超高密度电法的原理和应用

超高密度电法的 原理和应用
澳大利亚ZZ Resistivity Imaging Research Center 西安澳立华勘探技术开发有限公司

内容
超高密度直流电法勘探的概念
多通道数据采集技术
电法正演和反演技术
FlashRes64 系统 实例

M
N
M
N
电法勘探的原理 可否探测到异常 体的三个因素：
M N M N
异常体的 大小 距电极的距离 电阻率的反差

视电阻率图

如何处理空间电法数据

电法勘探方法的新发展
基于 现代电子技术的发展 反演技术的发展

分布式系统

多芯电缆系统

２、多通道技术
1)、为什么需要多通道
普通电法仪器一般是进行单通道数据采集， 供电电极AB通一次电，然后测量一次测量电极 MN之间的电位差，最后算出视电阻率值，完成一 个数据的采集。如下图，如假设我们用偶极法来 采集数据，我们要采集如下图的一组数据，即 AB-M1N1、AB-M2N2、……AB-MnNn。如果 用普通电法仪器那么工作顺序如下：

（1）、AB通电测电流，同时测M1N1 间电位差，AB断电； （2）、AB通电测电流，同时测M2N2 间电位差，AB断电； （3）、…… （n）、AB通电测电流，同时测MnNn 间电位差，AB断电
从以上工作流程可以看出，要采集这n组数据，就要给 AB通n次电。实际上这n次所测电流在理论上应保持不 变，AB通电后所形成的电场也应保持不变，但所用时间 却是n次AB通电时间。 如果用多通道技术进行数据采集，那么对以上n个数 据，只需要在AB上通一次电，就可以同时测得n个MN间 （M1N1、2N2、……MnNn）的数据，仅用了一次AB通 电的时间。即用了单通道数据采集时间的1/n。这样一次 通电后就可以测得一组数据，所以叫多通道数据采集技术。

3)、多通道的优势
使用多通道技术进行数据采集，可以大大提高工作效 率。对于用普通电法和高密度电法一次只测量几百到几千 个数据来说，多通道的优势好象并不明显。但是对于我们 的超高密度电阻率法来说，一次需要采集6万多个数据， 使用多通道技术就可大大节省工作时间，提高工作效率。 \n如果采集一个数据点耗费2秒时间，那么采集6万多个 数据就需要30多个小时，这在实际工作中是不可接受的。 而采用我们的61通道数据采集方法后，就可在不到1小时 内完成数据采集工作。多通道数据采集和单通道数据采集 在原理上并无两样，但是由于它打破了传统的单通道数据 采集思路，从而大大提高了工作效率，缩短了工作时间。 现国际上已开始流行多通道数据采集技术，但道数最 多的仪器GDP-2仅有16道，而我们的仪器是61道。

3、2.5维正反演系统
1)、视电阻率图
在所有实际的直流电法勘探中，对于每一个数据点都 必须用4个电极（无论二极、三极或四极法），都能测得 一个电流值I和一个电压值V。另外根据ABMN4个电极的 位置可以算得一个几何参数K，人们称ρ=K×V/I为视电 阻率。根据不同装置的要求，人们将这个视电阻率放到剖 面图上的一个确定位置。由多个数据点所测的数据所计算 出的被放到剖面图上不同位置的视电阻率组成的图象，被 称为视电阻率图。以前人们对直流电法数据的解释就依据 此视电阻率图。 视电阻率虽然不是地下岩石的真电阻率，但却是地 下电性不均匀体和地形起伏的一种综合反映。在电法勘探 发展的很长一段时间里，也是普通电法勘探的最终成果图。

2)、为什么要使用视电阻率图
(1）、在电法勘探发展初期和计算机不发达的 时代，没有先进的反演方法来进行数据处理，只 能用视电阻率图作为电法勘探的最终成果图。 (2）、视电阻率图作为一种广泛使用的电法成 果图，如果地下地质异常体并不复杂，还是能够 反映地下不同地质体之间的电阻率差异，是电法 勘探资料解释的常用手段。下面我们做了2个模型 来说明这个问题：

①、如图所示： 地电模型-1分为左右两 层，以测线中心为分界线。 左边电阻率为500Ω·M，右 边电阻率为1000Ω·M。模 拟地下有一垂直断层构造， 断层两边电阻率不同。对同 一地电模型，用普通电法的 不同电极装置和数据采集方 式，所得到的视电阻率图， 也还能够反映出地电模型的 基本特征，但不是很明显。 视电阻率图对不同地电体之 间的界限（断层）反映不 够，只是大概的显示出了断 层的位置，在进行资料解释 时，困难就相对大一些。

②、如图所示： 地电模型-2背景电阻率 为100Ω·M，其中有一个高 阻异常区域，电阻率为 3000Ω·M。模拟地下一定 深度处有一岩溶空洞，且被 空气所充满，电阻率比周边 区域高很多。对同一地电模 型，用普通电法的不同电极 装置和数据采集方式，所得 到的视电阻率图，对模型中 高阻异常体的反映很明显， 但是对异常体的大小和位置 反映较差。在进行资料解释 时，就很难得到岩溶空洞准 确的信息。

如图所示： 地电模型-3中背景电阻率为 100Ω·M，其中有两个异常区 域，都为2×2M大小。一个高 阻异常区是3000Ω·M，一个低 阻异常区是3Ω·M。模拟地下为 一均匀地质构造，其中有一些 岩溶空洞。空洞中充水的电阻 率较低，充满空气的电阻率较 高。 采用同一地电模型，用普通 电法的不同电极装置和数据采 集方式，所得到的视电阻率图 大不一样。对电阻率异常体的 显示都不是很明显，而且各不 相同。有些方法所得到的视电 阻率图，会出现几个异常体的 假象，对于资料解释来说困难 相对大一些。

如图所示： 地电模型-4分为上下两层，其 中上层电阻率为500Ω·M；下层电 阻率为2000Ω·M。其中下层有3个 异常区域，都为5×5M大小。一个 高阻异常区电阻率为10000Ω·M， 2个低阻异常区电阻率为10Ω·M。 模拟的地下地质构造情况较为复 杂，上层为浮土覆盖电阻率较低， 下层为基岩电阻率较高，基岩中有 一些岩溶空洞。空洞中充水的电阻 率较低，充满空气的电阻率较高。 在地下地质情况较为复杂时， 用普通电法的不同电极装置和数据 采集方式，所得到的视电阻率图， 对于模型的反映能力相对较差。对 异常体的位置和大小不能很清楚的 反映，反映比较好的是模型的上下 分层情况。这样在进行资料解释 时，就不能得到关于地下地质情况 的准确信息，造成及时困难。

3)、视电阻率图的缺点
（1）、对同一地电模型，采用普通电法的不 同电极装置和数据采集方式，所得到的视电阻率 图大不一样。各种方法的侧重点不同，在实际勘 探工作中对于电法类型的选择，往往成为电法勘 探的一个难点。用模型-3来说明这个问题： （2）、在地下地质构造情况较为复杂时，用 普通电法的不同电极装置和数据采集方式，所得 到的视电阻率图就不能很好的反映地下不同地质 构造异常。用模型-4来说明这个问题：

（3）、视电阻率图对地下地质 构造的反映能力，不如反演后 得到的真电阻率图反映能力强。 用下面的模型-4来说明这个问 题： 如图所示： 地电模型和（1）中相同。 采用同一地电模型，用普通电 法的不同电极装置和数据采集 方式，所得到的视电阻率图， 与经过反演后所得到的真电阻 率图相比较（图中1为视电阻率 图，2为真电阻率图），可以明 显的看出，经过反演后所得到 的真电阻率图在对地下地质构 造异常区域的反映能力上，比 普通电法所得到的视电阻率图 有很大的改善。对于资料解释 来说，无疑增加了很多可靠的 依据。