劉建黨，李 濤，王宏宇

(1.西北有色地質(zhì)勘查局，陜西 西安 710054；2.西色國際投資有限公司，陜西 西安 710054；3.西北有色地質(zhì)勘查局 717地質(zhì)總隊，陜西 寶雞 721015)

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偶極—偶極多極距剖面測量數(shù)據(jù)處理與應用

劉建黨1,2，李 濤3，王宏宇1,2

(1.西北有色地質(zhì)勘查局，陜西 西安 710054；2.西色國際投資有限公司，陜西 西安 710054；3.西北有色地質(zhì)勘查局 717地質(zhì)總隊，陜西 寶雞 721015)

為了探討偶極—偶極多極距剖面測量的數(shù)據(jù)處理方法研究與應用，首先針對在電阻率法和激發(fā)極化法實際應用中常用的中間梯度排列和偶極—偶極排列為例，說明偶極—偶極排列在抗感應耦合能力方面優(yōu)于中間梯度等電極排列方式。其次以國外某礦床上的勘查找礦工作為例，介紹偶極—偶極排列多極距剖面測量應用及數(shù)據(jù)處理過程中的“加權(quán)平均法”、“混合繪圖法”，結(jié)果表明該兩種方法簡單易行，效果明顯。綜合分析與討論認為偶極—偶極多極距測量方式具有很好的應用與研究價值，使用偶極—偶極的多極距測量方式并配合加權(quán)平均、混合繪圖等數(shù)據(jù)處理手段可以取得良好的勘查找礦效果。

數(shù)據(jù)處理；中間梯度；偶極；感應耦合；排列

1 引 言

電極排列形式也稱作電極裝置，指的是供電電極與測量電極以什么樣的方式組合進行野外工作。電極排列形式多種多樣，常規(guī)電阻率法和激發(fā)極化法可以使用的電極排列形式多種多樣，常用的有中間梯度、偶極—偶極、對稱四極、三級、二極(近場源)以及測深等幾種排列形式[1]。目前，在我國應用最多的電極排列形式是中間梯度排列(中梯)，其在時間域激電和面積性激電測量中應用更是廣泛。中間梯度排列由于它很少移動供電電極，一般情況下操作方便；在中間梯度排列供電電極AB中部，激發(fā)電場接近水平均勻電場，此種情況下中間梯度的異常相對簡單。雖然中間梯度排列應用的較多，但它也存在一些不可忽視的問題。中間梯度排列的電磁耦合效應比偶極排列要嚴重得多，尤其是在低電阻率的地區(qū)，隨著供電電極AB長度的增加電磁耦合效應更為嚴重；中間梯度的異常并不一定形態(tài)簡單，當極化體不在AB中部，極化率異常形態(tài)同樣會很復雜；當探測目標是陡傾斜、良導極化體時，由于AB中部，激發(fā)場接近水平，中間梯度的異常較偶極—偶極等排列而言很不明顯。在對國外某金礦床的礦產(chǎn)勘查應用中，采用了雙頻激電法偶極—偶極排列，并進行了多極距剖面測量，獲得了更多的激電信息，取得了良好的效果。本文對雙頻激電法偶極—偶極排列多極距剖面測量結(jié)果中所涉及的關(guān)鍵數(shù)據(jù)處理過程進行了分析與討論，結(jié)論證明采用科學合理的數(shù)據(jù)處理手段可以更好地發(fā)揮激電方法、偶極裝置的技術(shù)優(yōu)勢，達到滿意的地質(zhì)效果[2-4]。

2 偶極—偶極排列

在激電測量野外工作中，常用的有中間梯度排列、偶極—偶極排列等。由于各種原因，中間梯度排列使用得更多一些。中間梯度排列具有野外工作方便[5,6]，生產(chǎn)效率高的特點。但有些情況下使用偶極—偶極排列可以獲得更好的效果。

如圖1所示，偶極—偶極排列供電電極AB與測量電極MN沿一條直線排列。實際中常取AB=MN=a,n稱為隔離因子，可取整數(shù)也可取0.5、1.5…這樣的小數(shù)。定義OO′中點作為測量結(jié)果記錄點，探測深度隨著n增大而增加。

如圖2所示，工作中為充分反映異常的產(chǎn)狀等形態(tài)特征，可以利用偶極—偶極排列進行多極距觀測。

圖1 偶極—偶極排列Fig.1 Dipole—Dipole array

圖2 偶極—偶極多極距剖面測量Fig.2 Multi separation profile measurement of Dipole—Dipole array

相對中間梯度排列而言，偶極—偶極排列具有如下特點：

1)偶極—偶極剖面相對于中間梯度剖面而言對各類極化體都有很好的反映，中間梯度剖面對陡傾斜、良導電極化體的異常反映不明顯。另外偶極-偶極排列可根據(jù)多極距剖面測量結(jié)果繪制擬剖面圖，反映各類極化體的產(chǎn)狀和形態(tài)特征[7]。

2)由于偶極—偶極排列AB、MN完全分開，電磁耦合效應相對于中間梯度等排列來說最弱。而中間梯度排列隨著AB導線長度的增加，電磁耦合效應則會更嚴重[8,9]。

電磁耦合包括電容耦合和感應耦合。

①電容耦合是由于供電導線、測量導線與大地之間存在分布電容導致的，其大小可以用下式計算。

中間梯度裝置：

(1)

偶極—偶極裝置：

(2)

式中，f為頻率；R為接地電阻；c為導線分布電容(F/m)；d為中梯裝置AB與MN的水平距離；a為偶極子長度(m)；n為隔離因子。

根據(jù)式(1)、式(2)，分別計算了雙頻激電儀四個頻組高頻的電容耦合效應導致的幅頻率相對誤差，計算結(jié)果如表1、表2所示。

表1、表2中的計算結(jié)果表明， 電容耦合引起的幅頻率誤差一般很小。

表1 中間梯度排列電容耦合效應導致的幅頻率相對誤差

表2 偶極—偶極排列電容耦合效應導致的幅頻率相對誤差

綜合①、②分析，理論計算結(jié)果顯示電容耦合影響較小，但需注意到當導線在潮濕的地表上或者水中時，分布電容c顯著增大，因此要避免雨后地表潮濕天氣時工作；一般情況下感應耦合對測量結(jié)果影響往往不可忽視，尤其是當大地電阻率較低的情形下，計算表明偶極—偶極裝置抗感應耦合能力強于中梯裝置，同時配合使用低頻段頻組時感應耦合可以進一步減弱[10-12]。

偶極—偶極排列最大的缺點是偶極電場隨距離衰減很快，當n較大時，為觀測到足夠大的電位差，就需要增大供電電流，為克服這個缺點，實際工作中可以適當加大偶極距。

3 實際應用及數(shù)據(jù)處理過程

3.1 方法設計

工區(qū)位于澳大利亞東部某金礦床之中。該礦床主要以硫化物石英脈型礦體為主，礦體多成近似平行狀。地表覆蓋較厚，礦體的規(guī)模和連續(xù)性未知。礦床中含金礦物成分中，金屬硫化物含量較高(黃鐵礦、毒砂等礦物含量達4 %以上)，研究表明本地的金屬硫化物的含量與金礦化關(guān)系密切。

如表1所示，工區(qū)內(nèi)各種巖、礦石的視幅頻率Fs由高到低依次為：礦石、花崗斑巖、花崗巖、片巖、石英脈、閃長巖，礦石與圍巖間存在明顯的視幅頻率差異，礦石的Fs一般都在5 %以上，而圍巖的Fs一般在3 %以下。工區(qū)內(nèi)巖石和礦石之間電性差異明顯，具有投入激電找礦工作的地球物理工作基礎(chǔ)[13,14]。

表3 巖礦石物性參數(shù)測量統(tǒng)計表

工區(qū)共設計激電測線8條，測線距100 m，測點距20 m， 測線總長度7.2 km。記錄點取AB、MN的中心點位置，偶極距AB=MN=40 m，觀測參數(shù)為視幅頻率Fs和視電阻率ρs。同一個測點共測量了5個(n=1、2、3、4、5)不同深度上的數(shù)據(jù)。

3.2 數(shù)據(jù)處理

對于偶極—偶極排列，由于電極效應(所謂電極效應指的是當一個供電極或者供電偶極通過電阻率、極化率不均勻體上方及其附近時，極化場、一次場產(chǎn)生不同程度的畸變，從而對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。引起電極效應的電阻率、極化率不均勻體可能是巖體、巖脈、地下極化體或其它地質(zhì)體)的影響，單一偶極距的測量結(jié)果所繪制的平面等值線圖常常存在異常的極大值不在極化體上方這種現(xiàn)象。因此，可以利用偶極—偶極裝置進行多極距測量，由于在同一測點可以得到多個深度的激電數(shù)據(jù)，在室內(nèi)資料處理過程中對偶極—偶極多極距測量結(jié)果使用加權(quán)平均的方法來繪制平面等值線圖。這是因為偶極剖面隨著極距加大，異常出現(xiàn)雙峰，極距越大，雙峰間距離也越大，最終異常的極值形態(tài)一般呈“八”字形分布，表4所示的加權(quán)平均法可以削弱這種異?；?，最終使異常極值與極化體對應得更好、更準確[15，16]。

表4 加權(quán)平均法示例表

在第一、第二層(n=1、n=2)中，只記一個數(shù)據(jù)3.25、2.54；

第三層(n=3)中，平均數(shù)據(jù)為(2.71+2.49+2.6)÷3=2.600

第四層(n=4)中，平均數(shù)據(jù)為(2.39+2.31+1.95+1.75+1.51)÷5=1.982

第五層(n=5)中，平均數(shù)據(jù)為(2.47+2.27+2.39+2.26+2.04+2.33+2.37)÷7=2.304

因此，104號點各層的總平均為(3.25+2.54+2.600+1.982+2.304)÷5=2.535

經(jīng)加權(quán)平均處理之后，等值線曲線光滑，異常峰值與極化體在地表投影位置對應良好。

圖3所示為在澳大利亞某金礦床的激電測量工區(qū)的偶極—偶極多極距剖面測量結(jié)果(視幅頻率平面等值線圖)，數(shù)據(jù)處理過程中應用了加權(quán)平均法繪制的平面等值線圖。圖中所得曲線光滑，而且高極化異常與前人所做的化探土壤采樣分析結(jié)果中的金元素異常吻合較好，圈定的激電異常已經(jīng)計劃進行工程驗證?？梢娂訖?quán)平均法繪制平面圖，不僅方法簡單，而且效果也不錯。

測得的偶極—偶極剖面數(shù)據(jù)，均采用“混合繪圖法”繪制視幅頻率擬剖面圖，見圖4(以測線L1、L2、L3、L8為例)。對于n層擬斷面的每個分層所需要的就是將(n+1)間隔的每一對數(shù)據(jù)的平均值算出來，并把這些平均值標記在所選各對數(shù)據(jù)點的中點上。 混合繪圖法在電阻率法中早已使用過[1,17]，混合繪圖法相對于傳統(tǒng)繪圖法來說并不能消除多峰異常，而只是將主要的異常置于極化體的上方，以便能更好地反映異常體的輪廓與產(chǎn)狀。經(jīng)處理后的結(jié)果顯示出的異常體產(chǎn)狀與已有認識符合，圈定的異常體具有投入進一步工作的價值[17-20]。

圖3 偶極—偶極多極距剖面測量結(jié)果(加權(quán)平均后)Fig.3 Result of multi separation profile measurement of dipole—dipole array (after weighted average)

圖4 雙頻激電偶極—偶極測深擬剖面圖(L1/L2/L3/L8)Fig.4 Pseudo-section of dual-frequency IP dipole—dipole sounding (L1/L2/L3/L8)

加權(quán)平均法和混合繪圖法具有簡單迅速的特點，經(jīng)過處理后的激電數(shù)據(jù)可以較準確地顯示出極化體的形態(tài)與位置[21,22]。

4 結(jié) 論

通過分析與討論，有如下幾點認識：

1)偶極—偶極裝置抗感應耦合能力強。激電測量的幾種排列中偶極—偶極排列在相同條件下具有相較其他測量排列更強的抗耦合能力；

2)加權(quán)平均法和混合繪圖法的數(shù)據(jù)處理方法可以對偶極—偶極多極距測量結(jié)果進行改善，使極化體的形態(tài)與位置更為清晰準確；

3)偶極—偶極多極距剖面測量結(jié)果很好地反映出了異常的形態(tài)特征，能夠取得良好的勘查效果，對指導鉆探工程施工作業(yè)具有重要參考意義。

綜上所述，偶極—偶極排列及其多極距剖面測量方式是一種值得繼續(xù)深入研究與推廣的方法。

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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

國家自然科學基金項目(編號：41227803)，國外礦產(chǎn)資源風險勘查專項資金項目(編號：陜風勘201211B02700101)

劉建黨(1969-)，男，高級工程師，碩士，長期從事金屬礦產(chǎn)勘查與研究工作。E-mail:liujd2009@163.com

王宏宇(1987-)，男，工程師，碩士，從事地球物理勘查與研究工作。E-mail:why_wutan@163.com

P631.3

A

2015-11-19