多极距中梯电测深技术与研究_宋双全

多极距中梯电测深技术与研究

宋双全,殷亚飞,黄仕茂

(河南省有色地矿局五大队,河南郑州450000)

摘 要:中间梯度法和电测深法都是常用的物探工作方法,中间梯度法在金属矿普查中使用最多,工

作效率较高,而对称四极电测深装置异常形态简单,易于解释,但是工作效率低。提出了一种兼具两种方法优点的工作方法)))多极距中梯电测深。

关键词:中间梯度法;对称四极电测深;多极距中梯电测深

中图分类号:P632 文献标识码:B 文章编号:1004)5716(2009)04)0154)04 电阻率法是电法勘探的重要分支之一,电阻率法具有效率高、成本低、实用性广等优点。目前,野外最常用的电测深装置是对称四极装置,对称四极装置异常形态简单,易于解释,但是工作效率低。而在金属矿普查中,中间梯度法使用最多,工作效率较高。设想能不能用中间梯度法来替代对称四极测深工作,这样一来,将会大大提高电测深工作效率。因此,正是基于此想法,本文提出了一种新的视电阻率测深观测方法)))多极距中梯电测深。

本论文主要任务是验证该装置的可行性,使用计算机模拟理论模型,由于篇幅,本文仅计算高、低球圆柱和球体的正演结果,并对结果进行解释分析,了解圆柱、球状异常体多极距中梯装置的异常形态,探测效果等。此外,在物理模拟方面,在水槽中对球体进行多极距中梯的数据观测,(ab=32cm、36cm、44cm、60cm、96cm,mn=2cm),绘制中梯Qs曲线和Qs断面等值线图。验证该装置在实践中的可行性和效果,通过分析对比正演结果和实验结果情况,对多极距中梯在生产应用的可行性进行了分析和总结。1中间梯度法和常规电测深1.1中间梯度法概述

中间梯度法由两个供电极距的距离AB选取很大,通常AB距离应该大于8倍勘探深度。供电电极AB固定不动,测量电极MN在AB中部1/2~1/3的区间内逐点测量。MN等于1~2倍测点距。工作方式如图1所示。

1.2 对称四极电测深概述

对称四极测深装置,如图2所示:AB为供电电极,MN为测量电极,他们都对称于装置中心点O,地面的测点和装置O点重合。根据工作的特点,需要设计一套极距变化序列,规定AB和MN的比值、变化间隔、最图1 中梯工作示意图

小和最大极距等,每个测点的测量工作是这样进行的:

每改变一次极距,测定一次vUmn和I,并且计算相应的K值,按公式计算每个极距的Qs值。

图2 对称四极测深装置

1.3对称四极电测深的优点与不足以及新测深方法的提出

对称四极电测深装置工作规范,异常易于解释,但工作效率低,野外工作量大。有没有一种装置既可以有中梯装置的工作效率,又能够获取足够的地电数据信息呢?下面,我们提出一种新的电测深的工作形式)))多极距中梯电测深。该装置利用中梯装置的工作方法,但

2009年第4期 西部探矿工程 155 不局限于在1/2AB~1/3AB内工作,工作范围更加广,可解决目前普通电测深装置工作效率低的问题。2多极距中梯电测深介绍

2.1多极距中梯电测深的工作方法

在中梯剖面(AB=L)扫面发现异常后,在异常地段进行测深工作,进一步研究异常的位置展布。多极距中梯电测深就是用多对供电极中梯装置工作,来达到测深的目的,绘制中梯Qs曲线和Qs断面图,分析解释异常。

多极距中梯的具体工作如下:对称布设一系列供电极A、B点位,精测剖面方向与异常走向正交,测线对称异常中心位置布设。剖面长度d是中梯测量极MN起止范围。在MN起止范围外两侧的测线上对称地布设一系列供电极A、B点位,最小的A1B1>1d。然后,逐渐增加AB,最大的AmBm可选择为3~5倍的勘探深度,也可再增大。当还要缩小AB,还可将精测剖面分成两段,平移AB测量。

化图件。

图5 多电极中梯测深拟断面数据点位置图

2.2 多极距中梯电测深的特点

(1)该装置实测数据丰富。

(2)减少供电极的布设,不必再来回移动,可提高电测深的工作效率。

(3)若有多台接收机,可同时观测多个测深点的数据,工作效率更高。

(4)相对固定的供电极点位,有利于数字解释的速

图3 多对供电极中梯测深布极图

在精测剖面d内MN可以有若干个测点,点距一般可据实际情况而定,MN的距离为1~2个点距。供点极距AB/2由小到大,如A1B1/2=200m,A2B2/2=240m,A3B3/2=320m,A4B4/2=400m,A5B5/2=500m,,,每选定一个AB/2,MN就进行一次扫面,

s值。测量一组Q

度和精度的改进。但由于极距序列不统一,要多算装置

系数。

(5)拟断面图数据纵向点位稍复杂,在电脑处理中较易解决。

2.3 对称四极测深和多极距中梯测深工作效率对比下面我们对对称四极测深和多极距中梯测深的工作效率进行比较,我们假设在一测区内有连续的5个测深点需要勘察,点距为1m,供电极距AB/2为6m、9m、12m、16m、20m,我们以电极的跑动距离作为工作量单位,5个测点勘察结束后,电极A、B、M、N跑动的距离如表1。表1明显地显示出多极距中梯测深在实际工作中的效率优势。

表1 对称四极测深和多极距中梯测深工作量对比测点12345总计

对称四极测深ABMN2020202020

20202020

0111

0111

测点12345

多极距中梯测深ABMN691216

691216

4*14*14*14*14*14*14*14*1

图4 多对供电极中梯测深布极图拟断面图数据点位置

数据点记录:横坐标为MN的中点;纵坐标Z可取供电极距平方根:ZUK#AB/2(K为比例系数)。图5为图4布极情况拟断面图数据点位图,绘制视电阻率或视极化率拟断面等值线图。

旁侧测线同时作精测中梯测深情况,还可绘出立体20115(A1+B1)+20204*14*1A5+B5+5(M1+N1)=80m

4(M2+N2)=208m

156 西部探矿工程 2009年第4期3 多极距中梯电测深的模型正演3.1 计算机正演模拟

利用桂林工学院阮百尧老师的2.5维正演模拟软件分别对低阻、高阻圆柱体进行正演,异常体走向垂直于测线方向,且无限延伸,模型参数如下:

(1)低阻圆柱体:地面布设15个电极,相邻电极间隔1m;圆柱体的横截面直径5m,水平放置,截面中心距地面4.5m,球心垂直地面位置在测点7和8之间,圆柱体电阻率58#m,背景电阻率808#m;

(2)高阻圆柱体:直径为5m,中心距水面4.5m,中心垂直水面位置在测点7和8之间,圆柱体电阻率3008#m,背景电阻率为808#m。

出:低阻圆柱体在水面的投影位置上出现了208#m等值线圈闭。这些Qs等值线闭合圈形成了一个较为规则的垂直的低阻带,低阻带对应的测点和低阻球体球心在水面的投影一致,可以由此异常形态判断球类异常体的位置。而且在闭合圈两旁Qs等值线较为密集,密集中心Qs等值线趋向于直线,密集中心对应的测点位置和球体的边缘能够很好的对应,因此可以由此来来判断球类异常体的分布范围。而高阻球体的异常形态和低阻球体非常相似,只是低阻带变成了高阻带。4.1 实验设置

我们在实验室水槽中利用多极距中梯电测深装置做球体的视电阻率实验。实验设置如下:

球体:把一个直径约为10cm的铁球,放置在水槽固定尺50cm处,球心离水面6.5cm。在水面上布置14个测点,分布范围37cm、39cm、41cm、43cm、45cm、47cm、49cm、51cm、53cm、55cm、57cm、59cm、61cm、63cm(见图7,由左向右分别按顺序编排),极距ab/2=16cm、18cm、22cm、30cm、48cm,mn/2=1cm。分别用不同的极距测出5组不同的视电阻率数据。

图6 圆柱体模型正演示意图

3.2 正演结果分析

A1B1、A2B2为两组供电电极,供电极距AB/2不断增大,供电极距AB/2分别有8m、9m、11m、16m、23m,接收极距MN/2=0.5m,点距为1m,测量电极MN分别从测点1开始测量直到测点14结束(如图3所示),每一对AB可测量出14个视电阻率值。

根据模型正演结果绘制中梯视电阻率曲线和等值线图。

4 球体正演结果分析

从图8低阻圆柱体中梯Qs曲线来看,曲线在7、8号测点出现了视电阻率低阻异常,异常呈对称状,异常中心对应异常体中心在水面的投影位置。曲线异常特征:供电极距AB较小时,中梯视电阻率异常形态呈M型,即在测区两端对称出现两个视电阻率极大值(如3和12号测点),而在低阻异常体的正上方出现极小值随着供电极距(AB/2)的增大,视电阻率异常形态由M型特征逐渐转化成V型,测区两端测点异常平缓,在异常的中心位置出现了视电阻率极小值。由此可以判断球类异常体的大体位置,以及判断异常体为低阻体。高阻圆柱体的异常(图10)也呈对称状但与低阻圆柱体异常形态相反,在异常体的上方出现视电阻率的最大值。

图9是低阻圆柱体正演Qs断面等值线图,可以看图7 球体实验示意图

4.2 实验结果分析

通过本次实验共获得了70组球体视电阻率数据,根据实验数据分别做中梯Qs曲线、Qs等值线图(见图8~11)。

图8 底阻圆柱体正演中梯Qs曲线

低阻球体实验结果分析:由低阻球体中梯Qs曲线,

2009年第4期 西部探矿工程 157

曲线呈M型与正演结果较为相似,每个测点的视电阻

率随供电极距的增大而增大,由球体两侧向中心Qs先由小变大然后由大变小出现极小值。极小值对应的恰好是球心在水面的投影位置,所以可以有此推断球体的位置。AB/2=0.46m时曲线Qs普遍较大,脱离了曲线群。我们初步估计是由于测量深度变大,按勘探深度等于1/3计算,此时的勘探深度约为0.30m,已远离低阻球体,所以出现视电阻率变大。

断面等值线图,异常特征为:异常中心出现在球体的正上方,异常形态为对称状,对称中心出现低阻带,低阻带在AB/2=0.30m上方比较明显,平均视电阻率较低。在AB/2=0.30m下方,等值线变化较为平缓,低阻带不明显,呈现出较高的视电阻率。在此我们认为产生这种现象的原因和上面提到的曲线偏离现象的原因

图9 低阻圆柱体正演Qs断面等值线图

一样。

5 结论与建议

在本次多极距中梯测深的可行性验证过程中,我们发现该装置在模型正演过程中,异常体形态能比较明显的反映异常体的类别(高阻或者低阻)以及发现圆柱体,特别是圆柱体高、低阻断面等值线异常形态非常相似,而中梯曲线形态恰好相反,这给该装置的资料解释带来了很大的方便。

在实验室对低阻球体进行了实验验证,实验结果发现,多极距中梯测深对球体反映都比较灵敏,通过对实验数据进行分析解释,分别绘制了中梯曲线和断面等值线图,从图中能够明显地发现异常体的位置,由异常形态也能很容易的区别两种异常体的类型,异常形态能很

图10 高阻圆柱体正演中梯Qs曲线

好的和正演结果对应,证明了我们的设计思路的正确性。

从正演解释结果和实验结果来看,我们提出的多极距中梯测深能对理想的异常模型进行探测,获得了比较准确的测深信息,各种资料解释结果符合物探资料解释要求。该装置在常规实验和模型正演中进行测深工作是可行的。但是,多极距中梯测深在实际工作中的可行性还需进一步进行野外实践验证和更高要求的理论计算论证。同理,本方法也可应用于激电工作。

参考文献:

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图11 高阻圆柱体正演Qs断面等值线图