四极电测交流视在大地导电率的测量计算方法

摘要

本发明提供一种四极电测交流视在大地导电率的测量计算方法,其测算曲线图横坐标为AB/2、纵坐标为ρk,其中曲线遵循(如右式)实测上述列线两侧两个点的ρk值并连线,与上述曲线图坐标重合,实测ρk连线与上述列线交点对应的纵坐标读数即为所测的ρk值。

说明书

本发明涉及一种四极电测交流视在大地导电率的测量计算方法，特别是测量大地中电流场的分布范围内各种岩石导电性的一个综合的等效的导电率的方法。

在预测电力线对电信线电磁感应影响方面，现有基于四极电测深法的技术有两种，即“拉德列”曲线法和经验公式法。

1、  “拉德列”曲线法

采用四极电测深法测出电测深曲线，并解释出ρ₁、h₁、μ值，在此基础上，再利用“拉德列”曲线计算出需求的交流视在大地导电率。存在的突出的问题是不能控制测深，计算过程繁琐，必须由地球物理专业人员来家来解释。

2、经验公式法

采用四极电测深法测出电测深曲线，利用经验公式绘在对数坐标中的直线与实测曲线的交点，计算出交流视在大地导电率。该技术存在测量深度不正确，导致测量结果的不准确。在相同地质条件下，该方法与第一种传统方法相比存在30～60％的差异。前者是国际上推荐的习惯做法，当前在工程上居于主导地位；后者因经验公式仍不成熟，仍不能代替传统的“拉德列”法，在工程应用上处于参考地位。

经过中国知识产权局进行的专利文献检索查新，未发现有进一步改进四极法测量和计算大地导电率的方法，参考文献见附件。

本发明的目的是提供一种更适用于工程勘测设计的较准确的简便的测量计算方法，即只测某一供电极距的ρ_k值，而不必测量一条完整的ρ_k曲线就能快速求出σ_k值的方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

首先有大地导电率测算曲线图，然后实测ρ_k值与曲线图对比、计算，本发明的大地导电率测算曲线图用对数坐标系，其横坐标表示，纵坐标代表ρ_k，其中的曲线依据下述方程得出四条列线：$$ >>>I>50>>:>>AB>2>>=>30.5>\times >>>(>>>2.22>\rho >>k>>)>>>1>2.25>>>$$$$ >>>II>50>>:>>AB>2>>=>>10>>[>2.014>\times >>>(>>Lg>>\rho >k>>>)>>0.17>>+>0.41>]>>>$$$$ >>>III>800>>:>>AB>2>>=>3.5>\times >>>(>>>10>\rho >>k>>)>>>1>2.1>>>$$$$ >>>IV>800>>:>>AB>2>>=>>10>>[>1.7299>\times >>>(>>Lg>>\rho >k>>>)>>0.288>>+>0.099>]>>>$$

上式AB：代表两点间的极距

    ρ_k：代表大地电阻率

在工程设计中，通常需求50Hz及800Hz的6_k值。当四极法现场测定50Hz电流的σ_k值时，只需测出图中50H-z列线I或II两侧附近的两点的ρ_k值。此时，将列线图坐标与现场测量记录的对数坐标重合，当实测ρ_k两点连线在与列线图相同模数的对数坐标中的连线由浅到深增大时，找出与列线I的交点对应纵坐标的读数，即为所求的σ_k值；当测得的ρ_k值连线由浅到深减小时，找出与列线II交点对应纵坐标的的读数即可。当测定800Hz电流σ_k时，方法同上，所不同之处，此时找出与列线IIIρ_k值增大时或列线IVρ_k值减小时的交点对应纵坐标的读数即可。

上述的交流视在大地导电率的测量计算方法，其实测ρ_k值两点连线与横坐标轴向的夹角β＜45°，可使相对误差限制在±10％以内。

上述的四极电测交流视在大地导电率的测量计算方法，其实测ρ_k值两点连线的距离小于100米。从理论上讲，两点连线的距离越小越好，但实际操作有困难，如果太大将影响测量准确度。

本发明的优点是：

1、能够比较客观地控制测量深度，提高测量、计算结果的准确性。使之与传统的“拉德列”曲线法的测量、计算结果最大差异限制在10％左右。

2、在野外无须测量一条完整的ρ_k曲线，免去了需解释ρ₁、h₁、μ值的麻烦，从而明显减少了测量和计算工作量，可显著提高工效。

3、使用简便，计算迅速，易推广普及。

实施此项发明，只需复制说明书附图在透明的胶片上制成量板即可，必须注意本发明量板的对数坐标模数等于野外测量记录用的双对数坐标的模数。

下面对附图进行说明，图1是在非均匀介质中大地导电率测量、计算曲线，图中AB代表供电电极间的极距，ρ_k代表电阻率、I₅₀曲线为50Hz导电率递增时的曲线，II₅₀是50Hz导电率递减时的曲线，III₈₀₀是800Hz导电率递增时的曲线，IV₈₀₀是800Hz导电率递减时的曲线。

下面进一步说明本发明的原理和实施例：

本发明采用的解决方案是：根据地球物理学电法勘探理论中的视在电阻率概念，首次提出了测定电力线对电信线电磁感应影响中的大地导电率只取决于四极法某一供电极距(AB)所测得的ρ_k值，而不必要测量一条完整的电测深ρ_k曲线。

据此，进一步提出了四极电测法的测量深度应取决于地中等效电流线的埋深，并从理论上推导出在均匀的大地介质中，AB极距与大地电阻率(ρ_k)和电流频率(f)的数学表达式：$$ >>AB>=>788>>>Pk>f>\; >$$在上述基础上，根据已知参数的二层地质结构大地导电率的基准值和四极电测深ρ_k曲线，经大量的计算分析，归纳统计出σ_k与的对应关系，并把对应关系描绘在透明的双对数坐标中，从而研制成非均匀大地介质中σ_k测量及计算曲线图量板。

在实际应用中，通常需求50Hz或800Hz电流的σ_k值。当测定50Hz电流的σ_k时，只需测出量板中列线I或II两侧附近的ρ _k即可，将两点连线，此时，将现场测量记录的与ρ_k的对数坐标与量板的坐标重合，当测出的ρ_k连线，由浅到深增大时，找出与列线I的交点对应纵坐标轴的读数，即为需求的σ_k值；当测得的ρ_k值连线由浅到深减小时，找出与列线II交点对应纵坐标的读数即可。当测定800Hz电流σ_k时，方法同上，所不同之处，此时找出ρ_k连线与列线III(ρ_k增大时)或IV(ρ_k减小时)的交点对应σ_k坐标的读数即可。适用范围：野外测得的ρ_k连线与坐标轴方向的夹角β＜45°，两点连线的距离小于100米。实施此项发明，只需复制说明书附图在透明的胶片上制成量板即可。必须注意本发明量板的对数坐标模数等于野外测量记录用的双对数坐标的模数。

经数字地层模型试验及野外实测资料检验，结果证明本发明的量板法在技术上是可行的，与传统的“拉德列”曲线计算结果是一致的，在相同地质条件下，其计算差异不大于10％。故此曲线量板法可以代替传统的“拉德列”曲线法。附表1和附表2是用本发明的方法与互感法测算结果的对比。不难看出，在相同地质结构和电流频率条件下，本发明的方法与客观准确的数字模型互感法的测量及计算结果是吻合的，测算结果是正确的。

      表1互感法数字模型试验结果与列线图法对比表G型曲线(ρ_l＜ρ_z)

  f(Hz)    h₁(m)μ    ρ₁(Ωm)    σ_互(10^-3s/m)    σ_列(10^-3s/m)备    注50303    10    44.3    45.4σ_列：表示列线图解法测算的大地导电率。σ_互：表示数字模型互感法的试验结果。2021.620.0    40    10    9.52    100    3.9    3.58    200    2.03    1.7710    10    20.7    21.2    20    8.6    8.5    40    3.8    3.6430    10    11.7    13.0    20    4.38    4.40    40    1.95    1.808001003    10    100    100    20    52.5    50.0    40    24.3    25.0    100    8.27    9.26    200    3.55    4.0010    10    104    100    20    53.6    50.0    40    23.8    24.0    100    7.2    8.230    10    105    100    20    54.3    48.8    40    23.8    23.8

              表2互感法数字模型试验结果与列线图法对比表D型曲线(ρ₁＞ρ₂)

    f(Hz)  h₁(m)μ    ρ₁(Ωm)    σ_互(10^-3s/m)    σ_用(10^-3s/m)备    注50101/3    20    140    1.50^**：延伸列线读取的数值。407174.63    100    28.5    29.76    200    14.2    14.88    400    7    7.411/10    100    90    99.0    200    46    49.0    400    21.3    24.5800101/3    20    120    130^*    40    66    71.02    100    27    28.90    200    13.8    14.60    400    7    7.25    1000    2.9    2.951/10    40    176  ＞100    100    78.4    90.5    200    42.3    47.39    400    22.0    24.0    1000    9.0    9.8