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双频激电法在复杂地区开展勘查工作中干扰的分析和克服探讨

双频激电法在复杂地区开展勘查工作中干扰的分析和克服探讨

【摘要】本文就双频激电法在复杂地区开展地质勘查工作中常见的干扰问题进行了分析,并提出了解决办法,供参考。
【关键词】双频激电法;勘查;干扰;克服
  
  双频激电法是在变频的基础上发展起来的一种频率域激发激化法,它的本质是将两种不同频率的方波电流组合后同时供入地下并同时接收,与传统的直流和交流激发极化法相比具有以下优点:

(1)仪器性能稳定,自身抗干扰能力强;

(2)数据采集速度快、工作效率高;

(3)测量结果受电流的变化影响小,观测精度高;

(4)仪器轻便、灵活。
  1激电测量中电极效应的干扰分析
  电极效应在电阻率测量中普遍存,而在激电测量中也存在这效应,并影响着成果的解释。常见的主要有以下两种:
  (l)电阻率电极效应;当单个供电极或者一双供电偶极经过地下电阻率不均匀体的上方或附近时,极化场(或一次场)就会发生不同程度的畸变,从而影响着观测结果。这种畸变既影响电阻率测量,也影响激电测量。这种电阻率不均匀体可能是岩体、岩层、断层或极化体;总之,电阻率电极效应是一次场局部畸变引起的,这种畸变会产生干扰异常甚至叠加在有用异常上,最终得到的异常形态较为复杂,对解释带来了困难。
  (2)激电电极效应;当地下电阻率均匀变化而极化体不均匀时,供电电极通过不均匀极化体或附近时,此时接收到的二次场的大小和方向都会改变,出现激电异常的变化,即为激电电极效应。

  通常极化体既是极化不均匀体也是电阻率不均匀体,激电异常经常受到这两种电极效应的影响。这种由于供电电极与极化体之间相对位置关系而引起测量电极间的异常干扰,使得伊异常的极大值并不总是位于极化体的正上方,必须对测得的IP异常进行仔细分析,综合地层和构造变化因素,才能对钻孔验证位置、方向及深度做出正确的指导。
  2电极接地问题的分析及克服
  在时间域激电测量中,通常采用标准的非极化电极来克服电极差的影响。在双频激电测量中观测的是交流信号,且仪器自身具有抗干扰能力强的优点,电极极差的变化对观测结果的影响不大。在本次工作中,供电电极AB各采用5根钢电极、接收电极采用两根铜电极进行。野外实践表明,使用铜电极供电十分方便,尤其是在接地条件较差的地区,铜电极的接地电阻要比不极化电极小。

  在野外激电测量中,接地条件差,接地电阻太大势必会对工作的开展带来影响。一方面,在接地条件差的地方,使用相同的电压向地下供电,电流太小,为了提高信噪比就需增大供电电流。通过增大供电电压后,电能很大部分消耗于接地电阻和导线上,造成了资源的浪费,同时也增大了电磁祸合效应;另一方面,接收端由于接地电阻太大,引入的干扰也越强,在实际数据采集中常会显示负值FS,且数据极不稳定。
  在使用金属电极供电和测量中,影响接地电阻的因素有:
  1.电极与土壤的接触面积越大,接地条件越好;接触面积与电极的半径大小、电极的入上深度及土壤颗粒的大小均匀程度有关,电极半径和入土深度越大、土壤颗粒越小,接触面积越大,即接地条件也越好;

  2.电极的接地电阻与周围土壤和岩石自身的电阻率有关;土壤和岩石中水分越多,或含有的离子成分越多,自身的电阻率就越小,电极与周围的接地条件也越好。
  为了有效降低接地电阻,提高观测精度和工作效率,可采取以下措施(1)供电电极AB端分别采用5根钢电极同时向地下供电,电极呈梅花状接入地下,电极的钉入深度至少大于20cm
  (2)接收端MN分别采用铜电极采集数据,注意铜电极引出的电线完好,在测量中尽量减少电极附近的走动;

  (3)供电和接收电极尽量打入有土壤或潮湿的地段,避免在基岩出露区钉电极;
  (4)在接地条件较差、基岩出露较多的测点,为有效改善接地电阻,向供电和接收电极处浇灌盐水;
  3激电测量中电磁祸合效应的干扰及克服
  电磁感应祸合是供电回路、测量回路、大地三者之间通过电磁感应引起的祸合效应,它与激电效应同时存在成为干扰,地下电阻率越低、频率越高、极距越大,受到的干扰程度也越大;在激电测量中,电极的排列方式不同,所受到的电磁感应祸合的影响不同而对称四极排列测深与其它排列方式相比受到的电磁感应祸合效应影响最大,电磁藕合效应的影响会使得大面积的激电测量数据无法解释,在实际工作中尤其要重视。
  激电测量中出现的电磁感应藕合一般有两种;一种是电容祸合,它是线与地之间或线与线之间的分布电容进行电能量转移,在测量回路中引起的与探测目标无关的畸变信号。根据电容存在的部分不同,常有测量导线与大地之间、供电导线与大地之间,测量导线与供电导线之间的电容。另一种是电磁藕合,它是电流随时间的变化引起的,它的实质是电磁感应。只要供电电流发生变化,就会产生电磁祸合,实际工作中供往地下的电流无法做到稳定不变,即电磁藕合效应的影响成为一种不可避免的客观事实;在激电测量中,只要地电条件、工作装置和电流形式确定,电磁感应祸合的大小和分布就可以确定,因此是实际施工当中,采取以下必要的措施来尽可能减小祸合效应的影响。
  
①、电容藕合和电感祸合均与电极距有关,通过在已知钻孔上进行孔旁测深试验工作,合理的选择能反映实际的电极距,同时尽可能减小电容藕合与电感祸合带来的影响;
  ②、在移动、变化极距的过程中,供电导线和测量导线保持一定的距离,尽量减小导线与导线之间的电磁感应祸合效应的影响;
  ③、水的介电常数比空气大几十倍,在激电测量中电容祸合效应会由于水对数据采集带来相当大的影响;研究区内有河流通过,且测线通过浇灌后的水地,在铺线测量过程中,将导线架空或绕道敷设,保持导线干燥,防止潮湿;
  ④、二频率越高电磁藕合效应越明显,而选择低频测量时,工作效率低,同时容易受到来自地下游散电流的影响,因此,在地势相对平缓时选择低频组测量;
  ⑤、选用内阻小、绝缘性好的导线作供电和测量线,以减小导线内阻;尽可能改善供电电极和接收电极的接地条件,降低接地电阻;
  4天然干扰的存在和影响
  天然干扰主要有天然的大地电流场和自然电场两种。大地电流场也称大地噪声,是地球上广泛分布的宽频带电磁场,主要是由地球外部太阳风、磁暴、等离子层中离子波动等产生的低频电磁辐射,它们是以微脉动形式出现的电磁波,在电离层与地球表面之间来回传播,地表可以观测到这种微弱的电磁场。同时在地层中可感应出强度不大而分布范围很广的电流场。在地表观测到的较高频率的大地电磁场主要来源于赤道地区的雷电等,可对激电测量带来一定的干扰。由于大地电流场的频谱主要集中于低频部分,频率越低,强度
越大,因此在激发极化测量中频率一般选择在0.1-5Hz的大地电流场频谱的低谷上,以避开大地电流场的干扰。本次研究工作中采用的工作频率为4HZ4/13Hz,避开了大地电流场的峰值影响。
  自然电场主要由矿物与溶液的电化学反应和离子过滤、扩散的局部电化学场,具有相对稳定分布较窄的特点。自然电场是直流电场,而双频激电法中使用的是特定的低频交流电场,自然电场对双频激电法等频率域激电法不构成干扰。
  5偶然及人文干扰的存在和影响
  实际测量中常见到的人文及偶然干扰有地下管道、金属物体、铁轨、高压电线、电话线及50Hz工业游散电流等。这些干扰表现在数据采集中产生的IP异常,对后期成果的分析解释带来困难。在实际施工中实行克服与避让相结合的措施,即有水流、水田干扰的地段,将供电和测量导线架空或绕道铺设;当必须经过公路、桥梁铁护栏、输电线等地物时,选择没有行车经过的时段测量,并对导线进行埋藏保护处理,正确记录测点号和测量极距,以便在后期的数据处理和解释中作为参考。
  6地质干扰的存在和影响
  地质干扰因素主要包括当地人开采后遗留下的废弃采坑、地表残留的少量矿化程度低的废矿石、地形地质条件等。数据采集过程中,由于地质干扰体的存在,接收机显示的视幅频率FS值往往显示负值且数值极不稳定,通过改善接地条件,多次观测取平均值可压制干扰,取得较好的观测精度。
  
  参考文献:
  【1】李金铭.激发极化法技术指南[Ml.北京冲国地质大学,2002
  【2】张力,白宜诚,龙慧.应用双频激电偶极剖面法探察水下隐伏断层[J].建筑设计.20061(35).
  【3】刘宏信等.变频激发极化法在高基多金属矿区的应用效果[l1.西部探矿工程.2005,(11