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在矿山开采、工程建设以及地质灾害治理中,对天然或人工地下洞穴的探测,在保证厂矿企业、交通设施、居民的安全以及考古和获取水源等方面都有着重要意义。
目前,工程建设,地质灾害治理等对物探的要求越来越高。在探测过程中,不但要探测体积大,埋深浅的异常体,还要求探测到体积较小,埋深较大的异常体。对体积大、埋深浅的异常体,由于产生的异常幅值较大,很多物探方法都能够成功探测。但是对于那些体积小、埋深大的异常体,由于产生的异常幅值较小,这些物探方法都得不到很好的异常响应。因此,在探测这类地质体时,这些方法都显得无能为力。传统的直流电法虽然能够达到很大的探测深度,但是其分辨率不高。因此,为解决这一问题,本论文就如何提高直流电阻率法的分辨率,进而取得好的探测效果进行了研究。
影响直流电阻率法分辨率的主要因素有:(1)装置本身对异常反映的灵敏程度。在现今的直流电阻率法中,存在着很多种装置。对于地下相同的异常体,它们探测到的异常幅值也会有所不同。因此,从这些装置中筛选出对地下洞体有较大异常反应的装置是很有必要的。(2)视电阻率曲线的形态。视电阻率曲线中异常部分的宽度越窄,振荡越小,则异常分辨率越高。(3)装置的探测深度与地下洞体埋深之间的对应关系。(4)信噪比。野外施工现场往往存在较强的干扰。因此,如何消除这些影响,获得较高的信噪比值得深入研究。(5)数据的空间采样率。为获得较高的空间采样率,应以密集的采集方式来对一条测线上的测点进行观测。(6)地形影响。地形起伏造成的异常往往会影响有用异常甚至将其湮没。所以,在有地形起伏时,应该通过地形校正来压制地形影响,从而使得真实异常得以更好地呈现。
对高分辨电阻率法的研究就是要解决以上问题。高分辨电阻率法是利用特定的电法装置,选择较小的电极距,采用密集的数据采集方式和相应的数据解释方法来对地下异常体实现高分辨的探测。
高分辨电阻率法的本质是电流电阻率法。和一般直流电法一样,它也是以岩石的电阻率差异为物理基础。本文首先介绍了直流电阻率法的相关理论和方法。接着,通过模拟实验,在地下地质体相同的情况下分析了单极一偶极装置,温纳四极装置,温纳三极装置,偶极一偶极装置,微分装置,施仑贝尔装置,中间梯度装置的异常反应特点。最后,本文得出如下结论:单极一偶极装置有较大的异常幅值、较窄的异常宽度;异常幅值与洞体埋深的增减性相同;探测深度与异常埋深存在一一对应的关系。此外,单极一偶极装置的异常曲线为单峰曲线,没有振荡出现。所以,单极一偶极装置是最适合用作高分辨电阻率法采集的装置。
在数据采集方面,与高密度电阻率法一样,高分辨电阻率法也是采用阵列布极方式,并通过自动控制装置来自动采集数据,从而满足空间采样率要求的。由于高分辨电阻率法采用的是单极一偶极装置,所以需要设置一个无穷远极,而该无穷远极在整个测量过程中是共用的。
高分辨电阻率法的数据解释主要采用两种方法:目标异常匹配法和视电阻率拟断面法。
目标异常匹配法:该方法是通过计算理论模拟数据与野外实际数据之间的相关度来确定地下洞的位置和规模。具体解释方法是,首先将地下半空间划分为一系列小单元(分析分辨单元),再假设其中某一单元为不均匀体,并称之为“目标单元”。接着,利用正演公式模拟采集一组数据,并将该模拟数据与实测数据作相关分析得出与之相应的“相关度”值。以此类推,不同的目标单元将对应着不同的相关度值。当目标单元的位置与实际地下异常体位置重合时,可以获得较高的相关度值。于是,具有较大相关度值的单元可用来确定地下异常体的位置。
视电阻率拟断面图法:该方法是直流电法勘探中一种传统的解释方法。对于不同的装置,它的制作原理不尽相同。对于高分辨电阻率法的资料解释,可采用交汇图解法来确定异常体的位置和大小。具体操作方法是:首先将地下半空间划分成一系列分析分辨单元,然后以剖面上某一供电电源为圆心,电位电极至电流电极的距离为半径画弧线,再将此时测得的视电阻率值赋值给该弧线所经过的所有分辨分辨单元。最后,对所有的记录点都重复此操作。若多条弧线都经过某一分析分辨单元,则将它们的视电阻率的平均值作为该分析分辨单元的视电阻率值。最后,进行成图制作,就可以得到相应的等值拟断面图或拟断面灰度图。
本论文对高分辨电阻率法从电法装置的选择,数据的采集,数据的处理以及数据的解释等方面进行了全面深入的研究。首先,通过对直流电法中各种装置的比较分析,得出单极.偶极装置是最适合的高分辨电阻率法装置的结论,然后研究了高分辨电阻率法在数据采集方面的相关技术,最后用目标异常匹配法和视电阻率拟断面法对数据进行解释,并取得了很好的解释效果。