基于土壤氡指示的高密度电法考古物探方法

本发明涉及考古地球物理勘探，尤其是涉及一种基于土壤氡指示的高密度电法考古物探方法。

背景技术：

1、地球物理勘探技术是指利用地下介质在物理性质(密度、电磁性、放射性、波速…)上的差异，通过仪器探测这些变化并表征为相应的数据特征，能够快速、无损地对地下介质进行定位、定型及定性分析，与传统钻孔勘探的方法相比具有高效，省力等诸多优点。随着物探方法自身的完善和发展，各种物探方法已从最初的实验性地应用于考古调查发展到目前种类齐全、遍及全球的一种有效考古探测手段。考古物探从性质上可分为探测方法和非探测方法这两种类型；探测方法指的是利用物探方法探测发现古文化遗址或在古文化遗址中寻找古物的物探方法，常用的探测方法主要包括磁法勘探，电法勘探，高精度重力测量，面波勘探等；非探测方法主要是指用物探方法测定古物的年代及有关特征，如考古磁学定年等。考古物探经过几十年的发展历程，虽取得的成效令人瞩目，但目前现有考古物探方法仍然有很大的进步空间。和矿产勘查相比，考古物探所探物位于地表浅层，要求所提供的资料局限于小区域的浅层范围，这对物探技术高精度和高分辨率的要求极严。

2、高密度电法即高密度电阻率法，也即电阻层析成像技术(electrical resistancetomography，ert)，它是以地下介质的导电性差异为基础，通过人工施加稳定电流场，研究地下传导电流分布规律的一种直流电法勘探技术。由于人为形成的古代遗址与自然形成的岩土有不同的质地，使得它们在密度、含水率、电离子浓度、温度上存在区别，使得二者电阻率不同。如埋在土层中的城址、道路等因含水率相对较低形成高阻区域，而含水率相对较高的自然土层则呈现相对低阻值区域。此外，青铜器、铁器和金银等金属物品属于导电体，呈低阻现象。随着高密度电法仪器的快速发展，目前高密度电法已广泛应用于考古勘探领域，其具有成本低、效率高，信息丰富，方便解释等特点。但由于遗址区域的范围未知性，全区域开展高精度和高分辨的物探技术显然费时费力且不合理的，因而无法将高密度电法应用于未知遗址区域的圈定。

3、氡(rn222)是天然放射性元素中的一个气体放射性元素，氡气在衰变过程中放射出的α射线(α粒子组成，主要是快速运动的氦核)具有很强的运移能力，用α辐射仪可以方便的测定它们，且一般不受温度，压力等条件的因素的影响。氡气广泛分布于自然界中的土壤、岩石、水和空气里，氡气异常主要分为与铀矿化有关的矿致异常和与铀矿化无关的非矿致异常两类；非矿致异常可分为以下四种：(1)氡-镭水引起的异常，浮土中铀、镭的次生富集引起的异常；(2)在岩石的破碎带或强烈高岭石化带中，由于岩石物理参数(孔隙度、射气系数等)变化而引起的异常；(3)由于地下断层的存在而导致氡气的有效迁移通道变化从而引起的异常；(4)由于大路或小道上浮土被踩实而形成屏蔽层从而引起的异常。古代的遗址主要采用夯土基础，即采用外力压实泥土的方式形成稳固的基础或压制混合泥块。土体经过夯击压实后与自然状态的生土相比具有结实、密度大、缝隙较小、孔隙率降低的特点，古遗址中的夯土(如城墙、马路、宫殿等)对氡气起到阻断屏蔽作用，这就为利用土壤氡气测量指导古遗址的圈定提供了依据。参见图1所示，图1中黑点部分代表氡气的浓度分布，由于古遗址存在屏蔽作用，遗址上方出现土壤氡浓度低异常区域，遗址下方出现土壤氡浓度高浓度富集区。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于土壤氡指示的高密度电法考古物探方法，以缓解现有高密度电法在考古勘探大区域应用具有盲目性、整体耗时相对较长的问题。

2、本发明实施例提供了一种基于土壤氡指示的高密度电法考古物探方法，所述方法包括：在探测区域布设多个氡气测点，并记录每个氡气测点的位置信息；测量各个氡气测点的土壤氡浓度值，并根据每个氡气测点的位置信息和土壤氡浓度值确定所述探测区域中的土壤氡浓度异常区域；对所述土壤氡浓度异常区域进行高密度电法测量，得到相应的视电阻率信息；基于所述视电阻率信息构建相应的电性结构模型，并根据所述电性结构模型确定地下电阻率分布异常体；根据预先获取的所述探测区域的地层、考古遗址和文物的电性特征信息，判断所述地下电阻率分布异常体所在位置处是否存在考古遗址和/或文物。

3、作为一种可能的实现，在探测区域布设多个氡气测点，并记录每个氡气测点的位置信息的步骤包括：用rtk测量仪确定所述探测区域的基准点，并参考所述基准点将所述探测区域划分成多个尺寸相同的坐标网格；在划分的各个坐标网格内进行氡气测点的布设，并用rtk测量仪将每个氡气测点的位置信息记录下来。

4、作为一种可能的实现，测量各个氡气测点的土壤氡浓度值的步骤包括：对于每个氡气测点，用α能谱仪对该氡气测点进行多次土壤氡浓度测量，并计算得到该氡气测点的多次土壤氡浓度测量结果的第一平均值，之后将该第一平均值作为该氡气测点的土壤氡浓度值。

5、作为一种可能的实现，所述土壤氡浓度异常区域包括土壤氡浓度低异常区域和土壤氡浓度高异常区域；根据每个氡气测点的位置信息和土壤氡浓度值确定所述探测区域中的土壤氡浓度异常区域的步骤包括：分别计算所有氡气测点的土壤氡浓度值的第二平均值和标准差，并根据所述第二平均值和所述标准差确定第一土壤氡浓度阈值和第二土壤氡浓度阈值；其中，所述第一土壤氡浓度阈值小于所述第二土壤氡浓度阈值；将土壤氡浓度值小于所述第一土壤氡浓度阈值的氡气测点确定为土壤氡低异常测点，将土壤氡浓度值大于所述第二土壤氡浓度阈值的氡气测点确定为土壤氡高异常测点，并根据每个土壤氡低氡气异常测点和每个土壤氡高异常测点的位置信息确定所述土壤氡浓度低异常区域和所述土壤氡浓度高异常区域。

6、作为一种可能的实现，对所述土壤氡浓度异常区域进行高密度电法测量，得到相应的视电阻率信息的步骤包括：在所述土壤氡浓度异常区域地表规划至少两条方向不同的高密度电法测线，并确定每个高密度电法测线的高密度电法参数；其中，每个所述高密度电法测线包含多个高密度电法测点；沿每条高密度电法测线进行高密度电法测量工作，得到每个所述高密度电法测点的视电阻率信息。

7、作为一种可能的实现，沿每条高密度电法测线进行高密度电法测量工作，得到每个所述高密度电法测点的视电阻率信息的步骤包括：对于每个高密度电法测点，采用温纳排列采集方式进行视电阻率的测量，得到该高密度电法测点的视电阻率数据，并将该高密度电法测点的视电阻率数据确定为该高密度电法测点的视电阻率信息。

8、作为一种可能的实现，基于所述视电阻率信息构建相应的电性结构模型的步骤包括：对所述视电阻率信息分别进行二维反演和三维反演，得到相应的二维电阻率分布模型和三维电阻率分布模型；将所述二维电阻率分布模型和所述三维电阻率分布模型组成所述电性结构模型。

9、作为一种可能的实现，根据所述电性结构模型确定地下电阻率分布异常体的步骤包括：根据所述电性结构模型的电阻率分布情况，确定所述电性结构模型中与预设第一电阻率区间或预设第二电阻率区间对应的目标部分；其中，所述预设第一电阻率区间表征电阻率高异常，所述预设第二电阻率区间表征电阻率低异常；根据所述目标部分确定所述地下电阻率分布异常体。

10、作为一种可能的实现，根据预先获取的所述探测区域的地层、考古遗址和文物的电性特征信息，判断所述电阻率分布异常体所在位置处是否存在考古遗址和/或文物的步骤包括：结合所述探测区域的地层、考古遗址和文物的电性特征信息，分析所述探测区域的地层、考古遗址和文物的电性特征，并结合所述探测区域的地层、考古遗址和文物的电性特征以及所述地下电阻率分布异常体的规格进行联合解释；根据所述联合解释的结果判断所述地下电阻率分布异常体的特征是否符合考古遗址和/或文物的电性特征，并通过现场试探的方式判断所述地下电阻率分布异常体所在位置处是否存在考古遗址和/或文物。

11、作为一种可能的实现，根据所述第二平均值和所述标准差确定第一土壤氡浓度阈值和第二土壤氡浓度阈值的步骤包括：将所述第二平均值与所述标准差相减，得到所述第一土壤氡浓度阈值；将所述第二平均值与所述标准差相加，得到所述第二土壤氡浓度阈值。

12、本发明实施例提供的一种基于土壤氡指示的高密度电法考古物探方法，首先对探测区域进行了广域的土壤氡浓度值测量，从而判定出土壤氡浓度异常区域；然后再对土壤氡浓度异常区域进行高密度电法测量，得到相应的视电阻率信息；之后基于视电阻率信息构建相应的电性结构模型，并根据电性结构模型确定地下电阻率分布异常体；最终结合探测区域的地层、考古遗址和文物的电性特征信息判断地下电阻率分布异常体所在位置处是否存在考古遗址和/或文物。上述技术将氡放射性测量引入考古物探中，土壤氡测量能够在一定程度上反映地下介质的密实度、孔隙率等信息，能够在一定程度上有助于对以夯土为主的古遗址进行初步识别，且实施简单、速度快、成本低；上述技术先进行了土壤氡测量，对地下介质性质进行了初步勘查了解，为高密度电法的展开摸清了基本方向，缩小了高密度电法的勘探区域，相比于传统单一的高密度电法物探相比提升了考古物探的整体效率。

13、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

14、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。