直流电法超前探测系统与数据处理.pdf

第 2 9卷第 4 期 2 0 1 0 年4期 煤炭技术 C o a l T e c h n o l o g y V0 1 ． 2 9 ． No ． 0 4 Ap r i l ， 2 0 1 0 直流电法超前探测系统与数据处理 王松 ，严家平’ ，刘盛东 ，刘志强 ，刘瑞珍’ 1 ． 安徽理工大学 地球与环境学院，安徽 淮南 2 3 2 0 0 1 ；2 ．东北煤田地质局物探测量队，沈阳 1 1 0 1 0 1 摘要 以点电源场的分布理论为基础 ， 利用电场分布的球壳模型把巷道中多点供电时电场的分布情况进行合理 的论证， 并找出合理的观测系统模型。 直流电法超前探测【 -1 的观测系统的布置类型对直流电法超前勘探的数据解释 很重要， 要积极开发新的观测系统布置类型。直流电法超前探测的数据解释方法比较多， 利用所采集的大量数据， 绘制出高分辨地电阻率图12 1 、 电阻率剖面图和高分辨超前探测图。实际工作中结合已有地质资料和成果图， 指出危 险性及矿井灾害的可能性。 关键词 直流电法；超前探测 ；观测系统；资料解释 中图分类号 T D 1 5 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 8 8 7 2 5 2 0 1 0 0 4 0 1 3 1 - 0 4 Ad v a nc e d Pr o b i n g S y s t e m a nd Da t a Pr o c e s s i n g b y DC Re s i s t i v i t y M e t h o d WANG S o n g YAN J i a - p i n g ，L I U S h e n g - d o n g ，L I U Z h i - q i a n g 2 ， L I U Ru i z h e n 1 ．S c h o o l o f E a r t h a n d E n v i r o n m e n t ，A n h u i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ，H u a i n a n 2 3 2 0 0 1 ，C h i n a ；2 ． G e o p h y s i c a l E x p l o r a t i o n T e a m o f N o r t h e a s t e r n C o a l fi e l d G e o l o g i c a l B u r e a u ， S h e n y a n g 1 1 0 1 0 1 ， C h i n a Ab s t r a c t T h i s p a p e r d i s c u s s e s t h e d i s t r i b u t i o n o f t h e e l e c t ri c fi e l d w h e n t h e r e a r e mu l t i p o i n t p a r t i c l e e l e c t ri c a l fi e l d s i n t h e a r e a o f t h e s p h e ri c a l s h e l l mo d e l i n t h e t u n n e l b a s e d o n t h e d i s t r i b u t i o n o f p a r t i c l e e l e e t r i c a l s o u r c e fi e l d ．a n d fi n d s a r e a s o n a b l e mo d e l f o r o b s e r v a t i o n s y s t e ms ． T h e l a y o u t t y p e o f t h e o b s e r v a t i o n s y s t e m t o t h e DC r e s i s t i v i t y a d v a n c e e x p l o r a t i o n me t h o d i S v e r y i mp o r t a n t t o t h e d a t a i n t e r p r e t a t i o n o f t h e DC a d v a n c e r e s i s t i v i t y e x p l o r a t i o n me t h o d ．I t i S n e c e s s a ry t o a c t i v e l y d e v e l o p n e w t y p e s o f o b s e rva t i o n s y s t e m l a y o u t ． T h e r e a r e ma n y d a t a i n t e r - p r e t a t i o n me t h o d s t o DC me t h o d ，h i g h- r e s o l u t i o n r e s i s t i v i t y p l a n s ， r e s i s t i v i t y s e c t i o n p l a n s a n d h i g h r e s o l u t i o n a d v a n c e p r o b i n g p l a n s are d r a wn b y l a r g e a mo u n t s o f c o l l e c t e d d a t a ．Ac c o r d i n g t o t h e g e o l o g i c a l d a t a a n d p l a n s ，t h e d a n g e r a n d t h e p o s s i b i l i t y o f mi n e d i s a s t e r s a r e p o i n i e d o u t i n a c t u a l wo r k ． Ke y wo r d s D C r e s i s t i v i t y me t h o d ；a d v a n c e p r o b i n g ；o b s e rva t i o n s y s t e m； d a t a i n t e r p r e t a t i o n O 前言 直流电法超前探 目前正处在积极研究 阶段 ， 依 据已有的电法超前探数据处理技术和软件， 如单点 供电、 双点供电、 三点供电 、 微分电测深、 单极一 偶 极装置[3】等情况的数据处理过程和思路， 对多点供 电时的模型实验数据或者实际工作中采集的数据 进行处理、 验证， 绘出效果比较好的三维电阻率分 布图， 并与实际情况进行对 比。 l 直流电法数据采集的基本思路 仪器工作原理 通过程控单刀双置开关的供电 档和测量档来实现电极的供电和测量功能的转换。 单点电源供电时 电极作供正电电极 ， 则另 n 一 1 个 电极置于测量档 ，且这 n 一 1 个电极与参 比电 极 Ⅳ相连。 把这 n 一 1 个电极所测的电位与参 比电极 J7v 的电位的差值作为这n 一 1 个电极的电位值。 双点 电源供电时 供 电正极 A置于 1 电极 ， 负 极 置于 * 电极 ，则记下此时供电点 电流 厶及除 l 电极外的 n 一 2 个测量电极的电位值 U k ≠l ， 直到 ； 4极重新移动到 2 电极 ，重复上述步 骤 ， 直到 A极移 到 电极 。共 n 一 2 n 一 1 n个 和 n 一 1 ／t 个 值。 网络并行电法仪[51 中每一电极都配备 A ／ D转换 器而组成能 自 动采样的智能电极， 智能电极通过网 络协议与主机保持实时联系， 在接受供电状态命令 时电极采样部分 断开 ， 让 电极处于供 电状态 ， 否则 一 直工作在电压采样状态, O F 通过通讯线实时地将 收稿日期 2 0 0 9 0 9 2 3 ； 修订 日期 2 0 1 0 0 2 - 0 6 ， 作者简介 王松 1 9 8 3 一 ， 男， 安徽淮南人， 硕士， 从事地球物理探测与信息技术， E - ma i l w a n g s o n g 0 0 0 0 1 2 3 1 6 3 ． c o m。 1 3 2 煤 炭 技 术 笫2 9 卷 测量数据送回主机。通过供电与测量的时序关系对 自然场、 一次场、 二次场电压数据 图 1 及电流数据 自 动采样， 采样过程没有空闲电极出现。智能电极 与网络系统结合， 实现了网络并行电法勘探， 从而 大大降低了电法数据的采集成本。 一 ● 自然场数据点毋1 次场数据点 母 2 次场数据点 图 1 单个 电极采集的电位时间序 列 在图 1中， 为供电前自然电场电位 的测 试时间， 为供电前 自然电场电位 的测试时间， 为供电前 自然电场电位 的测试时间。当供电 开始时， 电极上电位陡然上升然后随时间增大而增 大； 供电结束时一次场结束， 电极电位陡然下降。 上 升与下降的幅度相等， 但衰减所需要的时间长。 2 直流电法超前探测的基本原理 显， 从而显示出异常体的位置和形态。 高分辨地电阻率法超前探采用的基本装置是 单极偏微分测深装置。 测量电极 M N保持相同间距 2 b 移动， 对测线进行视电阻率扫描测量， 每次测 量的记录点为 M N的中点， 要求无穷远极 的距离 B O M I N大于5 倍 A O M A x 。 视电阻率计算公式 一 ／ x 2 - b 2 ／ 垒 1 一 b ＼， ／ 在以上探测原理中， 假设 MN的中点为 O， 所测 量的深度为 A O ，那么每个测量电极下都具有大量 的可利用探测点 ， 而且它们不在同一个深度上。 以 l 号电极为例，如果测线上有 n 个测量电极，那么 1 ， 卜2 号电极下可利用点数目为 3 ， 为电极数 i 3 目。当 n 4 时， X n 1 。另外也可以写成递推关系式 X n X 。 一 2 。 有规律地利用这些数据可以绘制出 不同的电阻率反演图 ， 从而进行对 比分析 ， 找出最 合理的数据提取方式。 2 ． 1微 分电 测 深法 超 前探 测 原理 3 立体 电法超前探测观测系统 A厂 ～ 尘l i Bl B2 B3髓 图 2 微分电测深法超前探 测观测系统 图 2为微分电测深法超前探测系统 。 这种观测 系统也是以点电源场的球壳分布理论为基础， 基本 原理与微分电测深的原理类似。 其中 和B为供电 电极， 供正电， 口供负电， 但要求 和 B始终保持 在 垂直测线 A M 的直线上 。由于正负 电极相距较 近 电流线 分布 比较集 中， 所采集 的数据可以很准 确地反映测线下方的地质异常情况。当然根据电场 分布的球壳理论， 在距离供电点较近范围内， 根据 微分电测深法获取的测线下方的地质异常情况可 以近似等同于测线前方的地质异常晴况。 2 ． ． 2 高分辨地电阻率法超前探测原理 采用高分辨地电阻率法超前探时， 以实际供正 电的电极 A为圆心， 以同心圆环为物理模型， 以不同 的颜色赋予不同的圆环代表不同的视电阻率值， 从 而绕射成图。通过设计空间探测， 由不同的电流电 极供电， 以电流电极为圆心， 以发生电位异常的电 位电极到电流电极的距离为半径画弧， 它们在地下 的交汇影像就是所探测的异常。当供电点前方有地 质异常时， 就会在规则的圆环中出现不一致的颜色 异常区， 经过多次叠加处理后颜色异常区会更加明 由于矿井下面可以利用的空间很有限， 而且巷 道内导体及游散电流对电法数据采集影响很大且 不易校正阎 ， 因此观测系统的布置很重要， 一个行之 有效的观测系统是顺利实现电法超前探测的前提 ， 因此要积极探索新的适合井下巷道直流电法超前 探测川 的观测系统， 如图 3 。 在图 3中， 超前探测距离 较小时 ， 采用 多条测线 串联的方式 ， 即绿色连接方 式； 超前探测距离较大时， 采用多条测线共用测量 电极 M， N的连接方式 即红色连接方式。 图 3 多条测线立体观测系统布置图 4 模拟探测实验一 直流 电法超前探测 水 泥路基 该实验模型规则， 适合模拟试验研究。把数据 处理的结果与实际分界面位置进行对比， 可以明确 地看出数据采集、 处理的效果。 微分电测深超前探测法在 1 条测线上布置 n 个电极， 可以有 n 个供电点， 因此， 可以得到n组数 据，如果 1 组数据能找出 1 个视电阻率异常点， 则 第 4期 王松 ， 等 直流电法超前探测 系统与数据处理 1 3 3 网络并行电法能找出 n 个视电阻率异常点。 4 ． 1 观测系统布置 二二二二][] 路 人 行 道 图4 观测系统布置图 在图4中，图上方的水泥路面宽 2 ． 5 m ，距离 3 2 电极 4 m， 距离 1 电极 3 5 m。1 3 电极布置在 靠近人行道 5 m的一条测线上，电极间距 l m， B 1 一 B 1 6 布置在平行 A M测线且相距 3 i n 的另一条直线 上 ， B i 间距 2 m， B 1 6 距离马路 5 m。参 比电极 N放 置在 l 7 电极附近，测量电极 N放置在无穷远处。 实验过程中供电负极 B 先在 B 1 处，采集三极电法 数据； 然后移动 B到 B 2 位置， 再测量 1 组三极电法 数据， 依次类推到B 1 6 ， 共采集 1 6 组数据。 4 ． 2 A M 法数据处理过程 1 先在 D H D o w s e 软 件 中打开网络并行 电法 仪采集到的 1 6 组数据， 分别把每组数据中的原始电 流、 电压数据采用二极法处理， 并手动去除电流、 电 压异常点，直到完成解编并获得每组数据中的电 流、 各电极上相对参比电极 N的电压值。 2 根据现场的观测系统布置图 ， 确定坐标原 点 ，然后建立供正电电极 A的坐标和测量 电极 Mi 的坐标。 在 E x c e l 表格中打开上述解编的数据 ， 并根 据布置图提取 E x c e l 表格 中前 1 6行的数据 。 3 并利用所提取的电流 、 电压模块 根据观测 系统 中测量电极与供电电极 的空间按未知关系及 视电阻率计算公式计算视电阻率P 值，共 1 6 x 3 0 4 8 0 个 。 4 然后再建立测量 电极 MN中点 O的空间坐 标及电极空间坐标与对应视电阻率值的文本文件， 把 3 计算得出的4 8 0 个视电阻率值 填人建立好 的文本文件 中， 如图 5 。 5 在“ 并行网络 电法 自动解析 系统 ” 软件中 ， 打开上面建立好 的文本文件 ，在绕射成像步骤 中， 先输入 最大 A M 测量 半径一 实 测相 邻记 录 点 间 图 5 所提取的文本 文件 距 选择切面一输入 固定 z轴坐标 输入 x轴最 大网格化长度一x轴最小网格化长度 Y轴最大网 格化长度 Y轴最小网格化长度 输入 x方向网 格数 输人 Y方 向网格数一 图象绘制一 图象绘制 完成， 并利用截图工具截取图片。如图 6 、 7 所示。 图 6 利用 B 9 一 B 1 6的数据进行数据处理所得到的前测结果图 图 7 全部 1 6组数据进行处理所得到的超前探测结果 4 ． 3 实验评价 由于这种成图方法是同步绕圆的方法， 所以高 阻的水泥路基所成的高阻带也不是板状的， 而是圆 弧状。 从 图 6中可以看出从 X 3 4 m到 X 3 6 ． 5 m处 有 1 条明显而又规则的黄色高阻异常带， 结合现场 布置 图上水泥路基距离 1 电极的距离及所建坐标 系坐标原点的位置， 可以得出那条高阻异常带就是 所要探测的水泥路基在视电阻率分布图上的反映。 从图 7看出从 X 3 4 m到 X 3 7 m处有 2条不 怎么明显的高阻条带，这 2 个位置正是水泥路基 2 侧面在坐标空间中的位置。这说 明对水泥路基 2 侧 土与水泥分界面反演的比较准确 ， 但是对整个路基 的反演就失真了， 使解释图中出现假象， 降低了探 测的准确性和资料解释的可靠性。 由以上处理结果可以看出， 利用并行网络直流 电法超前探测法进行超前探测时， 距离异常体越近 的测量电极采集到的数据越具有可靠性， 越能反映 测线前方的地质异常体的位置和分布情况。因此， 在数据采集过程中， 一定要注重对这部分数据的采 第 2 9 卷第4 期 2 0 1 0年4期 煤炭技术 C o a l T e c h n o l o Vo 1 ．2 9 ． No ．0 4 Ap r i l ， 2 0 s e a b a t 8 1 5 0 型深海多波束系统及性能测试 牟健 ，姜峰 ，邢玉清，刘 强 国家海洋局南海分局，广州 5 1 0 3 0 0 摘要 与传统的单波束回声测深仪相比， 多波束测深系统具有水深全覆盖无遗漏扫测， 测量范围大、 速度快， 测深 精度和分辨率高，记录数字化和实时自动绘图等优点。本文介绍了S e a b a t 8 1 5 0型深海多波束测深系统的技术性 能， 分析了S e a b a t 8 1 5 0 性能测试情况及在深海区水深测量中的应用价值， 提出了存在问题及其对策。 关键词 深海多波束系统；技术性能；性能测试 中图分类号 P 7 1 5 ． S 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 8 8 7 2 5 2 0 1 0 0 4 0 1 3 4 0 3 S e a b a t 8 1 5 0 M l l l t i 一 一 b e a m S o u n d i n g S y s t e m a n d P e r f o r ma n c e M U J i a n ，J I A N G F e n g ，X I N G Y u - q i n g ， L I U Q i a n g S o u t h C h i n a S e a B r a n c h ， S t a t e O c e ani c A d m i n i s t r a t i o n ，G u a n g z h o u 5 1 0 3 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t C o mp a ri n g wi t h t h e t r a d i t i o n a l s i n g l e - b e a m s o u n d i n g s y s t e m，t h e mu l t i - b e a m s o u n d i n g s y s t e m h a s t h e a d v a n t a g e s o f o v e r a l l s w e e p i n g ，l a r g e c o v e r a g e，h i g h s p e e d， h i g h s o u n d i n g a c - c u r a c y a n d r e s o l u t i o n ， d i g i t a l r e c o r d i n g ， r e al t i me a u t o - p l o t t i n g a n d S O o n ．T h i s p a p e r i n t r o - d u c e s the t e c h n i c a l f u n c t i o n o f S e a b a t 8 1 5 0 mu l t i b e a m s o u n d i n g s y s t e m a n d d i s c u s s e s t h e s u r v e y e x p e r i me n t a t i o n a n d a p p l i c a t i o n v a l u e i n d e 印 - s e a s u r v e y ．I t p u t s f o r w a r d s o me e x i s ti n g p r o b l e ms a n d c o r r e s p o n d i n g me a s u r e s t o o v e r c o me t h e m f o r u s i n g S e a b a t 8 1 5 0 mu l t i - b e a m s o u n d i n g s y s t e m i n d e e p - s e a s u rve y ． Ke y wo r d s mu l t i - b e a m s o u n d i n g s y s t e m；t e c h n i c al f u n c t i o n；p e rfo r ma n c e O 前言 多波束测深系统在与航迹垂直的平面内一次能 够测出几十个甚至上百个深度， 获得一定宽度的全覆 盖水深条带， 所以它能够精确快速地测出沿航迹一定 宽度范围内水下 目标的大小、 形状和高低变化 ， 从而 比 较可靠地描绘出水底地形地貌的精细特征m o 多波束测深系统声学换能器安装的几何误差 将影响测深精度和位置精度， 同时测深与定位的同 步性也影响位置精度固 因此在测量前必须经过海 上试验检测， 获得各种参数的实际差值， 然后将这 些差值作为参数对多波束测深系统进行参数校正。 然而在实际参数差值的检测过程中， 由于海底地形 集、 分析， 以期获得比较理想的数据。 5 结论 通过此次模型试验 ， 可以明显地看到这种微分 电测深法和单极一 偶极法观测系统比以往的三点一 三极超前探测方法[S l 具有明显的优势。三点 电源法 仅使用视电阻率曲线来人为判断异常的位置和分 布， 准确度不高。 微分电测深法和单极一 偶极法探测 系统采用并行网络电法采集数据， 所采集的数据量 大、 采集速度快， 便于提取足够量的有效数据， 从而 绘制准确的高分辨率超前探测图， 对测线前方的地 质异常体的反映较准确。 在煤矿的实际探测过程中发现单极一 偶极装置 数据处理的结果与微分电测深处理结果相差不大， 对低阻异常体的反映都比较明显。由此， 在煤矿的 探测过程中可以用单极一 偶极装置来代替微分电测 深装置，从而使电法超前探测的观测系统变得简 单， 现场工作量也大大减少。 参考文献 [ I 】 傅良魁． 电法勘探教程[ M 】 ． 北京 地质出版社， 1 9 8 3 2 1 5 ． [ 2 】 吴荣新． 高密度高分辨电阻率法成像技术研究【 D 】 ． 安徽理工大 学 ，2 0 0 2 ． 【 3 】 程久龙， 王玉和， 于师建．巷道掘进中电阻率法超前探测原理与应 用[ J 】 ．煤田地质与勘探，2 0 0 0 ， 2 8 4 6 0 - - 6 2 ． [ 4 】 刘金峰． 直流电三电源超前探测技术在邢台矿区的应用[ J ] ． 煤炭 科学技术．2 0 0 5 ． f 5 】刘盛东 士剐周 络并行电法仪与稳态电法勘探方向册． 中国科 技成果， 2 0 0 7 。 2 4 6 5 ～ 6 8 ． f 6 】 岳建华， 李志聃． 矿井直流电法勘探中的巷道影响[ J 】 ． 煤炭学报， 1 9 9 9 ，2 4 1 7 ～ 1 0 ． [ 7 】王齐仁． 灾害地质体超前探测技术研究现状与思考[ J J ．煤田地质 与勘探， 2 0 0 5 。 3 3 5 6 5 ～ 6 8 【 8 】 刘青雯． 井下电法超前探测方法及其应用硼． 煤田地质与勘探， 2 0 0 1 ， 2 9 5 6 0 ～ 6 2 ． 责任编辑徐艳 杰 收稿 日期 2 0 0 9 1 2 1 4 ； 修订 日期 2 0 1 0 0 2 1 0 作者简介 牟建 1 9 7 9 一 ， 男， 重庆人， 工程师 硕士， 现从事海洋仪器设备的管理和维护工作。