基于直流电法勘探获取地下介质电各向异性的方法和装置

1.本技术涉及地球物理勘探领域，特别是涉及一种基于直流电法勘探获取地下介质电各向异性的方法、装置、计算机设备和存储介质。


背景技术：

2.直流电法作为一种相对成熟的地球物理方法，广泛应用于矿产勘查，水文环境检测，工程勘探等领域。地球表层岩石由于组分不均匀、地质作用等形成复杂的构造和断层，具有各项异性的特征，可通过利用直流电法勘探在地表或井中观测获取地下介质的电各向异性特征。目前直流电法的主要勘探方法为bibby(1986)提出的p2不变量视电阻率张量测量。该测量方法为采用相互正交的偶极源ab和cb在测区外发射，并在测区内采用相互正交的电极测量电场另外需计算对应的各向同性背景模型的电流密度最后利用表达式计算出张量电阻率并用来表征地下各向异性介质的视电阻率。很显然，该方法需要在测区外要求布设两个偶极场源，另外还必须求解张量电阻率，最终通过计算才得出p2来表示地下介质电阻率各向异性特征，这样一来野外场源布设复杂，处理过程复杂，工作效率较低，特别是数据量大时，处理起来相当麻烦。


技术实现要素：

3.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够实现全区观测，场源布设简单、数据处理简单可靠的基于直流电法勘探获取地下介质电各向异性的方法、装置、计算机设备和存储介质。
4.一种基于直流电法勘探获取地下介质电各向异性的方法，所述方法包括：
5.在测区任意位置布设发射场源后，采用相互正交的电极在测区内进行全区观测，得到不同测点之间的第一方向电位差和与第二方向电位差；所述发射场源为点源或偶极源；所述第一方向与所述第二方向相互正交；
6.根据所述第一方向电位差和所述第二方向电位差，得到第一方向视电阻率和第二方向视电阻率，根据所述第一方向视电阻率和所述第二方向视电阻率，得到归一化视电阻率；
7.根据预设的地下介质背景电阻率模型，计算所述不同测点之间的背景第一方向电位差和背景第二方向电位差；
8.根据所述背景第一方向电位差和所述背景第二方向电位差，得到背景第一方向视电阻率和背景第二方向视电阻率，根据所述背景第一方向视电阻率和所述背景第二方向视
电阻率，得到归一化背景视电阻率；
9.根据所述归一化视电阻率和所述归一化背景视电阻率，得到测区地下介质的电阻率各向异性系数。
10.在其中一个实施例中，还包括：所述发射场源为点源或偶极源；当所述发射场源为偶极源时，能够沿任意方向布设。
11.在其中一个实施例中，还包括：所述相互正交的电极可沿任意方向布设。
12.在其中一个实施例中，还包括：根据所述第一方向电位差和所述第二方向电位差，得到第一方向视电阻率和第二方向视电阻率，根据所述背景第一方向电位差和所述背景第二方向电位差，得到背景第一方向视电阻率和背景第二方向视电阻率的计算公式为：
[0013][0014]
其中，ρ为视电阻率，可分别为第一方向视电阻率ρ
x
，第二方向视电阻率ρy，背景第一方向视电阻率背景第二方向视电阻率δu为电位差，可分别对应为背景第一方向视电阻率δu
x
，第二方向电位差δuy，背景第一方向电位差背景第二方向电位差k为装置系数，i为电流强度。
[0015]
在其中一个实施例中，还包括：计算得到归一化视电阻率和归一化背景视电阻率的公式为：
[0016][0017][0018]
其中，ρ
xy
为归一化视电阻率，为归一化背景视电阻率。
[0019]
在其中一个实施例中，还包括：根据所述归一化视电阻率和所述归一化背景视电阻率，得到测区地下介质的电阻率各向异性系数，包括：
[0020]
根据所述归一化视电阻率和所述归一化背景视电阻率，得到测区地下介质的电阻率各向异性系数为：
[0021][0022]
其中，g
xy
表示地下介质的电阻率各向异性系数。
[0023]
在其中一个实施例中，还包括：所述发射场源能够布设于地表或井中。
[0024]
一种基于直流电法勘探获取地下介质电各向异性的装置，所述装置包括：
[0025]
电位差观测模块，用于在测区任意位置布设发射场源后，采用相互正交的电极在测区内进行全区观测，得到不同测点之间的第一方向电位差和与第二方向电位差；所述发射场源为点源或偶极源；所述第一方向与所述第二方向相互正交；
[0026]
归一化视电阻率确定模块，用于根据所述第一方向电位差和所述第二方向电位差，得到第一方向视电阻率和第二方向视电阻率，根据所述第一方向视电阻率和所述第二方向视电阻率，得到归一化视电阻率；
[0027]
背景电位差计算模块，用于根据预设的地下介质背景电阻率模型，计算所述不同测点之间的背景第一方向电位差和背景第二方向电位差；
[0028]
归一化背景视电阻率确定模块，用于根据所述背景第一方向电位差和所述背景第二方向电位差，得到背景第一方向视电阻率和背景第二方向视电阻率，根据所述背景第一方向视电阻率和所述背景第二方向视电阻率，得到归一化背景视电阻率；
[0029]
电阻率各向异性系数确定模块，用于根据所述归一化视电阻率和所述归一化背景视电阻率，得到测区地下介质的电阻率各向异性系数。
[0030]
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
[0031]
在测区任意位置布设发射场源后，采用相互正交的电极在测区内进行全区观测，得到不同测点之间的第一方向电位差和与第二方向电位差；所述发射场源为点源或偶极源；所述第一方向与所述第二方向相互正交；
[0032]
根据所述第一方向电位差和所述第二方向电位差，得到第一方向视电阻率和第二方向视电阻率，根据所述第一方向视电阻率和所述第二方向视电阻率，得到归一化视电阻率；
[0033]
根据预设的地下介质背景电阻率模型，计算所述不同测点之间的背景第一方向电位差和背景第二方向电位差；
[0034]
根据所述背景第一方向电位差和所述背景第二方向电位差，得到背景第一方向视电阻率和背景第二方向视电阻率，根据所述背景第一方向视电阻率和所述背景第二方向视电阻率，得到归一化背景视电阻率；
[0035]
根据所述归一化视电阻率和所述归一化背景视电阻率，得到测区地下介质的电阻率各向异性系数。
[0036]
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
[0037]
在测区任意位置布设发射场源后，采用相互正交的电极在测区内进行全区观测，得到不同测点之间的第一方向电位差和与第二方向电位差；所述发射场源为点源或偶极源；所述第一方向与所述第二方向相互正交；
[0038]
根据所述第一方向电位差和所述第二方向电位差，得到第一方向视电阻率和第二方向视电阻率，根据所述第一方向视电阻率和所述第二方向视电阻率，得到归一化视电阻率；
[0039]
根据预设的地下介质背景电阻率模型，计算所述不同测点之间的背景第一方向电位差和背景第二方向电位差；
[0040]
根据所述背景第一方向电位差和所述背景第二方向电位差，得到背景第一方向视电阻率和背景第二方向视电阻率，根据所述背景第一方向视电阻率和所述背景第二方向视电阻率，得到归一化背景视电阻率；
[0041]
根据所述归一化视电阻率和所述归一化背景视电阻率，得到测区地下介质的电阻率各向异性系数。
[0042]
上述基于直流电法勘探获取地下介质电各向异性的方法、装置、计算机设备和存储介质，通过在测区任意位置布设发射场源后，采用相互正交的电极在测区内进行全区观
测，得到不同测点之间相互正交的两个方向的电位差，根据电位差计算视电阻率，之后计算归一化视电阻率，根据选取的背景电阻率模型，计算背景视电阻率，之后计算归一化背景视电阻率，根据实际归一化电阻率和归一化背景视电阻率，计算出电阻率各向异性系数。本发明布设的场源只需用点源或偶极源，布设灵活而简单。采用电阻率各向异性系数表征地下电各向异性的特性，可以有效压制视电阻率零线的影响，能很好地反应出地下各向异性结构体在地面投影以及形状。另外，可以避免求解张量电阻率的繁琐计算，提高技术效率。采用归一化视电阻率可以有效抵消场源附近视电阻率的误差，提升计算精度。
附图说明
[0043]
图1为一个实施例中基于直流电法勘探获取地下介质电各向异性的方法的流程示意图；
[0044]
图2为一个实施例中装置示意图；
[0045]
图3为一个具体实施例中模型示意图；
[0046]
图4为一个具体实施例中沿x方向测量得到的视电阻率ρ
x
平面图；
[0047]
图5为一个具体实施例中沿y方向测量得到的视电阻率ρy平面图；
[0048]
图6为一个具体实施例中实例归一化电阻率各向异性系数g
xy
平面图；
[0049]
图7为一个实施例中基于直流电法勘探获取地下介质电各向异性的装置的结构框图；
[0050]
图8为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
[0051]
为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
[0052]
本技术提供的基于直流电法勘探获取地下介质电各向异性的方法，可以应用于如下应用环境中。其中，终端执行一种基于直流电法勘探获取地下介质电各向异性的方法，通过在测区任意位置布设发射场源后，采用相互正交的电极在测区内进行全区观测，得到不同测点之间相互正交的两个方向的电位差，根据电位差计算视电阻率，之后计算归一化视电阻率，根据选取的背景电阻率模型，计算背景视电阻率，之后计算归一化背景视电阻率，根据实际归一化电阻率和归一化背景视电阻率，计算出电阻率各向异性系数。其中，终端可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、平板电脑和便携式设备。
[0053]
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种基于直流电法勘探获取地下介质电各向异性的方法，包括以下步骤：
[0054]
步骤102，在测区任意位置布设发射场源后，采用相互正交的电极在测区内进行全区观测，得到不同测点之间的第一方向电位差和与第二方向电位差。
[0055]
第一方向与第二方向相互正交。发射场源为点源或偶极源，布设灵活而简单。
[0056]
步骤104，根据第一方向电位差和第二方向电位差，得到第一方向视电阻率和第二方向视电阻率，根据第一方向视电阻率和第二方向视电阻率，得到归一化视电阻率。
[0057]
采用归一化视电阻率可以有效抵消场源附近视电阻率的误差，提升计算精度。
[0058]
步骤106，根据预设的地下介质背景电阻率模型，计算不同测点之间的背景第一方向电位差和背景第二方向电位差。
[0059]
步骤108，根据背景第一方向电位差和背景第二方向电位差，得到背景第一方向视电阻率和背景第二方向视电阻率，根据背景第一方向视电阻率和背景第二方向视电阻率，得到归一化背景视电阻率。
[0060]
步骤110，根据归一化视电阻率和归一化背景视电阻率，得到测区地下介质的电阻率各向异性系数。
[0061]
采用电阻率各向异性系数表征地下电各向异性的特性，可以有效压制视电阻率零线的影响，能很好地反应出地下各向异性结构体在地面投影以及形状。另外，可以避免求解张量电阻率的繁琐计算，提高技术效率。
[0062]
上述基于直流电法勘探获取地下介质电各向异性的方法中，通过在测区任意位置布设发射场源后，采用相互正交的电极在测区内进行全区观测，得到不同测点之间相互正交的两个方向的电位差，根据电位差计算视电阻率，之后计算归一化视电阻率，根据选取的背景电阻率模型，计算背景视电阻率，之后计算归一化背景视电阻率，根据实际归一化电阻率和归一化背景视电阻率，计算出电阻率各向异性系数。本发明布设的场源只需用点源或偶极源，布设灵活而简单。采用电阻率各向异性系数表征地下电各向异性的特性，可以有效压制视电阻率零线的影响，能很好地反应出地下各向异性结构体在地面投影以及形状。另外，可以避免求解张量电阻率的繁琐计算，提高技术效率。采用归一化视电阻率可以有效抵消场源附近视电阻率的误差，提升计算精度。
[0063]
在其中一个实施例中，还包括：发射场源为点源或偶极源；当发射场源为偶极源时，能够沿任意方向布设。布设灵活而简单。
[0064]
在其中一个实施例中，还包括：相互正交的电极可沿任意方向布设。布设灵活而简单。
[0065]
在其中一个实施例中，还包括：根据第一方向电位差和第二方向电位差，得到第一方向视电阻率和第二方向视电阻率，根据背景第一方向电位差和背景第二方向电位差，得到背景第一方向视电阻率和背景第二方向视电阻率的计算公式为：
[0066][0067]
其中，ρ为视电阻率，可分别为第一方向视电阻率ρ
x
，第二方向视电阻率ρy，背景第一方向视电阻率背景第二方向视电阻率δu为电位差，可分别对应为背景第一方向视电阻率δu
x
，第二方向电位差δuy，背景第一方向电位差背景第二方向电位差k为装置系数，i为电流强度。
[0068]
在其中一个实施例中，还包括：计算得到归一化视电阻率和归一化背景视电阻率的公式为：
[0069][0070]
[0071]
其中，ρ
xy
为归一化视电阻率，为归一化背景视电阻率。
[0072]
在其中一个实施例中，还包括：根据归一化视电阻率和归一化背景视电阻率，得到测区地下介质的电阻率各向异性系数，包括：
[0073]
根据归一化视电阻率和归一化背景视电阻率，得到测区地下介质的电阻率各向异性系数为：
[0074][0075]
其中，g
xy
表示地下介质的电阻率各向异性系数。
[0076]
在其中一个实施例中，还包括：发射场源能够布设于地表或井中。
[0077]
应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
[0078]
如图2为一个实施例中本发明的装置示意图，其中，m1和n1分别为用于测量第一方向电位差的两个电极，m2和n2分别为用于测量第二方向电位差的两个电极。m1n1的距离和m2n2的距离相等。
[0079]
在一个具体实施例中，如图3所示为各向同性半空间中存在各向异性异常体模型示意图，其中异常体为棱柱体，它的中心点在地面上的投影为坐标系原点，棱柱大小为20m
×
20m
×
10m，地面埋深10m，三个主轴电阻率为ρ1/ρ2/ρ3＝10/5/10ω
·
m，对应的欧拉角为α/β/χ＝30
°
/45
°
/60
°
，背景电阻率为ρ0＝100ω
·
m。使用点源作为场源，位于坐标为(200m，200m，0)的位置。接收电极正交并分别测量x方向和y方向的电位(差)。图4为沿x方向测量得到的视电阻率ρ
x
平面图。图5为本发明实例沿y方向测量得到的视电阻率ρy平面图。图6为归一化电阻率各向异性系数g
xy
平面图。图4、5、6中黑框表示异常体在地面上的投影位置和大小。由图4、5、6可知，使用归一化电阻率各向异性系数能更好地反应出各向异性异常体在地表投影的位置和形状。
[0080]
在一个实施例中，如图7所示，提供了一种基于直流电法勘探获取地下介质电各向异性的装置，包括：电位差观测模块702、归一化视电阻率确定模块704、背景电位差计算模块706、归一化背景视电阻率确定模块708和电阻率各向异性系数确定模块710，其中：
[0081]
电位差观测模块702，用于在测区任意位置布设发射场源后，采用相互正交的电极在测区内进行全区观测，得到不同测点之间的第一方向电位差和与第二方向电位差；第一方向与第二方向相互正交；
[0082]
归一化视电阻率确定模块704，用于根据第一方向电位差和第二方向电位差，得到第一方向视电阻率和第二方向视电阻率，根据第一方向视电阻率和第二方向视电阻率，得到归一化视电阻率；
[0083]
背景电位差计算模块706，用于根据预设的地下介质背景电阻率模型，计算不同测点之间的背景第一方向电位差和背景第二方向电位差；
[0084]
归一化背景视电阻率确定模块708，用于根据背景第一方向电位差和背景第二方
向电位差，得到背景第一方向视电阻率和背景第二方向视电阻率，根据背景第一方向视电阻率和背景第二方向视电阻率，得到归一化背景视电阻率；
[0085]
电阻率各向异性系数确定模块710，用于根据归一化视电阻率和归一化背景视电阻率，得到测区地下介质的电阻率各向异性系数。
[0086]
电阻率各向异性系数确定模块710还用于根据归一化视电阻率和归一化背景视电阻率，得到测区地下介质的电阻率各向异性系数为：
[0087][0088]
其中，g
xy
表示地下介质的电阻率各向异性系数。
[0089]
关于基于直流电法勘探获取地下介质电各向异性的装置的具体限定可以参见上文中对于基于直流电法勘探获取地下介质电各向异性的方法的限定，在此不再赘述。上述基于直流电法勘探获取地下介质电各向异性的装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
[0090]
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图8所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种基于直流电法勘探获取地下介质电各向异性的方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
[0091]
本领域技术人员可以理解，图8中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
[0092]
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述方法实施例中的步骤。
[0093]
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例中的步骤。
[0094]
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流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，
诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
[0095]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0096]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。