[发明专利]基于任意偶极-偶极装置的直流激电法三维数值模拟方法

说明书

本发明公开了一种基于任意偶极‑偶极装置的直流激电法三维数值模拟方法，包括采用三维直流激电任意偶极‑偶极装置全区观测方法及测量参数；实测数据归一化背景电阻率模型电场的计算；实测数据电阻率和极化率归一化传输函数的计算；理论模型电阻率和极化率归一化传输函数的计算。本发明方法能实现复杂条件下三维直流激电任意偶极‑偶极装置的全区观测三维数值模拟，而且不受电场零线限制，布极灵活，可以针对重点勘探区域任意加密测点密度，适应复杂环境的勘探；能够获取更为丰富的地下目标体的三维信息，并为各向异性介质的反演成像提供准备条件；而且本发明方法具有形态差异大、极化信息丰富和分辨率高的特点，能有效提升数值模拟的计算精度。

技术领域

本发明具体涉及一种基于任意偶极-偶极装置的直流激电法三维数值模拟方 法。

背景技术

地球物理学是通过定量的物理方法(如：地震弹性波、重力、地磁、地电、 地热和放射能等方法)研究地球以及寻找地球内部矿藏资源的一门综合性学科， 研究范围包括地球的地壳、地幔、地核和大气层等。近年来，地球物理学发展 越来越快，也越来越受到人们的重视。

直流激电法是地球物理学中一个非常重要的探测方法。直流激电法根据激 发和和观测条件的不同可以分为地面直流激电法、井中直流激电法和隧道直流 激电法，该方法作为一种重要的电法勘探方法，在矿产资源、水资源探测、考 古、环境和灾害监测、隧道超前预报、路基岩溶及煤田采空区探测等领域得到 了大量的应用，并取得了良好的实际效果。

直流激电法数值模拟方法与直流电阻率法完全相同，极化率数据的反演也 可以在电阻率反演的基础上得到。直流激电法与直流电阻率法一样，其观测方 式与数值模拟具有直接的联系，直流电法供电装置主要包括单极供电装置和偶 极供电装置，偶极供电装置测量数据由于极化信息丰富和分辨率高，获得了更 广泛的应用。但是在三维勘探中，由于受电场零线的影响，偶极-偶极装置很难 实现全区观测。考虑到野外施工环境和三维正反演方法的限制，基于任意布极 的三维测量面临极大的困难，目前主要包括如下两种观测方式：①采用以 E-SCAN为代表的规则三维测网进行电极的布设；②将多条二维测线组成三维测 网。

E-SCAN方法采用的是单极-单极(偶极)装置，将大量的电极连接到一根 多芯电缆上，由计算机对多路传输系统进行控制，采用电极转换的方式确定供 电电极和测量电极。其基本思想是将地面上的电极按照二维网格布置，每一个 网格节点上有一根电极，假设共有n根电极，则完成一次全测量所需的次数为 N＝n(n-1)。具体操作过程为：从m＝1(m为电极编号)开始为供电电极，其余电 极转换为测量电极，接着m＝2转换为供电电极，其余电极转换为测量电极，直 到m＝n时为止。这种测量方法当电极个数n过大时，对于单通道的二维测量仪 进行三维测量来说工作效率较低。为了提高野外施工工作效率，Jonathan(2005)针对已有的E-SCAN三维测量方式做了改进，采用“十字-对角方向测量”，即以 源点为中心以45°为间隔进行旋转，测量旋转方向上的测点，并通过模型和实测 资料进行了验证，这种测量方式与以往测测量方式几乎不降低地下目标体的信 息量。

但是，E-SCAN测网方式存在的缺点包括：

1)由于采用单极-单极或三极装置，很难向地下供大电流，只能够进行浅层 勘探，此外由于“无穷远”电极的存在，野外施工不方便；

2)所有电极都连接到同一根电缆上，造成野外施工不够灵活，布极要求非 常严格，在地形较为复杂的地区很难施工；

3)测量数据可能过于密集，造成施工资源的浪费。

而二维测线组成三维测网的施工方式虽然简单可行，但由于二维测线获取 地下目标体的三维信息有限，难以获得高精度成像结果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现全区观测、适应性好、数据处理简单 可靠且准确的基于任意偶极-偶极装置的直流激电法三维数值模拟方法。