高密度电法勘探中的地形校正方法研究

2020-05-03詹强

河南科技 2020年5期

詹强

摘要：高密度电阻率法属于一种阵列勘探方法，它的电极布设一次完成，可以快速自动采集数据，具有成本低、效率高的优势，广泛应用于工程地质、水文地质、矿产勘查等领域。然而，由于电极布设一次完成，当遇到地形情况不好时，特别是在地形倾角大于30°的地方，电极距极易出现偏移，影响整个测量。为保证整个勘探的精确性，人们必须采取方法校正地形的影响。本文首先简单介绍高密度电阻率法的原理，再详细讲述各种校正方法，包括各种方法的应用实例与效果。

关键词：高密度电法;电极布设;地形校正;应用实例

中图分类号：P631.3文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）05-0044-02

Abstract： The high-density resistivity method belongs to an array exploration method， and the electrode layout is completed at one time. This method can quickly and automatically collect data， has the advantages of low cost and high efficiency， and is widely used in engineering geology， hydrogeology， mineral exploration and other fields. However， because the electrode deployment is completed once， when the terrain is not good， especially where the inclination of the terrain is greater than 30 °， the electrode distance is likely to shift， which affects the entire measurement. To ensure the accuracy of the entire survey， one must take methods to correct the effects of the terrain. This paper first briefly introduced the principle of the high-density resistivity method， and then described in detail various correction methods， including application examples and effects of various methods.

Keywords： high-density electrical method;electrode layout;terrain correction;applications

高密度电法勘探中，地形因素往往会影响整个勘探过程，因此为了保证勘探的顺利进行，对于地形的研究十分有必要。当遇到必须校正地形时，人们可以利用物理模拟方法、解析计算方法、有限元方法和保角变换法等途径。

1 高密度电法勘探的基本原理

高密度电法的工作原理与常规电阻率法完全相同，在地下介质间的导电性差异存在的前提下[1]，在观测剖面的各测点上布设电极，再利用程控电极转换装置与微机工程电测仪采集数据并处理，根据数据反演所演示的图像与电阻率差异，便可判断勘探目标具体情况。

2 地形校正方法

2.1 物理模拟法

日本Takeshi借用物理模拟法研究电阻率曲线的地形影响。苏联学者Vaeshev借助物理模拟研究电阻率测量的V形地形效应。20世纪60年代至70年代，我国学者曾采用导电纸2-D模拟、电阻网络2-D或3-D模拟、水槽2-D模拟、土槽3-D模拟等物理模拟法研究地形影响问题[2]。

但是，就应用效果而言，物理模型制作困难，应用范围不广，目前极少采用。

2.2 比值校正法

比值校正法是用实测视电阻率除以地形校正因子（地形模型视电阻率除以地形模拟电阻率），从而得到改正后或平地形下的视电阻率。黄兰珍[3]等介绍点源场电阻率法2-D地形校正的边界元法，并计算了山脊、山谷、角域地形上联合剖面法视电阻率异常曲线，展示用比值法对实测曲线进行地形校正的应用效果。徐世浙[4]等对2-D电阻率地形校正边界元算法做了改进，使计算变得更加简单，用比值法对对称四级剖面曲线进行了地形校正。简兴祥[5]等在勘探地形校正中，根据视电阻率剖面，通过利用比值校正法消除了地形起伏而引起的异常。薛国强[6]等利用比值校正法对电磁测深数据进行地形校正，并且提出新的频域CSAMT和时域TEM比值校正公式。

当地形引起高密度电法勘探开展受困时，比值校正法能够很好地消除地形引起的异常情况。它不但很好地除去地形影响，而且保留了地质结构响应，是当下较为有效的地形校正方法。

2.3 软件校正法

RES2DMOD正演软件和RES2DINV软件是由Loke于1999年开发的，正演程序主要用来计算已知地电模型的视电阻率值，DES2DINV高密度反演软件是目前应用较多的高密度反演工具，它采用最小二乘法反演技术，利用地面测得的电阻率数据生成地下的二维模型，软件将通过对原始数据的多次校正从而消除或削弱地形影响。翟培合[7]等利用兩种软件建立了一套较为完整的地形校正方案，并且做出山峰、山谷和边坡3种地形的地电模型，利用该校正方案进行数据反演与修正。

软件校正法对于地形校正有不错的应用效果，但是利用的是线性方式去修正非线性的电阻率反演计算过程，其中存在一定不妥之处。而DES2DINV反演软件在使用上也存在一定的局限性，熊勇[8]等在研究多年的使用情况后发现，使用该软件反演所得成果与实际地质情况吻合较差，异常深度相差较大。

2.4 正交投影法

目前，常用的DES2DINV反演软件与正演模拟法这两种地形校正方法在校正过程中皆忽视了地形起伏下测深点实际位置的情况，测深点位置的偏移将很大程度上影响电法勘探的数据可靠性，所以有必要对测深点偏移进行校正。正交投影法就是三角函数正交投影计算方法。熊勇[8]等利用该方法对某水利工程因地形起伏而出现的数据异常进行校正，校正后通过反演比对，发现测得的异常位置与范围存在很大差距，正交投影法可以更精准地测得异常位置。

正交投影法在高密度电法勘探中对地形校正有不错的应用效果，尤其是在校正测深点实际位置发生偏移时，但是该方法无法消除地形因素导致电场分布变化而引起的电阻率观测值畸变。

2.5 分段校正法

分段校正法类似于数学中的微积分，将布设路线分割为一段段距離适合的短距离布设路线，再采用线性校正方法进行各小段的校正，最后将各小段校正后的平距累加起来便可得到校正后的实际平距。这样可以确保勘探不受地形影响，保证数据质量。在侧线位置出现偏差导致勘探出现虚假异常时，何秦娥[9]等使用分段校正法，将侧线位置分成多个小段进行校正，以消除地形引起的数据畸变。

分段校正法与线性校正法相结合，可以有效消除地形起伏所带来的影响，使反演异常位置与实测异常相吻合。

3 结论

在高密度电法勘探中，地形起伏的校正既是重点也是难点，当前，校正方法主要为软件反演法与数值模拟法。在本文所提到的各种地形校正方法中，通过对比观察，人们不难看出，比值校正法与分段校正法具有较好的应用效果。在日后的研究工作中，人们应当汲取各种方法的可取之处，从而建立更便捷、更行之有效的校正方法。

参考文献：

[1]李艳.高密度电法勘探的应用分析[J].中国水运（下半月），2011（12）：243-244.

[2]冀显坤.高密度电法勘探地形校正技术研究[D].西安：西安科技大学，2010.

[3]黄兰珍，田宪谟，寸树苍.点源场电阻率法二维地形改正的边界元法[J].物化探计算技术，1986（3）：201-208.

[4]徐世浙，汪晓东.起伏地形下二维电阻率异常的反演[J].地质与勘探，1987（7）：63-64.

[5]简兴祥，王绪本，杨利容，等.高密度电阻率法地形影响校正[J].物探化探计算技术，2008（4）：303-307.

[6]薛国强，闫述，陈卫营.电磁测深数据地形影响的快速校正[J].地球物理学报，2016（12）：4408-4413.

[7]翟培合，朱鲁，张相忠，等.工程勘察中高密度二维电阻率法的地形校正[C]//2011年全国工程地质学术年会.2011.

[8]熊勇.高密度电法勘探中地形影响校正方法探讨[J].人民长江，2014（14）：47-48.