CN111551997A - 一种隐伏断裂层的勘察***及勘察方法 - Google Patents

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CN111551997A CN202010401401.3A CN202010401401A CN111551997A CN 111551997 A CN111551997 A CN 111551997A CN 202010401401 A CN202010401401 A CN 202010401401A CN 111551997 A CN111551997 A CN 111551997A
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张跃进
陈晓艳
章丹婷
应玲
陈颖
吴斌
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Abstract

一种隐伏断裂层的勘察***及勘察方法,所述隐伏断裂层的勘察***包括区域地质状态获取模块，隐伏断裂勘察测线布设模块，电极排列模块，电位差采集模块，以及地表视电阻率值计算模块。所述区域地质状态获取模块用于获取所要勘察的区域的地质概况。所述隐伏断裂勘察测线布设模块用于在所要勘察的区域上布设至少两条测线。所述电极排列模块用于在两条所述测线上分别布置多个电极。所述电位差采集模块通过测量其他电极与该基电极之间电位差以获得两条测线上的多个电极之间的电位差。所述地表视电阻率值计算模块用于计算地表视电阻率。本隐伏断裂层的勘察***及方法受场地制约、人为破坏等因素影响较小，同时简化了隐伏断裂勘察过程及降低了隐伏断裂勘察成本。

Description

一种隐伏断裂层的勘察***及勘察方法
技术领域
本发明涉及地质勘察技术领域，特别涉及一种隐伏断裂层的勘察***及勘察方法。
背景技术
在地质勘察中，隐伏断裂是一种常见的地质形态。隐伏断裂顾名思义是指在地表无出露，潜伏地表以下的断层。形成隐伏断裂的原因可能是切穿基岩的断层被新沉积物覆盖，或者是断层被侵位岩体占据，又或者是形成于地下深处，断层面没有切穿至地表的盲断层。隐伏断裂在房屋、水利建筑建设领域是一个必须排除的隐患，否则会造成很严重的后果。目前隐伏断裂勘察通常主要有以下方法：
野外地质调查：通过地质地貌、水文地质、遥感地质及环境地质等方面野外实地勘察隐伏断裂，初步获得隐伏断裂有关信息(如产状、性质等特征)。
野外工程勘察：地震波勘察、航磁测量等手段，获得隐伏断裂更为详细的信息(包括隐伏断裂产状、性质等特征)。
水文地质钻探：是勘察隐伏断裂最直接的手段，但由于该法布孔复杂，施工困难，耗时长，成本高，在应用时往往需要特别慎重。
上述勘察手段要么对隐伏断裂的产状、性质等特征掌握得不够详细、深入，如地质地貌调查、水文地质调查；要么场地不具备使用条件，如地震波勘察通常在城区不太适用；再或者勘察成本太高，如水文地质钻探勘察；因而都存在一定的弊端。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种可以克服上述弊端的用于勘察隐伏断裂的高密度电阻率方法，以解决上述问题。
一种隐伏断裂层的勘察***,其包括一个区域地质状态获取模块，一个隐伏断裂勘察测线布设模块，一个电极排列模块，一个电位差采集模块，以及一个地表视电阻率值计算模块。所述区域地质状态获取模块用于获取所要勘察的区域的地质概况。所述隐伏断裂勘察测线布设模块用于在所要勘察的区域上布设至少两条测线，该两条测线假定垂直于所述隐伏断裂的走向。所述电极排列模块用于在两条所述测线上分别布置多个电极。所述电位差采集模块用于以多个电极中的任意一个为基电极，通过测量其他电极与该基电极之间电位差以获得两条测线上的多个电极之间的电位差。所述地表视电阻率值计算模块利用下述公式以计算得到至少两条测线所对应的地表视电阻率，所述公式为：
Figure BDA0002489606260000021
其中：ρs为地表视电阻率值；
K为装置系数；
UMNi为第i个电极与基电极之间的电位差，M及N为电极的标号；
I为供电电流值。
进一步地，所述地质概况通过对区域地质进行野外地质调查获得。
进一步地，所述隐伏断裂勘察测线布设模块通过多次布设所述测线以获得多个所述地表视电阻率值。
进一步地，所述隐伏断裂层的勘察***还包括一个循环模块，所述循环模块用于循环执行所述隐伏断裂勘察测线布设模块，电极排列模块，电位差采集模块，以及地表视电阻率值计算模块以获得多个所述地表视电阻率值。
进一步地，多个所述地表视电阻率值采用Res2dinv软件进行二维推演，并经过多次迭代拟合获得电阻率断面的真实电阻率。
进一步地，当迭代拟合的误差小于或等于5时则停止迭代。
一种隐伏断裂层的勘察方法，其包括如下步骤：
提供一个区域地质状态获取模块，该区域地质状态获取模块用于获取所要勘察的区域的地质概况；
提供一个隐伏断裂勘察测线布设模块，所述隐伏断裂勘察测线布设模块用于在所要勘察的区域上布设至少两条测线，该两条测线假定垂直于所述隐伏断裂的走向；
提供一个电极排列模块，所述电极排列模块用于在至少两条所述测线上分别布置多个电极；
提供一个电位差采集模块，所述电位差采集模块用于以多个电极中的任意一个为基电极，通过测量其他电极与该基电极之间电位差以获得至少两条所述测线上的多个电极之间的电位差；
提供一个地表视电阻率值计算模块，所述地表视电阻率值计算模块利用下述公式以计算得到至少两条测线所对应的地表视电阻率，所述公式为：
Figure BDA0002489606260000031
其中：ρs为地表视电阻率值；
K为装置系数；
UMNi为第i个电极与基电极之间的电位差，M及N为电极的标号；
I为供电电流值。
进一步地，提供一个一个循环模块，所述循环模块用于循环执行所述隐伏断裂勘察测线布设模块，电极排列模块，电位差采集模块，以及地表视电阻率值计算模块以获得多个所述地表视电阻率值。
进一步地，在获得多个所述地表视电阻率值，还包括步骤：采用Res2dinv软件进行二维推演，并经过多次迭代拟合获得相应测线所对应的电阻率断面的真实电阻率。
进一步地，当迭代拟合的误差小于或等于5时则停止迭代，所得到的真实电阻率中的最小值即为测线垂直于隐伏断裂的走向所对应的地表视电阻率值。
与现有技术相比，本发明提供的隐伏断裂层的勘察***通过所述隐伏断裂勘察测线布设模块为所要勘察的区域进行任意布置测线，并假定该测线垂直于隐伏断裂的走向，然后通过所述电极排列模块为每一条测线排列多个电极，并通过电位差采集模块采集其中一个基电极与其他电极之间的电位差，最后便可以通过所述地表视电阻率值计算模块计算得到地表视电阻率值。在得到该地表视电阻率值后，通过迭代拟合便可以该测线所对应的断面的真实电阻率，从而以此为基础，通过反演与验证得到真实的隐伏断裂层的地质结构分布特征。也因此，该勘察***及方法受场地制约、人为破坏等因素影响较小，同时简化了隐伏断裂勘察过程及降低了隐伏断裂勘察成本。
附图说明
图1为本发明提供的一种隐伏断裂层的勘察***的原理示意图。
图2为本发明提供的一种隐伏断裂层的勘察方法的流程图。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解的是，此处对本发明实施例的说明并不用于限定本发明的保护范围。
如图1至图2所示，其为本发明提供的一种隐伏断裂层的勘察***的原理示意图。所述隐伏断裂层的勘察***包括一个区域地质状态获取模块10，一个隐伏断裂勘察测线布设模块11，一个电极排列模块12，一个电位差采集模块13，一个地表视电阻率值计算模块14，以及一个循环执行模块15。可以想到的是，所述隐伏断裂层的勘察***还包括其他的一些功能模块，如数据处理模块，电气连接组件，一些用于实地设置电极的设备，在电极之间加载电压以及测量任意两个电极之间的电位差的设备等等，其为本领域技术人员习知的技术，在此不再一一详细说明。
所述区域地质状态获取模块10可以由人工通过整理现有的所要勘察的区域地质资料输入，也可以是根据实地勘察所得数据的输入，从而可以了解所要勘察的区域地质的大致走向，地理信息如地层概况、地质构造等等。可以想到的是，所要勘察的区域地质资料也可以是通过无人机拍照，再对所拍摄的照片通过分析获得。通过地质资料的输入所述区域地质状态获取模块10可以获取所要勘察的区域的地质概况。
所述隐伏断裂勘察测线布设模块11用于在所要勘察的区域上布设至少两条测线，该两条测线假定垂直于所述隐伏断裂的走向。所述隐伏断裂的走向可以是人工推理获得也可以是由计算机通过对地质图片分析获得，但都是假定的。在布所述测线时，该测线应当垂直于所假定的隐伏断裂的走向，以获取真实的断裂面的电阻率值。在本实施例中，所述隐伏断裂勘察测线布设模块11在所要勘察的区域上布设两条间隔设置的测线。
所述电极排列模块12用于在所布设的测线上布置多个电极。布置多个该电极的方法可以为偶极测量排列，还可以是其他的方式。在本实施例中，所述极排列模块12采用偶极测量排列的方式在两条测线上布置多个电极，所述电极的数量可以根据实际的需要设置，如测线的长度。在本实施例中，所述电极具有64个，并分为奇数组与偶数组，即奇数组32个和偶数组32个，并对其进行编号以利于区分。在本实施例中，奇数组电极的标号为M(1,3,5,……，63)，偶数组电极的标号为N(2,4,6,……，64),
所述电位差采集模块13用于获取任意两个电极之间的电位差，其首先以多个所述电极中的任意一个为基电极，如将M1号电极作为基电极，然后通过测量其他电极与该基电极之间电位差以获得两条测线上的多个电极之间的电位差。可以理解的是，测量任意两个电位差的设备及方法应当为现有技术，在此不再赘述。在本实施例中，由于电极具有64个，因此可以获得63个电位差数据。
所述地表视电阻率值计算模块14利用下述公式以计算得到至少两条测线所对应的地表视电阻率值，所述公式为：
Figure BDA0002489606260000051
其中：ρs为地表视电阻率值；
K为装置系数；
UMNi为第i个电极与基电极之间的电位差,M及N为电极的标号；
I为供电电流值。
对于所述装置系数K，其与排列多个所述电极的装置相关，并可以根据实际装置进行调节，其为地质勘察中的现有技术，在此不再赘述。
通过该地表视电阻率计算模块14即可以计算得到所布设的两条测线所对应的断面的视电阻率值。当然，可以理解的是，由于所布设的两条测线并不一定垂直于隐伏断裂的走向，因此，该地表视电阻率计算模块14所计算得到的视电阻率值也不一定是最小值，因此需要多次布设所述测线，以获得多个所述视电阻率值。
所述循环模块15用于循环执行所述隐伏断裂勘察测线布设模块11，电极排列模块12，电位差采集模块13，以及地表视电阻率值计算模块14以获得多个所述地表视电阻率值。
根据视电阻率值可大致了解隐伏断裂电性结构分布，由于隐伏断裂的走向的不确定性，测线不可能在任意位置都垂直于该隐伏断裂的走向，为了得到更真实的数据以提高精度，以最小二乘法原理为基础，利用实测数据和正演模型构造目标函数，使其达到极小，根据拟合差值通过反复迭代修改模型参数，直至拟合差达到给定的精度要求为止。本实施例中，采用Res2dinv软件(软件内置最小二乘法反演模式)将隐伏断裂勘察高密度电阻率数据进行二维反演，经过5次迭代获得二维反演模型的电阻率断面(第5次迭代拟合误差等于5即停止迭代)的真实电阻率，结合钻孔地质资料可反推地下地质结构分布特征。在实际情况，当迭代拟合的误差小于或等于5时则停止迭代。
最后，为了确认上述计算结果的正确性，还可以进行验证，即进行实地的勘察，如钻探验证。经现场水文地质钻探揭露，本勘察***所获得的隐伏断裂特征与水文地质钻探勘察验证揭露的隐伏断裂进行比较，如果特征一致即可认定隐伏断裂属于活动隐伏断裂。
与现有技术相比，本发明提供的隐伏断裂层的勘察***通过所述隐伏断裂勘察测线布设模块11为所要勘察的区域进行任意布置测线，并假定该测线垂直于隐伏断裂的走向，然后通过所述电极排列模块12为每一条测线排列多个电极，并通过电位差采集模块13采集其中一个基电极与其他电极之间的电位差，最后便可以通过所述地表视电阻率值计算模块14计算得到地表视电阻率值。在得到该地表视电阻率值后，通过迭代拟合便可以该测线所对应的断面的真实电阻率，从而以此为基础，通过反演与验证得到真实的隐伏断裂层的地质结构分布特征。也因此，该勘察***及方法受场地制约、人为破坏等因素影响较小，同时简化了隐伏断裂勘察过程及降低了隐伏断裂勘察成本。
本发明还提供一种隐伏断裂层的勘察方法，其包括如下步骤：
STEP101:提供一个区域地质状态获取模块10，该区域地质状态获取模块10用于获取所要勘察的区域的地质概况；
STEP102:提供一个隐伏断裂勘察测线布设模块11，所述隐伏断裂勘察测线布设模块11用于在所要勘察的区域上布设至少两条测线，该两条测线假定垂直于所述隐伏断裂的走向；
STEP103:提供一个电极排列模块12，所述电极排列模块12用于在至少两条所述测线上分别布置多个电极；
STEP104:提供一个电位差采集模块13，所述电位差采集模块13用于以多个电极中的任意一个为基电极，通过测量其他电极与该基电极之间电位差以获得至少两条所述测线上的多个电极之间的电位差；
STEP105:提供一个地表视电阻率值计算模块14，所述地表视电阻率值计算模块14利用下述公式以计算得到至少两条测线所对应的地表视电阻率，所述公式为：
Figure BDA0002489606260000071
其中：ρs为地表视电阻率值；
K为装置系数；
UMNi为第i个电极与基电极之间的电位差。
STEP106:提供一个循环模块15，所述循环模块15用于循环执行所述隐伏断裂勘察测线布设模块11，电极排列模块12，电位差采集模块13，以及地表视电阻率值计算模块14以获得多个所述地表视电阻率值；
STEP107:采用Res2dinv软件进行二维推演，并经过多次迭代拟合获得相应测线所对应的电阻率断面的真实电阻率。
当迭代拟合的误差小于或等于5时则停止迭代，所得到的真实电阻率中的最小值即为测线垂直于隐伏断裂的走向所对应的地表视电阻率值。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用于局限本发明的保护范围，任何在本发明精神内的修改、等同替换或改进等，都涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种隐伏断裂层的勘察***，其特征在于：所述隐伏断裂层的勘察***包括一个区域地质状态获取模块，一个隐伏断裂勘察测线布设模块，一个电极排列模块，一个电位差采集模块，以及一个地表视电阻率值计算模块，所述区域地质状态获取模块用于获取所要勘察的区域的地质概况，所述隐伏断裂勘察测线布设模块用于在所要勘察的区域上布设至少两条测线，该两条测线假定垂直于所述隐伏断裂的走向，所述电极排列模块用于在两条所述测线上分别布置多个电极，所述电位差采集模块用于以多个电极中的任意一个为基电极，通过测量其他电极与该基电极之间电位差以获得两条测线上的多个电极之间的电位差，所述地表视电阻率值计算模块利用下述公式以计算得到至少两条测线所对应的地表视电阻率，所述公式为：
Figure FDA0002489606250000011
其中：ρs为地表视电阻率值；
K为装置系数；
UMNi为第i个电极与基电极之间的电位差，M及N为电极的标号；
I为供电电流值。
2.如权利要求1所述的隐伏断裂层的勘察***，其特征在于：所述地质概况通过对区域地质进行野外地质调查获得。
3.如权利要求1所述的隐伏断裂层的勘察***，其特征在于：所述隐伏断裂勘察测线布设模块通过多次布设所述测线以获得多个所述地表视电阻率值。
4.如权利要求1所述的隐伏断裂层的勘察***，其特征在于：所述隐伏断裂层的勘察***还包括一个循环模块，所述循环模块用于循环执行所述隐伏断裂勘察测线布设模块，电极排列模块，电位差采集模块，以及地表视电阻率值计算模块以获得多个所述地表视电阻率值。
5.如权利要求4所述的隐伏断裂层的勘察***，其特征在于：多个所述地表视电阻率值采用Res2dinv软件进行二维推演，并经过多次迭代拟合获得电阻率断面的真实电阻率。
6.如权利要求5所述的隐伏断裂层的勘察***，其特征在于：当迭代拟合的误差小于或等于5时则停止迭代。
7.一种隐伏断裂层的勘察方法，其包括如下步骤：
提供一个区域地质状态获取模块，该区域地质状态获取模块用于获取所要勘察的区域的地质概况；
提供一个隐伏断裂勘察测线布设模块，所述隐伏断裂勘察测线布设模块用于在所要勘察的区域上布设至少两条测线，该两条测线假定垂直于所述隐伏断裂的走向；
提供一个电极排列模块，所述电极排列模块用于在至少两条所述测线上分别布置多个电极；
提供一个电位差采集模块，所述电位差采集模块用于以多个电极中的任意一个为基电极，通过测量其他电极与该基电极之间电位差以获得至少两条所述测线上的多个电极之间的电位差；
提供一个地表视电阻率值计算模块，所述地表视电阻率值计算模块利用下述公式以计算得到至少两条测线所对应的地表视电阻率，所述公式为：
Figure FDA0002489606250000021
其中：ρs为地表视电阻率值；
K为装置系数；
UMNi为第i个电极与基电极之间的电位差，M及N为电极的标号；
I为供电电流值。
8.如权利要求6所述的隐伏断裂层的勘察***，其特征在于：提供一个一个循环模块，所述循环模块用于循环执行所述隐伏断裂勘察测线布设模块，电极排列模块，电位差采集模块，以及地表视电阻率值计算模块以获得多个所述地表视电阻率值。
9.如权利要求8所述的隐伏断裂层的勘察***，其特征在于：在获得多个所述地表视电阻率值，还包括步骤：采用Res2dinv软件进行二维推演，并经过多次迭代拟合获得相应测线所对应的电阻率断面的真实电阻率。
10.如权利要求9所述的隐伏断裂层的勘察***，其特征在于：当迭代拟合的误差小于或等于5时则停止迭代，所得到的真实电阻率中的最小值即为测线垂直于隐伏断裂的走向所对应的地表视电阻率值。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113917541A (zh) * 2021-09-30 2022-01-11 湖南科技大学 基于直流电法勘探获取地下介质电各向异性的方法和装置
CN113917541B (zh) * 2021-09-30 2024-02-23 湖南科技大学 基于直流电法勘探获取地下介质电各向异性的方法和装置

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