偶极—偶极多极距剖面测量数据处理与应用

刘建党，李 涛，王宏宇

(1.西北有色地质勘查局，陕西 西安 710054；2.西色国际投资有限公司，陕西 西安 710054；3.西北有色地质勘查局 717地质总队，陕西 宝鸡 721015)



偶极—偶极多极距剖面测量数据处理与应用

刘建党1,2，李 涛3，王宏宇1,2

(1.西北有色地质勘查局，陕西 西安 710054；2.西色国际投资有限公司，陕西 西安 710054；3.西北有色地质勘查局 717地质总队，陕西 宝鸡 721015)

为了探讨偶极—偶极多极距剖面测量的数据处理方法研究与应用，首先针对在电阻率法和激发极化法实际应用中常用的中间梯度排列和偶极—偶极排列为例，说明偶极—偶极排列在抗感应耦合能力方面优于中间梯度等电极排列方式。其次以国外某矿床上的勘查找矿工作为例，介绍偶极—偶极排列多极距剖面测量应用及数据处理过程中的“加权平均法”、“混合绘图法”，结果表明该两种方法简单易行，效果明显。综合分析与讨论认为偶极—偶极多极距测量方式具有很好的应用与研究价值，使用偶极—偶极的多极距测量方式并配合加权平均、混合绘图等数据处理手段可以取得良好的勘查找矿效果。

数据处理；中间梯度；偶极；感应耦合；排列

1 引 言

电极排列形式也称作电极装置，指的是供电电极与测量电极以什么样的方式组合进行野外工作。电极排列形式多种多样，常规电阻率法和激发极化法可以使用的电极排列形式多种多样，常用的有中间梯度、偶极—偶极、对称四极、三级、二极(近场源)以及测深等几种排列形式[1]。目前，在我国应用最多的电极排列形式是中间梯度排列(中梯)，其在时间域激电和面积性激电测量中应用更是广泛。中间梯度排列由于它很少移动供电电极，一般情况下操作方便；在中间梯度排列供电电极AB中部，激发电场接近水平均匀电场，此种情况下中间梯度的异常相对简单。虽然中间梯度排列应用的较多，但它也存在一些不可忽视的问题。中间梯度排列的电磁耦合效应比偶极排列要严重得多，尤其是在低电阻率的地区，随着供电电极AB长度的增加电磁耦合效应更为严重；中间梯度的异常并不一定形态简单，当极化体不在AB中部，极化率异常形态同样会很复杂；当探测目标是陡倾斜、良导极化体时，由于AB中部，激发场接近水平，中间梯度的异常较偶极—偶极等排列而言很不明显。在对国外某金矿床的矿产勘查应用中，采用了双频激电法偶极—偶极排列，并进行了多极距剖面测量，获得了更多的激电信息，取得了良好的效果。本文对双频激电法偶极—偶极排列多极距剖面测量结果中所涉及的关键数据处理过程进行了分析与讨论，结论证明采用科学合理的数据处理手段可以更好地发挥激电方法、偶极装置的技术优势，达到满意的地质效果[2-4]。

2 偶极—偶极排列

在激电测量野外工作中，常用的有中间梯度排列、偶极—偶极排列等。由于各种原因，中间梯度排列使用得更多一些。中间梯度排列具有野外工作方便[5,6]，生产效率高的特点。但有些情况下使用偶极—偶极排列可以获得更好的效果。

如图1所示，偶极—偶极排列供电电极AB与测量电极MN沿一条直线排列。实际中常取AB=MN=a,n称为隔离因子，可取整数也可取0.5、1.5…这样的小数。定义OO′中点作为测量结果记录点，探测深度随着n增大而增加。

如图2所示，工作中为充分反映异常的产状等形态特征，可以利用偶极—偶极排列进行多极距观测。

图1 偶极—偶极排列Fig.1 Dipole—Dipole array

图2 偶极—偶极多极距剖面测量Fig.2 Multi separation profile measurement of Dipole—Dipole array

相对中间梯度排列而言，偶极—偶极排列具有如下特点：

1)偶极—偶极剖面相对于中间梯度剖面而言对各类极化体都有很好的反映，中间梯度剖面对陡倾斜、良导电极化体的异常反映不明显。另外偶极-偶极排列可根据多极距剖面测量结果绘制拟剖面图，反映各类极化体的产状和形态特征[7]。

2)由于偶极—偶极排列AB、MN完全分开，电磁耦合效应相对于中间梯度等排列来说最弱。而中间梯度排列随着AB导线长度的增加，电磁耦合效应则会更严重[8,9]。

电磁耦合包括电容耦合和感应耦合。

①电容耦合是由于供电导线、测量导线与大地之间存在分布电容导致的，其大小可以用下式计算。

中间梯度装置：

(1)

偶极—偶极装置：

(2)

式中，f为频率；R为接地电阻；c为导线分布电容(F/m)；d为中梯装置AB与MN的水平距离；a为偶极子长度(m)；n为隔离因子。

根据式(1)、式(2)，分别计算了双频激电仪四个频组高频的电容耦合效应导致的幅频率相对误差，计算结果如表1、表2所示。

表1、表2中的计算结果表明， 电容耦合引起的幅频率误差一般很小。

表1 中间梯度排列电容耦合效应导致的幅频率相对误差

表2 偶极—偶极排列电容耦合效应导致的幅频率相对误差

综合①、②分析，理论计算结果显示电容耦合影响较小，但需注意到当导线在潮湿的地表上或者水中时，分布电容c显著增大，因此要避免雨后地表潮湿天气时工作；一般情况下感应耦合对测量结果影响往往不可忽视，尤其是当大地电阻率较低的情形下，计算表明偶极—偶极装置抗感应耦合能力强于中梯装置，同时配合使用低频段频组时感应耦合可以进一步减弱[10-12]。

偶极—偶极排列最大的缺点是偶极电场随距离衰减很快，当n较大时，为观测到足够大的电位差，就需要增大供电电流，为克服这个缺点，实际工作中可以适当加大偶极距。

3 实际应用及数据处理过程

3.1 方法设计

工区位于澳大利亚东部某金矿床之中。该矿床主要以硫化物石英脉型矿体为主，矿体多成近似平行状。地表覆盖较厚，矿体的规模和连续性未知。矿床中含金矿物成分中，金属硫化物含量较高(黄铁矿、毒砂等矿物含量达4 %以上)，研究表明本地的金属硫化物的含量与金矿化关系密切。

如表1所示，工区内各种岩、矿石的视幅频率Fs由高到低依次为：矿石、花岗斑岩、花岗岩、片岩、石英脉、闪长岩，矿石与围岩间存在明显的视幅频率差异，矿石的Fs一般都在5 %以上，而围岩的Fs一般在3 %以下。工区内岩石和矿石之间电性差异明显，具有投入激电找矿工作的地球物理工作基础[13,14]。

表3 岩矿石物性参数测量统计表

工区共设计激电测线8条，测线距100 m，测点距20 m， 测线总长度7.2 km。记录点取AB、MN的中心点位置，偶极距AB=MN=40 m，观测参数为视幅频率Fs和视电阻率ρs。同一个测点共测量了5个(n=1、2、3、4、5)不同深度上的数据。

3.2 数据处理

对于偶极—偶极排列，由于电极效应(所谓电极效应指的是当一个供电极或者供电偶极通过电阻率、极化率不均匀体上方及其附近时，极化场、一次场产生不同程度的畸变，从而对测量结果产生影响。引起电极效应的电阻率、极化率不均匀体可能是岩体、岩脉、地下极化体或其它地质体)的影响，单一偶极距的测量结果所绘制的平面等值线图常常存在异常的极大值不在极化体上方这种现象。因此，可以利用偶极—偶极装置进行多极距测量，由于在同一测点可以得到多个深度的激电数据，在室内资料处理过程中对偶极—偶极多极距测量结果使用加权平均的方法来绘制平面等值线图。这是因为偶极剖面随着极距加大，异常出现双峰，极距越大，双峰间距离也越大，最终异常的极值形态一般呈“八”字形分布，表4所示的加权平均法可以削弱这种异常畸变，最终使异常极值与极化体对应得更好、更准确[15，16]。

表4 加权平均法示例表

在第一、第二层(n=1、n=2)中，只记一个数据3.25、2.54；

第三层(n=3)中，平均数据为(2.71+2.49+2.6)÷3=2.600

第四层(n=4)中，平均数据为(2.39+2.31+1.95+1.75+1.51)÷5=1.982

第五层(n=5)中，平均数据为(2.47+2.27+2.39+2.26+2.04+2.33+2.37)÷7=2.304

因此，104号点各层的总平均为(3.25+2.54+2.600+1.982+2.304)÷5=2.535

经加权平均处理之后，等值线曲线光滑，异常峰值与极化体在地表投影位置对应良好。

图3所示为在澳大利亚某金矿床的激电测量工区的偶极—偶极多极距剖面测量结果(视幅频率平面等值线图)，数据处理过程中应用了加权平均法绘制的平面等值线图。图中所得曲线光滑，而且高极化异常与前人所做的化探土壤采样分析结果中的金元素异常吻合较好，圈定的激电异常已经计划进行工程验证。可见加权平均法绘制平面图，不仅方法简单，而且效果也不错。

测得的偶极—偶极剖面数据，均采用“混合绘图法”绘制视幅频率拟剖面图，见图4(以测线L1、L2、L3、L8为例)。对于n层拟断面的每个分层所需要的就是将(n+1)间隔的每一对数据的平均值算出来，并把这些平均值标记在所选各对数据点的中点上。 混合绘图法在电阻率法中早已使用过[1,17]，混合绘图法相对于传统绘图法来说并不能消除多峰异常，而只是将主要的异常置于极化体的上方，以便能更好地反映异常体的轮廓与产状。经处理后的结果显示出的异常体产状与已有认识符合，圈定的异常体具有投入进一步工作的价值[17-20]。

图3 偶极—偶极多极距剖面测量结果(加权平均后)Fig.3 Result of multi separation profile measurement of dipole—dipole array (after weighted average)

图4 双频激电偶极—偶极测深拟剖面图(L1/L2/L3/L8)Fig.4 Pseudo-section of dual-frequency IP dipole—dipole sounding (L1/L2/L3/L8)

加权平均法和混合绘图法具有简单迅速的特点，经过处理后的激电数据可以较准确地显示出极化体的形态与位置[21,22]。

4 结 论

通过分析与讨论，有如下几点认识：

1)偶极—偶极装置抗感应耦合能力强。激电测量的几种排列中偶极—偶极排列在相同条件下具有相较其他测量排列更强的抗耦合能力；

2)加权平均法和混合绘图法的数据处理方法可以对偶极—偶极多极距测量结果进行改善，使极化体的形态与位置更为清晰准确；

3)偶极—偶极多极距剖面测量结果很好地反映出了异常的形态特征，能够取得良好的勘查效果，对指导钻探工程施工作业具有重要参考意义。

综上所述，偶极—偶极排列及其多极距剖面测量方式是一种值得继续深入研究与推广的方法。

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The Data Processing and Application from Multi Separation Profile Measurement of Dipole—Dipole Array

Liu Jiandang1,2，Li Tao3，Wang HongYu1,2

(1.NorthwestMiningandGeologicalExplorationBureauforNonferrousMetals,Xi’anShanxi710054,China;2.NorthwestNonferrousInternationalInvestmentCompanyLtd.,Xi’anShanxi710054,China;3.717GeologicalCorps,NorthwestNonferrousGeologicalExplorationBureau,BaojiShanxi721015,China)

The purpose of this paper is making a research and application of data processing and field work of multi separation profile measurement of dipole—dipole array. In the application of resistivity method or induced polarization, the most useful electrode arrangement includes gradient array, dipole—dipole array, two electrode array etc., but the dipole—dipole array’s ability to anti-induction coupling is much stronger than the gradient array or other’s array. This paper, taking mine exploration work abroad as an example, introduces the procedure of data processing of multi dipole—dipole array, it shows that the weighted average method and the hybrid mapping method is simple but effective and dipole—dipole multi separation array has the very good use and value of further research. In practice, it is a good way to use multi-separation array for work and obtain good exploration prospecting effect.

data processing; gradient array; dipole—dipole; electromagnetic induction; array

1672—7940(2016)02—0155—06

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.02.003

国家自然科学基金项目(编号：41227803)，国外矿产资源风险勘查专项资金项目(编号：陕风勘201211B02700101)

刘建党(1969-)，男，高级工程师，硕士，长期从事金属矿产勘查与研究工作。E-mail:liujd2009@163.com

王宏宇(1987-)，男，工程师，硕士，从事地球物理勘查与研究工作。E-mail:why_wutan@163.com

P631.3

A

2015-11-19