电法勘探测量原理.doc

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1、10KW电法勘探发送机整套仪器连接图(图1)10KW3相50HZ汽油发电机野外数据采集器(多台)多功能电法勘探接收机RS485总线RS232通通通巩通通供电铜电极测量不极化电极大地有关电法勘探的物探方法是一门地球物理用地质勘探的科学。在地质院校的物探专业教科书中有详细讲述。本文是从仪器测量方法原理的角度来说明。电法野外勘探的目的是要测量大地的电特性，是把大地作为一个线性时不变系统来看待，向大地发送电流，在地下建立人工电场，在大地表面的各测点上再用仪器测量电压，利用测出的电压与发送的电流的关系，可以计算出大地的系统特性。这

2、些特性包括大地的直流电阻率，交流电阻率，时间域的衰减曲线（即大地系统对阶跃激励电流信号的响应，是系统脉冲响应函数的积分），大地的复数电阻率（即大地的传递函数或称频谱响应函数）。MA0.1W某测站代表的视大地复电阻系统h(t)时域脉冲响应函数H(f)频域频谱函数接收机DV发送机BNDI高压隔离AB电流波形采样器野外某测站测量原理方块图(图2)1.复电阻率按频率高低分类*.直流:0.01HZ__0.25HZ(100秒__4秒周期):直流电阻率法,时域激发极化法.*.交流:0.5HZ__40HZ:交流电阻率法,频谱激电法.*音

3、频:20HZ__20KHZ:可控源音频磁大地电流法(CSAMT).*高频:20KHZ__1MHZ:电磁感应法.*射频:1MHZ__10MHZ:无线电透视法.*雷达:100MHZ_2GHZ:测地雷达法.2.复电阻率测量中数字信号处理方法分类2.1.时间域信号处理:负阶跃晌应函数测量__极化率衰减曲线测量.按照系统论的观点对任何线性时不变系统用时间域的描述函数应该是该系统的箪位脉冲函数.发送机箪位脉冲接收机波形采集器A/D转换器野外数据库数据记录(1)数据记录(2)数据记录(3)大地系统时域脉冲响应函数h(t)图(3)在图(

4、2)所描述的测量方法只能适用於实验室环境.因为箪位脉冲波形的数学定义是脉冲的宽度时间要无穷小,幅度要无穷大,面积等於1.系统对这样的输入用系统的脉冲响应函数h(t)倦积(*)后输出的波形就是脉冲响应函数h(t).但这种方法不适应野外环境.因为发送机无法发出箪位脉冲电流,即使能发出也会引起强烈的长导线与大地的电磁感应效应.这样测出的曲线不能反映大地内部的复电阻率参数.所以野外测量使用下图所示的方法.发送机箪位脉冲接收机波形采集器A/D转换器野外数据库数据记录(1)数据记录(2)数据记录(3)大地系统时域脉冲响应函数h(t)

5、图(4)上图中发送机发出的电流波形是经长时间直流供电(大於4秒)后停电.即负阶跃波形.接收机采集整个停电前后的波形.停电之前是一次场强DV1,停电之后是二次场强DV2.DV1是直流信号,可用多点采样值求平均值.DV2是随时间的延迟逐渐衰减.一般在0.5秒钟后衰减到0.我们一般取停电沿后60毫秒到600毫秒的曲线.然后对这曲线上的各点DV2(t),除以DV1就得到极化率衰减曲线h(t).该曲线如下图所示.100%极化率衰减曲线h60msh(t)500mst0极化率衰减曲线(图5)*对极化率衰减曲线的认识:极化率衰减曲线h(

6、t)测量的优点是排除了大地系统的直流电阻幅度效应,这样也排除了围岩和地表土垠电阻效应.特出了矿体的相位特性.各种矿体的相位特性是不同的.这就为区分矿种提供了可能性.说它是可能性是因为野外地下情况复杂.围岩也有极化效应对矿体极化率测量干扰.这个课题是方法研究人员要长期研究的,也要总结野外实测案例的经验,就象医生观察心脏病人的心电图病例一样.(心电图实际上就是心脏对电脉冲的时间域响应函数).本人在上世纪80年代就研究出了精确测量时间域极化率衰减曲线的野外仪器.(精度达0.1%,灵敏度10mv).但未得到方法研究人员的继续研究

7、.希望今后有人研究,我将全力协助.极化率衰减曲线h(t)测量的另一个优点是测量精度受野外布极的几何位置的误差应响较小.因为几何因数同时应响一次场和二次场.现在求出的极化率是二次场除以一次场,这叫规一化了一次场.因此极化率测量不受接收电极的距离MN误差映响.2.2..频率域信号处理:野外测量的系统是一个分布参数系统，测量的参数是电场ΔV，这些ΔV是大地系统对发送机发出的电流ΔI的反映，应ΔV/ΔI就得到了视电阻R，称为“视”电阻是因为它看上去像大地的电阻但又不是真的一只电阻器的电阻。这个电阻受到大地的地形和发送机电流供电电

8、极的几何空间位置和接收机测量电极的几何空间位置有关。这些几何因素综合起来形成一个K值，不同的野外布极方法可以得到不同的K值。用K值乘上视电阻就得到了野外某测点上的视电阻率ρsΔV1ρs=·K……（1）ΔI以上公式（1）计算出的视电阻率是从地表面测出的电阻率，但它反映的电阻率特性是地下面某一个深度的电阻率。所以它叫视电