高密度電法勘探中的地形校正方法研究

詹強(qiáng)

摘 要：高密度電阻率法屬于一種陣列勘探方法，它的電極布設(shè)一次完成，可以快速自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，具有成本低、效率高的優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、礦產(chǎn)勘查等領(lǐng)域。然而，由于電極布設(shè)一次完成，當(dāng)遇到地形情況不好時(shí)，特別是在地形傾角大于30°的地方，電極距極易出現(xiàn)偏移，影響整個(gè)測(cè)量。為保證整個(gè)勘探的精確性，人們必須采取方法校正地形的影響。本文首先簡(jiǎn)單介紹高密度電阻率法的原理，再詳細(xì)講述各種校正方法，包括各種方法的應(yīng)用實(shí)例與效果。

關(guān)鍵詞：高密度電法;電極布設(shè);地形校正;應(yīng)用實(shí)例

中圖分類(lèi)號(hào)：P631.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）05-0044-02

Abstract： The high-density resistivity method belongs to an array exploration method， and the electrode layout is completed at one time. This method can quickly and automatically collect data， has the advantages of low cost and high efficiency， and is widely used in engineering geology， hydrogeology， mineral exploration and other fields. However， because the electrode deployment is completed once， when the terrain is not good， especially where the inclination of the terrain is greater than 30 °， the electrode distance is likely to shift， which affects the entire measurement. To ensure the accuracy of the entire survey， one must take methods to correct the effects of the terrain. This paper first briefly introduced the principle of the high-density resistivity method， and then described in detail various correction methods， including application examples and effects of various methods.

Keywords： high-density electrical method;electrode layout;terrain correction;applications

高密度電法勘探中，地形因素往往會(huì)影響整個(gè)勘探過(guò)程，因此為了保證勘探的順利進(jìn)行，對(duì)于地形的研究十分有必要。當(dāng)遇到必須校正地形時(shí)，人們可以利用物理模擬方法、解析計(jì)算方法、有限元方法和保角變換法等途徑。

1 高密度電法勘探的基本原理

高密度電法的工作原理與常規(guī)電阻率法完全相同，在地下介質(zhì)間的導(dǎo)電性差異存在的前提下[1]，在觀(guān)測(cè)剖面的各測(cè)點(diǎn)上布設(shè)電極，再利用程控電極轉(zhuǎn)換裝置與微機(jī)工程電測(cè)儀采集數(shù)據(jù)并處理，根據(jù)數(shù)據(jù)反演所演示的圖像與電阻率差異，便可判斷勘探目標(biāo)具體情況。

2 地形校正方法

2.1 物理模擬法

日本Takeshi借用物理模擬法研究電阻率曲線(xiàn)的地形影響。蘇聯(lián)學(xué)者Vaeshev借助物理模擬研究電阻率測(cè)量的V形地形效應(yīng)。20世紀(jì)60年代至70年代，我國(guó)學(xué)者曾采用導(dǎo)電紙2-D模擬、電阻網(wǎng)絡(luò)2-D或3-D模擬、水槽2-D模擬、土槽3-D模擬等物理模擬法研究地形影響問(wèn)題[2]。

但是，就應(yīng)用效果而言，物理模型制作困難，應(yīng)用范圍不廣，目前極少采用。

2.2 比值校正法

比值校正法是用實(shí)測(cè)視電阻率除以地形校正因子（地形模型視電阻率除以地形模擬電阻率），從而得到改正后或平地形下的視電阻率。黃蘭珍[3]等介紹點(diǎn)源場(chǎng)電阻率法2-D地形校正的邊界元法，并計(jì)算了山脊、山谷、角域地形上聯(lián)合剖面法視電阻率異常曲線(xiàn)，展示用比值法對(duì)實(shí)測(cè)曲線(xiàn)進(jìn)行地形校正的應(yīng)用效果。徐世浙[4]等對(duì)2-D電阻率地形校正邊界元算法做了改進(jìn)，使計(jì)算變得更加簡(jiǎn)單，用比值法對(duì)對(duì)稱(chēng)四級(jí)剖面曲線(xiàn)進(jìn)行了地形校正。簡(jiǎn)興祥[5]等在勘探地形校正中，根據(jù)視電阻率剖面，通過(guò)利用比值校正法消除了地形起伏而引起的異常。薛國(guó)強(qiáng)[6]等利用比值校正法對(duì)電磁測(cè)深數(shù)據(jù)進(jìn)行地形校正，并且提出新的頻域CSAMT和時(shí)域TEM比值校正公式。

當(dāng)?shù)匦我鸶呙芏入姺碧介_(kāi)展受困時(shí)，比值校正法能夠很好地消除地形引起的異常情況。它不但很好地除去地形影響，而且保留了地質(zhì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)，是當(dāng)下較為有效的地形校正方法。

2.3 軟件校正法

RES2DMOD正演軟件和RES2DINV軟件是由Loke于1999年開(kāi)發(fā)的，正演程序主要用來(lái)計(jì)算已知地電模型的視電阻率值，DES2DINV高密度反演軟件是目前應(yīng)用較多的高密度反演工具，它采用最小二乘法反演技術(shù)，利用地面測(cè)得的電阻率數(shù)據(jù)生成地下的二維模型，軟件將通過(guò)對(duì)原始數(shù)據(jù)的多次校正從而消除或削弱地形影響。翟培合[7]等利用兩種軟件建立了一套較為完整的地形校正方案，并且做出山峰、山谷和邊坡3種地形的地電模型，利用該校正方案進(jìn)行數(shù)據(jù)反演與修正。

軟件校正法對(duì)于地形校正有不錯(cuò)的應(yīng)用效果，但是利用的是線(xiàn)性方式去修正非線(xiàn)性的電阻率反演計(jì)算過(guò)程，其中存在一定不妥之處。而DES2DINV反演軟件在使用上也存在一定的局限性，熊勇[8]等在研究多年的使用情況后發(fā)現(xiàn)，使用該軟件反演所得成果與實(shí)際地質(zhì)情況吻合較差，異常深度相差較大。

2.4 正交投影法

目前，常用的DES2DINV反演軟件與正演模擬法這兩種地形校正方法在校正過(guò)程中皆忽視了地形起伏下測(cè)深點(diǎn)實(shí)際位置的情況，測(cè)深點(diǎn)位置的偏移將很大程度上影響電法勘探的數(shù)據(jù)可靠性，所以有必要對(duì)測(cè)深點(diǎn)偏移進(jìn)行校正。正交投影法就是三角函數(shù)正交投影計(jì)算方法。熊勇[8]等利用該方法對(duì)某水利工程因地形起伏而出現(xiàn)的數(shù)據(jù)異常進(jìn)行校正，校正后通過(guò)反演比對(duì)，發(fā)現(xiàn)測(cè)得的異常位置與范圍存在很大差距，正交投影法可以更精準(zhǔn)地測(cè)得異常位置。

正交投影法在高密度電法勘探中對(duì)地形校正有不錯(cuò)的應(yīng)用效果，尤其是在校正測(cè)深點(diǎn)實(shí)際位置發(fā)生偏移時(shí)，但是該方法無(wú)法消除地形因素導(dǎo)致電場(chǎng)分布變化而引起的電阻率觀(guān)測(cè)值畸變。

2.5 分段校正法

分段校正法類(lèi)似于數(shù)學(xué)中的微積分，將布設(shè)路線(xiàn)分割為一段段距離適合的短距離布設(shè)路線(xiàn)，再采用線(xiàn)性校正方法進(jìn)行各小段的校正，最后將各小段校正后的平距累加起來(lái)便可得到校正后的實(shí)際平距。這樣可以確保勘探不受地形影響，保證數(shù)據(jù)質(zhì)量。在側(cè)線(xiàn)位置出現(xiàn)偏差導(dǎo)致勘探出現(xiàn)虛假異常時(shí)，何秦娥[9]等使用分段校正法，將側(cè)線(xiàn)位置分成多個(gè)小段進(jìn)行校正，以消除地形引起的數(shù)據(jù)畸變。

分段校正法與線(xiàn)性校正法相結(jié)合，可以有效消除地形起伏所帶來(lái)的影響，使反演異常位置與實(shí)測(cè)異常相吻合。

3 結(jié)論

在高密度電法勘探中，地形起伏的校正既是重點(diǎn)也是難點(diǎn)，當(dāng)前，校正方法主要為軟件反演法與數(shù)值模擬法。在本文所提到的各種地形校正方法中，通過(guò)對(duì)比觀(guān)察，人們不難看出，比值校正法與分段校正法具有較好的應(yīng)用效果。在日后的研究工作中，人們應(yīng)當(dāng)汲取各種方法的可取之處，從而建立更便捷、更行之有效的校正方法。

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