一种地‑井激发极化测量方法及相关设备与流程

本发明涉及勘测领域，特别涉及一种地-井激发极化测量方法及相关设备。

背景技术：

激发极化法(简称激电法)是以地下不同岩、矿石激电效应之差异为地球物理探测基础，通过观测和研究大地激电效应，以探查地下地质情况的一种方法。在矿产普查勘探和水文地质、工程地质、供水水源勘探各方面有着广泛应用。为我国的找矿事业作出了巨大的贡献，不仅找到了大量的铜、铅、锌、钼等各类有色金属矿床，而且在寻找贵金属黑色金属、稀有金属等矿床方面，也发挥了重要作用。

通过AB供电电极向大地供下稳定的直流电，在隐伏天然导电矿体上方的MN测量电极之间可观测到随时间变化的充放曲线，供电的瞬间，可观测到一次电流在MN接地电阻上的一次电位差，在外地场的作用下，具有电子导电的矿体和具有离子导电的围岩界面上产生了积累电荷，并形成了附加电场，产生二次电流。利用这一特性，通过在在地面观测二次电流的变化情况，达到推断地下矿体的赋存状态的目的。

图1为地面激发激化面积性测量图，其中AB为发射电极，在发射电极两侧各布置三条测线，测线布设方向与发射电极平行，从而进行激电面积性测量。

激发极化测深是研究某一测深点下岩、矿体沿垂直方向视极化率(η_s)变化的方法。其电极布置和移动方法和电阻率测深法相同，供电电极(A、B)在测点O两侧沿相反方向向外移动，而测量电极(M、N)不动或与AB保持一定比例地同时移动。常用来估计极化体的埋藏深度。利用η_s曲线近似估计埋深的方法有转折点法、拐点法和饱和值点法等。

图2为地面激发极化测深示意图，其为对称四极装置，供电电极A、B和测量电极M、N对称地排列在一条直线上，AO︰BO＝AB/2，MO︰NO＝MN/2，故称对称四极排列。当电极距(AB/2)变化而测点O的位置不变时，则构成对称四极测深排列。

井中电法物探的方法主要有井中瞬变电磁法、井中激电、井中电磁波、井中雷达、井中低频电磁法和井中自然电位法，可以探测井间、井壁周围和井中与地表之间的地质结构。其主要的工作方式有地-井方式、井-地方式和井-井方式，主要测量视电阻率、二次场电位差或视极化率等参数。广泛的应用于固体矿产勘探、水文和工程领域、石油勘探与开发以及煤田勘探与开发，均取得了较好的地质效果。

井中激电是借助钻孔或坑探工程将供电电极或测量电极放入地下，进行激发极化法观测的一种地下物探方法，井中激电法在井中供电或测量，受地面噪音和地表覆盖层的影响变小，增大了激电响应，因而该方法受到广泛重视和发展。目前井中激发极化法主要采用时间域测量，主要有地-井、井-井和井-地工作方式。

图3为井-井工作方式，井-井方式是一井供电，在另一井测量，A极置于矿层上或有意义的异常附近，B极敷设于地表“无穷远”处；测量电极“MN”在井内的排列是：M在上，N在下，记录点在MN中点。它的特点用来寻找两孔之间矿体或确定两孔所见矿体电性相连问题。

图4为井-地工作方式，这一工作方式是将供电电极“A”置于钻孔中或坑道内的矿体上，B极打在地表上“无穷远”处，测量电极布设Mo、Nx、Ny三个，按左手(中指向下，食指指Y，姆指指X)直角坐标系排列，Mo为座标原点，又为记录点。在测量过程中，观测沿剖面方向(X轴)和垂直剖面方向(Y轴)的一次场和二次场电位梯度(包括充电率)。它所解决的地质问题，在地面上追索和圈定矿体展布范围，发现相邻的盲矿化体，井中激电相对于地面电法，具有勘探深度大，分辨能力强，异常强度大，解释精度高等优点。现有技术针对探测井旁金属硫化物盲矿体以及确定矿体相对钻孔空间分布范围和状态，并没有提供相关方案，技术人员在进行勘测时候增加了难度.

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种地-井激发极化测量方法及相关设备。

本发明实施例中提供了一种地-井激发极化测量方法，包括:

在待测量区域垂直于地表竖直设置用于测量的钻孔；

在所述钻孔周围的地表设置供电电极，所述供电电极位于所述待测量区域内；

在所述待测量区域的表面距离所述钻孔无限远的位置设置参考电极；

所述钻孔中悬置第一测量电极以及第二测量电极，所述第一测量电极与所述第二测量电极在竖直方向具有预设间隔；

获取所述第一测量电极以及所述第二测量电极在所述钻孔中的第一位置信息；

根据所述位置信息确定测试电极中点的第二位置信息，其中，所述测试电极中点为所述第一测试电极和所述第二测试电极之间的中点位置；

利用地面激发极化法获取所述测试电极中点在所述供电电极处于第一测量位置时所对应的包括第一视电阻率和第一视极化率的第一测量信息，以及所述测试电极中点在所述供电电极处于第二测量位置时所对应的包括第二视电阻率和第二视极化率的第二测量信息，并重复进行测量；

根据多次测量得到所述第一测量信息和所述第二测量信息确定所述待测量区域内矿体的展布范围，以使得根据所述展布范围确定所述钻孔相邻的盲矿化体。

可选地，所述地面激发极化法计算视电阻率和视极化率的方法包括：

${\mathrm{\ρ}}_s^{MN}=k\·{\mathrm{\ΔV}}_1^{MN}/I$

${\mathrm{\η}}_s^{MN}={\mathrm{\ΔV}}_2^{MN}/{\mathrm{\ΔV}}_z^{MN}=({\mathrm{\ΔV}}_z^{MN}-{\mathrm{\ΔV}}_1^{MN})/{\mathrm{\ΔV}}_z^{MN}$

k＝2π·r_AM·r_AN/(r_AN-r_AM)

${\mathrm{\ΔV}}_1^{MN}=V_1^M-V_1^N$

其中，k为装置系数，分别为第一测试电极以及第二测试电极上的一次场、二次场和总场电位差。

可选地，所述根据多次测量的所述第一测量信息和所述第二测量信息确定所述待测量区域内矿体的展布范围，包括：

根据沿X轴方向和Y轴方向的一次场和二次场电位梯度在所述待测量区域上追索和圈定矿体展布范围，其中所述X轴方向为剖面方向，所述Y轴为垂直剖面方向。

本发明实施例中提供了一种地-井激发极化测量装置，所述装置包括：

地-井测量装置发射模块，用于建立测量环境中的—次场；

地-井测量装置接收模块，用于获取在所述一次场中收到的电位差；

数据采集模块，用于将所述地-井测量装置接收模块采集的在所述地-井测量装置发射模块处在所述不同位置的电位差转换成视电阻率和视极化率，并根据计算得到矿体的展布范围。

可选地，所述地-井测量装置接收模块包括第一测量电极以及第二测量电极，所述第一测量电极与所述第二测量电极在竖直方向间隔设置。

可选地，所述装置测量和发射的工作模式是自动模式或固定模式。

本发明实施例中提供了一种地-井激发极化测量装置，所述装置包括：

第一测量单元，用于在待测量区域垂直于地表竖直设置用于测量的钻孔；

第一设置单元，用于在所述钻孔周围的地表设置供电电极，所述供电电极位于所述待测量区域内；

第二设置单元，用于在所述待测量区域的表面距离所述钻孔无限远的位置设置参考电极；

第三设置单元，用于所述钻孔中悬置第一测量电极以及第二测量电极，所述第一测量电极与所述第二测量电极在竖直方向具有预设间隔；

第一获取单元，用于获取所述第一测量电极以及所述第二测量电极在所述钻孔中的第一位置信息；

第一确定单元，用于根据所述位置信息确定测试电极中点的第二位置信息，其中，所述测试电极中点为所述第一测试电极和所述第二测试电极之间的中点位置；

第二测量单元，用于利用地面激发极化法获取所述测试电极中点在所述供电电极处于第一测量位置时所对应的包括第一视电阻率和第一视极化率的第一测量信息，以及所述测试电极中点在所述供电电极处于第二测量位置时所对应的包括第二视电阻率和第二视极化率的第二测量信息，并重复进行测量；

第二确定单元，用于根据多次测量得到所述第一测量信息和所述第二测量信息确定所述待测量区域内矿体的展布范围，以使得根据所述展布范围确定所述钻孔相邻的盲矿化体。

可选地，所述第二测量单元具体用于：

${\mathrm{\ρ}}_s^{MN}=k\·{\mathrm{\ΔV}}_1^{MN}/I$

${\mathrm{\η}}_s^{MN}={\mathrm{\ΔV}}_2^{MN}/{\mathrm{\ΔV}}_z^{MN}=({\mathrm{\ΔV}}_z^{MN}-{\mathrm{\ΔV}}_1^{MN})/{\mathrm{\ΔV}}_z^{MN}$

k＝2π·r_AM·r_AN/(r_AN-r_AM)

${\mathrm{\ΔV}}_1^{MN}=V_1^M-V_1^N$

其中，k为装置系数，分别为第一测试电极以及第二测试电极上的一次场、二次场和总场电位差。

可选地，所述第二确定单元具体用于：

根据沿X轴方向和Y轴方向的一次场和二次场电位梯度在所述待测量区域上追索和圈定矿体展布范围，其中所述X轴方向为剖面方向，所述Y轴为垂直剖面方向。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例中提供的一种地-井激发极化测量方法及相关设备，采用井中激电，有其独特的找矿效果，主要在于它在生产中，利用钻孔或坑道，其供电或测量装置，更接近于探测目的物，因此观测的深部异常源的信号较强，相对地增大了勘探深度，还可以从不同深度不同侧面测量探测对象引起的电场纵深空间分布特征，能获得更准确更丰富的地电资料，可以解决地面电法难以解决的某些地质问题。

附图说明

图1是现有技术中地面激发激化面积性测量的示意图；

图2是现有技术中地面激发极化测深示意的示意图；

图3是现有技术中井-井工作方式测量的示意图；

图4是现有技术中井-地工作方式测量的示意图；

图5是本发明实施例中一种地-井激发极化测量方法测量示意图；

图6是本发明实施例中一种地-井激发极化测量方法中测试电极移动位置的示意图；

图7是本发明实施例中一种地-井激发极化测量方法中穆家庄地-井激电综合测量示意图；

图8是本发明实施例中一种地-井激发极化测量方法中穆家庄59线综合剖面示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

激发极化效应：在人工电流场—次场或激发场作用下，具有不同电化学性质的岩石或矿石，由于电化学作用将产生随时间变化的二次电场(激发极化场)。这种物理化学作用称为激发极化效应。它包括电子导体的激发极化效应和离子导体的激发极化效应。

影响激发极化效应的因素包括：

1、岩矿石物质成分：一般，电子导电矿物的激发极化强度较大，极化率(η)在10％以上；

2、金属矿物的含量和结构：一般，在同结构条件下金属矿物含量越多，极化率(η)越大；在金属矿物含量相等的情况下，浸染状结构矿石比致密状结构矿石的极化率(η)大，

3、供电电流：电流密度在几十微安/平方厘米范围内，二次场电位差ΔU2；随供电电流I正比变化，极化场电位差ΔU也同倍数增大，供电时间还有密切关系。

激发极化法：英语：induced polarization method，是根据岩石、矿石的激发极化效应来寻找金属和解决水文地质、工程地质等问题的一组电法勘探方法。它又分为直流激发极化法(时间域法)和交流激发极化法(频率域法(SIP))。常用的电极排列有中间梯度排列、联合剖面排列、固定点电源排列、对称四极测深排列等。也可以用使矿体直接或间接充电的办法来圈定矿体的延展范围和增大勘探深度。

结合图5和图6所示，本发明实施例中提供一种地-井激发极化测量方法，包括:

S101、在待测量区域垂直于地表竖直设置用于测量的钻孔；

S102、在所述钻孔周围的地表设置供电电极，所述供电电极位于所述待测量区域内；

S103、在所述待测量区域的表面距离所述钻孔无限远的位置设置参考电极；

S104、所述钻孔中悬置第一测量电极以及第二测量电极，所述第一测量电极与所述第二测量电极在竖直方向具有预设间隔；

S105、获取所述第一测量电极以及所述第二测量电极在所述钻孔中的第一位置信息；

S106、根据所述位置信息确定测试电极中点的第二位置信息，其中，所述测试电极中点为所述第一测试电极和所述第二测试电极之间的中点位置；

S107、利用地面激发极化法获取所述测试电极中点在所述供电电极处于第一测量位置时所对应的包括第一视电阻率和第一视极化率的第一测量信息，以及所述测试电极中点在所述供电电极处于第二测量位置时所对应的包括第二视电阻率和第二视极化率的第二测量信息，并重复进行测量；

S108、根据多次测量得到所述第一测量信息和所述第二测量信息确定所述待测量区域内矿体的展布范围，以使得根据所述展布范围确定所述钻孔相邻的盲矿化体。

在步骤S107中，为了更利于查明矿化体的走向和空间展布情况，还需要改变供电电极A的位置，在不同的位置进行发射，在井中同一位置进行接收。按照图6中A1、A2、A3、A4的位置分别布设发射电极。目标地质体相对钻孔的方位称为最佳方位A1，也称主方位，其相反方位称反方位A3，其他两个方位为辅助方位A2和A4，对此不进行限定。

可选地，所述地面激发极化法计算视电阻率和视极化率的方法包括：

${\mathrm{\ρ}}_s^{MN}=k\·{\mathrm{\ΔV}}_1^{MN}/I$

${\mathrm{\η}}_s^{MN}={\mathrm{\ΔV}}_2^{MN}/{\mathrm{\ΔV}}_z^{MN}=({\mathrm{\ΔV}}_z^{MN}-{\mathrm{\ΔV}}_1^{MN})/{\mathrm{\ΔV}}_z^{MN}$

k＝2π·r_AM·r_AN/(r_AN-r_AM)

${\mathrm{\ΔV}}_1^{MN}=V_1^M-V_1^N$

其中，k为装置系数，分别为第一测试电极以及第二测试电极上的一次场、二次场和总场电位差。

可选地，所述根据多次测量的所述第一测量信息和所述第二测量信息确定所述待测量区域内矿体的展布范围，包括：

根据沿X轴方向和Y轴方向的一次场和二次场电位梯度在所述待测量区域上追索和圈定矿体展布范围，其中所述X轴方向为剖面方向，所述Y轴为垂直剖面方向。

结合图7和图8所示，下面结合具体场景对本发明实施例中提到的一种地-井激发极化测量方法进行说明，以验证方法的有效性：

在穆家庄铜矿区ZK5901孔进行了地-井方式激发极化测量。

穆家庄铜矿区ZK5901孔开孔方位28°，在钻探过程中未打到铜矿体，随后进行地-井方式的激发极化法测量。电测井观测结果表明，在165米井段附近有一较强的自然电位、充电率吻合很好的异常。地—井激电的方位测量，在该井段上、下几十米的部位，有明显的良导高极化异常反映，尤其是A3、A4两方位的ΔV₁、ΔV₂异常反映幅值大，均呈正、负值组合的异常特征，表明A3、A4电极距异常源最近，据此推断异常源(矿体)主体位于A3、A4方位(钻孔西南侧)，这一测量结果是对钻探资料的有力补充。

图8为穆家庄59线综合剖面图，可见A3方位二次场呈反s型，A1方位二次场呈s型，据此推断异常源(矿体)是向井倾斜的，也就是说ZK5901孔打在异常源(矿体)近井旁的尾部。随后又布设ZK5902孔，开孔方位208°。打到了铜矿体，证实了推断的上述矿体相对ZK5901孔空间分布状态是正确的。

探测结果表明：井中激电，有其独特的找矿效果，主要在于它在生产中，利用钻孔或坑道，其供电或测量装置，更接近于探测目的物，因此观测的深部异常源的信号较强，相对地增大了勘探深度。而且，还从不同深度，不同侧面，测量探测对象引起的电场纵深空间分布特征，能获得更准确、更丰富的地电资料，可以解决地面电法难以解决的某些地质问题。

本发明实施例中还提供了一种地-井激发极化测量装置，所述装置包括：

地-井测量装置发射模块，用于建立测量环境中的—次场；

地-井测量装置接收模块，用于获取在所述一次场中收到的电位差；

数据采集模块，用于将所述地-井测量装置接收模块采集的在所述地-井测量装置发射模块处在所述不同位置的电位差转换成视电阻率和视极化率，并根据计算得到矿体的展布范围。

可选地，所述地-井测量装置接收模块包括第一测量电极以及第二测量电极，所述第一测量电极与所述第二测量电极在竖直方向间隔设置。

可选地，所述装置测量和发射的工作模式是自动模式或固定模式。

本发明实施例中还提供了一种地-井激发极化测量装置，所述装置包括：

第一测量单元，用于在待测量区域垂直于地表竖直设置用于测量的钻孔；

第一设置单元，用于在所述钻孔周围的地表设置供电电极，所述供电电极位于所述待测量区域内；

第二设置单元，用于在所述待测量区域的表面距离所述钻孔无限远的位置设置参考电极；

第三设置单元，用于所述钻孔中悬置第一测量电极以及第二测量电极，所述第一测量电极与所述第二测量电极在竖直方向具有预设间隔；

第一获取单元，用于获取所述第一测量电极以及所述第二测量电极在所述钻孔中的第一位置信息；

第一确定单元，用于根据所述位置信息确定测试电极中点的第二位置信息，其中，所述测试电极中点为所述第一测试电极和所述第二测试电极之间的中点位置；

第二测量单元，用于利用地面激发极化法获取所述测试电极中点在所述供电电极处于第一测量位置时所对应的包括第一视电阻率和第一视极化率的第一测量信息，以及所述测试电极中点在所述供电电极处于第二测量位置时所对应的包括第二视电阻率和第二视极化率的第二测量信息，并重复进行测量；

第二确定单元，用于根据多次测量得到所述第一测量信息和所述第二测量信息确定所述待测量区域内矿体的展布范围，以使得根据所述展布范围确定所述钻孔相邻的盲矿化体。

可选地，所述第二测量单元具体用于：

${\mathrm{\ρ}}_s^{MN}=k\·{\mathrm{\ΔV}}_1^{MN}/I$

${\mathrm{\η}}_s^{MN}={\mathrm{\ΔV}}_2^{MN}/{\mathrm{\ΔV}}_z^{MN}=({\mathrm{\ΔV}}_z^{MN}-{\mathrm{\ΔV}}_1^{MN})/{\mathrm{\ΔV}}_z^{MN}$

k＝2π·r_AM·r_AN/(r_AN-r_AM)

${\mathrm{\ΔV}}_1^{MN}=V_1^M-V_1^N$

其中，k为装置系数，分别为第一测试电极以及第二测试电极上的一次场、二次场和总场电位差。

可选地，所述第二确定单元具体用于：

根据沿X轴方向和Y轴方向的一次场和二次场电位梯度在所述待测量区域上追索和圈定矿体展布范围，其中所述X轴方向为剖面方向，所述Y轴为垂直剖面方向。

本发明实施例中提供的一种地-井激发极化测量方法及相关设备，采用井中激电，有其独特的找矿效果，主要在于它在生产中，利用钻孔或坑道，其供电或测量装置，更接近于探测目的物，因此观测的深部异常源的信号较强，相对地增大了勘探深度，还可以从不同深度不同侧面测量探测对象引起的电场纵深空间分布特征，能获得更准确更丰富的地电资料，可以解决地面电法难以解决的某些地质问题。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上对本发明所提供的一种地-井激发极化测量方法及相关设备进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。