一種綜合電法勘探方法與流程
2023-06-25 01:36:31
本發明涉及一種勘查地球物理領域的綜合電法勘探方法。
背景技術：
在勘查地球物理領域，電法勘探分為一維、二維和三維電法勘探。一維電法勘探由於勘探精度低，效果差，目前基本不使用。二維電法勘探精度和效果均優於一維，但勘探效率低於後者。三維電法勘探精度和效果均優於一維和二維，但由於供電點和測量點數量上遠遠多於一維和二維，從而導致三維電法勘探效率遠遠低於一維和二維，因此，該方法雖然有很好的勘探效果，但僅在部分非常關鍵勘探區且經費非常充足的情況下少量採用。
二維電法勘探需要在每條勘探線上布置電法勘探供電系統和測量系統，且後期數據處理過程中均把每條勘探線的數據作為二維數據進行單獨處理，由於實際勘探區很少存在真實的二維地質異常體，更多的是三維地質異常體，故二維電法勘探成果均為近似成果，從而導致其勘探效果較差。但由於二維電法勘探僅在一條勘探線的供電點上供電，同一條勘探線上開展電法數據採集，其勘探效率較高，且勘探效果優於一維，故是目前常用的電法勘探方法。但由於該方法每條勘探線均需要布置供電系統，導致布置供電系統的工作量較大；每布置一條供電線僅能測量一條測量線，若勘探區地形複雜、植被發育，則會導致難以甚至無法布置供電線，從而導致二維電法勘探無法開展的結果，限制了該方法在複雜地形的應用。
完整形三維電法勘探方法是對整個勘探區的供電點均分別供電一次，且每個供電點供電時，需要對整個勘探區所有測量點採集數據。該方法把實際勘探區內的地質異常體均作為三維地質異常體考慮，更符合實際地質情況。但由於完整形三維電法勘探的供電點需要覆蓋整個三維電法勘探測量點，供電點的數量等於測量點數量，需要對整個勘探區內的所有供電點進行分別供電，每次供電時需要對整個勘探區內的所有測量點採集數據，由於供電點數量過多，從而導致工作量成倍增加。
完整形三維電法勘探數據量和工作量遠大於二維電法勘探，從而導致在實際勘探過程中需要投入大量的人力、物力和時間，效率低，成本高。另外，在野外實際勘探過程中，由於三維電法勘探工作量大，很難在一天之內完成整個勘探區的工作量，一旦需要跨天完成，則每天均需要布置和回收整個勘探區的供電系統和測量系統，存在很大的人力、物力和時間的浪費，也會導致其勘探效率更低，適用性不強。而且，由於完整形三維電法勘探對於野外勘探區的地形要求高，若地形複雜、植被發育，則給布置電法勘探供電系統和測量系統帶來非常大的困難，有可能導致無法開展完整的三維電法勘探工作。因此，完整形三維電法勘探雖然在效果和精度上具有明顯的優勢，但由於其效率過低，成本過高，對地形要求過高，從而導致該方法在野外實際勘探工作中很少採用。
基於完整形三維電法勘探效率非常低、適用性不強的缺點，目前有人研究了十字交叉和Γ形布置測量電極的三維電法勘探方法。其著眼點通過減少測量點的電法採集數據量，實現減少野外工作量，達到提高勘探效率的目的。但十字交叉形和Γ形布置測量電極的三維電法勘探方法沒有減少供電點，其三維電法勘探的供電點仍需要覆蓋整個三維電法勘探測量點，供電點的數量等於測量點數量，由於供電點數量過多，且目前供電技術採用的是分時分點供電，每次僅能對一個供電點供電，從而導致供電系統的工作量無法減少。該方法僅採用某個供電點供電時選擇部分測量點採集電法數據，但為完成所有供電點供電時的數據採集工作，整個勘探區每個測量點均需要布置，只是某些供電點供電時，有部分測量點未採集電法數據，並沒有減少測量點的物理點布置。故上述十字交叉形和Γ形三維電法勘探方法相對於完整形三維電法勘探方法的勘探效率有所提高，但由於是通過減少某個供電點供電時所測量的電法數據，仍需要對整個勘探區的所有供電點進行分時供電，且需要布置整個勘探區測量點的物理點，故其勘探效率改善不明顯。
目前在綜合電法勘探方面主要採用二維電法勘探的剖面和測深方法進行勘探區選區和靶位確定，再在經費等條件滿足的情況下少量採用完整形或十字交叉形或Γ形三維電法勘探對靶位的地質情況進行核實，一旦在經費等條件不滿足時，則僅採用二維電法勘探成果進行靶位的最後確定。該種綜合電法勘探方式若僅選用二維電法勘探成果，則會由於二維電法勘探對三維地質體按照二維地質體對待，影響其勘探精度，有可能導致後續勘探驗證工程失敗或增加工程量；若選用二維電法勘探和常規三維電法勘探進行綜合勘探，則由於常規三維電法勘探勘探效率低，導致勘探成本升高，勘探周期延長等問題。
技術實現要素：
本發明的目的是基於二維電法勘探效率高、三維電法勘探精度和效果優的基礎上，提出一種綜合電法勘探方法，實現高效率、高精度地解決勘探靶區和靶位確定的問題。該方法是基於電法勘探區的勘探目標體特徵、地形地貌起伏特徵、勘探目標和要求，在電法選區勘探階段採用常規的二維電法勘探，發揮二維電法勘探方法的靈活性強、勘探效率高的優點，獲取電法勘探普查靶區；在電法普查勘探階段採用勘探效率高的十字形三維電法勘探方法，發揮十字形三維電法勘探方法的勘探效果好、效率高的優點，獲取電法勘探詳查靶區；在電法詳查勘探階段採用勘探效果優的米字形三維電法勘探方法，發揮精細的米字形三維電法勘探方法的勘探效果優的優點，獲取勘探驗證工程的靶位。本發明提出的綜合電法勘探方法充分挖掘不同方法的優點，在不同電法勘探階段有針對性地選擇不同的電法勘探方法。
本發明提出的一種綜合電法勘探方法具體步驟為：
(1)先行分析勘探區的前期地質成果，基於電法勘探區的勘探目標體特徵、地形地貌起伏特徵、勘探目標和要求，選擇常規的二維電法勘探方法，開展二維電法選區勘探，為後續電法普查勘探階段提供普查靶區；
(2)基於二維電法選區勘探階段提供的普查靶區，選擇勘探效率高的十字形三維電法勘探方法開展簡單的十字形三維電法普查勘探；為後續電法詳查勘探階段提供詳查靶區；
(3)基於三維電法普查勘探階段提供的詳查靶區，選擇勘探效果優的米字形三維電法勘探方法，開展精細的米字形三維電法詳查勘探；為後續勘探驗證工程提供精度更高的驗證靶位。
其中步驟(2)中的十字形三維電法勘探方法的具體含義為：基於二維電法勘探普查靶區的勘探目標體特徵、地形地貌起伏特徵，布置十字形的電法勘探供電點，利用電法勘探發射機通過供電點的電極向地下供電，採用電法勘探接收機同時接收多條勘探線上每個測量點的電場信號，求取每個供電點供電時每個測量點的視電阻率、激電參數，實現十字形三維電法勘探方法。
十字形三維電法勘探方法具體步驟為：
a、先行分析二維電法選區勘探普查靶區的前期地質成果，推斷區內主要地質異常體的走向或主軸方向，垂直於走向或主軸方向設定十字形三維電法勘探的X方向，平行於走向或主軸方向設定十字形三維電法勘探的Y方向，其中X與Y方向相互垂直，且均為水平方向；
b、根據勘探要求，確定普查靶區的X與Y方向的勘探長度，並確定X方向測量點間距c和Y方向測量點間距d的數值，從而確定普查靶區網格參數a和b的數值；基於普查靶區的勘探目標體特徵、地形地貌起伏特徵，採用十字形的電法勘探供電點網格坐標(x,y)和實際相對坐標(XC,YC)計算規則，確定十字形三維電法勘探所有供電點網格坐標(x,y)和相對坐標(XC,YC)，並布置供電點；
c、基於普查靶區的勘探目標體特徵、地形地貌起伏特徵，按照勘探要求及X方向測量點間距c、Y方向測量點間距d、網格參數a和b的數值，布置完整的三維電法勘探測量點；
d、在上述選定的十字形三維電法勘探供電線上的每個供電點分別供電，採用多通道電法勘探測量系統或多個電法勘探測量系統對普查靶區內的十字形三維電法勘探測量點進行電法數據採集，獲取到每個供電點供電時普查靶區所有測量點的十字形三維電法勘探數據；
e、把所有電法勘探測量數據整合為十字形三維電法勘探數據，進行十字形三維電法數據處理，獲取普查靶區的十字形三維電法勘探成果，從而實現普查靶區的十字形三維電法勘探；
其中十字形三維電法勘探方法具體步驟(b)中的網格參數a和b的數值、十字形的電法勘探供電點網格坐標(x,y)和實際相對坐標(XC,YC)計算規則的具體含義為：
設普查靶區X方向長L米，Y方向長N米，X方向測量點間距為c米，Y方向測量點間距為d米，以普查靶區的中心點為原點，則普查靶區的網格參數a和b計算過程如下：設
又設該普查靶區的網格左下角坐標為(-a,-b)，右上角坐標為(a,b)，則十字形三維電法勘探供電點位置的網格坐標(x,y)設置為：
其中公式(2)和(3)中的x、y、a、b、i、j均為整數；
根據以上規則，得出以普查靶區的中心點為原點，十字形三維電法勘探供電點位置的實際相對坐標(XC,YC)公式如下：
(XC,YC)＝(x×c,y×d) (4)
其中公式(4)中的x、y為公式(2)和(3)的計算結果。
其中步驟(3)中的米字形三維電法勘探方法的具體含義為：基於三維電法普查勘探所提供的詳查靶區的勘探目標體特徵、地形地貌起伏特徵，布置米字形的電法勘探供電點，利用電法勘探發射機通過供電點的電極向地下供電，採用電法勘探接收機同時接收多條勘探線上每個測量點的電場信號，求取每個供電點供電時每個測量點的視電阻率、激電參數，實現米字形三維電法勘探方法。
米字形三維電法勘探方法具體步驟為：
a、先行分析詳查靶區的前期地質成果，推斷區內主要地質異常體的分布情況，設定米字形三維電法勘探的X方向橫跨主要地質異常體，設定米字形三維電法勘探的Y方向與X方向垂直，其中X與Y方向均為水平方向；
b、根據勘探要求，確定詳查靶區的X與Y方向的勘探長度，並確定X方向測量點間距g和Y方向測量點間距h的數值，從而確定詳查靶區網格參數e和f的數值；基於詳查靶區的勘探目標體特徵、地形地貌起伏特徵，採用米字形的電法勘探供電點網格坐標(Mx,My)和實際相對坐標(MXC,MYC)計算規則，確定米字形三維電法勘探所有供電點網格坐標(Mx,My)和相對坐標(MXC,MYC)，並布置供電點；
c、基於詳查靶區的勘探目標體特徵、地形地貌起伏特徵，按照勘探要求及X方向測量點間距g、Y方向測量點間距h、網格參數e和f的數值，布置完整的三維電法勘探測量點；
d、在上述選定的米字形三維電法勘探供電線上的每個供電點分別供電，採用多通道電法勘探測量系統或多個電法勘探測量系統對詳查靶區的米字形三維電法勘探測量點進行電法數據採集，獲取到每個供電點供電時詳查靶區所有測量點的米字形三維電法勘探數據；
e、把所有電法勘探測量數據整合為米字形三維電法勘探數據，進行米字形三維電法數據處理，獲取詳查靶區的米字形三維電法勘探成果，從而實現詳查靶區的米字形三維電法勘探；
其中米字形三維電法勘探方法具體步驟(b)中的網格參數e和f的數值、米字形的電法勘探供電點網格坐標(Mx,My)和實際相對坐標(MXC,MYC)計算規則的具體含義為：
設詳查靶區X方向長O米，Y方向長P米，X方向測量點間距為g米，Y方向測量點間距為h米，以詳查靶區的中心點為原點，則詳查靶區的網格參數e和f計算過程如下：設
又設該詳查靶區的網格左下角坐標為(-e,-f)，右上角坐標為(e,f)，則米字形三維電法勘探供電點位置的網格坐標(Mx,My)設置為：
其中公式(6)、(7)、(8)、(9)中的x、y、e、f、i均為整數。
根據以上規則，得出以詳查靶區的中心點為原點，米字形三維電法勘探供電點位置的實際相對坐標((MXC,MYC))公式如下：
(MXC,MYC)＝(Mx×c,My×d) (10)
其中公式(10)中的Mx、My為公式(6)、(7)、(8)、(9)的計算結果。
本發明提出的綜合電法勘探方法基於二維電法勘探的靈活性強、效率高的優勢，選擇二維電法勘探為電法選區勘探階段的勘探方法，縮小目標勘探範圍，為十字形三維電法勘探提供普查靶區；基於十字形三維電法勘探的效率高、有三維勘探成果的優勢，進一步縮小普查靶區的勘探範圍，為米字形三維電法勘探提供詳查靶區；通過精細度更高的米字形三維電法勘探，實現縮小詳查靶區勘探範圍，從而獲得後期勘探驗證工程的具體靶位。通過上述方法的組合，從而實現高效率縮小勘探靶區範圍，高精度提供驗證工程的具體靶位的目的。
為減少測區邊界測點數據量少所導致的明顯邊界效應問題，本發明提出把十字形和米字形三維電法勘探的供電點擴展到測區以外，以便增加測區邊界測點的數據量，從而儘量減少其邊界效應引起的勘探精度降低。為平衡本方法的勘探效果和工作效率，測區外的供電點間隔採用2倍等比間距。
附圖說明
圖1為本發明的一種綜合電法勘探方法工作流程示意圖；
圖2為本發明的十字形三維電法勘探野外布置示意圖；
圖3為本發明的米字形三維電法勘探野外布置示意圖。
具體實施方式
以下結合圖1、圖2、圖3和實施例對本發明做進一步說明，以下說明中電法普查勘探階段選用十字形三維電法勘探單極供電-單極測量裝置，電法詳查勘探階段選用米字形三維電法勘探單極供電-單極測量裝置。
本方法的供電系統和測量系統能完全兼容目前已有的電法勘探設備，且測量系統能採用多通道電法勘探測量系統或多套電法勘探測量系統。
實施例1
圖2、圖3中的1為無窮遠供電電極，2為無窮遠供電線，3為電法勘探發射機，4為連接勘探區供電點的供電線，5所指的十字形符號為電法勘探移動供電極的供電點，6所指的圓形符號為電法勘探測量電極的測量點，部分供電點與測量點位置重疊。
綜合電法勘探方法的具體實施方式步驟如下(參考圖1)：
(1)先行分析勘探區的前期地質成果，基於勘探要求和目標，選擇常規的二維電法勘探方法，開展二維電法選區勘探，為後續電法普查勘探階段提供普查靶區；
(2)基於二維電法選區勘探階段選定的普查靶區，選擇十字形三維電法勘探方法作為電法普查勘探階段的方法，開展十字形三維電法普查勘探，為後續電法詳查勘探階段提供範圍更小的詳查靶區；
(3)基於三維電法普查勘探階段選定的詳查靶區，選擇米字形三維電法勘探方法，開展精細三維電法詳查勘探，為後續勘探驗證工程提供精度更高的驗證靶位。
基於二維電法選區勘探階段提供的普查靶區，開展十字形三維電法普查勘探，假設二維電法勘探提供的普查靶區X方向長L＝400米，Y方向長N＝400米，X方向測量點間距c＝40米，Y方向測量點間距d＝40米，則根據公式(1)
求得a＝5，b＝5，則該普查靶區的網格左下角坐標為(-5,-5)，右上角坐標為(5,5)。
根據公式(2)和(3)
代入a、b數值，求得十字形三維電法勘探供電點位置的網格坐標(x,y)為
根據以上所得，得出以普查靶區的中心點為原點的十字形三維電法勘探供電點位置的實際相對坐標(XC,YC)為：
(XC,YC)＝(x×40,y×40) (13)
其中公式(13)中的x、y為公式(11)和(12)的計算結果。
根據以上的計算結果，十字形三維電法勘探單極供電-單極測量方式的具體操作步驟如下(參考圖2)：
a、分析勘探區的前期地質成果，推斷區內主要地質異常體的走向或主軸方向，垂直於走向或主軸方向設定為十字形三維電法勘探的X方向，平行於走向或主軸方向設定為十字形三維電法勘探的Y方向，其中X與Y方向相互垂直，且均為水平方向；
b、根據以上求取的十字形三維電法勘探供電點網格坐標(x,y)和實際相對坐標(XC,YC)，並結合勘探區實際情況，在勘探區及周邊合理布置供電線上的移動供電電極的供電點5；
c、在勘探區外按照電法勘探原理和要求選擇無窮遠供電點，並布設無窮遠供電電極1和供電線2；
d、選擇某一個十字形三維電法勘探移動供電電極的供電點5(如圖2所示的XA-13)布設供電導線4和移動供電電極；
e、在勘探區外按照電法勘探原理和要求選擇電法勘探無窮遠測量點，並布設無窮遠測量電極和導線；
f、在勘探區內按網格方式布置所有十字形三維電法勘探測量電極的測量點6，並布置測量電極和導線；
g、通過電法勘探發射機3向無窮遠供電電極1和移動供電電極的供電點5(如圖2所示的XA-13)上的電極供電，記錄供電電流值，採用多通道或多套電法勘探測量系統記錄下該供電點供電時勘探區內每一個測量電極的測量點6和無窮遠測量電極之間的電法數據，待採集完畢，則通知供電系統改變供電電極的供電點5位置(如圖2所示的XA-9、XA-7、XA-5、XA-4、……XA13、YA-13、YA-9、YA-7、YA-5、YA-4、……YA13)，再重複上述電法數據採集過程，直至採集完每個供電點供電時所有測量點的電法數據；
h、獲取到上述十字形三維電法勘探的所有點的電法勘探數據後，求取十字形三維電法勘探的視電阻率或視激電等電法參數，通過後期數據處理，獲取到勘探區的十字形三維電法勘探成果。
基於十字形三維電法普查勘探階段提供的詳查靶區，開展米字形三維電法詳查勘探，假設十字形三維電法普查勘探提供的詳查靶區X方向長O＝100米，Y方向長P＝100米，X方向測量點間距g＝10米，Y方向測量點間距h＝10米，則根據公式(5)
求得e＝5，f＝5，則該詳查靶區的網格左下角坐標為(-5,-5)，右上角坐標為(5,5)。
根據公式(6)、(7)、(8)和(9)
代入e、f數值，求得米字形三維電法勘探供電點位置的網格坐標(Mx,My)為
根據以上所得，得出以詳查靶區中心點為原點的米字形三維電法勘探供電點位置的實際相對坐標(MXC,MYC)為：
(MXC,MYC)＝(Mx×10,My×10) (18)
其中公式(18)中的Mx、My為公式(14)、(15)、(16)、(17)的計算結果。
根據以上的計算結果，米字形三維電法勘探單極供電-單極測量方式的具體操作步驟如下(參考圖3)：
a、分析勘探區的前期地質成果，推斷區內主要地質異常體的分布情況，設定米字形三維電法勘探的X方向橫跨主要地質異常體，設定米字形三維電法勘探的Y方向與X方向垂直，其中X與Y方向均為水平方向；
b、根據以上求取的米字形三維電法勘探供電點網格坐標(Mx,My)和實際相對坐標(MXC,MYC)，並結合勘探區實際情況，在勘探區及周邊合理布置供電線上的移動供電電極的供電點5；
c、在勘探區外按照電法勘探原理和要求選擇無窮遠供電點，並布設無窮遠供電電極1和供電導線2；
d、選擇某一個十字形三維電法勘探移動供電電極的供電點5(如圖3所示的XA-13)布設供電導線4和移動供電電極；
e、在勘探區外按照電法勘探原理和要求選擇電法勘探無窮遠測量點，並布設無窮遠測量電極和導線；
f、在勘探區內按網格方式布置所有米字形三維電法勘探測量電極的測量點6，並布設測量電極和導線；
g、通過電法勘探發射機3向無窮遠供電電極1和移動供電電極的供電點5(如圖3所示的XA-13)上的電極供電，記錄供電點的供電電流值，採用多通道或多套電法勘探測量系統記錄下該供電點供電時勘探區內每一個測量電極的測量點6和無窮遠測量電極之間的電法數據，待採集完畢，則通知供電系統改變供電電極的供電點5位置(如圖3所示的XA-9、XA-7、XA-5、XA-4、……XA13、YA-13、YA-9、YA-7、YA-5、YA-4、……YA13等)，再重複上述電法數據採集過程，直至採集完每個供電點供電時所有測量點的電法數據；
h、獲取到上述所有米字形三維電法勘探供電點、所有電法勘探測量點的電法勘探數據後，求取米字形三維電法勘探的視電阻率或視激電等電法參數，通過後期數據處理，獲取到所需要的米字形三維電法勘探成果。