[发明专利]激发极化二次时差法探测地下水方法及其仪器

说明书

本发明涉及一种应用激发极化二次时差法探测地下水方法及其仪器。

目前，应用物理勘探手段探测地下水主要用激发极化法测量视电阻率和视极化率，由于地层中含水层和非含水层多为互层，视电阻率曲线只能是它们的综合反映，对互层的界面分辨不清;视激化率由于幅值较小，对含水层和非含水层界面分辨率较低;另外，地表的干湿程度对视电阻率和视极化率影响较大。应用激发极化二次时差法探测地下水克服了上述缺点，它是利用在含水层二次场衰减时与激发电流成正比，在非含水层随激发电流的增大二次场衰减时基本不变或者逐渐变小的特征，选择大于临界电流的两种电流作为激发电流，将大电流下的二次场衰减时减去小电流下的二次场衰减时，在含水层将出现正值;在非含水层将出现零或负值。将每个极距所得到的二次时差值点绘于算术座标中，零线以上的正异常对应的为含水层，零线以下的负异常所对应的为非含水层;正异常包含的面积与单位涌水量成正比。二次时差法采用常规的激发电流形式和测量方式时，在地质条件复杂地区的测量结果不理想，存在着探测深度浅，衰减时变化幅度小，干扰误差大和重复性差等缺点。

本发明的目的在于提供一种适应范围广、探测深度深、含水层分辩率高的激发极化二次时差法探测地下水方法及其仪器。

激发极化二次时差法探测地下水方法是采用对称四极装置测量在两个不同激发极化电流下的二次场半衰时之差，其特征在于激发极化电流为单向脉冲电流。

激发极化的单向脉冲电流是将直流开槽为单向短脉冲的KC电源，频率20～30赫芝，占空比8∶1～12∶1，采用KC电源后，临界电流减小，探测深度增大。

选择激发电流的大小原则上应保证在不同的探测深度上保持相同的电流密度，但由于发电机功率限制，在供电极距的一半大于40米时，其大小激发极化电流配对选用4-3安、3-2安;在地层高阻区选2-1安、4.5-3.5安、3.5-2.5安、2.5-1.5安;在供电极距的一半小于40米时，按下表等比关系逐渐减小。

激发电流的供电时间选择应控制在衰减时曲线的线性区，供电时间应小于50秒，一般选择10～30秒。

二次时差法测量中，由于激发电流较大，在供电回路中，电流通断瞬间的突然变化，引起周围磁通量的变化，在测量回路产生感生电动势，由于地磁偶合产生互感电动势，使断电瞬间二次场电位最大值U₂₀测量出现误差。因此在激发电流断电延迟△T后，测量二次场电位最大值U₂₀，延迟时间400～600毫秒。

在极化过程中，由于电化学反应或多或少的致使极化体的电化学性质有所改变，使得供电前的自然极化平衡电位和断电后的自然极化平衡电位并不相等，甚至放电后仍不归零，所以以二次场放电一定间隔的二次场电位U_2Z作为终零线值。终零线时间选择在断电后20～60秒。

激发极化二次时差法探测地下水的仪器，其特征在于它包括供电装置和测量装置，供电装置由电源（1）、整流滤波电路（2）、供电控制电路（5）控制的可控硅直流开关（3）和供电极（4）组成，测量装置由测量电极（7）、陷波器（8）、电流取样电路（6）供电控制电路（5）控制的U₁、U₂、I₁入口控制电路（10、9、11）、U₁、U₂、I₁通道放大器（13、12、14）、模数转换器（15）和单片微处理机系统（16）组成。单片微处理机系统将测量电极和供电电极取得的U₂、U₁、I₁信号经过模拟放大器模/数转换器按时序转换成数字量，读入存储器，并计算出衰减时S_t。

测量电极由去掉表皮的青竹管和插入竹管内的铜管组成，在竹管内封灌有硫酸铜溶液。将测量电极在清水中浸泡10～20天即可使用这种竹制管状电极的接地电阻比瓷质罐状电极小一半，极差小幅度测量误差＜0.5%，时间测量误差＜2%。

下面结合附图对本发明进行详细描述：

图1是激发极化二次时差法探测仪器的结构图。

图2是供电控制电路的结构图。

图3是供电控制电路的一个实施例。

图4是可控硅直流开关的实施例。

图5是U₁、U₂、I₁入口控制时序图。