物探新技术新方法优秀课件

特 1. 大功率施工方便，效率高 点 2. 接近目标观测，异常信噪比高 小 3. 远离电源观测，背景场影响小 结 4. 多分量多参数观测
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二. 随钻超前探测观测系统
研究背景：
（1）深钻井昂贵 （2）钻孔本身或钻孔底部接近矿体 （3）钻孔资料已揭示地质或矿产条件
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（3）比对观测
相对异常＝100％× （带背景实测值－带背景 实测值）/ 某实测值
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2.4 响应观测仪器与装备
（1）仪器和装备是人五官六感的延伸 （2）数据或异常并不能代表目标对象的存在 （3）关注仪器本身特性（信噪比、灵敏度、感应耦合…）
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球体异常在下方相对异常对比
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3、野外测量方法：三分量测量
供电导线 测量仪表
测量导线
供电仪表
电 极 A
供电导线
地表 电 极 B
图例：
已开挖巷道 待开挖巷道
位于巷道侧壁测量电极N 位于掌子面附近测量电极M
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4. 平朔煤矿4109＃主辅运巷测试试验
导 线
MN
A
球在前方
掌子面
13cm 13cm
B 隧道腔体
球在侧面
球在下方
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球体在前方（组合电极）
铝球直径：25cm
电位差异常
极化率异常
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球体在侧面
ΔV ΔV
电位差异常
极化率异常
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球体异常在侧面相对异常对比
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2、原理
均匀各向同性半空间 条件下，通过位于地下 的供电电极A、B，可以 形成于AB中间1 / 3段的 近似均匀电流场。各参 数设置如图所示。则球 外任意一点P的电位为：
ρ2 r0
j0
r’
H
H
ρ1
j0
ρ2 r0 r
θ'
h
θ
x
P
O
均匀半空间中球体电场异常计算示意图
U j01 r co 2 s 2 2 1 1 r r 0 3 j01 r co 2 s 2 2 1 1 r r 0 ' 3 j01 r 'co ' s
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1.2 大深度与高分辨率难题解析 （1）深部资源勘探的突破口
信号＋解释水平！
A. 更高精度的数据——【质】对仪器、观测技术提出要求 B. 更完备的数据集合——【量】更充分的定解条件 C. 更合理的反演算法和解译体系——【解释水平】综合勘探
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1
6.25
电场异常百分比
12.5
20
2
0.8
1.6
30
3
0.25
0.5
40
4
0.1
0.2
50
5
0.05
0.1
轴向前方球状隐患超前预报理想分辨能力
测量参数 电位测量 U
以10％为有效异常，计算理想极限分别能力（r/2r0）
理想低阻体
（ρ1>>ρ2）
理想高阻体
（ρ1<<ρ2）
1.075
0.855
电场测量 E
中南大学地球物理勘察新技术研究所1低阻球体模型观测点距球心距离与球体直径之比r2r116232201529300408400204500102观测点距离与低阻球体隐患电位及电场相对变化幅度对比表12高阻球体模型观测点距球心距离与球体直径之比r2r电位异常百分比电场异常百分比1062512520081630025054001025000501观测点距离与高阻球体隐患电位及电场相对变化幅度对比表2测量参数以10为有效异常计算理想极限分别能力r2r电位测量u10750855电场测量e13571075轴向前方球状隐患超前预报理想分辨能力中南大学3cm球在前方球在下方模拟隧道直径为5cm长度110cm在隧道外周对称的四个方向上分别布置测量电极mn供电电极ab距离3m
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若球体中心位于隧道轴线上，且r0<<H时，h＝0
U122211rx03 j01x
（2）
取电场强度为观测信号，其表达式为：
E1222211rx0 3j01
（3）
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（1）低阻球体模型
r0= 5m，ρ1=2000Ω·m， ρ2 = 50Ω·m， j0 =0.1mA/m2，r=6m～100m。
解决途径： 定向探测！
三. 线阵列瞬变电磁法
1.测量装置
干 扰！
目 标！
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2. 异常特征体现
背 离 现 象 ！
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3. 应用领域
(1) 超前预报 (2) 深部资源定向勘探
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六. 分享结语
深 部
1. 解决有效激励与响应： 一远两近
电
位 U /V
曲
V/m
电 场 强
线
度
曲
线
x/m
x /m
观测点距离与低阻球体隐患电位及电场相对变化幅度对比（表1）
r(m) 观测点距球心距离与球体直
径之比r/(2r0)
10
1
20
2
30
3
40
4
50
5
电位异常百分比
(%)
11.6 1.5 0.4 0.2 0.1
电场异常百分比
(%)
23.2 2.9 0.8 0.4 0.2
（1）数据稳定可靠
电流1.3A
（2）两参数对水敏感
（2）极化率有优势
2频组实测数据
电流1.8A
Fs数据观测不稳定 电流1.3A
Fs 数 据 观 测 不 稳定
4109辅运巷地面供电井巷测量2频组 高频点电位VMN及幅频率Fs
Fs数据观测不稳定
4109主运巷地面供电井巷测量高频点电位VMN及幅频率Fs
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资 源
（1）近目标激励
与
（2）远离激励源
工
（3）近目标观测
程
2.仪器装备选择：
双多
物 探
（1）多参数观测
新
（2）多分量多路同步观测
方
3. 解释处理：
知己知彼
法
（1）熟悉对象
新
技
（2）由定性到定量
术
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地面
h
D
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B. 更完备的数据集合
——更充分的定解条件 【量】 I 单参数量（x分量，电位差/梯度……） II 多参数量（电位差、极化率、磁化率……） III 多分量（x、y、z分量，电位差/梯度……）
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C. 更合理的解释
——反演算法和解译体系【解释水平】 I 物探专业信息融合（物探行内） II 结合地质、化探、遥感、钻孔信息 （行外）
1、原理——超前预报
B
钻孔
测量电极
井中点电源激励电场扰动
—— 征候 观测与解释。
电位征候观测
供电电极
ρ0
A
电场征候观测
隐伏目标
ρ1
x/m
x/m
垂直接触带前的电激励电场征候模拟
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2、水槽物理模拟试验
测量电极电位，单位：mV
测量电极电位，单位：mV
以水面为起始点的垂直深度，单位：厘米
一. 大定源建场模式下巷井观测系统
1. 研究背景分析
需求
难题与局限 方法技术 突破口
（1）危机矿山 接替资源勘探 （2）井巷环境 隐患超前预报
供电 测量 解释
高密度电法 近目标观测 坑道聚焦电法 远源观测 坑道瞬变电磁 比对观测
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以电位为测量参数时井巷探测系统工作布置示意图
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（2）充分认识环境和目标对象
背景或环境的复杂性
（1）屏蔽/吸收
（2）干扰【地形、地质、地球物理】
（3）“源”背景水平
目标的多参数特征测试
（1）一物多性 （2）一性多物
标本测试 !
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2. 有效激励与响应问题
2.1 物探作业模式与异常
（2）高阻球体模型
r0= 5m，ρ1=2000Ω·m， ρ2 =∞， j0 =0.1mA/m2，r=6m-100m。
电
电
V/m
场
位 U /V
强
曲
度
线
曲
线
x/m
x /m
观测点距离与高阻球体隐患电位及电场相对变化幅度对比（表2）
r(m) 观测点距球心距离与球体直径之比 电位异常百分比
r/(2r0)
10
物探新技术新方法
提纲
1. 大深度与高分辨率难题及解析 2. 有效激励与响应观测 3. 大定源建场模式下巷井观测系统 4. 随钻超前探测观测系统 5. 阵列瞬变电磁勘探系统 6. 结语
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1. 大深度与高分辨率难题与解析
1.1 大深度与高分辨率难题
（1）信号微弱 （2）目标相对规模小 （3）施工效率低 （4）地面跨度大，背景变得复杂 （5）钻探资料少、验证对比解释困难
水槽模拟试验电场 随电极深度变化实测曲线
以水面为起始点的垂直深度，单位：厘米
由水槽模拟试验电场实测数据转换 而成的视电阻率曲线
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视幅频率测量结果
幅频率 Fs，单位：％
迫近目标！
以水面为起始点的垂直深度，单位：厘米
图4 为水槽模拟试验幅频率Fs实测异常曲线
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2.5 有效激励与接收条件下的信号提取
（1）基于数字信号处理的信号提取算法
两
一维傅立叶分析、滤波；统计分析；
概率分析；相关分析……
个
层 次 （2）基于位场理论的信号提取算法
二维或三维时间、空间域；频率、波数域；
τ－P域……
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物探新方法新技术 实例三则
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1.357
1.075
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（3）物理模拟试验
模拟隧道直径为5cm，长度110cm，在隧道外周对称的四个方向上分别布 置测量电极M、N，供电电极A、B距离3m。隧道位于AB中间1/3处，MN极距为 3cm，M距隧道掌子面1cm。将此装置置于深2m、长宽分别为3m和4m的水槽中央， 距水面80cm；水的极化率为0.0，低阻铝球直径25cm。用重庆奔腾地质仪器厂 生产的数字激电仪和中南大学生产的SQ系列双频道数字激电仪分别测量MN之 间的电位差和极化率，以MN中点为记录点。——方位确定！
3、野外实施
随钻超前 探测系统
结构
观测仪表 测量电缆
无穷远
测量电极系 供电电极 目标矿体
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技术特点
（1）多参数 （2）多路同步采集 （3）迫近目标对象的测量与比对 （4）征候关联资料解释
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三. 线阵列瞬变电磁法
瞬变电磁法（TEM）背景： 异常来自何方？
目标
目
响应
响 绝对 异常
标
应
唤
接 相对
醒
收 异常
背景
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2.2 有效激励方式
（1）大功率（大电流、大震源） （2）重复激励 （2）迫近目标 （3）激励方式（组合源、复合源）
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2.3 有效激励下的响应观测
（1）近目标观测 （2）远源观测
相对异常＝100％× (实测值－背景) / 背景
A. 更高精度的数据
——对仪器、观测技术提出要求【质】
表1.理想球体相对异常精度与最大探测深度的关系
异常精度（％） 10
5
4
3
2
1
0.5
0.1
低阻探测深径比 （h/D）
高阻探测深径比 （h/D）
0.857 1.210 1.342 1.527 1.821 2.424 3.184 5.80 0.577 0.857 0.962 1.110 1.342 1.821 2.424 4.50