测深技术范文

测深技术范文（精选12篇）

测深技术 第1篇

1 频率测深的基本原理

电磁波的趋肤深度与频率的平方根成反比。在非均匀大地条件下, 电磁波的穿透深度随频率的降低而增加这一总规律仍然存在。如果利用计算大地的视电阻率, 则较高的频率反映的是较浅范围内的地电结构信息, 而较低的频率则反映较深范围内的地电结构信息。因此在一个测点上通过测量一系列从高频至低频的电磁信号, 就可以达到测深的目的。

不妨把频率测深和直流电阻率测深作一个对比, 在直流电阻率测深中是通过逐步加大电极距AB/2来达到增加探测深度的目的, 而在频率测深中电极距是保持不变的, 它通过逐步降低工作频率来达到增加探测深度的目的。显然, 变换频率比变换极距简易得多, 因此频率测深具有较高的工作效率。

当工作频率足够低时, 频率测深的探测深度可以达到数公里, 甚至更大, 这在直流电阻率测深中是难以达到的。直流电阻率测深还受接地条件的限制, 在诸如沙漠、冻土带、基岩出露地带等地方就无法开展工作, 但电磁测深却可以进行, 因为电磁测深可以采用磁偶极子发射方式, 而高阻层不会对电磁波构成屏蔽。

2 远区频率测深曲线

2.1 二层断面的频率测深远区曲线

二层断面频率测深远区曲线, 可见: (1) 在λ1/h1<8的区间内, Pw以振荡方式趋近于P1, 这是由于这一段对应的工作频率很高, 趋肤深度很浅, 第二层的影响可以忽略。λ/h1=8这一点称为参考点; (2) 在参考点右支, 随着频率的降低, 趋肤深度增加, 第二层的信息逐渐明显。若P2>P1, Pw则曲线单调上升, 呈G型, 并逐渐趋近于P2值。若P2

可看到, Pw/P1值互为倒数的Pw曲线以Pw/P1=1的横轴为对称轴。

2.2 三层断面的频率测深远区曲线

频率测深曲线类型的命名法则与直流电阻率测深是一样的。对三层断面来说, 有四种曲线类型, 即A型 (P1P3) ;H型 (P1>P2P2>P3) 。

3 电磁测深曲线的等值现象

和直流电阻率测深一样, 电磁测深曲线也存在等值现象, 等值现象的出现是由于实际观测总是存在误差所造成的。

3.1 T等值

对Q、K型断面, 由于基底是低阻的, 在第一、三层的层参数不变的条件下, 在一定范围内变化P2和h2, 只要保持T2=h2P2不变, 所得的Pw曲线就在误差范围内重合, 这种等值称为T等值。

3.2 S等值

对A、H型断面, 基底是高阻的, 在第一、三层的层参数不变条件下, 电磁场特征主要由第二层的纵向电导所决定。在一定范围内按相同比例变化h2和P2, 使得S2=h2/P2保持不变, 所得的Pw曲线在误差范围内不变, 这种等值称为S等值。

3.3 H等值

对K、Q型断面, 由于中间是高阻层, 电磁能的传播主要靠上、下导电层中涡旋电流的感应作用, 如果保持中间层厚度h2不变, 则P2在一定范围内的变化对上、下层感应作用的影响甚微, Pw曲线可认为是不变的, 这种等值称为H等值, H等值可表示为H=h1+h2=常数。

4 有限收-发距的频率测深曲线

在人工源频率测深工作中, 由于工作地区环境以及仪器接收灵敏度等方面的限制, r总是有限的, 这就使得在低频段工作时, γ>=λ的条件不能满足。这时测点处的电磁场已不能按远区场来处理, 频率测深曲线的尾支将偏离远区曲线, 这给解释工作带来困难。

4.1 均匀大地的频率测深曲线

均匀大地上的有限源距频率测深曲线, 在高频条件下有PwP1。随着频率降低, 电场曲线与磁场曲线表现出不同的变化规律。当ω0时PwEx以P1/2为渐近值, 只要对比一下就能明白这一点。从物理上说, 由于当ω0时测点进入了近区, 而近区电磁场的电场信号与频率无关, 与直流电场相当。

4.2 水平二层断面的频率测深曲线

两种典型二层断面的PwEx测深曲线, 值得注意的是当ω0时, 所有参量的PwEx曲线, 其中包括P2∞和P20的PwEx曲线的尾支不是呈直线上升或下降, 而是趋于一个渐近值。此渐近值等于相同极距的直流视电阻率值之半。r越大, PwEx曲线就越接近远区曲线, 偏离远区曲线的情形在更低的频段上才出现。

4.3 水平三层断面的频率测深曲线

4.3.1 A型断面的频率测深曲线

与远区曲线相比, 有两个特点:第一是在参考点附近有一个非常明显的极小, 这是由于地层波、地面波以及高阻基底界面的反射波相互干涉的结果。随着, r/H增大, 极小点向低频方向位移, 而测深曲线中段逐渐迫近远区曲线。

4.3.2 H型断面的频率测深曲线H型断面的频率测深曲线

和H型断面的远区曲线相比, 有限收-发距的皓曲线主要分岐在尾支, 而在极小值以左, 不同极距的电场曲线都几乎重合, 并且都通过PwEx/P1=1、λ1/h1=8的点。左支的斜率主要与u2值有关, 而左支的长度则与P2/P1值及h2/h1值有关。随着收发距的增大, H型曲线的极小值逐渐接近P2值。

与直流电阻率测深不同, 电磁测深可以穿越高阻屏蔽层, 从而反映出其下伏地层的信息。

进一步研究发现, 这极小值的大小和极小点的坐标与屏蔽层厚薄和收-发距大小有关。当收-发距一定时, 屏蔽层越薄, 极小值越尖而窄, 极小点越向高频方向位移。随着h2的增大, 极小值幅度变小、变宽, 同时极小点向低频方向移动。如果高阻层厚度不变, 则收-发距越大, 极小值就越尖、越窄, 收发距减小, 极小值幅度减小, 变宽。收发距的大小对极小点坐标的影响不那么显著。

参考文献

[1]王大纯, 张大权, 史毅虹等, 地质学基础[M].北京:地质出版社, 1995.[1]王大纯, 张大权, 史毅虹等, 地质学基础[M].北京:地质出版社, 1995.

测深技术 第2篇

因为海况、仪器噪声、海水中浮游生物等因素存在,测深数据中含有大量的异常数据和噪声,由于数据量大,如何有效定位异常数据和噪声是目前国际上的.研究热点.本文详细介绍了手工交互式编辑和常用的几种自动编辑方法,并重点介绍了基于测点密度的图像滤波方法,阐述了多波束测深数据编辑软件的实现,对多波束测深数据的快速编辑有一定的参考意义.

作 者：阳凡林 郑作亚 郭金运 刘智敏 YANG Fan-lin ZHENG Zuo-ya GUO Jin-yun LIU Zhi-min 作者单位：阳凡林,郑作亚,郭金运,YANG Fan-lin,ZHENG Zuo-ya,GUO Jin-yun(海岛(礁)测绘技术国家测绘局重点实验室,山东,青岛,266510;山东科技大学测绘科学与工程学院,山东,青岛,266510)

刘智敏,LIU Zhi-min(山东科技大学测绘科学与工程学院,山东,青岛,266510)

测深技术 第3篇

摘 要：为减少船撞击事故的发生，提高野外水域工作的方便性，在ARM CortexTMM4开发平台的基础上，设计以无线自组通讯网作为数据传递的测深防碰撞系统。本系统是以ARM CortexTMM4芯片作为处理器，ZigBee无线通讯技术、GPS_RTK高精度定位技术和超声波测量技术作为拓展功能，最终搭建而成并实现测深、定位和防碰撞。测试结果表明，系统是拥有较强的可用性和拓展性能，有利于减少船撞击事故和方便野外水域工作。

关键词：ARM CortexTM-M4；GPS_RTK； ZigBee；超声波；拓展性

中图分类号：TP393 文献标识码：A

Abstract：In order to decrease the number of ship wreck accidents and improve the convenience in outdoor water working， based on ARM CortexTM-M4 development platform， we designed the sounding anticollision system which relies on the wireless adhoc communication network as data transmission. With the ARM CortexTM-M4 chip processor， the expansion function of ZigBee wireless communication technique， GPS_RTK highprecision location finding technique and ultrasonic measuring technique， the system was built up finally to realize the sounding， locating and anticollision. The test result indicates that this system possess stronger availability and expansion capability.

Key words：ARM CortexTM-M4；GPS_RTK；ZigBee；ultrasonic wave；scalability

1 引 言

随着社会经济的发展，人们安全意识的不断提高，无线网络技术快速地变更，ZigBee技术应用领域也变得相当的广泛，信息的传输从有线逐渐步入无线传感网络传输，趋向于信息智能化传输。结合当今社会多次出现的货船碰撞、相撞事件，而且船舶碰撞是导致海洋石油平台结构损坏的突出风险因素，为减少事故的发生，利用了目前比较先进的技术对船的各个角度进行实时的监测，降低事故的发生[1]。为保证船只的安全，防止船只在浓雾天气发生碰撞，利用超声波测量技术测量船只与障碍物的相差距离进行监测。针对船只受到了一定程度的碰撞，激发船只的报警系统，并通过ZigBee无线网络技术传输求救信号到安全中心。本设计在船只航运、航海旅行和勘探方面都具有一定的实用意义。

2 系统的总体设计

本系统主要由ARM CortexTM-M4嵌入式平台数据处理模块、ZigBee无线组网通讯模块、超声波障碍物探测防碰撞模块、GPS定位信息模块、数据采集模块和用户的便携式计算机数据接收模块组成。 系统功能的总体架构图如图1所示。

ARM CortexTM-M4嵌入式平台数据处理模块中用到功耗低、成本低和易于使用等优越性能的ARM CortexTM-M4芯片。Cortex-M4内核是在Cortex-M3内核的基础上发展起来的，其性能比提高了20%[2]。ARM CortexTM-M4加入了信号处理控制功能，在处理数据和传送数据起到不可忽视的作用，工作时， ARM CortexTM-M4主要利用它强大的数字信号控制功能、快速的数据处理功能，并对测量到的信息起到中转站的作用。

GPS定位信息模块，引入了误差低、精确率高的GPS_RTK技术，RTK（ Real Time Kinematic）属于动态测量技术，是一种载波相位差分技术，关键就是参考站观测值的误差计算和流动站观测值的误差消除与定位[3]。RTK定位技术主要是通过实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法， 即是将基准站采集的载波相位发给用户接收机， 进行求差解算坐标。

计算技术与自动化2015年3月

第34卷第1期李俊楠等：基于CC2533的ZigBee技术智能小船测深防碰撞系统的设计

ZigBee无线组网通讯模块，在数据采集与测量完成后，数据将会暂存在处理器中，我们需要把数据通过数据链路传送给地面工作人员，系统运用无线组网通讯ZigBee技术。ZigBee 技术是IEEE802.15.4基础上发展起来的，是最新的一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术[4]。ZigBee技术的无线网络传输模块主要是用来实现把智能小船探测出来的信息传送回到移动用户端，实现整个系统的实时性数据记录。整个数据传输体系结构主要由处理器模块、无线通信模块和能源模块组成，处理器模块和GPS显示模块通过串口连接起来。无线ZigBee通讯网是一种网状网，由三个部分组成：网络协调器、路由器和终端设备[5]。系统测量出来的数据是通过ZigBee无线网络传输的，在基于ZigBee2007/PRO协议栈而开发的ZStack协议栈中，当应用程序需要发送数据时，通过APS数据实体发送数据请求到APS，在每一层中加上适当的帧头，组成帧信息，然后发送出去，传送到移动用户端。考虑到无线网络传输的质量和传输数据的安全性，系统中引入了在应用层新加入了分割传输功能和在有效载荷中加入了安全key的安全性较高的基于ZigBee2007/PRO协议栈而开发的ZStack协议栈。

在配置网络方面，ZigBee网络拓扑结构总共有三种情况：星型网络拓扑、网状网络拓扑和簇状网络拓扑[6]。具体的ZigBee组网拓扑如图2所示。

为了降低船受到碰撞造成的损失，系统还引入了超声波障碍物探测防碰撞模块，当小船受到障碍物碰撞威胁，超声波探头把接收到的模拟信号经过A/D转换成数字信号，激响蜂鸣器，从而达到了报警的目的。

用户的便携式数据接收模块主要是考虑到在野外工作的方便，以及能够获得实时的数据，用户可以用笔记本电脑安装系统的观测软件，就可以方便地了解到小船的实时数据。

整个系统运用了模块化的形式组建而成，降低了系统平台的构建难度以及部分模块的损坏造成对整个系统损坏的威胁，而且优化了整个系统的性能，总体上达到了低成本、低功耗、低复杂度和高操作性能。

3 系统硬件设计

系统硬件设计部分主要包括ARM CortexTM-M4嵌入式平台、GPS定位模块、ZigBee数据传送模块、超声波模块、音频模块和电源模块6个部分。系统硬件设计部分的架构如图3所示。ARM CortexTM-M4嵌入式平台数据处理模块主要用到了ARM CortexTM-M4微控制器，以及RS232串口通讯接口。ARM CortexTM-M4扩展有单周期乘法累加 （MAC） 指令、优化的 SIMD 运算、饱和运算指令、单精度浮点单元 （FPU）和信号控制功能。平台留出其他的接口，为了方便系统扩展其他的功能。

GPS定位模块用到了拥有USB接口的GPS定位器，通过串口转USB口线把GPS定位器与ARM CortexTM-M4嵌入式平台相连，GPS定位数据通过USB接口传到处理器，经由处理器通过ZigBee发送器输送到接收端。

ZigBee数据传输模块主要是用到了由CC2533芯片作为主控芯片的ZigBee节点设备，在小船上装的节点作为发送端，经过多次的节点转发，传送到长距离的用户端的接收节点。

超声波模块主要用到了超声波收发传感器、RS232串口、MAX232核心芯片。通过利用RS232串转TTL模块把超声波收发传感器获取到的信息传送到控制器。

音频模块主要是用于碰撞部分的警报信息的发出，用到了拥有5 通道DMA、23 个 GPIO、2 个 USART、SPI、I2C 以及 4 个计时器等丰富周边组件的CC2533芯片，低功耗、8位分辨率的ADC0809芯片，高耐压、大电流、反向驱动的ULN2003驱动芯片和KH-4025，频率为50KHz，信噪比为50db的蜂鸣器，当系统遇到碰撞威胁的时候，微控制器会会向音频模块发出一个电平，激发蜂鸣器达到报警的目的。

4 系统软件设计

本系统软件设计包括3个部分，分别是数字信号控制的开发、基于ZigBee网络的数据传输阶段的开发和定位的数据处理的优化。

4.1 数字信号控制与优化

按照系统对信号控制的要求，用ARM CortexTM-M4微控制器作为数字信号控制和处理的处理芯片，数字信号控制与优化主要是通过对芯片进行扩展，并且利用比较优化的算法进行处理，通过滤波算法把信号进行进一步的滤波优化，使得信号更加地光滑、准确，从而减少测量的误差。

本系统中在数字信号处理部分运用了卷积算法对信号进行处理，让复杂的信号简单化，提高了芯片的运行速度和工作效率。

卷积运算在cortex-m4上的程序实现[7-8]，程序流程框图4所示：

4.2 基于ZigBee2007/PRO协议的数据传输部分的开发

数据传输部分的开发主要是Z-Stack协议栈。目前比较规范的两种协议有“ZigBee”和“ZigBee2007/PRO”[9]。本系统主要是利用了ZigBee2007/PRO较高的安全特性， Z-Stack协议栈就是基于ZigBee2007/PRO协议进行开发的，包括协调器节点、路由器节点程序和需要执行的各种功能的程序的开发。在数据传输模块中，协调器节点主要是负责网络的构建和网络数据的中转，路由器节点负责数据的接收。

ZigBee网络协调器发送数据部分的程序流程框图和Zigbee网络路由器终端接收数据部分的程序流程框图如图5所示：

4.3 基于GPS_RTK定位技术的数据处理的优化

GPS_RTK定位技术主要包括数据的处理和数据的传输，本系统主要捉住了对这两方面的技术在原来的基础上引入了适当的优化算法，提高数据的处理效率和数据传输的准确性。GPS接收机根据载波频率分成了单频接收机和双频接收机，本系统中GPS接收机采用双频接收机，双频接收机可以同时接收L1、L2两种载波的信号，GPS的L1频率上调制有C/A码和P（Y）码，L2频率上调制有P（Y）码和L2C码[10]。对于GPS定位电离层误差是固有的，单频接收机消除不了这个误差，双频接收机可以结合L1、L2两种频率的卫星观测信息建立模型消除电离层误差，也可以升级RTK功能，使测量更加准确。

5 系统监测软件及界面的设计

系统监测软件主要由定位坐标、碰撞警告、测量环境和信息报表四个部分组成。定位坐标就是对小船目前所在位置进行定位，通过无线传送到监测软件上，从而让用户知道小船的所在位置，便于营救人员确定营救目的地。碰撞警告是当小船收到了碰撞的威胁之际，发出警告信息，并且示意出还有多长距离就会碰上障碍物，起到警告的作用。测量环境就是把小船在当时所在的地点的实际水深、小船陷水深度测量出来，并送到客户端软件。信息报表就是把所有需要测量的数据信息汇总起来，可以对以前的记录数据进行搜索。系统监测的软件界面如图7所示。

6 系统测试

系统经过搭建之后，并对系统进行一定的测试。在一个面积有50M2的湖里，用户接收端就安排在附近的一个亭子里，把ZigBee子节点设备安装在湖的四周围，并引向接收端，移动点通过RS232接口与cortex—M4连接用来发送测量的数据通过节点的转发送到用户端。

经过测试，在测试环境里面，系统的ZigBee设备能够自动搜索到其他节点，通过手动连接，并且能够获得比较准确的测量数据。

在防碰撞警报测量测试中，小船离障碍物有6M（船头离障碍物的距离）的地方为记录点A，报警周期为T=200ms，空气中传播速度V=340M/S，波特率为P=9600，在船与障碍物碰撞期间采取4个点。测量距离、实际距离与相对误差数值如表1所示。表中测量结果说明本系统的防碰撞部分的误差在3CM～25CM，误差范围大致上符合要求。

7 结 语

本系统用到了精确度较高的GPS_RTK定位技术做为小船的定位、低功耗和低复杂度的ZigBee无线通讯网络用来对测量到的数据进行传输，超声波技术用来测量距离的长度并和蜂鸣器进行结合达到报警的目的。经过测试，系统的各项功能基本得以实现，并对扩展的功能预留出扩展的接口以作为功能扩展作用，本系统可以用在户外作业，对水域的探测与安全防御有一定的帮助。

参考文献

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测深技术 第4篇

关键词：大地电磁测深法,视电阻率,互参考磁道

0 引言

大地电磁测深法由于利用的是天然的电磁场, 其场源相对较弱, 容易受到各种噪声的干扰[2]。常见的干扰类型主要有场源噪声、地质噪声、人文噪声三大类。这些干扰使MT资料表现为频点数据离差大、跳点不连续、曲线形态突变等, 特别是中、低频段噪声较大, 可信度差, 给资料的处理解释带来了一定的困难。针对这个问题, 学者提出了各种处理的方法, 其中最重要的是两类方法为:第一类是基于当前测点观测电磁场的局部参考技术, 即本地参考技术。该类方法实际是传统的最小二乘估计方法[3]。由于该方法受到相关干扰的影响较大, 为了提高相关阻抗的质量要消除这些相关的干扰。通过野外观测发现, 大地的天然变化的磁场在很大范围内具有可比性的, 而对地电构造起主要作用的是电场信号, 由此发展出了第二类大地电磁电磁测深去噪技术, 远参考点大地电磁测深法 (互参考点大地电磁测深法) [5]。该方法在大地电磁勘探中具有较强的抗干扰能力, 是一种能够有效的压制各种干扰, 改善MT观测数据的质量。近年来随着测量仪器性能的改善, 在采取了GPS同步技术以后, 使得多台仪器能够同时同步的对数据进行采集, 保证了参考道技术能够得到有效的利用, 并且越来越成熟。国内也在如何更好的利用互参考道技术进行了大量的试验, 得到了很好的应用效果, 积累了大量的经验。本文在此基础上, 通过在相山地区得到数据, 采用不同的参考系, 对数据较差的点进行处理, 通过本地电参考, 本地磁参考, 互参考电场, 互参考磁场对数据进行处理得到卡尼亚视电阻率曲线和相位曲线。通过对比发现互参考磁场处理的效果优于其他三种方法, 所以在数据处理过程中我们一般才用互参考磁道的方式对质量较差的数据进行处理, 可以很大的改善数据的质量。提高数据解释的正确性、精确性和可靠性。为实测资料的反演解释提供帮助。

1 基本原理

在大地电磁观测系统中如果不存在噪声的干扰, 任一频率大地电磁场水平分量满足如下的关系:

式中, Ex、Ey为水平电场的x和y的分量, Hx、Hy为水平磁场的x和y分量, Zxx、Zxy等为阻抗张量元素。根据 (1) 式, 只要有两组非线性相关的观测值, 就可以求得张量阻抗的值。但是在实际的野外数据的测量中的观测值是真实信号和噪声信号之和:

上式中, 脚表s和n分别表示真实信号和干扰噪声。在这种情况下, 只有真实信号满足阻抗张量关系 (1) , 而含噪声的观测值不能满足阻抗张量的关系。因此, 利用实测资料将不能精确地求得阻抗张量的值, 只能利用多组数据计算其平均近似值。

所以, 在实际计算时用功率谱求解张量阻抗公式为:

式 (3) 中, *代表复共轭, <HxHx>、<HyHy>代表平均自功率谱, <Ex Hx*>、<ExHy*>、<EyHy*>等为互功率谱。从上式可以看出磁噪声将导致张量阻抗估算偏低, 而电噪声将导致张量阻抗估算偏高。

当两个观测点相距较远时, 则两观测点间的电磁分量中的噪声一般可以满足相互独立这一条件。但是这还不够, 因为噪声的功率谱是不能被忽略的。由于大地电磁中的磁信号在相当一段距离范围变化是缓慢的。人们提出了将一互参考处的磁信号作为测点处的磁分量来估算张量阻抗[4]。则这时候有

一般情况下, 对于二维介质的以磁道为参考的张量阻抗表达式可以写成:

从 (5) 式可知, 每一对互功率谱均包含参考道的磁分量, 只要在远参考点与测量点间的噪声特性是非相关的, 实际上只要两点间的距离大到一定的程度, 这个条件是比较容易满足的, 互参考处理便能提高张量阻抗的计算精度[5]。

2 野外数据的采集和处理流程

2.1 野外数据的采集

互参考的技术是利用两台或多台仪器同时进行观测, 在进行互参考处理时, 要求作为参考点的数据质量必须足够高, 因此在野外采集时参考点的选择须尽量避开有明显的电磁干扰地方, 噪声水平相对较低, 地势平坦的低阻覆盖区比较适宜。野外数据采集的具体要求如下:

1) 采用张量观测方式, Ex、Hx要求沿正南北方向, Ey、Hy要求沿正东西方向布设, 布极采用森林罗盘仪测量角度, 布极方位误差不应超过1°。

2) 电极一般采用标准的“+”字形布设, 在特殊情况下可以采用“T”和“L”进行布设。

3) 水平磁棒方位经森林罗盘实测, 方位误差小于1°, 磁棒埋入地下的深度不小于30cm, 埋设前用水平尺校准, 保持水平倾斜角度小于1.5°;如果有垂直磁棒, 要求垂直磁棒的向下误差不大于1°。

4) 接地的电阻要求尽量的小, 通常要求小于5000Ω, 电极的电位差小于1Mv。

5) 做好野外板报, 对每一个测点的周围的主要地形、地物、可能存在的干扰情况进行说明。

2.2 数据的主要处理流程

MT互参考数据处理的基本流程大致可以分为以下几个主要过程:

1) 观察测点和参考点的时间序列, 判断被信号被干扰的情况;

2) 判断要处理测点的内容, 挑选有用的信号, 截取时间序列;

3) 将测点和参考站时间域数据转化成*.TSR和*.TSD文件;

4) 对*.TSR和*.TSD文件时间信号文件分别做Robust和互参考处理, 形成MT功率谱文件。

5) 用TBS编辑器对处理得到的MT功率谱文件进行综合编辑。

6) 对MT功率谱文件进行转换成视电阻率和相位。用于反演。

3 实测数据处理效果分析

下图为对某一测点的实测MT数据经过本地电参考, 本地磁参考, 互参考电场和互参考处理以后的大地电磁测深视电阻率和相位对比曲线图 (两点相距20km)

实测数据通过本地参考处理和互参考处理以后会发现, 经过磁参考处理的数据明显要好于经过电参考处理的数据, 而经过互参考磁场处理的数据的质量又优于经过本地磁参考处理的数据质量, 所得到的数据的曲线更加光滑。在实际的生产应用中利用互参考磁场的方法对质量较差的数据进行处理, 可以明显的提过数据的质量, 消除由于干扰引起的数据跳跃现象, 使曲线的连续性明显的优于常规的处理方法。说明互参考技术能够很好的消除噪声干扰, 提高数据的处理质量, 实践表明互参考方法在实际的生产中是有效的、可行的。

4 结论

互参考技术的运用要求两台或多台仪器同时进行工作, 作为参考点的数据必须质量较高, 参考点的布置要求选择尽量避开有明显的电磁干扰地方, 应选择放置在噪声水平较低、地势平坦的地方。野外实践和实验证明互参考技术处理MT资料在方法上和技术上是可行的, 它不仅改善了数据质量, 对大地电磁场的性质不会改变。即, 它不仅对视电阻率曲线和相位曲线均有不同程度的改善, 还可以消除50Hz的工频干扰。消除了某一频段的曲线畸变, 使曲线更加趋于规则, 使处理的数据结果更加可靠真实。

参考文献

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测深技术 第5篇

Occam反演及其在瞬变电磁测深中的应用

Occam反演技术被应用中心回线瞬变电磁测深数据的.反演中.理论模型和实际数据的反演结果表明,利用Occam反演技术可以较为准确地获得地电断面的电阻率分布.一般5次迭代目标函数就可以收敛到510-2.

作 者：翁爱华 WENG Ai-hua 作者单位：吉林大学应用地球物理系,长春,130026刊 名：地质与勘探 ISTIC PKU英文刊名：GEOLOGY AND PROSPECTING年，卷(期)：43(5)分类号：P631.3 P628关键词：瞬变电磁测深 中心回线Occam反演 GeoElectro软件系统

浅议海道测深数据管理软件的应用 第6篇

关键词：海道测深 数据管理 多波束 BDB

0 引言

随着陆地资源的减少，人们对海洋资源的重视日益提高，开发海洋资源应首先进行海底地形测量。近年来，海底地形测量技术获得了快速发展，测量方式由最初的单波束测深发展为各种规模的多波束测深技术。多波束测深最大的特点是测点多、全覆盖、精度高、能够准确全面反映水下地形起伏变化情况，但同时会产生巨大的数据量，对这些数据的处理、管理和二次开发利用成为当前亟待研究解决的问题。

尽管目前海事测绘中心提供的数据以单波束测深为主，但许多重要的港口和航道已向多波束测深方向发展，这些数据被检查确认后，需要有一个水深管理数据库进行预处理、分析和保存。加拿大的Universal System公司开发的Caris Bathymetric processing and data management软件（简称BDB软件）是目前全球最先进的水深数据库管理系统之一，本文以BDB 软件为例，重点探讨了海道测深数据如何进行管理，以满足不同用户的需求。

1 BDB软件功能介绍

1.1 BDB软件概况

BDB是Caris产品家族中针对测深数据管理分析的一个软件包，包括客户端、数据库服务和数据库管理工具。处理工具都在客户端，可以脱离数据库服务单独应用。它与HIPS&SIPS、Hydrographic Production Database（HPD）、S-57 Composer和Spatial Fusion Enterprise等共同构成Caris Ping-to-Chart工作流（见图1）。

基于ORACLE数据库（或开源的PostgreSQL），BDB可以有效地存储、管理和检索大量的水深数据。另外，BDB具有一套灵活的工具集，能对水深数据分析、预处理和管理，经过预处理和确认的数据可以提供给海图生产（如HPD）使用。

图1 Caris Ping-to-Chart工作流

1.2 BDB软件主要特点

1.2.1 操作的灵活性

为满足不同用户的需求，BDB采取了灵活的操作方案：

BDB客户端（BASE Editor）：用户可结合多种有效的水深数据分析，比如其自身的CSAR格式、通用的网格格式（如BAG）或导入XYZ数据格式等。

BDB数据库（Bathy DATABASE）：对水深数据进行管理，用户可通过多种自定义查询条件获取数据。

1.2.2 可兼容多种数据格式

BDB支持多种格式数据，如矢量数据（DWG、DXF、S-57、HOB）、栅格数据（GeoTIFF、BSB、TFW）和其他类型的数据（XYZ、LAS、BAG）等都可导入到系统中，并可根据用户的需求输出多种格式的数据。

1.2.3 CSAR架构

为了高效管理大量测深数据，Caris采用CSAR架构为网格数据和点云数据开发了新的数据结构。CSAR架构通过将数据拆分为小块，确保大量多维数据的存储和可视化。网格和点云数据结构以多种分辨率存储以便于快速获取数据，通过这种方式，数据集的数据无论是否显示都可随时获取，用户也可不被水深数据集的文件大小或最多记录数所限制。

2 Caris BDB软件的应用

2.1 数据导入

BDB可以编辑操作多种数据来源的水深数据格式，最常见的包括XYZ格式和CARIS数据格式，即目前海事测绘中心提供的数据格式。XYZ文件导入BDB有两步：1.创建info文件，即包含XYZ数据集位置和属性信息的XML文件；2.用户需定义导入和输出的坐标系统，以及数据是以点云或网格格式导入。

2.2 面操作

为便于用户管理水深数据，BDB将水深数据转换为特定格式—Base Surface，并有一系列工具进行编辑操作。

2.2.1 面合并

根据需要BDB可以将相邻区域或者有重叠区域的surface合并成连续无缝的surface，数据集可以是不同来源（单波束、多波束等）、不同分辨率、不同区域，数据重叠区域用户可定义取舍规则避免冲突（见图2）。

图2 面合并重叠区域取舍规则

2.2.2 面差异比较

用户可使用覆盖同一区域，使用相同投影和坐标系统的surface进行比较，创建一个新的差异面，此功能可用于分析某地区在一段时间周期内水深变化情况。

2.2.3 面插值

插值是通过函数计算水深点之间的系数并生成面的过程。用户通过三角格网（Tin）插值生成面，计算数据密度来确定适合的分辨率。

2.3 数据分析

2.3.1 统计工具

BDB统计工具可方便用户对数据进行统计分析，除数据集的最小值、最大值、平均水深等基本参数外，还可以生成柱状图直观分析数据分布，统计结果可以PDF、Tiff等格式输出（见图3）。

图3 数据统计

2.3.2 3D图像显示

BDB的3D Viewer工具可显示数据3D影像，可通过鼠标滚轮实现放大缩小和漫游（见图4）。用户根据Properties里的Filter定义水深范围值来有选择的显示surface 3D影像，并可对3D影像漫游录像。

图4 BDB的三维显示

2.4 水深产品输出

2.4.1 等深线和等深面

等深线可以通过surface面或三角格网生成，用户根据需要选取等深线范围和间隔。生成的等深线需要做平滑处理，但不管是平滑前后，等深线都可能有交叠情况，方便的情况下可以手动检查。如果数据量较大，可以利用CARIS HPD Source Editor进行等深线交叠检查。首先将等深线层导出hob文件，在CARIS HPD Source Editor中使用validation功能，查明等深线交叠区域并加以改正，再导出hob文件到BDB中，这样可以得到初步光滑并无交叠的等深线。

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经过平滑的等深线可以生成等深面。

2.4.2 水深提取

用户可以从点云或surface文件提取水深，可先由系统自动提取再进行人工修正。自动提取须新建一个S57要素层，通过设定水深选择规则和属性条件来提取水深。

生成的水深部分与生成surface的最原始水深相同，但有部分是插值出来的新水深，这样跟最原始水深并不是完全一致，提取的水深可以hob格式导出。这里只能实现对一个完整surface文件提取水深。如果需要提取其中部分surface的水深，可以先提取出目标水深所在的surface再执行操作。

2.5 数据导出

BDB软件可导出多种格式的数据，surface可导出ASCII、BAG、HTF、TIFF、点云等多种数据格式，方便满足用户的不同需求；矢量数据（如等深线和提取的水深）可导出S-57、Shape file、GML、KML和DXF格式，KML格式可使用户通过Google Earth浏览要素。

3 结束语

测深数据的存储和管理对于海道测量具有重要意义，对于单波束测深成果，我国已研究和开发出一整套完善的数据处理和成图软件系统；而对于多波束测深数据的后处理技术尚处于跟踪研究阶段。BDB作为一套现成的商业化多波束数据后处理软件，在测深数据的加工、集中管理和综合应用方面可以为用户提供满意的解决问题方案，具有较高的利用价值。

参考文献

[1] 陆秀平，黄谟涛，霍国君等.多波束测深数据处理及管理系统设计与开发[J].海洋测绘，2006，26（6）：1～5.

[2] Caris BASE Editor Training Manual 4.0[M]. October 2012.

[3] Daniel Kruimel，Christian Fellinger. Bathymetric Data Management： The Ports and Waterways Environment[C].Proceeding of the SURVEYING&SPATIAL SCIENCES BIENNIAL CONFERENCE.2011.

[4] 李忠新.海道测深数据管理研究[C].中国航海学会航标专业委员会测绘学组学术研讨会学术交流论文集.2008.

[5] 侯世喜，黄谟涛，欧阳永忠等.多波束数据处理软件的应用与启示[J]. 海洋测绘，2003，23（6）：14～17.

二维大地电磁测深中静态效应分析 第7篇

当浅层存在局部电性不均匀的二、三维地质体时, 浅层介质电阻率的均匀性会被破坏, 从而改变了浅层介质中水平方向电流密度的均匀性, 使得在浅层不均匀体的周围存在密集或稀疏分布的畸变场, 导致地表观测的电场分量突然增强或突然减弱, 使大地电磁测深曲线产生畸变, 使相邻测点的视电阻率曲线或者同一测点的两条视电阻率曲线发生平行移动, 而相位曲线几乎没有变化, 这种畸变被我们称为“静态效应”。

浅层电性不均匀体对大地电磁测深资料的影响, 主要源于电荷不均匀体表面积累的电荷使电场造成的畸变。其位移量在双对数坐标系中为一个与频率无关的常数。其值不仅与区域背景有关, 而且还与浅层不均匀体的形状、大小、尺寸、电性对比度及测点的位置有关。

1 静态效应特征分析

1.1 TE极化模式和TM极化模式下静态效应的影响特征

建如图1简单的二维层状模型, 在近地表存在两个电性不均匀的地质体, 一个低阻10Ω·m, 一个高阻1000Ω·m, 它们的厚度都为10m, 宽度都为400m。图中1、2、3、4是取的地质体附近的四个测点。

图2是TM极化模式下, 1、2、3、4四个测点的视电阻率响应曲线 (实线) 和没有静态效应影响的理论响应曲线 (虚线) 对比图。图3是TM模式下, 这四个测点的阻抗相位响应曲线 (实线) 和没有静态效应影响的理论响应曲线 (虚线) 对比图。

图4是TE极化模式下, 1、2、3、4四个测点的视电阻率响应曲线 (实线) 和没有静态效应影响的理论响应曲线 (虚线) 对比图。图5是TE模式下, 这四个测点的阻抗相位响应曲线 (实线) 和没有静态效应影响的理论响应曲线 (虚线) 对比图。

由图2、图3可以看出, 在这种模型下, TM极化模式下的视电阻率受静态效应明显, 已经失真, 而其阻抗相位则几乎没有受到静态效应影响;TE极化模式下的视电阻率和阻抗相位几乎没有失真, 受静态效应影响较小。

1.2 近地表不同规模的地质体受到的静态效应影响特征

同样以模型1为例, 一个低阻, 一个高阻, 模型1中它们的厚度都为10m, 宽度都为400m。

1.2.1 模型2a, 将他们的厚度加大为30m, 宽度不变, 仍然为400m。

由于静态效应对TE极化模式几乎不影响, 对TM极化模式的视电阻率影响严重, 而对其阻抗相位不影响。这里只观察TM极化模式下四个测点的视电阻率响应特征, 从图4中可以看出, 加厚了的模型2a的四个测点的视电阻率曲线 (菱形线) 比模型1的曲线 (实线) 偏离没受到静态效应影响的理论曲线 (虚线) 更远, 说明加厚的模型2a受到静态效应相对模型1更严重。

1.2.2 模型2b, 将他们的厚度不变, 仍然为10m, 宽度加宽为800m。

同样, 这里只观察TM极化模式下四个测点的视电阻率响应特征, 从图5中可以看出, 加宽了的模型2b的四个测点的视电阻率曲线 (菱形线) 比模型1的曲线 (实线) 偏离没受到静态效应影响的理论曲线 (虚线) 更近, 说明加宽的模型2b受到静态效应没有模型1受到的静态效应严重。

2 结语

对于TE极化模式和TM极化模式而言, TM极化模式的视电阻率受静态效应更明显更严重, 对相位几乎不影响。在双对数坐标上表现为视电阻率曲线形态不变, 在沿着坐标轴上下平移。

从图2、图4、图5中可以看出在低阻地质体上的测点2视电阻率曲线偏离没受静态效应影响的理论视电阻率曲线距离较在高阻地质体上的测点3视电阻率曲线偏移距离更大, 说明浅层低阻地质体较高阻地质体受静态效应更严重。

电测深实测新方式研究及应用 第8篇

金属矿产地质勘查过程中, 常要对有利成矿地段或物探异常开展一些精测剖面工作, 以了解地质目标体在地下空间的赋存规律和展布特征, 为地质工程的布设提供依据。布置激电测深剖面是力求反映激电异常地下空间物理性质的分布和变化, 进而推断金属硫化物矿床地质规律的有效方法之一。目前在国内, 大多数激电测深剖面都采用对称四极激电测深装置, 如图1所示。

从图1可以看出, 对称四极装置的供电电极和测量电极都是成对分布的, 并按一定规律展开, 通常MN<<AB, 且MN/AB之值在1/3~1/50间。当在同一测线上进行多个测深点测量, 由于测点与测点间电极位置关联性较差, 造成野外跑极的繁琐, 工作效率很低。

常用对称四极电测深供电极距序列, 主要沿用1963年规范:

该极距序列在对数坐标轴上基本等间隔排列, 属于对数模式, 适用于似水平地层的电测深曲线的推断和一维 (水平层状介质) 定量解释。而对于非水平地层情况, 因各极距在对数坐标上呈等间隔展开, 致使小极距时采样点过密, 较大极距时采样点过稀, 中、大极距的间隔偏大, 使得断面图纵向观测数据稀少, 拟断面图下部较粗糙。二维反演时, 因中、大极距数据不够充分, 而降低了断面中部和深部的定量解释精度。视电阻率/视极化率拟断面图和二维反演后电阻率/极化率真断面图像中深部地质体细节反映较差, 导致异常解释精细程度降低, 很难满足当前“攻深找盲”的要求。

同时电测深剖面 (断面) 在一段测线上布设几个测深点, 野外对称电测深剖面施工时, 电极要按测深点距来回反复平移。而在大极距情况, 电极位置分布并不合理。倘若电测深剖面点距40m, 当供电极距AB≥4000m, 相邻测深点间A、B电极平移40m, 仅为极距的≤1%。完全在供电电极距离的允许误差范围之内, 平移没有实际意义。

目前, 我国实测电测深断面成果仍局限于视电阻率/视极化率等值线拟断面图, 然而拟断面图示点的几何位置 (横坐标取测深中心点位, 纵坐标取极距的函数) 和物理参数 (视电阻率/视极化率) 均存在不确定性, 且拟断面图形态特征取决于选用的装置。解释者只能凭经验对拟断面图作大致的定性推断。若盲目作直观解释, 就可能会造成推断的失误。电测深断面二维反演软件虽已问世多年, 但其实用化迟后于生产的需要。当前广大勘查单位的电测深断面实测资料基本上未应用二维反演。

广西地球物理学会理事长、桂林工学院葛为中教授近年总结了国内激电测深工作现状及存在问题之后, 研究变革测深供电极布极方式, 提出了“梯度测深剖面”新方法。

梯度测深 (缩写GS, 取英文词Gradient Sounding的首个字母) 装置包括三极梯度测深、偶极梯度测深 (AB≥MN) 和四极梯度测深 (含亚对称四极、不对称四极和中梯测深) 。可用某种装置 (如三极或双向三极) , 也可组合应用 (如三极-偶极或四极-偶极) , 甚至用泛装置 (含三极-偶极-四极等) 。

梯度测深剖面工作中, 每一极距供电时, 同步 (或连续) 观测多个测深点的电位差 (相当于作定源的梯度剖面) , 再扩大极距作多点观测。根据测深点数、仪器的道数或台数, 按多点 (如3~6个点) 一串方式同步观测。测深长剖面可多串分段完成。

梯度测深剖面的电极沿剖面有规律布设, 在测深剖面起点的M极和终点的N极之间, 为等间隔密点区;之外为渐稀区, 供电点位间距按点距的整数倍 (2、4、8、12、16、24…) 阶梯式增加。这种电极点位分布 (近区等间隔、远区分段渐稀) 适宜二维数字模拟网格。应用反演软件作定量解释, 获得电阻率和极化率“真”断面图像, 这是测深剖面的最终成果图件。而视电阻率和视极化率拟断面图仅为测深剖面的中间成果图件。

梯度测深剖面系统与传统电测深剖面相比较有如下特点:减少供电极的布设来回移动次数;可同时观测多个测深点的数据, 很适合多通道接收机或多台单道接收机, 工作效率高;中、大极距实测数据较丰富, 相对固定地渐稀布设供电极点位, 有利于二维反演定量解释的实现。为激电精测剖面的电测深开展精细测量提供了新思路。

2 连续三极测深方式

2.1 简介

连续三极测深方式由葛为中教授在2006年年底提出。从布极方式来看, 它是在供电极距扩大过程中, 作定源三极梯度剖面, 属三极测深装置的变种, 也称为三极梯度测深剖面 (GS-3) 。按供电极移动方向分为向左A极 (GS-3A) 和向右B极 (G S-3 B) , 还有双向三极梯度测深剖面 (GS-A 3 B) 。

在非水平地层上运用三极梯度测深剖面, 解释结果更符合实际。适应于高密度测量方式, 探测深度能力优于高密度电法。连续三极测深装置GS-3B (MN B→) 布极图例见图2。

一个测线上多个测深点 (1) 、 (2) 、 (3) … (5) …共用一个供电极B极, 外移B极测量。若测线基本点距为20m, (1) 为第一个测深点, B极到 (1) 的距离400m之后逐渐放稀如400m, 420, 460, 500m, 540, 600, 660, 720, 800m, 900, 1000m, 1200m, 1400m…。

2.2 连续三极测深供电极距基本序列

葛为中教授建议电测深供电极距序列采用平方模式, 对传统的常用极距序列进行了抽稀、加密, 与对数序列相比较, 小极距时采样点变稀, 而在较大极距时采样点得到加密。各极距在平方坐标上呈近似等间距展开, 新的供电极距基本序列:

极距序列设计以平方函数为依据, 如4至170, 即自然数2至13的平方 (误差±1) ;200、250、320…500, 接近14、16、18…22的平方;640、800、1000…3000, 接近25、28、31…55的平方。它属平方模式极距序列, 称“平方极距序列”。实际应用时可适当灵活增、减或变动极距。

在点号等间隔分布的测线上开展电测深情况, 供电极距应为点距的倍数, 供电点位间距按点距的整数倍 (2、4、8、12、16、24…) 阶梯式增加, 并使电极位于点号上。

2.3 外延稀释供电极点位的设置

精测剖面外延测线上要逐渐稀释一系列供电极点位。其中每一个供电极都可为所有测深点共用。即同一电极供电, 要在各测深点的MN上观测电位差。为了兼顾多个各测深点, 供电极点位的设置参考新极距基本序列适当加密。

⑴精测剖面长度为d, 其第一测深点 (M N中心或N为准) 为供电极设置的起点。

⑵从起点到1.5d之内为密集点, 供电极间距可按原测线点距x设置。

⑶1.5d后的外延测线上逐渐稀设供电极的间距:2x、2x、3x、3x、3x、4 x、4x、5x、5x、10x、10x。

2.4 布极举例

下面举例说明连续三极测深GS-3B的布极:

某矿区中梯激电扫面后, 发现异常, 选择在130线120~140号200m的精测剖面开展连续三极测深。120、124…140号6个测深中心点的间距40m。MN用l0m;40m;80m。B极移动在122、124…150、152, 154、160、164, 172、180、188, 204, 228号。用6点一串式 (一台6通道接收机或6台单道接收机) 快速测完, BO最小极距为20m, 最大BO极距为880m~1080m。

从连续三极测深装置可以看出, 由于特殊的布极方式, 使测点与测点间供电电极位置紧密关联, 致使野外跑极工作简练, 采用多台接收机或多通道的接收机可实现一次性跑极就可以完成多点测量, 大大提高了工作效率。

2.5 电测深曲线和拟断面图的绘制

电测深曲线仍可用原用的双对数坐标纸绘制。葛为中教授还建议AB/2轴可取其平方根的算术坐标表示, 绘制或曲线。

我们认为从单个点电荷的电场强度公式来看, E=Iρ/2πr2, 电场强度的大小与距离的平方成正比, 对于连续三极电测深的单点供电, 采用极距平方根绘制曲线和拟断面图更可反映地下电场分布。

三极测深拟断面图数据记录点的横坐标为测深点中心, 纵坐标可用AB/2对数坐标或AB/6等算朮坐标。然而, 更适宜于用葛为中教授 (1997年) 提出的“极距平方根纵坐标”绘制该测深剖面的等值线拟断面图:

纵坐标 (λ为比例系数) 。很适宜在算术坐标纸上绘制。

若平方模式极距Z/λ≈1.5, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 1 0, 1 1, 1 2, 1 3, 1 4, 1 6, 1 8

, 2 0, 2 2, 2 5, 2 8, 3 1, 3 5, 4 0, 4 5, 5 0, 5 5。它们的间隔△Z/λ≈ (Zi+1-Z i)

/λ≈0.5, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 4, 5, 5, 5…。

3 工效对比

为了验证连续三极测深方式的有效性, 我们选择内蒙古阿巴嘎旗巴润苏德日图金矿区Ⅰ#勘探线和哈达特陶勒盖铅锌矿区65#勘探线, 在原对称四极测深工作的基础上, 开展了连续三极测深工作。

图3为内蒙古阿巴嘎旗巴润苏德日图金矿区Ⅰ#勘探线对称四极测深和连续三极测深拟断面图。从浅部激电异常来看, 对称四极测深所反映的激电异常形态与连续三极测深相似, 其特征均为高阻高极化特征, 且在视电阻率异常方面, 前者比后者更规则, 更直观。这也是对称四极测深小极距采样点比后者过密的缘故。但从深部激电异常来看, 后者反映的激电异常有向下延伸的趋势, 其倾向向左, 并在248~2 5 2#点处出现一低阻高极化异常显示。而前者反映粗略。

对比表明, 利用连续三极测深进行勘查是可行的, 其异常形态与四极测深基本一致, 解释仍可沿用四极测深方法, 却在大极距探测能力上优于四极测深, 对当前深部找矿具有很好的实际意义。

工作效率对比见表1。

表内需要说明的是对称四极测深AB/2最大极距为1500米, 连续三极测深最大极距为2000米。

从表中可以看出, 连续三极测深方式在用工人数、完成时间上都优于对称四极, 且极距容易掌握, 其经济成本大幅下降。

4 找矿效果

内蒙古阿巴嘎旗哈达特陶勒盖铅锌矿区是根据1:20万区域地质调查发现的重砂异常, 2004年经地表踏勘后, 发现有多条破碎蚀变带, 2005年经大功率机电扫面发现众多低值激电异常 (见图4) , 于2006年在IP1、IP3、IP6异常上进行钻孔验证后发现的。

该区位于内蒙古二连——东乌旗铜金成矿带上。出露地层以二叠系凝灰熔岩和泥盆系石英砂岩为主, 大面积为第四系风成砂覆盖, 西部或西南部出露有印支期和燕山期的岩浆岩, 区内花岗斑岩、霏细斑岩等次火山岩脉十分发育, 铅锌矿 (化) 体主要赋存在泥盆系钙质砂岩中破碎裂隙里, 其产状较陡, 目前矿床类型不详。根据岩矿石标本测试, 矿化蚀变体的激电特征为高阻高极化, 并与围岩电性差常明显。

为了配合该区地质普查工作, 我们在IP3、IP6、IP7激电异常上布设了4条物探精测剖面, 见图4。测深装置采用三极连续测深方式, 其中48#、7#、56#勘探线测深点距为20米, 65#勘探线测深点距为40米, 最大AB/2=2000米。发射仪器选用法国IRIS公司生产的VIP10000大功率机电发送系统, 接收机为ELEAS-6激电仪, 大极距供电电流可达6A, 采用6通道三点同时观测。

图5为内蒙古阿巴嘎旗哈达特陶勒盖铅锌矿区6 5#勘探线激电测深拟断面图。剖面布设在IP6激电异常, 地表为第四系风成砂覆盖。从拟断面图看, 激电异常表现为高阻高极化特征, 异常陡立且向剖面小号点方向倾斜, 充分反映了该极化体的产状, 这一点与地质人员的认识恰好相反。在视电阻率拟断面图上, 电阻率为两高阻夹一低阻现象, 推断可能存在一断层, 后经钻孔揭露而证实, 该断层对矿体有破坏作用。通过采用桂林工学院编制的二维反演软件进行分析, 其结果见图6。成果表明矿化富集主要在150~300米之间, ZK03、ZK65-2钻孔分别位于428#、436#点, 见图7, 其结果与解释成果相吻合。

5 结论

大量的试验及应用表明, 在对物探异常进行评价时, 采用连续三极测深装置所得到的测深拟断面图异常形态简单、直观, 便于解释。与传统对称四极装置所得结果基本一致, 解释手段相似。特别是在大深度探测时, 由于连续三极测深装置的跑极特点, 多点共用一个供电电极, 简化了传统对称四极装置的往返跑极方式, 从而提高了野外工作效率。而且该方法采用平方根电极距序列, 在大极距方面, 较传统对称四极装置观测点大大增多, 信息量增大, 可达到精细测量的程度, 给反演工作提供了丰富的数据基础。连续三极测深装置可适用于高密度观测方式, 可对测量电极和观测电极系统进行改进, 实现一次性布设, 对提高野外工作效率大有帮助。当然, 连续三极测深装置的极距设计与测深点距有关, 当测深点距较大时, 不适用于它。因此, 连续三极测深装置多用于点距小于60米的多测深点观测。

参考文献

[1]葛为中.电测深布极装置及观测方式的变革.中国地球物理.中国海洋大学出版社.2007

[2]阮百尧, 等.电阻率/激发极化法数据的二维反演程序.物探化探计算技术.1999, 21

[3]中华人民共和国地质部.直流电测深法工作规范.中国工业出版社.1963, p163

滑坡勘探中的三极电测深法 第9篇

近几年的实践证明,物探是查明滑坡体岩性及判别滑坡体结构、滑带空间分布的有效而快捷的工作方法。其经济成本低、覆盖范围不受地形条件限制,在勘察工作中已成为配合地质勘探工作的首选方法。在已查明的滑坡体勘察中,主要采用的物探工作方法是电测深法,效果十分明显,快捷、准确的面积性探测优势为勘探工作的迅速完成奠定了基础。

电测深法的主要工作内容是利用相适应的仪器测量、接收工作区域的各种物理现象的信息,应用有效的处理方法从中提取出需要的信息,并根据岩土体或构造和围岩的物性差异,结合地质条件进行分析,做出地质解释,推断探测对象在地下的位置、大小、范围和产状,以及反映相应物性特征的物理量等,作出相应的解释推断。

应用电测深法地球物理勘探时,应具备下列条件:

(1)被探测对象与周围介质之间有明显的物理性质差异;

(2)被探测对象具有一定的埋藏深度和规模,且地球物理异常有足够的强度;

(3)能抑制干扰,区分有用信号和干扰。

1 三极电测深法及其布置原则

三极电测深法,即将四极电测深法中的一个供电电极放置在远离测量深点的地方(见图1)。三极装置为非对称测量系统,对局部电性异常的响应幅度大,适用于探测二维或三维地电异常体。三极装置布极灵活,对地形变化适应性强。三极断面测深法的优点是工作方便灵活,对小地电异常反应比较灵敏,既避开了地表测线某一端障碍物的影响,又通过加大测点和极距密度,提高了电法勘探的地质分辨能力,这对于研究较小电性反差和较小规模的地质异常体尤为重要。因此,三极电测深技术可广泛应用于评价滑坡周围的地电断面特征,确定滑动面、滑动体、滑床及其围岩的电性参数。

电测工作布置原则:

(1)电测深剖面布置在主滑方向上(与地质勘探剖面重合),便于资料对比,提高资料准确程度;

(2)点距一般3~5m,便于查明滑坡状况,提高勘探质量;

(3)极距:最大供电距必须超过估计滑床埋深3~4个极距点;

(4)对突变点加密测量,增加原始数据的可靠性和实用性,为了保证观测精度,应选较合适的MN/2。

根据勘探深度,本次滑坡勘察三极电测深法极距布置如表1。

仪器选用重庆地质仪器厂产DDC-5型多功能数字电子自动补偿仪。

2 滑坡地球物理特性

根据现有资料,水的电阻率0~100Ω·m;亚粘土电阻率1~100Ω·m;碎石土80~240Ω·m;灰岩电阻率90~8000Ω·m;泥岩电阻率10~100Ω·m;砾岩电阻率10~10000Ω·m。岩石风化程度越强,含水量越大时电阻率越低。水在岩石中的含量,引起岩体电阻率显著变化,滑坡电性特征则是多种物质电阻率的综合反映。研究它们之间的关系,成为分析滑体结构、滑床埋深、地下水分布的主要依据。水量的变化直接影响岩体力学性质参数c、φ的大小,并可概略为反比关系,水量与岩体的电阻率也可概略为反比关系,由此可近似认为滑体土电阻率与滑体力学参数c、φ值成正相关,可以解释滑体土电阻率低,滑体土力学参数c、φ值小,抗剪强度低。通过滑坡电场的研究,可查明滑体结构,分析滑体地质特征。因而滑坡具有开展电探的地球物理前提。

3 滑坡电测深曲线及分析

3.1 定性分析

滑坡破裂带(或裂隙带)形成的低阻体及滑动界面(或滑带土)的土体形成的低阻界面在测深曲线上呈低阻点显示。滑坡测深曲线类型主要有KH型(见图2)、HA型(见图3)、AA型(见图4)几大类。曲线首枝反映表层较干燥的亚粘土或碎石土或填土;上升段对应的是较大块体的灰岩或细粒物少、湿度小的滑体土;下降段对应的是湿度大、细粒物多、风化程度高的滑体土。测深曲线右枝多为下降段低阻点,反映含水性好的地层的下延界面或滑带土界面,尾枝曲线的上升段表明滑床为砾岩或泥岩。钻探基本证实了定性解释成果。

3.2 资料解释及修正

影响解释结果的因素是很多的,不同的地层时代、岩性特征、地层倾角以及构造特征,在垂直方向和水平方向上均存在着复杂的变化,地下高低阻屏蔽层的影响,实际地层的各向异性等等,都将对解释的结果产生影响。不论采用计算机数值计算或传统的量板法或其它手工解释方法,都难以完全消除上述多种因素产生的影响。其解释结果,只能是电性层参数,而不是欲求的地质层资料。要将电性层参数转为地质层资料,在实际工作中,必须进行层位厚度校正。经验表明K≈0.80~0.95。随着勘探深度的增大,K值有逐渐减小的趋势。对比点1~4电测深曲线与ZK1柱状图(见图5),对于本滑坡系数取值为0.80。经测试本滑坡碎石土电阻率30~120Ω·m;亚粘土电阻率40~100Ω·m;灰岩电阻率120~160Ω·m,泥岩电阻率100~110Ω·m;砾岩电阻率>110Ω·m。

3.3 层位划分

以0B/2作横坐标,以(0B/2)/ρs作纵坐标,作双对数图,用不同斜率的直线交点处对应的OB/2乘以校正系数,求取地质层位顶面的埋深。表2为场地1号剖面的层位划分的解释结果(最大解释深度24m)。图6为由表所得到的地质断面图。

注:深度为该地层的底面深度。

3.4 滑坡岩土体电性

(1)滑体土电性

该滑坡滑体土电阻率26~215Ω·m,电性离散度大,电阻率的高低主要与土体含水量的多少及土体类别有关。后缘滑体土含水量少,电阻率高,中部由于人工填土的存在,呈现高阻带;滑体土上部电阻率大于滑体土下部电阻率,随着深部地下水的连通,水位附近ρs等值线渐变成条带状(见图7)。

(2)滑带土电性

滑带土为粘土含碎屑,它是岩土体滑移时的动力作用在滑动界面附近一定厚度内使岩土体发生物质结构变化的产物。该段土体与上部、下部(滑床)存在电性差异。滑带土含水性好,矿化度高,电阻率低,可塑性好,抗剪强度低。因其厚度小,在电阻率测深曲线上区别困难。

(3)滑床电性

滑床电性由于受不同岩性的影响,呈现一定的离散性,总体上泥岩<砾岩<灰岩。同时风化程度也影响岩体的电阻率。滑床电性呈多样化,总体上呈条带状。

4 物探和钻探成果对比分析

为了验证物探方法的有效性与物探成果的合理性,将其成果与钻探方法所得到的成果进行对比分析。将物探方法所得到的层位划分成果与物探测点邻近的钻孔资料成果统计入表3。由表中可以看出:除去部分厚度较小的地层误差较大外,物探划分的层位及其厚度与钻探成果基本一致,二者拟合性较好。

5 结语

直流电阻率测深用于灾害地质勘查是可行的,通过各种图件的分析、研究,可以查明滑坡要素和形态,查出某些诱发滑坡变形的隐患因素,并可节约勘查经费,产生良好的社会经济效益。

参考文献

[1]中华人民共和国国家标准.岩土工程勘察规范(GB50021-2001)[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.

[2]中华人民共和国行业标准.水利水电工程物探规程(SL326-2005)[S].北京:中国水利水电出版社,2005.

[3]石明生,张永雨.电测深法和钻探相结合在山区地质勘察中的应用[J].地质与勘探,2005,41(5):92~95.

[4]李澎,王山山.变电站场地岩土电阻率测试及层位划分解释的快速方法[J].成都理工大学学报(自然科学版),2004,31(4):309~401.

[5]马增伦.滑坡工程地质水文地质勘察中物探技术的应用[J].铁道工程学报,1996,(2):343~351.

[6]甘会春,刘树才,武杰.三极断面测深技术在第四系水源地勘探中的应用[J].江苏地质,2003,27(3):164~167.

[7]许胜保.物探电测深方法在三峡库区滑坡体勘察中的应用效果[J].西部探矿工程,2005,(10):209~210.

[8]唐声海.直流电阻率测深在川西高原康定白土坎滑坡勘探中的应用[J].中国地质灾害与防治学报,1999,10(1):99~104.

煤田勘查领域中电阻率测深法应用 第10篇

电阻率测深法简称电测深法, 它是以地下岩 (矿) 石的电性差异为基础, 人工建立地下稳定直流电场, 通过不同电极极距逐次发送与接收, 观测与研究同一测点下垂直方向不同深度范围岩层 (矿) 电阻率的变化规律, 以查明矿产资源或解决与深度有关的各类地质问题的一种直流电法勘探方法。

1. 地层电性特征

工作区燕山期花岗岩为盆地的基底, 中、新生界地层为盆地盖层。工作区出露地层自下而上有:燕山期花岗岩、白垩系下统光华组、九峰山组、甘河组及第四系松散沉积物, 其中九峰山组地层为本区主要含煤地层, 因此, 盆地盖层和基底的岩石地球物理电性特征差异性明显, 适合利用电法勘查手段了解盆地基底埋深, 了解煤系地层在盆地空间的展布规律。

2. 资料处理与解释

2.1 物理点特征解释

针对每个电测深物理点进行数据采集工作, 再通过软件进行视电阻率曲线迭代拟合、正演运算、反演运算。现以一个物理点为例说明单点数据解释情况。

图1左图为电测深曲线及反演拟合情况, 右图为数据反演地电模型。从图中可以看出:该曲线类型KH型, 结合地质资料分析如下:

第一层为第四系 (Q) 地层, 主要反映在曲线首支位置, 岩性主要由松散的砂、砾石、岩屑、淤泥质亚粘土等组成, 厚度4m左右。

第二层为甘河组 (K1g) 地层, 岩性主要为火山喷发时期形成的玄武岩、气孔状玄武岩夹中性熔岩及凝灰岩薄层等, 根据电性分析, 电阻率一般在50Ωm~80Ωm, 其上部经风化作用, 存在一定程度的风化破碎带, 受地表水及大气降水补给, 风化破碎带多含水, 电阻率较低。

第三层为九峰山组 (K1j) 地层, 岩性主要由凝灰岩、灰黑色泥岩、碳质泥岩、粉砂质泥岩、凝灰质砂岩、泥质粉砂岩和煤层组成。电阻率一般在30Ωm~50Ωm之间, 该曲线上九峰山组含煤地层厚度约350m左右。

第四层为光华组地层及深部基底花岗岩地层, 其中光华组地层与上覆地层九峰山组 (K1j) 呈平行不整合整合接触, 与下伏地层龙江组 (K1l) 整合接触。

2.2 电阻率剖面的特征

电阻率剖面图是根据每个物理点定性、定量解释成果绘制而成, 它比较清晰地反映地质构造情况。图2是第四线电阻率反演等值线剖面图, 在图上可以清晰地构绘出各时代地层的埋藏深度、厚度, 以及断层位置、分布等构造情况。

2.3 电阻率截面的特征

根据实际情况做了深度为50m、150m、250m、500m、750m五个截面平面图。从5个截面平面图中可以看出盆地在不同深度的低阻层的发育情况和其中的高阻体随深度的变化情况以及隆起带的变化情况。

从50m、150m、250m、500m、750m5个截面图可以看出西北部各测线首端显示区域逐步缩小, 但是仍然可以清晰地反映该高阻区域整体范围逐渐扩大, 这说明有根基的地质体随深度的加大, 其范围和阻值也增加的规律, 高阻区域反映地层由白垩系光华组火山岩及花岗岩凸起产生, 充分反映测区西北部为凹陷盆地隆起边缘。

该凹陷盆地基本覆盖于整个测线控制范围内, 测区内含煤地层主要为白垩系九峰山组, 电性反映为低阻, 在深度50m截面图中低阻范围主要集中在5条测线2号点左右, 说明白垩系九峰山组在各测线首端至2号点有不同程度地地层出露现象。随着截面深度的增加, 低阻区域由左上角向中部、由3线向两侧逐渐变化转移的趋势。在深度150m、250m截面图中部低阻区域明显扩大, 而在深度500m截面图中部低阻区域消失, 说明深度200m~400m为2线1—3号点、3线2—4号点、4线1—4号点所控制的低阻区域的最佳深度, 也是该区域煤系地层最佳发育的深度。从深度500m截面开始, 低阻区域由3线向两侧测线中后段扩散, 到深度750m截面低阻区域仅赋存于2线3—5号点、4线4—6号点、5线3—5号点, 这说明随着深度的增大, 含煤地层白垩系九峰山组地层由3线向两侧逐步变深, 深度500m~800m是该区域煤系地层最佳发育深度。

结论

通过电阻率测深法的实际应用, 基本控制了测区内地质构造和基底起伏形态以及各时代地层的赋存和分布情况。勘探成果划分出九一农场凹陷, 推断出F2、F3、F4三条断层。为下一步钻探工作提供了科学、合理的理论依据。

摘要：电阻率测深法广泛应用于勘探领域, 本文通过运用电阻率测深法在加格达奇松岭区取得的成果, 结合已有地质资料进行研究和解释, 对该区地层划分、确定地质构造形态等奠定基础, 为下一步钻探工作提供了较为可靠的理论依据。

关键词：煤田,勘查,电阻率测深

参考文献

[1]任建伟, 谢雄刚, 朱云仓, 张江燕.电阻率测深法在防治矿井水患中的应用[J].金属矿山, 2014 (6) :114-117.

[2]宋希利, 林海, 姜春永, 赵玉祥, 程秀明.电阻率测深法在云南省玉溪市抗旱找水定井中的应用[J].山东国土资源, 2011 (7) :22-24+28.

[3]龙作元.电阻率测深法在阿拉尔盆地划分咸、淡水层的应用[J].物探与化探, 2006 (30) :308-311.

测深技术 第11篇

【关键词】多波束测深系统；安装测试；航道测量；数据处理；成果比对

多波束测深技术是一种先进的测量水深和海底地形的技术。与传统的单波束测深技术相比较，多波束测深系统具有无遗漏全覆盖测区、测量效率高、成果精度高等诸多优点。单波束测深技术查明航行障碍物是非常困难的，多波束测深系统以其对水下地形的超强的识别能力被应用于航道水下地形测量，用来确定保障船舶安全的航道水域和水深。本文选择RESON SeaBat 7125多波束测深系统在丹东大东港航道水下地形测量中的应用情况进行总结、探讨。

1、工程概况

为丹东大东港港池至锚地段航道设置航标保障进出大东港船舶航行安全提供相关数据，需要在大东港港池至锚地段航道水域进行水下地形测量。航道长约23公里，航道平均宽约240米，选择1：1000比例尺进行施测。

2、多波束测深系统安装要求及测试

本工程测量使用“丹航021”航標测量船，船长44m，船宽8.9m，吃水1.85m，动吃水0.05m。RESON SeaBat 7125多波束测深系统按设计要求安装在测量船固定位置上。以船体重心作为参考点（COG）建立船体坐标系，定义船右舷方向为X轴正方向，船头方向为Y轴正方向，垂直向上为Z轴正方向，量取各传感器相对于参考点的位置，往返各量一次，取其中值。输入工作项目，以便对船在运动中引发的换能器探头、GPS天线位置的变动进行实时姿态改正。

2.1安装要求

多波束的换能器采用舷侧安装法安装，装在距船尾2/3，且牢固不活动的部位。安装时要注意固定好，以免测量换能器产生抖动，下沉。电子罗经安装在测量船的中心附近并且指示方向应与船首方向一致。远离电磁干扰源，避免其测出的方向数据失真或受到干忧。DGPS接收机天线安装在船舶高处，尽可能远离船舶主桅杆、大功率的无线电发射信号源，减少信号多路径效应。姿态仪应固定安装在船舶的重心或尽可能靠近重心，并尽可能与水平面平行并且具有方向性。

2.2测试

各项安装完毕后，测定各仪器的工作状态，如GPS接收卫星和差分信号的状况、换能器发射和接受信号强度的状况、数据采集软件的数据采集状况和舵手导航屏幕接收的信息状况等，并逐一进行调试。开机运行各设备及软件，观察设备运行情况，数据质量，软件采集状态等。

工作前使用声速计测定水域的声速剖面曲线和使用DGPS测定坐标转换参数并输入采集软件系统中，然后在港池内选取平坦和地势变化较大的地区分别布设一条和两条平行的测线进行多波束安装校正，包括横摇差（Roll）、纵摇差（Pitch）、首摇差（Yaw）等项，校正测量时严格控制船速及航向，保证校正资料的质量。

3、测量

实际测量时多波束系统采用120°扫宽，在计算机屏幕上调入已设计的计划测线和网格，并使系统的各仪器进入运行状态，当测船进入测区并沿着计划测线航行时，开始多波束测深系统各种仪器测量数据的实时采集，并形成一定格式的数据文件记录在计算机内。同时系统扫测的带宽和其水深对应的颜色直观地填充在网格内，使工作人员可以实时观察到测线的重叠情况和测区有无漏测情况，对漏测的区域及时进行补测。

扫海作业完成后进行单波束检验工作，采用DGPS定位系统、单频测深仪、测量软件组成的水深测量数据自动化采集系统进行测量，测量前进行测深检查，检测线平均分布在扫海区域。

4、数据处理

4.1水位数据处理

由于本次测量区域较大，测区内水位观测站较多，故采用多站分区改正。各潮位站的有效控制范围相互重叠区域采用重叠站的平均潮位值进行水位改正，水位改正具体过程由软件自动完成。

4.2多波束数据处理

多波束数据处理先将Qinsy软件采集的原始数据，在Qinsy软件中加入潮位等预处理，后导入Qloud2.3软件，然后在Qloud2.3软件中进行进一步处理，作业过程如下：

⑴建立船型文件，将各传感器的相对位置关系，探头校准角度以及各仪器设备的精度指标输入船型文件中。

⑵编辑声速文件，将外业采集的声速文件输入Qinsy软件，建立声速改正文件。

⑶编辑潮位文件，将外业采集的潮位文件输入Qinsy软件的processing manager模块，建立潮位文件，潮时采用UTC标准时间，潮高包括动吃水改正。

⑷对数据进行潮位改正，声速改正。

⑸利用Qloud2.3软件的Manage cleaning profiles、Execute cleaning profile等编辑模块对数据进行粗差剔除，滤波。

⑹滤波完成后，进行人工交互方式，进一步剔除错误点。

⑺将处理完成的数据进行分区合并，并根据出图比例尺要求，设定间隔10m为抽稀条件，对数据进行抽希，生成成果数据。

⑻展绘等深线等数据，编辑图框，整理生成最终成果图。

4.3单波束数据处理

水深测量结束后，首先对计算机采集的数据文件的声速、吃水、文件名、点号及使用潮位数据进行校对后，利用内业软件对水深值进行消浪处理并保存。调整完毕再对水深数据进行潮位改正，形成最终的成图数据。

5、与单波束测量深度互差统计

5.1统计方法

水深互差统计以多波束测深数据为模版，然后将单波束测量的水深数据与其进行比较，计算水深互差值，在所有的水深互差值的基础上进行深度互差统计分析。

5.2统计结果

6、结语

从统计比较的结果来看，重合点水深较差小于0.2m点占总点数的95.1﹪，较差大的对比点均分布在边坡附近，测量精度满足规范要求。因此，将多波束测深系统应用于航道测量是可行的，其测深精度完全可以满足航道管理和航标维护的要求。

参考文献

[1]赵阳，崔志伟.多波速测深系统在天津航道疏浚工程中应用[J].科技创新导报，2011，8：89-90.

[2]任晓东，舒晓明.ATLAS FS20多波速扫测系统在航道测量中的应用与探讨[J].中国水运，2011，6：64-66.

[3]JTS131―2012.水运工程测量规范[S].

作者简介

测深技术 第12篇

高密度电阻率法在工程、水文地球物理探测中是传统而逐渐发展的方法。国外,Torleif Dahlin,Bing Zhou 2004年详细分析了高密度电法跑极规律[1];2005年F.Nguyen T,S.Garambois,D[2]实现了利用高密度电法温纳装置成功探测断层;E.Cardarelli,Fischange 2006年[3]实现了起伏地形条件下的高密度电法的应用,但数据反演时的稳定性有待提高。在国内,高密度电法近十年来得到了广泛应用,中南大学戴世坤教授[4]编制了多种数据处理反演软件,成功实现了应用。对于野外实测的装置选择也是百家争鸣,对于不同的地质体及工作目的,王爱国(2007)、孙元春、王怀坤、葛如水、吕玉增等都不程度地探讨了部分或仅有几种的装置的探测效果[5~14]。本文针对此种状况,把14种高密度装置中最为典型的温纳装置、偶极装置、施伦贝尔1、施伦贝尔2和微分装置从理论上和应用效果上进行了系统的讨论,为生产实践提供参考。

1 高密度电法工作原理

高密度电阻率法是一种阵列勘探方法,野外测量时将全部电极置于测点上,然后利用程控电极转换开关和微机工程探测仪实现数据的快速自动采集。当测量结果送入微机后,还可对数据进行处理给出地电断面分布的各种显示结果。常规的野外布置测线如图1所示。

与常规电法相似,我们可以把其视电阻率定义为[4]:

这里我们把Kα称作装置系数,其根据高密度电法中的不同数据采集方式可以表示为[4]:

其中,要求野外采集的ρs数据是按AB/2由小到大的顺序排列,也即保持测点号由小到大对应AB/2(或OB、OA)也从小到大。

1.1 温纳装置

温纳装置的示意图如图2所示[8]。

电极排列规律是:A,M,N,B(其中A、B是供电电极,M、N是测量电极),随着极距系数n由nmin逐渐增大到nmax,四个电极之间的间距也均匀拉开,设电极总数60,nmin=1,nmax=16,每步电极转换的规律如下所述:

(1)n=nmin=1,测量数据为57个,第1步,A=1#,M=2#,N=3#,B=4#;第2步,A=2#,M=3#,N=4#,B=5#;……第57步,A=57#,M=58#,N=59#,B=60#;

(2)下一个nmin=n+1=2,测量数据为54个,第1步,A=1#,M=3#,N=5#,B=7#;第2步,A=2#,M=4#,N=6#,B=8#;……第54步,A=54#,M=56#,N=58#,B=60#;

(3)逐步迭化循环到最后,n=nmax=16,测量数据为12个,第1步,A=1#,M=17#,N=33#,B=49#;第2步,A=2#,M=18#,N=34#,B=50#;……第12步,A=12#,M=28#,N=44#,B=60#;显然,对应每一层位n的测量数据个数=(60-n×3),如果n=1~16,16个层位全部测量得到完整的一个剖面,数据总数应该是552个。

1.2 偶极装置

偶极装置的示意图如图3所示[8]。

电极排列规律是:A,B,M,N(其中A、B是供电电极,M、N是测量电极),随着极距的增大,其变化规律跟温纳装置类似。

1.3 微分装置

微分装置的示意图如图4所示[8]。

电极排列规律是:A,M,B,N(其中A、B是供电电极,M、N是测量电极),随着极距的增大,其变化规律跟温纳装置类似。

1.4 施伦贝尔1装置

施伦贝尔1装置的示意图如图5所示[8]。

电极排列规律是:A,M,N,B。测量过程中:MN固定不动,AB按隔离系数由小到大的顺序逐次移动,然后将MN向前移动一个点距,再重复上诉过程。数据按隔离系数由小到大的顺序分层存储,结果为矩形区域。例如测定16层时,M=17#,N=18#,A=16#~1#移动,B=19#~34#移动(第一测深点)。当第二测深点时,A=17#开始,M=18#,N=19#,B=20#开始,方式同上。之后,以此类推。这种方法分辨率高,效率高,劳动力低。

1.5 施伦贝尔2装置

施伦贝尔2装置的示意图如图6所示[8]。

测量过程类似于温纳装置,但在整个测量过程中MN固定为一个点距,AM和NB的距离随隔离系数逐次由小到大变化。数据按隔离系数由小到大的顺序分层存储,结果为梯形区域。

2 物理实验

为了研究不同装置对同种地质体的电性响应的情况,本课题组特在长沙市某地进行了勘查对比试验研究,通过有限单元法正演计算的正演模型的视电阻率和野外采集的不同装置下的视电阻率进行最小二乘反演计算,不断对正演模型的修正来适应野外采集的视电阻率信息,使得RMS离差在允许的范围之内,最后得出物理试验信息反演断面进行对比分析。

2.1 正演

本文中的模型正演利用有限单元法,在理论上不论哪种装置,MN接收电极的范围都可以视作为电流均匀场,可以定义为·j=0,即电荷密度为零,根据其有限单元空间电场分布特点,推得其变分公式如下[15]:

然后经过单元的矩形剖分(见图7),探测目标区域网格比其两边和较深地区密度大一些,然后通过正演初始模型给定,对矩形单元进行双线性插值,未知节点的值通过有限单元剖分进行矩阵计算后的大型稀疏方程组进行计算而得,得到不同极距及点极距排列方式的视电阻率值。

图7中的网格交叉点为单元节点,每个单元中的电阻率用ρij进行表示,把研究区域的x方向剖分为笛卡尔坐标系下n个节点,y方向剖分为m个节点,横向单元长度用Δx1、Δx2…Δxn-1表示,纵向单元长度用Δz1、Δz2、…Δzm-1表示。

有限单元法计算得到不同装置下的电位,利用电流大小,根据式(1)和式(2)就可以得到电场在地表响应的视电阻率。

2.2 反演

本文中采用以前学者利用较多的基于圆滑约束的最小二乘反演方法,其基本原理是利用了基于牛顿最优化非线性最小二乘,其基本特点是在大量数据条件下计算速度比常规最小二乘快10倍以上且占用内存较小。

数学表达式如下[16]:

式中:F=fxf'x+fzf'z,fx为水平平滑滤波系数矩阵,fz为垂直平滑滤波系数矩阵;J为偏导数矩阵;J'是J的转置矩阵;u为阻尼系数;d为模型参数修改矢量;g为残差矢量。

2.3 成果分析

进行物理试验后的成果分别如图8~图12所示。

经地质剖面验证,得到的地质剖面详见图13。

对于偶极装置,在此次试验中较好地反映了试验地区的地质分布概况,并明显反映了三种地质体的分布范围,横向电性变化灵敏,对电性界面的划分较好,适合有较多地层分布的地质勘测剖面。温纳装置,明显地对地质体的垂直方向划分范围较为准确,对于水平变化较大的地质体反映相对较差,因为整体数据比较圆滑,但成图美观;微分装置在此次试验中无论对管道高阻还是层状电阻差异都反映不明显,所以在以后类似的检测中不建议优先使用,可以作为结果对比进行参考;施伦贝尔1装置对地质体在水平方向上的变化反应灵敏,且受浅层地质体的影响较大,水平分辨率相对较高,对水平方向的岩性界面位置界定较为准确,但其突出的特点是数据量较少,建议野外实际应用时尽量不用;施伦贝尔2装置也能较好地划分岩性顶部界面,岩性顶部分界面能较好地界定,但底部由于有中部异常体的影响,有下移的影响。

3 结论与展望

通过本文的试验对比研究,可以得出以下结论:

(1)偶极装置、温纳装置和施伦贝尔2装置的电阻率反演等值线剖面电阻率分布范围较为一致,说明这三种装置都能很清晰地反映试验区域的地质概况,具有很高的可信度,值得推广。

(2)偶极装置横向分辨率较高,温纳装置的垂向分辨率相对较高,在实际勘探中,在条件和时间允许的情况下可以结合两种装置进行共同采集数据处理分析。

(3)微分装置在此次试验当中效果最差,不建议在野外推广使用。

(4)施伦贝尔1装置能很好地界定岩性的横向位置,但纵向位置很难确定,如果是要求知道岩性界面的横向位置,可以采用此装置。

(5)施伦贝尔2装置效果较好,抗干扰的能力相对较强,垂直方向和水平方向都有一定的灵敏度,可以做异常体不大的测深。