施例的测线数据综合统计表，为消除探测过程中随机干扰、系统白噪声等的影响，对 每一测点I次重复探测数据的识别结果中（由步骤二可知在识别结果中不管是否存在特征 信息都会具有主频的幅值和频率)的主频的幅值和频率去掉一个最大值、去掉一个最小值、 剩余的数求平均的方法求出主频的综合幅值和频率，附图8表中的第1列为各探测深度的主 频综合频率，表中的上半部分为1条测线的15个测点在各个深度的主频幅值综合值，在综合 数据统计表中的数据上、下、左、右间作比较可清楚地了解到测点范围内地下纵向及横向地 质体变化的情况;若I次重复探测数据结果中有1/次识别出有特征信息且1</1多0.6,则判定 该测点在探测深度存在特征信息，附图8表中的下半部分为对应15个测点在各个深度的特 征信息识别情况，特征信息中的动态信息用"A"表示、裂隙信息用"0"表示。
[0033] (3)绘制测线四维物探剖面图附图8表中综合统计测线上每个测深的每个测点的 I次重复探测数据及其动态信息、裂隙信息的识别结果，将表中的信息用图形方式表示出来 则得到了本发明的四维物探剖面图；附图9所示为本发明的一个实施例的测线四维物探剖 面图，横坐标为探针A8……B8的间距(单位:m)，纵坐标为天然电磁波穿透不同地层后反映 到地表的电性值，图中每一条曲线表示一个深度的地层电性值变化情况(用不同颜色、不同 线型的线段加以区分），再将某一深度的地下特征信息(动态信息"△"、裂隙信息"0"等)标 注到相应的地层电性值曲线上；图中包含了四维信息，故称四维物探剖面图；附图9测线一 的探测频段频率为 35Hz、40Hz、45Hz、55Hz、65Hz、75Hz、85Hz、95Hz、125Hz、165Hz、205Hz、 255Hz、335Hz、385Hz、505Hz、625Hz 等 16 个频段，可由公式深度 A=1591.58(l/fz)Q'5 换算为 对应的探测深度;从附图9所示的测线四维物探剖面图可知，测线范围内无明显地下水动态 信息、裂隙信息和电性低值异常区域，该测线在探测深度范围内应属完好地层结构。
[0034] (4)地下径流分析对存在动态信息的测点进行地下径流分析。地下径流又称地下 水径流、地下径流水，是重力作用下地下水在自然界陆地水循环过程中的流动。岩溶、裂隙 中脉状流的地下水，按水文学规律流动在地底下会切割地磁场磁力线产生感应电动势A， 但该感应电动势较微弱，无法穿透地层传送到地面;但它会对经过该处的天然电磁波产 生持续不断的干扰，最终附加在该电磁波信号上传输到地表，把这种附加有地下水流动信 息的信号定义为地下径流动态信息。探测仪器通过在地表接收该天然电磁波的分布电场信 号，并据此分析地下径流的赋存及状态。附图5是本发明实施例的动态信息，图中上半部分 为天然瞬变电磁波的时域波形，下半部分为天然瞬变电磁波中指定分析带宽/'i -B~/2+B的 细化频谱图。频谱图中间的谱线称为主频谱线，分布于主频谱线两边并关于主频对称的 谱线A称为边频谱线。根据电磁场理论，天然瞬变电磁波在地层中的传导电流远远大于位 移电流，则其穿透深度为 力=1/(尤；//)0'5(单位:m) 式中，成/探测点的地表电阻率，一般地表大都是松散的土层，取其平均电阻率P10 (假设天然瞬变电磁波穿透的地层为无磁性介质，则磁导率取/^43tX1(T7矽奶据此 得到地下水径流的埋藏深度与主频频率的关系如下 力=1/( jfc//3〇.5 = 1591 ? 58(l/fc)0.5(单位:m) 流动的地下水会切割地磁场的磁力线而产生感应电动势e，根据电磁流量原理，感应电 动势e(单位:《V)与流量的方程式为 e=(4BKs/L)Q 式中，B为探测地点的大地电磁场感应强度(单位:ffiV/z/)、Ks为常数，对于一个已知的 探测区域来说它们都是常数，但需要在探测区域附近找已知的水量的参考测试点进行整 定;L为地下水流通道截面的周长(单位:?)。实际探测工作表明，地下水在岩溶裂隙中流动 的流速、流量都是随时间变化的，其产生的感应电动势e是时间t的函数，计为e (t) = 0.5 〔ei( t) + e2( t)〕d (t)与地下水储量Sw之间的关系为 Sws/oTlX.e (t)/4BK]c/t=( L/^BlOiVe (t) c/t(单位:/?3/A) 式中，T为地下水径流的变化周期，探测仪器能探测出地下水径流的变化周期T(边频频 率A的倒数)和周期T内感应电动势e (t)的综合值，由上式可简单地估算出地下水储量Sw。 但由于地下水径流的变化周期T受地质构造、补给情况、开采量等因素的影响而各不相同， 且该周期也是随时间变化的，这给准确评估地下水储量或开采量带来一定困难。通常采用 离散化方法来计算上式，具体做法是：由探测仪器对该固定深度连续重复探测1小时，得到M 组探测数据，而这其中只有N组探测数据具有地下水径流特征信息，即边频综合幅值e (to)、e (ti)、e (t2)......e (tN-1)，边频频率Aq、Ai、A2......An-i;因此，上式的离散化计算 公式为：
因此，本发明方法通过步骤一得出有无地下径流动态信息的结论并相应给出主频信 息、动态信息的幅值、频率，即可由识别的主频A的频率与幅值、边频A的频率与幅值来定量 评估地下径流。
[0035] (5)地下空区分析对存在裂隙信息的测点进行地下空区分析。地下空区是地下溶 洞、断裂构造形成的地下空间、矿产资源开采后形成的老空区以及各种地下掩埋空洞的总 称;所谓老空区是指矿产资源开采后形成的采空区、老窑和已经报废井的总称。根据天然瞬 变电磁波的频率和不同地质体的电磁波穿透情况，由于地下空区与完好地层间存在密度突 变，天然瞬变电磁波在这里会引起信号的反射、折射、绕射、散射和吸收等现象，导致信号产 生衰落，从而降低了信号的传输质量;这个由地下空区所形成的天然瞬变电磁波传输方式 相当于一个窄带随机过程：只允许靠近中心频率=2316)附近很窄范围（A ?〈〈《c)的 频率成分通过窄带系统，随机信号通过窄带系统后，输出信号即为窄带随机信号，而且是存 在衰落现象的窄带随机信号，这就是步骤二中裂隙信息识别的理论依据。天然电磁波穿过 地下空区的窄带随机过程的垂直分解可知X(t)和Y(t)在几何上是正交的，变换到频域后其 实部X(f)和虚部Y(f)也是正交的；附图6下半部分所示是探测信号的细化幅值谱，图中的每 一条的幅值为A(f) = [ 乂(/)2+￥(/)2产5,相位为：《/^tarT1 [Y(f)/X(f)]。如附图6所示，设 最大幅值谱线LMAX(即主频A)的相位为(f)，其衰落到幅值小于频谱平均幅值Fj的第一 条谱线的相位为foN (/)，则衰落相位差为A《/?)= #AX (/?)- fcN (/?);由此可计算出主频/； 信号衰落时间差为 A t(f)= A《/?)/23T/>c=[ (/)- &N (/)] （单位：s) 天然电磁波的波速与光速c=3*108m/s相当，故可通过下式来评估地下空区的横向尺寸 Bx大小 BX=C* A t(f) =4.775*107*[ 1(f)- fcN (f)]/ (单位:m) 本发明方法的探测仪器是在地面天然电磁波信号，则天然电磁波的各频率成分穿过地 下空区传输到地面的路径是基本一致的，令其传输路径损耗为K(dB)。根据电波在自由空 间(所谓自由空间传播系指天线周围为无限大真空时的电波传播，电波在自由空间传播时， 其能量既不会被障碍物所吸收，也不会产生反射或散射)传播损耗(亦称衰减)计算公式 Los=32.44+20*lg d+20*lg / 式中，Los是传播损耗，单位为dB; 是传播距离，单位是Km; /是工作频率，单位是MHz。结 合本发明方法的应用实际，上式可改写为 Los+K=23.44+20*lg d+20*lg 式中，碟传播距离，单位是m; A是主频频率，单位是Hz ; Los和K的单位均为dB，K是传输 路径公共损耗，对于同一探测区域的多个测点在相同深度探测时其值是基本一致的，Los是 天然电磁波穿过地下空区的衰落损耗，在本发明方法中，可由最大幅值谱线Lmax(即主频A) 的Fmax和主频衰落到幅值小于频谱平均幅值Fj的第一条谱线的F_求得 Los=20*lg (Fmax/Fmin) 因此，可由该衰落损耗来评估地下空区的纵向尺寸By大小(单位:m) B =i〇[20*lg (FMAX/FMIN)+K-23.44-20*lg fc]/20=i〇[lg (FMAX/FMIN)+K/20-1.172- lg fc] 以附图6实施例的探测结果为例，主频频率A=16 9.8 5 H z，主频幅值实部X m ax (f)= 0.69856mV、虚部Ymax (f) =0? 0.66429mV、模Amax (f) =Fmax=0.963985iiiV，衰落到幅值小于 频谱平均幅值Fj的第一条谱线的幅值实部Xmin (f) =0.003698mV、虚部Ymin (f)= 0.003516mV、模Amin (f) =FMiN=0.0051027mV，令传输路径公共损耗K=30dB，根据前述计算公 式可得该测点地下空区的定量分析结果如下： 地下空区的埋藏深度 地下空区的横向尺寸Bx= 4.775*107*[ (f)- fcN (f)]/ fc^23.287!!!; 地下空区的纵向尺寸By=10[lg (FMAX/FMIN)+K/2Q-L172-lg fc] =2.367m。
[0036] 通过本发明方法的大量试验和现场数据分析，发现地下空区具有以下特点：①当 地下空区未塌陷且不含水时，将引起特征信息主频幅值的高值异常，而保存完好的地层主 频幅值相对较低;②当地下空区塌陷且充填了泥砂或者其它较软杂质时，会引起相对低的 特征信息主频幅值，而保存完好的地层主频幅值相对稍高;③当地下空区塌陷（或未塌陷） 且含水时，将引起主频幅值低值异常，而保存完好的地层主频幅值较高。因此，根据多测点 特征信息主频幅值Fmm的变化规律可有效评估地下空区的存在状态；另外对比特征信息主 频幅值Fmax的综合值与周围测点的变化情况，结合附近已知的钻孔资料，还可进一步评估测 点在该深度的地下岩性。
[0037] (6)断裂构造分析对四维物探曲线中整体出现电性低值异常的测线进行断裂构 造分析。断裂构造又称断裂，是指组成地壳的岩体在地应力作用下发生变形，当应力超过岩 石的强度，岩体的完整性和连续性受到破坏而产生的大小不一的断裂;断裂构造是岩石破 裂的总称，包括劈理、节理、断层、深大断裂和超壳断裂等;断裂可以作为石油天然气二次运 移的良好通道，油气沿断裂通道运移比在岩石孔隙中运移更加容易；研究断裂构造对找矿 勘探、水文地质与工程地质以及了解区域构造特点均有实际意义。附图10测线二的探测频 段频率为 30Hz、40Hz、55Hz、75Hz、95Hz、125Hz、165Hz、225Hz、305Hz、355Hz、475Hz、685Hz、 885Hz、1085Hz等14个频段，在测线二的探针A7A6之间四维物探曲线出现电性低值异常区 域，且在75Hz(对应探测深度约183米)频段存在地下水动态信息、305Hz(对应探测深度约91 米)频段存在裂隙信息。所谓的电性低值异常是指四维物探曲线中部分曲线在一定连续测 深范围内或全部曲线在整个测深范围内出现部分测点的探测电性值比测线上其它测点的 探测电性值低2个及2个以上数量级。附图11测线三的探测频段频率为30Hz、40Hz、55Hz、 75Hz、95Hz、125Hz、165Hz、225Hz、305Hz、385Hz、505Hz、625Hz 等 12个频段，在测线三的探针 B1B2之间四维物探曲线出现电性低值异常区域，且在95Hz(对应探测深度约163米)频段存 在地下水动态信息、305Hz(对应探测深度约91米)频段存在裂隙信息。当地层中出现断裂 时，在断裂带中充填的物质与两边岩层相比较松软、或者断裂带内含水时，会引起相对低的 主频幅值反映，而两边岩层主频幅值相对较高;断裂带电阻率与岩石孔隙度的定量关系可 以用阿尔奇公式来表述 7?〇 = aA 〇m 式中，你为岩石的宏观电阻率，A为孔隙中水的电阻率，0为岩石孔隙度，a和为待定 系数。砂岩的电阻率一般在几欧姆米至几千欧姆米变化，分选差、颗粒粗及胶结程度高的致 密砂岩，其电阻率高；反之，分选好、颗粒细及胶结程度低的疏松砂岩往往具有低电阻率。 砾岩由于颗粒粗、分选性差，故常具有比砂岩较高的电阻率。一般土层结构疏松，孔隙度大， 且与地表水密切相关，因而它们的电阻率均较低，一般为几十Q ? m。在本发明仪器的探测 中：被测地质体的电阻率与四维物探曲线的电性值成正比例关系。所以当在某一测点位置 出现纵向上所有曲线出现连续性低值异常时，则表明此处有断层存在。综合分析附图10和 附图11，由于测线二和测线三的布置相距仅300米，可初步判定在测线二的A7A6测点到测线 三的B1B2测点之间存在一地下断裂构造，且断裂带宽度小于10m。具体断裂带宽度和结构需 通过测线平移或更换极距较小的信号电缆进行精确定位探测、并多次重复探测才能得到准 确结果。因此，识别地下断裂构造走向需要进行2条以上的测线探测；要更精确的掌握断裂 构造宽度、含水情况等，则需进行精确定位探测、多次重复探测。单凭1条测线的数据或地层 中某一段深度的数据进行判断是不完整的、不全面的。由于测线二的A7A6测点在183米处存 在地下水动态信息、垂深91米存在裂隙信息，测线三的B1B2测点在163米处存在地下水动态 信息、垂深91米存在裂隙信息；可知该断裂构造为一导水断层，导水流向是从测线三的B1B2 测点到测线二的A7A6测点，且断裂带的顶部结构疏松，存在孔隙。
[0038] 步骤四，综合K条测线探测分析结果得出探测工程结论，对探测目标地质体进行综 合评估。
[0039] 在完成步骤二的测线探测、步骤三的测线数据综合与分析后，通过综合K条测线探 测分析结果，即可得出探测工程结论，对存在特征信息或探测目标地质体做进一步详细分 析与评估。
[0040] 参见图12,为本发明方法实施例的测线四的四维物探剖面图，由步骤二中的分析 可知四维物探剖面图的表示方法对分析地下断裂构造是非常有用，但在该图中它将所有的 地层电性曲线画在一个图中，不能清楚地表示出地层结构的细微变化。为此，本发明方法还 可根据综合分析的需要、针对不同的探测目的对四维物探剖面图进行横向、纵向分解，图13 所示为图12的横向分解图，图14所示为图12的纵向分解图。综合分析图12~图14可知:在垂 深68m层次测线的探针B1到探针B5之间曲线存在低值异常，且B2B3测点有地下水动态信息， B4B5测点有地下裂隙信息。为更清楚的了解该层次的结构变化，本发明的软件还可对图12 中垂深68m的单层次分解，如图15所示。从图15可清楚看到：测线的探针B1到探针B5之间垂 深68m处存在老空区，且该老空区已部分塌陷，底部存在流动水，顶部还有空隙；因此，还需 结合步骤三中的关于低值异常、动态信息、裂隙信息的分析方法对其做进一步的定性、定量 综合分析。
[0041]综上所述，本发明方法是在现场数据采集前对探测工程进行完备的设计，通过探 测仪器在地面同步采集每条测线上多根探针接收的天然电磁波穿透地层结构后在地表形 成的分布电场信号并实时进行频谱细化、特征信息识别后保存，上位机读取探测数据经综 合统计后绘制测线四维物探剖面图并对存在特征信息的测线进行定性、定量分析，然后综 合多条测线的探测分析结果得出探测工程结论。本发明的有益效果是:在有效运用频域三 维物探方法的基础上引入随时间变化的特征参数而形成一种基于天然电场的四维物探方 法，与现有物探方法相比:探测仪器所需存储空间少、同步探测测点数据的关联性好且抗干 扰能力强，能对探测目标地质体进行定性、定量的综合分析;能满足不同探测目的的物探工 芏口电面 fe而女。
【主权项】
1. 一种基于天然电场的四维物探方法，其特征在于:在频域=维物探基础上引入随时 间变化的特征参数，通过探测仪器在地面同步采集每条测线上多根探针接收的天然电磁波 穿透地层结构后在地表形成的分布电场信号并实时进行频谱细化、特征信息识别后保存， 由上位机读取探测数据经综合统计后绘制测线四维物探剖面图并对存在特征信息的测线 进行定性、定量分析，然后综合多条测线的探测分析结果得出探测工程结论;分W下四个步 骤进行： 步骤一，按照探测工程的具体要求，设计能满足探测要求的K条测线W及每条测线的测 深个数J、重复探测次数I和相应的探测参数； 步骤二，通过探测仪器同步采集每条测线上多个测点的天然电场信息，每个测深重复 采集I次并实时进行频谱细化、特征信息识别后保存，直到采集完第J个测深后再进行下一 条测线探测； 步骤=，上位机读取探测装置保存的测线探测数据，综合统计测线上每个测深的每个 测点的I次重复探测数据及其动态信息、裂隙信息的识别结果，绘制测点信号谱图和测线四 维物探剖面图并进行测线低值异常判断，若测线存在动态信息、裂隙信息、低值异常则相应 地进行地下径流、地下空区、断裂构造的定性、定量分析，否则进行下一条测线分析，直到完 成第K条测线分析； 步骤四，综合K条测线探测分析结果得出探测工程结论，对探测目标地质体进行综合评 估。2. 根据权利要求1所述的基于天然电场的四维物探方法，其特征在于:所述的测深A与 探测仪器工作频率关系为/c= (1591.58/W2;所述的探测参数包括采样频率/s=ki+k2*(/c- k3)、分析半带宽B=k4+ks* (/c-k3)、细化倍数D=/s/2B、滤波器的半阶数M=4D、采样数据个数N =2M+51 ID;当 IHz </c《 IOHz时，取系数ki=12.8、k2=5.6889、k3=l. O、k4=0.6、ks=0.26667;当 IOHz </c《 lOOHz时，取系数ki=64.0、k2=3.5556、k3=10.0、k4=3.0、ks=0.03333;当lOOHz </c 《500Hz时，取系数ki=384.0、k2=2.24、k3=100.0、k4=6.0、k5=0.0175;当500Hz </c《 1200Hz 时，取系数ki=1280.0、k2=l. 77、k3=500.0、k4=13.0、k5=0.0 l 143;当 1200Hz </c<6000Hz时，取 系数ki=3648.0、k2=l. 95、k3=l200.0、k4=16.0、ks=0.002917。3. 根据权利要求1所述的基于天然电场的四维物探方法，其特征在于:所述的探测仪器 由16根探针、2段信号电缆、1个探测装置组成；16根插入地表的探针用于接收天然瞬变电磁 波穿透地层在地面形成的分布电场信号，分别经2段信号电缆(每段电缆软件8根探针、探针 间距大小可探测任务要求选择)连接到探测装置;探测装置采用WDSP+CPLD为核屯、的结构 设计，具有信号调理、16通道信号同步采集、ZFFT频谱细化、特征信息识别和数据保存等功 能。4. 根据权利要求1所述的基于天然电场的四维物探方法，其特征在于:所述的特征信息 识别方法是:针对探测仪器接收天然电场信号并细化得到分析带宽/c-B~/c+B的分辨率为 A巧勺256条谱线，在频谱中捜索出最大幅值Fmax对应的谱线Lmax及另外12个次大幅值谱线 LMm、LMAX2、…、Lmaxu并同时计算频谱的平均幅值Fj、最大幅值谱线Lmax及其前后各3条谱线一 起的平均幅值Fjo;接着缓存化6条谱线到另一指定存储区，在其中按从前往后两两比较幅值 低者置0、从后往前两两比较幅值低者置0的原则找出频谱中的所有极值点，再将幅值小于 Fmax/30的极值点置0,结合原频谱计算次大极值点谱线jMm、jMAX2及其前后各3条谱线一起的 平均幅值化、Fj2;当极点数<3进行裂隙信息识别，当3《极点数<30进行动态信息识别，极 点数>30无特征信息退出识别，此时的主频频率为仪器工作频率扣，幅值为谱线Lmax、Lmaxi、 Lmax2的平均幅值。5. 根据权利要求4所述的基于天然电场的四维物探方法，其特征在于:所述的裂隙信息 识别为：当存在频谱能量衰落且极点谱线不分散时，若最大幅值谱线Lmax频率非工频或其高 次谐波、也不是测点区域已知的固有频率成分，则该频谱信息为裂隙信息，主频信息为最大 幅值谱线Lmax的幅值、频率，反之则无特征信息退出识别;频谱能量衰落判据是:若谱线Lmax 的幅值Fmax>20Fj并谱线Lmaxi2的幅值Fmaxi2>Fj且12个次大幅值谱线Lmaxi、…、Lmaxi2分布在最 大幅值谱线Lmax前后各6条谱线范围内，则频谱能量存在衰落现象;极点谱线分散判据是:若 在最大幅值谱线Lmax前后各6条谱线范围内存在2个W上极值点，则极点谱线分散。6. 根据权利要求4所述的基于天然电场的四维物探方法，其特征在于:所述的动态信息 识别为:在满足Fjo^ IOFj则频谱能量集中，判断最大幅值谱线Lmax的幅值Fmaxo>3Fjo则Lmax离 散、次大极值点谱线Jmaxi的幅值Fmaxi^ 3Fji则Jmaxi离散、次大极值点谱线JMAX2的幅值FMAX2 > 3Fj2贝Umax漓散，通过边频识别规则一、规则二、规则S判断是否存在关于LMAx、jMm及Jmax2的 对称极值谱线来确定地下径流动态信息的存在，否则无特征信息退出识别;边频识别规则 一是:Lmax离散且极值点分布于其左、右两边，若存在关于Lmax对称的边频极值谱线，则主频 为Lmax,动态信息为一阶边频的信息，若不存在关于Lmax对称的边频极值谱线、但存在关于 Jmax域Jmax拥称的边频极值谱线且相应的Jmax域Jmax2离散，则主频为Jmax域Jmax2,动态信息 为一阶边频的信息，否则无特征信息退出识别;边频识别规则二是:Lmax离散但主要极值点 分布在其一边，若Jmaxi或Jmax2离散且存在关于Jmaxi或Jmax2对称的边频极值谱线，则主频为 Jmaxi或JMAX2,动态信息为一阶边频的信息，否则无特征信息退出识别;边频识别规则=是： Lmax不离散，若Jmaxi或Jmax2离散且存在关于Jmaxi或Jmax2对称的边频极值谱线，则主频为Jmaxi或 Jmax2,动态信息为一阶边频的信息，若JMm或Jmax2均不离散但存在包括Lmax、Jmaxi、Jmax2中至少 2个在内的4个W上的点距误差在±2条谱线内的极值谱线，则主频频率为Lmax谱线频率、幅 值为Lmax与Jmaxi的均值，动态信息的频率为一阶边频频率、幅值为Jmaxi与JMAX2的均值，否则无 特征信息退出识别。7. 根据权利要求1所述的基于天然电场的四维物探方法，其特征在于:所述的低值异常 是指四维物探曲线中部分曲线在一定连续测深范围内或全部曲线在整个测深范围内出现 部分测点的探测电性值比测线上其它测点的探测电性值低2个及2个W上数量级。8. 根据权利要求1所述的基于天然电场的四维物探方法，其特征在于:所述的定性分析 是根据多测点主频/。幅值Fmax的变化规律来评估地下空区的塌陷、充填情况;通过多测线的 四维物探曲线低值异常来确定断裂构造走向并结合动态信息、裂隙信息参数来综合分析断 裂构造的存在状态。9. 根据权利要求1所述的基于天然电场的四维物探方法，其特征在于:所述的定量分析 是根据主频频率/。、相位iAx (/)、幅值Fmax,动态信息的边频频率A、边频综合幅值e U)和 裂隙信息的幅值小于频谱平均幅值Fj的第一条衰落谱线的相位foN (/)、幅值FminW及传输 路径公共损耗K来确定地下径流、地下空区、断裂构造的埋藏深度片1591.58(1//。产5， 地下径流或导水断层的水量地下空区的横向尺寸Bx= 4.775*107*[ ￡? (/)- foN (/)] / /c, 地下空区的纵向尺寸Bx=l〇Ug (?*/?W+K/2〇-i'i72-ig &]。10.根据权利要求1所述的基于天然电场的四维物探方法，其特征在于:所述的目标地 质体综合评估是对四维物探剖面图进行分解，综合运用低值异常、动态信息、裂隙信息的分 析方法对其做出的定性、定量分析。
【文档编号】G01V3/40GK105911603SQ201610284044
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月4日
【发明人】黄采伦, 王靖, 张剑, 徐光远, 范小春, 张小娟
【申请人】湖南科技大学