申请(专利)号： CN201911112372.2
申请权利人： 张道清;
名称：天然电场同频同源比值测量法

本发明公开了天然电场同频同源比值测量法，具体包括以下两种方法：天然电场同频同源无参考相邻电位差比值测量法、天然电场同频同源参考点比值测量法，本发明还提出了视真电阻率ρz，并给出了其与电位差比值ΔVg的比例关系，其中ΔVg为可由仪器“ZH‑8多功能电法工作站”直接读出的无量纲参数。本发明的天然电场同频同源比值测量法可以避免电场随时间变化所引起的不确定性干扰，且采用该方法工作时，既可以逐点测量也可以从中间某点开始测量，既可以使用一个频率也可以使用多个频率，该方法简单易操作，速度快，且成本低。

天然电场同频同源比值测量法
技术领域

本发明属于天然电场测量技术领域，尤其涉及天然电场同频同源比值测量法。

背景技术

天然电场主要来源于全球性的雷电及其它电磁过程感生的大地游散电流，是随时间变化的，所以即便同一地点，在不同时刻所测的数据相差也非常大，不同地点在不同时刻所测量的数据放在一起进行对比分析误差往往更大，这就导致不同时刻获取的天然电场数据可比性降低，进而影响勘探精度。

目前国内外的测量方法普遍还是不同地点、不同时间的逐点进行观测，然后放在一起进行对比分析，这种观测误差较大，数据不准，资料的可靠性不高，影响了地质应用效果。

基于目前天然电场方法存在的上述问题，本发明提出天然电场同频同源比值测量法，并利用发明人已发明的CN105911594B “ZH-8多功能电法工作站”读取数据，这里的同源是指同一电流场源下的测量，且要求同一个物理点参与计算的电位或电位差必须是同一时刻的观测数据。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种简单易操作、速度快、成本低，且误差小、资料可靠性高的用于地质勘察的天然电场同频同源比值测量法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

天然电场同频同源比值测量法，所述测量法为天然电场同频同源无参考相邻电位差比值测量法，具体步骤如下：

a. 在测量剖面等距离设置多个测量点，分别为n—2、n—1、n、n+1、n+2……nm；

b. 使用三个电极以同步测量n—1 点与n点之间的电位差ΔV n，n点与n+1点的电位差 ΔVn+1，以此类推各相邻测量点的电位差分别记为ΔVn—2、ΔVn—1、ΔVn、ΔVn+1、ΔVn+2……ΔVm，同步方式采用有线或无线通讯方式，并由主控机控制；

c. 将同一时刻某一频率的n—1点的电位与n点的电位差ΔVn，与n+1点的电位与n点的电位差ΔVn+1进行比值计算，得出的值即为n—1点与n+1点的中间点n点的电位差比值，n点的电位差比值用ΔVg表示，ΔVg= ΔVn/ ΔVn+1，则n点的电参数ρz(n) = ΔVg×ρz(n—1)，将ρz(n)叫做视真电阻率，单位为欧姆米Ω·m；所述ρz(n—1)为n—1点的视真电阻率；所述ΔVg为无量纲参数，可由仪器“ZH-8多功能电法工作站”直接读出，无需另外计算；

d. 根据测得的数据绘图：将同一频率、同一条测线的视真电阻率ρz绘制成一个剖面，为视真电阻率ρz剖面图；或在同一工区内，把不同测线的同一个频率的所有视真电阻率ρz值以剖面的形式绘制在同一张图上，为视真电阻率ρz平面剖面图；或在同一工区内，把不同测线的同一个频率的所有视真电阻率ρz值以等值线的形式绘制在同一张图上，为视真电阻率ρz平面等值线图；或将同一剖面上的不同频率的视真电阻率ρz绘制成断面等值线图，为视真电阻率ρz断面等值线图，不同频率代表不同勘探深度。

优选地，所述所述天然电场同频同源无参考相邻电位差比值测量法的步骤c中的n—1点的视真电阻率ρz(n—1)，首个ρz(n—1)可以是野外实测值，也可以是野外经验数值；在第四系地区首个ρz(n—1)取值范围在20-30Ω·m之间，在基岩地区首个ρz(n—1)取值范围在500-1000Ω·m之间，首个ρz(n—1)取值尽可能接近实际，但没有绝对要求。

天然电场同频同源比值测量法，所述测量法为天然电场同频同源参考点比值测量法，具体步骤如下：

a. 在测量剖面等距离设置多个测量点，分别为n—2、n—1、n、n+1、n+2……nm，各个测量点的电位分别记为Vn—2、Vn—1、Vn、Vn+1、Vn+2……Vm；

b. 在工区内或工区外纵向岩性变化不大、构造简单的地方设置两个固定参考点M0、N0，其布极方向与测量点M、N点的布极方向一致，所述M、N点分别对应n+1、n点，且M0、N0点之间的距离与M、N点之间的距离是相等的；

c. 在固定参考点M0、N0之间设置数据采集器ID0，读出的电位差记为ΔV0，在测量点上设置可移动的数据采集器ID1，读出的测量点M、N之间的电位差记为ΔV1，ID0与ID1通过无线或有线控制使它们实现同步测量，并由主控机控制；

d. 将同一时刻某一频率的M0点与N0点的电位差ΔV0和M点与N点的电位差ΔVn+1进行比值计算，得出的值即为n与n+1点的中间点的电位差比值，用ΔVg表示，ΔVg= ΔVn+1/ ΔV0，则n与n+1点的中间点的电参数ρz(n) = ΔVg×ρ0，将ρz(n)叫做视真电阻率，单位为欧姆米Ω·m。所述ρ0为M0与N0点之间的电阻率值；所述ΔVg为无量纲参数，可由仪器“ZH-8多功能电法工作站”直接读出，无需另外计算；

e. 根据测得的数据绘图：将同一频率、同一条测线的视真电阻率ρz绘制成一个剖面，为视真电阻率ρz剖面图；或在同一工区内，把不同测线的同一个频率的所有视真电阻率ρz值以剖面的形式绘制在同一张图上，为视真电阻率ρz平面剖面图；或在同一工区内，把不同测线的同一个频率的所有视真电阻率ρz值以等值线的形式绘制在同一张图上，为视真电阻率ρz平面等值线图；或将同一剖面上的不同频率的视真电阻率ρz绘制成断面等值线图，为视真电阻率ρz断面等值线图，不同频率代表不同勘探深度。

优选地，所述天然电场同频同源参考点比值测量法的步骤d中的M0与N0点之间的电阻率值ρ0，可以是野外实测值，也可以是野外经验数值；在一个工区ρ0是预设值且固定不变，ρ0在第四系地区取值范围在20-30Ω·m之间，在基岩地区取值范围在500-1000Ω·m之间；ρ0取值尽可能接近实际，但没有绝对要求。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1. 本发明天然电场同频同源比值测量法对电场是否稳定没有严格要求，因此避免了电场随时间变化所引起的不确定性干扰；

2. 本发明天然电场同频同源比值测量法简单易操作，速度快，且成本低；

3. 本发明的天然电场同频同源比值测量法在工作时，既可以逐点测量也可以从中间某点开始测量，既可以使用一个频率也可以使用多个频率，体现了该方法的灵活多变性。

附图说明

图1为本发明天然电场同频同源无参考相邻电位差比值测量法的测量系统与主控机的工作示意图；

图2为本发明天然电场同频同源参考点比值测量法的测量系统与主控机的工作示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

以下各实施例中视真电阻率ρz由公式V=K×ρ×I推导出：

某一点的电位V=K×ρ×I；式中K为与装置有关的常数，ρ为该点的电阻率，I为通过该点的电流。

设A、B两点的电位分别是Va和Vb，单位为mV；A、B两点的电阻率分别是ρa和ρb，单位是ΩM；A、B两点的电流分别是Ia和Ib，单位是mA。

则有：Va=KaρaIa；Vb=KbρbIb；

A、B两点的电位比值Vg为：Vg= Vb / Va = KbρbIb/ KaρaIa；

当A、B两点的测量装置形式相同时，Ka=Kb；

当A、B两点的地质变化不大，同时对它们测量时我们可以认为A、B两点的大地电流是相等的，即Ia=Ib；

由此，可得Vg=ρb/ρa；

显然，在这种情况下Vg与大地电流无关，Vg反映了电阻率的比值关系；

所以，已知Va和Vb，且A点的电阻率ρa也已知时，可计算得B点的电阻率：

ρb = （Vb / Va）×ρa=Vg×ρa=（ρb/ρa）×ρa；

把ρb叫做B点的视真电阻率，下面实施例中视真电阻率用ρz表示，单位Ω·m。

实施例1

一种天然电场同频同源比值测量法，所述测量法为天然电场同频同源无参考相邻电位差比值测量法，具体步骤如下：

a. 在测量剖面等距离设置多个测量点，分别为n—2、n—1、n、n+1、n+2……nm；

b. 使用三个电极以同步测量n—1 点与n点之间的电位差ΔV n，n点与n+1点的电位差 ΔVn+1，以此类推各相邻测量点的电位差分别记为ΔVn—2、ΔVn—1、ΔVn、ΔVn+1、ΔVn+2……ΔVm，同步方式采用有线或无线通讯方式，并由主控机控制；

c. 将同一时刻某一频率的n—1点的电位与n点的电位差ΔVn，与n+1点的电位与n点的电位差ΔVn+1进行比值计算，得出的值即为n—1点与n+1点的中间点n点的电位差比值，n点的电位差比值用ΔVg表示，ΔVg= ΔVn/ ΔVn+1，则n点的电参数ρz(n) = ΔVg×ρz(n—1)，将ρz(n)叫做视真电阻率，单位为欧姆米Ω·m；所述ρz(n—1)为n—1点的视真电阻率；所述ΔVg为无量纲参数，可由仪器“ZH-8多功能电法工作站”直接读出，无需另外计算；

d. 根据测得的数据绘图：将同一频率、同一条测线的视真电阻率ρz绘制成一个剖面，为视真电阻率ρz剖面图；或在同一工区内，把不同测线的同一个频率的所有视真电阻率ρz值以剖面的形式绘制在同一张图上，为视真电阻率ρz平面剖面图；或在同一工区内，把不同测线的同一个频率的所有视真电阻率ρz值以等值线的形式绘制在同一张图上，为视真电阻率ρz平面等值线图；或将同一剖面上的不同频率的视真电阻率ρz绘制成断面等值线图，为视真电阻率ρz断面等值线图，不同频率代表不同勘探深度。

所述所述天然电场同频同源无参考相邻电位差比值测量法的步骤c中的n—1点的视真电阻率ρz(n—1)，首个ρz(n—1)可以是野外实测值，也可以是野外经验数值；在第四系地区首个ρz(n—1)取值范围在20-30Ω·m之间，在基岩地区首个ρz(n—1)取值范围在500-1000Ω·m之间，首个ρz(n—1)取值尽可能接近实际，但没有绝对要求。

实施例2

一种天然电场同频同源比值测量法，所述测量法为天然电场同频同源参考点比值测量法，具体步骤如下：

a. 在测量剖面等距离设置多个测量点，分别为n—2、n—1、n、n+1、n+2……nm，各个测量点的电位分别记为Vn—2、Vn—1、Vn、Vn+1、Vn+2……Vm；

b. 在工区内或工区外纵向岩性变化不大、构造简单的地方设置两个固定参考点M0、N0，其布极方向与测量点M、N点的布极方向一致，所述M、N点分别对应n+1、n点，且M0、N0点之间的距离与M、N点之间的距离是相等的；

c. 在固定参考点M0、N0之间设置数据采集器ID0，读出的电位差记为ΔV0，在测量点上设置可移动的数据采集器ID1，读出的测量点M、N之间的电位差记为ΔV1，ID0与ID1通过无线或有线控制使它们实现同步测量，并由主控机控制；

d. 将同一时刻某一频率的M0点与N0点的电位差ΔV0和M点与N点的电位差ΔVn+1进行比值计算，得出的值即为n与n+1点的中间点的电位差比值，用ΔVg表示，ΔVg= ΔVn+1/ ΔV0，则n与n+1点的中间点的电参数ρz(n) = ΔVg×ρ0，将ρz(n)叫做视真电阻率，单位为欧姆米Ω·m。所述ρ0为M0与N0点之间的电阻率值；所述ΔVg为无量纲参数，可由仪器“ZH-8多功能电法工作站”直接读出，无需另外计算；

e. 根据测得的数据绘图：将同一频率、同一条测线的视真电阻率ρz绘制成一个剖面，为视真电阻率ρz剖面图；或在同一工区内，把不同测线的同一个频率的所有视真电阻率ρz值以剖面的形式绘制在同一张图上，为视真电阻率ρz平面剖面图；或在同一工区内，把不同测线的同一个频率的所有视真电阻率ρz值以等值线的形式绘制在同一张图上，为视真电阻率ρz平面等值线图；或将同一剖面上的不同频率的视真电阻率ρz绘制成断面等值线图，为视真电阻率ρz断面等值线图，不同频率代表不同勘探深度。

优选地，所述天然电场同频同源参考点比值测量法的步骤d中的M0与N0点之间的电阻率值ρ0，可以是野外实测值，也可以是野外经验数值；在一个工区ρ0是预设值且固定不变，ρ0在第四系地区取值范围在20-30Ω·m之间，在基岩地区取值范围在500-1000Ω·m之间；ρ0取值尽可能接近实际，但没有绝对要求。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。