高密度电法用于硅化木勘查的试验

李 易，谭 君，刘 磊，张旭林



高密度电法用于硅化木勘查的试验

李 易，谭 君，刘 磊，张旭林

（四川中成煤田物探工程院有限公司，成都 610000）

高密度电法作为广泛地用于硅化木勘探的物探方法中的一种。研究其在硅化木勘探中反应出的各种特性,对该方法在实际应用有重要的指导意义。本实验在高密度方法的各阶段中选择不同参数进行试验,并将所得的结果进行分析与比较。本实验最终确定了高密度这一方法在该地区硅化木勘探中较为合适参数选择,同时也探讨了此方法对于硅化木勘探的优点与不足。

硅化木；高密度电法；参数选择；试验

1 试验区地质条件及地球物理特征

试验地区没有大的断裂构造，地质条件较为简单。地表为第四系堆积层，顶部为高度风化的戈壁滩、松散干燥的浮土、砾石，厚薄不一，约为1.5m左右，整体成高阻反映，电性变化差异较大，电性变化在5Ω·m到300Ω·m以内。

整个试验区的地层岩性都为石树沟组的砂岩，泥岩，其电性特征都很接近。。石树沟组岩性为紫红色、红色、黄色泥质砂岩、泥岩，以及杂色泥岩和砂砾岩为主，厚度在300m左右。其中，最上部含硅化木层岩性为红色泥质砂岩、泥岩夹黄色泥岩和泥质砂岩、砂砾岩，厚度60m左右。

表1 不同深度岩石电性特征统计表

通过测深和小对称四极大致摸清了区域的电性特征，其中围岩整体低阻，平均值在9.7Ω·m左右，而硅化木在围岩种表现为高阻，平均值在135.1Ω·m左右。各围岩及硅化木的电性特征见表1。

2 装置系数选择试验

2.1 装置的选择试验

为筛选出效果好的高密度工作装置，在有硅化木出露的地方布设试验剖面3，对比各装置探测效果。由试验剖面3的各装置剖面反演断面图（图1~图4）可知，几种装置反应出来的高阻形态都差别不大。α装置和γ装置的实测及反演断面对硅化木都有很好的反映，β装置的反演断面有反映，但是位置有偏差，并且实测断面在硅化木位置没有高阻反应。α2装置由于MN始终保持不变，断面上容易形成条带异常，并且随着深度增加，MN之间的电压值减小，测量稳定性减小。除非在地形十分平坦，接地条件很好，能够严格控制准确道距的情况下，否则可能会造成假异常，或者消除真实硅化木异常。

因此装置首选α和γ装置，在时间，地形及其他条件允许的情况下，可以做β和α2装置测量。

2.2 道间距的选择试验

高密度的点距选择上，由于硅化木体积较小，点密度当然是越小越好，但是点密度越小，MN之间的电压值就越小，测量稳定性降低，并且容易引起操作误差。目前为止做的点距为1m的剖面在试验剖面上在某些装置上已经能够很好的反映出硅化木高阻，即使在硅化木体积并不大的情况下也是如此。例如下图（图5）所示为试验剖面8采用1m道间距的反演断面。

为了对比不同点距的测量效果并确定出最佳点距，同时在试验剖面8的位置进行了2m道间距的试验，断面如图6。由图可知，2m的道间距在中深部，几乎是一片低阻反映，所以想要通过增大电极距以增加测量深度的方法不太可行，所以我们选择1m的高密度道间距。

2.3 剖面层数试验

剖面层数可以设定为最大的采集层数，但是最大采集层数的底部的数据点太少，不便于分析，还增加了采集时间，所以我们一般设定在底层有一定的数据点，在α，β，γ的工作装置中，第一层剖面的数据点为电极数减3个，随着层数增加，每一层的的数据点都比上一层少3个，第n层的数据点数为m-3n（m为电极数）。所以一般在60道中，选择剖面数为16-18，在120道的情况下选择剖面数为36。

图1 试验剖面3-α装置反演断面

图2 试验剖面3-β装置反演断面

图3 试验剖面3-γ装置反演断面

图4 试验剖面3 -α2装置反演断面

3 数据处理参数选择

3.1浅表电性不均匀性处理

在数据处理上，对于浅部电性不均匀性的处理时有矛盾，若是将浅部电性的剧烈变化都删除平滑掉，而中深度没有硅化木异常，仅是普通的电性上的微弱变化，例如7到12，那么12Ω·m在7.8Ω·m的平静的断面上就会反演出相对假异常。而若是保留浅部电性的剧烈变化，一是会影响到拟合效果，二是浅表的剧烈变化会影响到真实的硅化木高阻反映，例如浅表的电性最高值可以达到100多Ω·m，那么硅化木在低阻围岩中表现出来的大概20Ω·m的高阻反映在整幅图的色标上就不会那么明显，并且浅部高阻还会改变中部高阻的等值线形态。

除此之外，浅表不均匀性还可以通过改变阻尼系数来压制，如果数据组有非常大的噪音，你应该使用一个相对较大的阻尼系数(例如0.3)，如果数据组噪音较低，则使用一个较小的初始阻尼系数(例如0.1)。

例如下图（图7、图8）试验剖面5的γ装置的两次反演效果对比。

图7 试验剖面5γ装置反演断面（阻尼系数0.1）

图8 试验剖面5γ装置反演断面（阻尼系数0.3）

通过对浅表数据的选择性筛选删除和改变阻尼系数，重新反演后的断面压制了浅表电性剧烈变化，突出了中深部的异常。

3.2 提高分辨率

在两相邻电极之间，你能选择的正向建模程序使用的一个网孔网格的节点为2、或者6。每一电极间距的节点为4或者6时，被计算的视电阻率值将更精确(特别是有较大电阻率差别的值)。然而，计算机所要求的时间和存储器就得相当地大了。如果数据组包括90个电极以上，通过默认值，程序将使用2个节点的选项。但是，如果你选择使用一个较精细的网孔，程序将自动重新设置网格尺寸，其相邻电极之间的节点至少为4。

3.3 提高拟合效果、减小拟合误差

正如我现在展示的120道剖面的反演断面图可知，120道的反演拟合误差都很大，为了得到更好的拟合精度，针对浅-中部的异常体可以在120道中截取部分电道，单独反演，可以得到更小的拟合误差。

图9为试验剖面8的反演断面图，拟合误差较大，为44.1%，拟合效果肯定不是太好，为了验证图中所画高阻区块Y1，让该区块有个更好的反演拟合效果，我们只截取左边的90个电道的数据来反演，结果如图10所示。

截取之后90道的反演误差为33.8%，拟合精度比未截取的更高。高阻区块的形态也有轻微变化。截取部分电道反演可以得到更好的拟合效果，可以用于对120道表现出来的中深部的高阻异常进行验证和对高阻形态的微调。

图9 试验剖面8 120道反演断面

图10 试验剖面8部分电道反演断面

图11 试验剖面1α装置反演断面图

4 试验中发现的其他现象

1）反演断面上有高阻形态异常，但是异常范围、深度与硅化木实际位置都有一定的误差。

已知硅化木呈近似二维矩形柱状体展布，硅化木分布在20-24号电极之间，上表面位置离测线水平深度约为2.2m。横向展布3.4m，纵向展布1.2m，反演断面图如下图所示（图11）。

由试验剖面1成果可以看出，高密度电法对硅化木有一定的反映，但是在深度及平面位置上有一定的误差，对数量及规模的判断解译存在一定的难度。

硅化木高阻异常在理想环境下应该有一个理想的高阻中心-中高阻区块过渡的形态。但是这一形态及其脆弱，容易受到各种干扰而体现不出来，也有可能因为其他因素出现非硅化木的高阻中心。

理论上，在α装置、β装置、γ装置中，由于MN电极距的增加横向分辨率的减小，中深部的硅化木高阻异常中心的周围应该有区块状的中高阻异常，如试验剖面3的alpha装置和γ装置反映的情况。

2）硅化木地下分布形态的分析

如上图所示，如果地下有硅化木，那么垂直于硅化木的测线1，测线2应该在不同的深度有高阻反映，将两个剖面的高阻反映连接在一起，则应该能够大致判断硅化木的走向。然后再异常体连线上布设平行于硅化木的测线3，测线3的断面上的高阻形态应该能够完全表现出地下硅化木的分布情况。

例如实测试验剖面6，与硅化木也呈小角度相交。

因为试验剖面与发掘出硅化木的分布接近平行，所以高阻区块的走向近似表现了地下硅化木的走向，同一深度上随着硅化木偏离测线的远离而逐渐消失。理论上，如果测线能够完全平行于硅化木走向，那么断面的高阻异常体走向能够近似代表地下的硅化木分布状态，然而实际上硅化木的地下分布并没有明确的走向，就是说，我们在布设测线的时候是比较盲目的，不能使测线近乎垂直或者平行于硅化木走向。即便是多条平行测线，如果与硅化木大角度相交，硅化木在各条测线上的位置是不一样的，并且每条测线的干扰噪声是不一样的，就容易导致硅化木造成的高阻区块变形，就不好将高阻相连，那么硅化木在测线断面上的形态就不能准确确定，除非在测量效果比较好，干扰小，系统误差小并且测线也比较垂直于硅化木时。

图12 预期硅化木形态成果图

图13 试验剖面6反演断面图

5 几点体会

1）在电性条件满足开展电法工作的前提条件下，高密度电法能取得很好效果。但是，探测出硅化木的平面位置、深度还存一定的误差，需要进一步工作加以解决。

2）硅化木勘探对高密度装置的选择较为严格，推荐使用道间距1m的α与γ装置，剖面层数与总电极数可以根据硅化木的实际埋深来选择。

3）由于硅化木造成的异常区块面积较小，在数据处理过程中应选取多种参数组合进行综合分析，降低干扰，突出真异常。

4）传统的正交测线很难完全反应硅化木异常的形态，难以区分真假异常，建议在重点异常区追加多条呈小夹角相交的测线进行详查。

[1] 傅良魁，电法勘探教程[M]. 地址出版社 1985.

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[4] 王运生，王旭明.用目标相关算法解释高密度电法资料［J］.勘察科学技术，2001(1)：62-64.

Test of High Density Resistivity Method Using for Exploring Silicified Wood

LI Yi TAN Jun LIU Lei ZHANG Xu-lin

(Sichuan Zhongcheng Coalfield Geophysical EngineeringInstitute Co., Ltd., Chengdu 610072)

High density resistivity method is a kind of geophysical prospecting method widely used in the exploration of silicified woods. This paper has a discussion on results obtained by different parameters in various stages of exploration of silicified woods.

high density resistivity method; silicified woods; parameter selection.

P631.3

A

1006-0995（2017）02-0312-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2017.02.033

2016-10-19

李易（1988-），男，四川人，地球物理及遥感工程师，研究方向为地面物探方法