球体磁力异常三分量数据空间成像

球体磁力异常三分量数据空间成像 ( ) 文章编号 : 1001 —1749 2010 04 —0402 —06 球体模型的视电阻率特征及其影响因素的分析 张哲 , 张炯 , 殷蓓蓓 ()114002 辽宁冶金地质勘查局 地质勘查研究院 , 辽宁 鞍山 摘 要 : 利用计算机模拟技术 ,以直流电法中二极装置为研究对象 ,讨论了地下均匀无限半空间 中存在球形异常体的测深曲线的异常特征和探测深度问题 。这里定义了最小 、最大 、最佳探测可 靠异常极距 ,并讨论了最小 、最大 、最佳探测可靠异常极距与球体半径 、球体中心埋深 、相对电阻 率的关系 ,来说明二极装置在球形异常体条件下的勘探深度 。 关键词 : 二极装置 ;球体模型 ;视电阻率 文献标识码 : A中图分类号 : P 63113 0 前言1 研究内容 () ,勘探深度是个复杂的问题 ,它在电法勘探中 在地下为球形异常体时 见图 1 ,根据视电阻 率相对异常大于三倍的混合误差可以认为 ,用探测 与地下介质的导电性结构 、异常体和围岩的电性差 到可靠的异常来定义最小 、最佳 、最大探测可靠异 异 、异常体的形态 、大小 、产状等有着密切的关系 。 常的极距 ,其中可以用最小和最佳探测可靠异常极 但是 ,就目前电法发展的状况而言 ,很少有前人对 距来衡量对应装置的探测深度 。作者在本文中讨 此进行系统的研究 。关于这些因素对常用的直流 论了最大 、最小 、最佳探测可靠异常极距在球体半 电阻率法装置有什么样的影响 ,对以后的电法勘探 径变化 ,球体中心埋深变化以及球体与围岩相对电 至关重要 ,应该重点研究此类问题 ,这能对以后的 [ 1、2 ] 阻率变化所受的影响 。在相同地质条件下 ,我们用 直流电法勘探起到一定的指导和帮助 。 图 1 二极装置模型示意图 F ig. 1 Schem a tic d iagram of doub le - po le device mode l 收稿日期 : 2009 - 11 - 20改回日期 : 2010 - 05 - 24 () x 轴 移 动 时 的 视 电 阻 率 曲 线 , 设 置 参 数沿 二极装置分别进行深 测 量 , 通过二极装置测深 Ω ρρ r= 15 m , h= 10 m ,低阻球体 = 1 000 〃m ,低阻球体和高阻球体曲线的最大 、最小 、最佳探测 0 0 1 2 Ω Ω ρρ可靠异常极距 , 并详 细分 析 了二 极装 置 的探 测深 = 10 〃 m , 高 阻 球 体 = 10 〃m , = 12 Ω 度 。当然 ,由于受到很多因素的影响 ,勘探深度这 1 000 〃m。以 AM 中点为记录点的视电阻率曲 个问题是十分复杂的 。 线 ,无论是其异常幅度 ,还是相对异常幅度 ,它的最 1. 1 二极装置 AM 基本公式大值都出现原点 ,也就是将 AM 中点做为记录点 , 二极装置的特点是供电电极 B 和测量电极 N并将其置于球心在地面上的投影时 ,可获得最大的 ( ) ρ () 置于无穷远处接地 ,其 表达式见式 1 。应舍去视电阻 视电阻率异常 。并且在改变 AM s U时 ,最大异常点的位置不变 ,所以研究二极装置对 ABMρ ( )1 = K s AMI 球体异常模型的探测深度时 ,应选 AM 中点为记录 [ 5,7 ] π其中K= 2AM AM点 ,并将其置于球心在地表投影点 。 二极装置通常取 AM 中点作为记录点 。 2. 2 二极装置测深 ( ) ρπ根据式 1 = 2RU/ I ,可得到地表主剖面 s 1 对于二极装置 ,固定 AM 中点 O 在原点上 ,即 上任一点的电阻率表达式 : (在球体正上方 ,向二边扩大 A、M 电极进行测量 见 ? (ρ ρ ) n - 2 1 ) ( )下页图 3 。利用公式 2 计算视电阻率相对异常 , ρρ= [ 1 + 2R 〃s1 ? ρ( )ρ n+ n + 1 n = 0 2 1 ) (图 4 见后面 为视电阻率相对异常随极距 AM 变 2 n +1 r 0 化的曲线 。 ( θ) ( )2 〃Pco s] n n +1 n +1 d r 一般电阻率法的野外工作要求 ,整个工作 () x = 0 , 若 AM 中点在球心的地表投影处 即 区的重复测量相对误差应低于 5 % ,考虑到在野外 当勒让德级只取到 n = 1 时 ,球体视电阻率相对异 测量时存在随机干扰等因素 ,所以在野外工作时 , ( ) 常表达式可表示为式 3 。通常将大于三倍误差的视电阻率相对异常 ,视为观 ρ(μ)ρ r - 2 - 1 s012 3 测到的可靠有效异常 ,并定义此时极距为探测可靠 ) ( = 〃 μρ h1 + 2 10 2异常极距 。 2 R ) ( 1 - 图 4包含二条测深曲线 ,每条曲线上都标出了 2 h R 0( ) 3 〃三个点的探测可靠异常极距 :第一个点为探测可靠 hR 2 3 0 ) (][ 1 + 异常最小极距 ; 第 二 个点 为探 测 可靠 异常 最 佳极 2 h 0 距 ,即曲线中的极小值所对应的极距 ; 第三个点为 我们同样可以取 n = 2、3、4、5、6、7,以使 探测可靠异常最大极距 。最小和最大探测可靠异 误差进一步减小 。作者在计算各种装置在地表的 [ 3、4 ] 常极距 ,反映了完整的探测球形异常体所需的极距 电位时 ,就取 n = 6 ,以增大计算中的精度 。 范围 。可以看出 ,探测可靠异常极距范围对于低阻 球为 213 m ,1713 m , 最 佳 探 测 可 靠 异 常 极 距 为 2 二极装置的探测特性分析 8 m。而对于高阻球为 415 m ,11 m , 最佳探测可 靠异常极距为 7136 m。 2. 1 记录点选取 () 5 见后 面 是 视 电阻 率相 对 异 常 与 AM / h 图 随着极距 的不 断加 大 , 其探 测 深 度 也 不 断 加 的关系曲线 。从图 5 中可以看出极距与球心埋深 大 。从中可以得出基本的测深方法 ,即选取一固定 的关系 ,并且对于低阻和高阻球体异常极距和探测 记录点不动 ,向二边逐渐加大极距并进行测量 ,记 深度的关系是不同的 ,也就是相同极距的探测深度 录每一个极距所对应视电阻率值 。以极距为横坐 是不同的 。可 见 , 异 常体 与围 岩 的电 阻率 相 对关 标 ,以视电阻率为纵坐标 ,绘出视电阻率随极距变 系 ,会影响电阻率法的探测深度 。 化的曲线图 ,可以从一定的程度上了解地下的电阻 率随深度变化的信息 。所以记录点的选取是至关 影响测深曲线的因素很多 ,主要有电流大小 ; 异常球体中心埋深 ; 异常体相对电阻率 ; 异常球体 重要的 ,若直接以 AM 中点 O 为记录点 ,向二边等 半径等 。电流强度在实际工作中是十分重要的 ,没 距增大 AO 与 M O , 以扩大极距 AM 进行测量 。 任何装置在研究探测深度前 ,都要选择一个合 有足够大的电流 ,异常体不会被充分激发 ,在地面 ) (适的记录点 。如图 2 见下页 所示 , 分别以 M 点 就不能得到很好的异常 。在计算电势和相对视电 阻率时 ,分别在分母和分子中都出现了电流强度相 和 AM 中点 O 为记录点 ,给定极距 AM ,计算电极系 物探化探计算技术32卷404 图 2 二极装置球体异常剖面曲线 )( c, d. h igh re sistance body F ig. 2 The p rofile cu rve of abno rm a l doub le2po le device a, b. conduc tive body; 发生改变 ,作者给出了三个点对应的探测可靠异常 最大 、最小 、最佳极距与 h的关系 。其中 : 球半径 0 Ω ρr= 15 m ,围岩电阻率 = 1 000 〃m ,球体电阻 0 1 ρΩ )( ) (率 = 10 〃m。图 6 b见后面 是设置参数 r 2 0 ρΩ ρΩ = 15 m , = 10 〃m , = 1 000 〃m , 探 测可 1 2 靠异常最大 、最小 、最佳极距与球体埋深的关系 。 ( )对图 6 a的结果进行分析后认为 : ?当球体 中心埋深很浅时 ,探测可靠异常极距的范围很大且 随着球心埋深增大 ,这个范围快速地减小 ; ?从第 二条曲线可以发现 ,随着球体中心埋深的变化 ,探 测可靠异常极距最小值并不是线性变化的 ; ?探测 可靠异常最佳极距与球体中心埋深 h近似为线性 0 图 3 二极装置测深示意图 变化 ,直线方程为 AM = 0192 3 h + 716 ,即当球体 Schem a tic d iagram of doub le - po le device sound ing F ig. 3 中心埋深为 h 时 ,我们用极距 AM = 0192 3 h+ 7160 的二极装置 , 就可 以 得到 最大 的 视电 阻率 相 对异互抵消的现象 。因此 ,作者在本文中所计算的视电 常 ; ?存在一定的 h极限值 ,当其大于此值时 ,则 0 阻率 ,是不受电流强度的影响 ,但在实际工作中 ,电 无论怎样增大 AM ,也无法测得有效的异常 。 [ 8 ] 流的强度必须要达到要求才能提高测量精度 。 ( ) 对图 6 b的结果进行分析后认为 : ?当球体2. 3 球体埋深对探测深度的影响 中心埋深很浅时 ,探测可靠异常极距范围很大 ,而 ( ) 当球心 埋 深 h发 生 变 化 15 m ,25 m 时 ,0 随球心埋深增加 ,这个范围减小 ; ?随球心埋深的 ) ( ) ( 图 6 a见后面 定义的 三 个点 所对 应 的极 距会 图 4 视电阻率相对异常随极距 AM 变化的曲线 F ig. 4 App a ren t re sistivity anom a lie s w ith re la tive ly grea t change s in the cu rve from the AM 图 5 视电阻率相对异常与 AM / h的关系曲线 F ig. 5 App a ren t re sistivity anom a lie s w ith re la tive ly grea t change s in the cu rve from the AM / h 2. 4 相对电阻率变化对探测深度的影响变化 ,探测可靠异常 极距 最 小值 并不 是 线性 变化 ρρ 视电阻率相对异常是 /的函数 ,下面就来的 ; ?探测可靠异常最佳极距与球体中心埋深 h2 1 0 近似为线 性变 化 , 直 线 方 程 为 AM = 01966 67 h -ρρ讨论 /的变化与探测可靠异常极距最大 、最小 2 1 以及最佳值之间的关系 。 7114 , 即 当 球 体 中 心 埋 深 为 h 时 , 用 极 距 AM = 0. 966 67 h - 7114的二极装置可以得到最大的视电 ) ( ) (图 7 a见下页 是 r= 10 m、h = 15 m 时 , 0 阻率相对异常 ; ?在其它参数相同的情况下 ,对比 ρρ探测可靠异常极距最大 、最小 、最佳值与 /的 2 1 低阻球与高阻球我们可以发现 ,最小的探测可靠异 关系图 。经分 析 认为 , 最 大探 测 可靠 异常 极 距与 常距一般都是低阻球即围岩为高阻时的小一些 ;而 ρρρρ/近似为线性关系 ,随着 /的增加而减小 。 2 1 2 1 最佳和最大探测可靠异常极距一般是高阻球 ,即围 ρρ最小探测可靠异常极距随着 /的增加而增大 , 2 1 岩为低阻时的小 一 些 ; ?对 于上 面给 定 的低 阻球 ρρ 体 ,可探测到可靠异常的最大球心埋深为 1816 m , 呈非线性关系 。最佳探测可靠异常极距随着 /2 1可探测到可靠异常的最大球心埋深为 1516 m。 的增加而减小 ,呈非线性关系 。折线的出现可能是 ( ) 因程 序 中 AM 精 度不 够而 产 生的 。从图 7 b 看 物探化探计算技术32卷406 ρρ, 其 出 现 阶 梯 效 果 , 说 明 程 序 精 度 选 取 不式减 小 出 ,最 大 探 测 可 靠 异 常 极 距 与 /为 非 线 性 关 2 1 [ 9,11 ] ρ当 。ρ系 ,且随 /的增大而增大 , 但增大的速度越来 2 1 2. 5 球体半径变化对探测深度的影响越慢 ,最后会趋近一固定值 。最小探测可靠异常极 ( ) 利用公式 3 ,获得球体半径 r变化与探测可ρρ距随着 /的增大而减小 ,且为非线性关系 。随 0 2 1 靠异常 最 大 、最 小 、最 佳 极 距 的 关 系 。从 下 页 图ρρ着 /的增大 ,最小探测可靠异常极距最后会趋 2 1 ( ) 8 a中可以看出 ,最大探测可靠异常极距随球体 近一个固定值 。最佳探测可靠异常极距呈阶梯形 图 6 可靠异常探测最大 、最小 、最佳极距与 h的关系图 0 the be st po la r d istance and the re la tion sh ip be tween the m ap hfo r re liab le A nom a ly de tec tion F ig. 6 M axim um and m in im um , 0 ( )conduc tive body; b. a. h igh re sistance body ρρ图 7 可靠异常探测极距最大 、最小 、最佳值与 /的关系图 2 1 ρρF ig. 7 The la rge st, sm a lle st, be st va lue and the re la tion sh ip be tween the m ap /fo r re liab le anom a ly de tec tion 2 1 ( )a. conduc tive body; b. h igh re sistance body 图 8 可靠异常探测极距最大 、最小 、最佳值与 r的关系图 0 F ig. 8 The la rge st, sm a lle st, be st va lue and the re la tion sh ip be tween the m ap rfo r re liab le anom a ly de tec tion 0 ( )a. conduc tive body; b. h igh re sistance body 半径 r增大 ,并在 12 m 之前增大较慢 ,当大于 12 0 为 ,先增大 ,后减小 。m 时 ,变化较快 ; 最小探测可靠异常极距减小较均 匀 ,并且减小的速度越来越慢 ; 最佳探测可靠异常 参考文献 : 极距 近 似 为 线 性 减 小 , 直 线 方 程 近 似 为 AM = [ 1 ] 傅 良 魁 . 电 法 勘 探 教 程 [ M ]. 北 京 : 地 质 出 版 社 , ( )- 0. 706 67 r+ 15。从图 8 b中可以看出 :最大探 0 1983. 测可靠异常极距是一个先增大后又减小的变化过 漆 新 民 . 电 磁 场 论 [ M ]. 武 汉 : 武 汉 大 学 出 版 社 ,[ 2 ] 程 ,在 r= 12 时取得最大值 ; 最小探测可靠异常极 0 1998. 距减小较均匀 ,并且减小的速度越来越慢 ; 最佳探 梁昆 淼 . 数 学 物 理 方 法 [ M ]. 北 京 : 高 等 教 育 出 版 [ 3 ] 测可靠异常极距近似为线性减小 ,直线方程近似为 社 , 1960. AM = - 01648 r+ 13184 ,变化比低阻慢 。 0 [ 4 ] 傅良魁 . 论电法勘探若干方法理论问题 [M ]. 武汉 : 武汉地质学院半京研究生部 , 1984. [ 5 ] 黄俊革 ,王家林 ,阮百尧 . 坑道直流电阻率法超 前探 ( ) 测研究 [ J ]. 地球物理学报 , 2006, 49 5: 1529. 3 结论 [ 6 ] 宁淑敏 ,潘玉玲 . 高密度电阻率法中二极装置的一些 ( ) 理论与 实 验 研 究 结 果 [ J ]. 现 代 地 质 , 1994 , 8 2 : 综上所述 ,在使用二极装置进行测深时 ,探测 209. 可靠异常最小极距很小 ,最大极距也不太大 ,最佳 屈有恒 ,张贵宾 ,晋风明 . 倾斜线源的三维电场 数值 [ 7 ] ( ) 模拟研究 [ J ]. 物探化探计算技术 , 2007 , 29 5 : 431. 极距随各影响因素的变化呈近似线性关系 。 谭大诚 ,席继楼 . 地电阻率观测系统稳流电源技术的 最小的探测可靠异常极距与各因素的变化呈 [ 8 ] ( ) 发展 [ J ]. 西北地震学报 , 2001 , 23 1 : 82. 非线性关系 , 随 h增大而增大 ; 随 r的增大而减 0 0 董延朋 ,万海 . 高密度电阻率法在堤坝洞穴探测中的 [ 9 ] 小 。对于 低 阻 球 , 最 小 的 探 测 可 靠 异 常 极 距 随 应用 [ J ]. 大坝与安全 , 2006 , 2: 40. ρρ/的增大而增大 ;对于高阻球 ,最小的探测可靠 2 1[ 10 ] 蔡光桃 ,武伟 . 高密度电阻率法在基岩面探测中的应 ρρ异常极距随 /的增大而减小 。 2 1 ( ) 用 [ J ]. 西部探矿工程 , 2009, 21 3: 11.最大的探测可靠异常极距与各因素的变化亦 [ 11 ] 王爱国 ,马巍 , 张向红 . 隐伏断层电性特征及浅 层电 成非线性关系 ,随 h增大而减小 。对于低阻球 ,最 0 ( ) 法探测 [ J ]. 西北地震学报 , 2006 , 28 3 : 242. ρρ 大的探测可靠异常极距随 /的增大而减小 ,随2 1 r的增大而增大 。对于高阻球 ,最大的探测可靠异 0 ( ) 作者简介 : 张哲 1980 - ,男 ,助理工程师 ,主要从 ρρ常极距随 /的 增 大 而 增 大 ; 随 r的 增 大 表 现 2 1 0 事电法研究 。 AB STRACTS Vo l. 32 No . 4〃4〃 FO UND A T IO N ENG INEER ING EVAL UA T IO N BA 2SED O N G IS IN TUO TUO R IVER REG IO N ( J IAO Yan2jie, L I H ua Chengdu In stitu te of Geo logy O F Q INGHA I 1 , 2 , 3 1 , 2 , 3 CH EN J ian2 Chengdu Sichuan 610082 , and M ine ra l R e sou rce s, L I U X iao2ling, SUN Yan, 1 , 2 , 3 ( ) p ing,e t a l. 1. TECHN IQU ES FO R GEO 2 The In stitu te of H igh and N ew Ch ina . COM PU T IN G PH YS ICAL AND GEO CH EM ICAL EX PLO RA T ION , Techn ique s App lied to L and R e sou rce s, Ch ina U n i2 ( ) 2010 , 32 4 : 0397 ve rsity of Geo sc ience s, B e ijing 100083 , Ch ina; 2. ( )The B e ijing Key L abo ra to ry of D eve lopm en t and R e2 Comp u te r tomograp hy CT is an imp ac tfu l and u sefu l geop hysica l m e thod w ith cha rac te ristic s of sea rch fo r L and R e sou rce s Info rm a tion, Ch ina U n ive r2 L a rge amoun t of info rm a tion and h igh re so lu tion. sity of Geo sc ience s, B e ijing 100083 , Ch ina; 3. Th rough the re sea rch of the e lec trom agne tic wave Schoo l of the Ea rth Sc ience s and R e sou rce s, Ch ina cha rac te ristic and ana lysis m e thod s, we can exp lo re ) U n ive rsity of Geo sc ience s, B e ijing 100083 , Ch ina bu ild ings, h ighway b ridge founda tion enginee ring and COM PU T IN G TECHN IQU ES FO R GEO PH YS ICAL 2 geo logica l cond ition s by bo reho le rada r and o the r en( ) AND GEO CH EM ICAL EX PLO RA T ION , 2010 , 32 4 : ginee ring equ ipm en t. The p ap e r expound s the fie ld 0408 m ea su rem en t wo rk of bo re lho le rada r, con tra sting the Tuo tuo rive r region is loca ted in sou thwe st Q ing2 te st and da ta p roce ssing. W e conc lude the re la tion2 ha i P rovince, Ch ina. It lie s in one of the mo st impo r2 sh ip among d ie lec tric con stan ts, po ro sity and hyd rau2 tan t m e ta llogen ic be lts in Ch ina. In th is re sea rch, the lic by samp ling te st of e lec trom agne tic wave, and p ro2 m u ltisou rce da ta se ts, inc lud ing geo logica l, geochem i2 ca l, geop hysica l, and remo te sen sing da ta, we re in te2 vide a comp rehen sive in te rp re ta tion tre su lts in engi2 nee ring qua lity te st by the m ea su red da ta wh ich is the gra ted fo r m ine ra l po ten tia l ana lysis w ith G IS techno l2 good ba se of the enginee ring qua lity in the a rea. ogy. U nde r the gu idance of regiona l m e ta llogen ic fea2 Key word s: comp u te r tomograp hy; bo reho le rada r; tu re s and o re2fo rm ing geoanom a ly theo rie s, d iagno stic e lec trom agne tic wave depo sit recogn ition laye rs we re ob ta ined from the se da ta se ts, wh ich we re com b ined to ca lcu la te we igh ts fo r each laye r and to iden tify the po ste rio r p robab ili2 A NALY S IS O F A PPA RENT RES IST IV ITY C H2 tie s fo r each ce ll of the study a rea unde r W e igh ts of A RAC TER IST IC S A ND I NFL UENC E FAC 2 Evidence modu le of the app lica tion MRA S. D ue to TO RS O F THE SPHERE M OD EL ( the be lts′sim ila r m e ta llogen ic cond ition s w ith the ZHAN G Zhe, ZHAN G J iong, Y IN B e i2be i The Geo2 known copp e r depo sits, they fo rm the mo st p rom ising logica l Exp lo ra tion In stitu te of L iaon ing M e ta llu rica l zone s w ith con side rab le a ttrac ting depo sits, de se rving ) Geo logy B u reau, A n shan L iaon ing 114002 , Ch ina . mo re a tten tion in fu tu re m e ta l m ine ra l exp lo ra tion. COM PU T IN G TECHN IQU ES FO R GEO PH YS ICAL The re sea rch ha s been conduc ted on the ba sis of GEO CH EM ICAL EX PLO RA T ION , 2010 , 32 AND sound m u ltisou rce da ta fo llowed by re liab le and he lp 2 ( ) 0402 4 : fu l re su lts, wh ich a re of grea t gu id ing sign ificance fo r Th is p ap e r u se s the techno logy of comp u te r mod2 fu rthe r copp e r exp lo ra tion in th is region. e ling, tak ing doub le2po le device a s the re sea rch sub2 Key word s: san jiang m e ta llogen ic be lt; Tuo tuo rive r; jec ts in the D irec t Cu rren tM e thod. The text d iscu sse s G IS; we igh ts of evidence; copp e r; m ine rogene tic p re2 the p rob lem , wh ich exists in the sp he re anom a lou s d ic tion body cu rve s of the anom a ly cha rac te ristic s and de tec2 ting dep th s ba sed on the unde rground of ha lf2sp ace of un ifo rm infin ity. Th is p ap e r define s the m in /m ax and 2 3D EM RESERVES EST I M A TE US I NG HY the be st abno rm a l po la r d istance of the de tec ting re lia2 BR ID GENET IC AL GO R ITHM BA SED O N S I b le, and d iscu sse s the po la r d istance w ith the rad iu s M UL A TED A NNEAL I NG of sp he re body, the cen te r dep th of sp he re body and ZHOU W e i, X IAO Ke2yan, CH EN Xue2gong, e t a l. the re la tive re sistivity ra tio. The p ap e r illu stra te s the ( In stitu te of M ine ra l R e sou rce s Ch ine se A cadem y of de tec ting dep th of doub le2po le device in the cond ition ) Geo logica l Sc ience s, B e ijing 100037 , Ch ina . COM 2 of sp he re anom a lou s body. PU T IN G TECHN IQU ES FO R GEO PH YS ICAL AND ( ) 2 GEO CH EM ICAL EX PLO RA T ION , 2010 , 32 4 : sp he re mode l; ap Key word s: doub le2po le device; 0417 p a ren t re sistivity Th ree d im en sion visua liza tion techn ique s is the key of depo sit p ro sp ec to r of 3D EM , wh ich is ba sed on CO PPER M I NERO GENET IC PRED IC T IO N