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高密度电阻率法不同装置在岩溶勘查中的效果对比

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维普资讯 http://www.cqvip.com 科技情报开发与经济 SCI—TECH INFORMATION DEVELOPMENT&ECONOMY 2008年第l8卷第l8期 文章编号:1005—6033(2008)18—0129—02 收稿日期:2008—05—12 高密度电阻率法不同装置在岩溶勘查中的效果对比 曾玉娇,李文尧,刘志荣 (昆明理工大学国土资源工程学院,云南昆明,650093) 摘要:介绍了高密度电阻率法的工作原理、高密度电阻率法野外数据采集的影响因 素以及不同测试装置的特征,以具体实例说明了不同测试装置在岩溶勘查中的效果。 关键词:高密度电阻率法;电极排列装置:岩溶探测 中国分类号:P62 文献标识码:A 灰岩是一种较为特殊的岩石,作为可溶性碳酸盐岩分布区,通常发 育溶沟、溶槽等溶蚀带以及溶洞,甚至引起上覆第四系内部土洞发育。西 南地区主要为岩溶地貌,地下溶洞是进行工程建设最大隐患之一。电法 勘探,尤其是高密度电法。作为一种高效便捷的勘查手段,其具有工作效 率高、不需要钻孔、成本低等特点,被广泛用来进行交通、水利、工民建等 浅层溶洞的探测工作。 高密度电阻率法最早源于2O世纪7O年代末期的阵列电探思想 ], 经过2O多年的发展,高密度电法在仪器、软件、方法及应用上已取得了 图l高密度电阻率法工作原理示意图 明显的成绩。尤其是近几年,高密度电法测量仪器生产销售量与日俱增, 与此相对应的是:各种性状的异常体在高密度电法的诸方法中的异常特 了电缆布极,提高了工作效率.同时也提出了更严格的工作条件。数据采 性的研究较少显现于公开发表的刊物或场所。 集时排列装置选择的合适与否,直接关系到是否能测试出探测目标所反 高密度电法虽然属于电阻率法的范畴,但它仍然有自身的特点 : 映出的电性差异.从而影响地质构造体的判断、解释与表达。 第一,电极布设一次完成,野外数据采集自动化或半自动化,避免由于手 1.2~、皇极距的影响 工操作所出现的错误,工作效率高;第二,在同一剖面上,保持部分参数 高密度电缆、电极间隔均匀分布,例如相邻电极距5m.10m等,因 (电极数、电极间距、测点位置、接地电阻)不变的情况下,可进行多种电 此,在实际工作中电极的布置也有一定的影响。极距不能太大,实际的电 极排列方式的扫描测量,不仅获得同断面同等密度的数据,而且为进行 极距不大于电缆上相邻电极间隔长度。由于高密度电缆电极固定等间 更高级的资料处理、显示提供了可靠基础:第三,具有较高的测量密度, 隔.当实际的电极间隔小于电缆电极间隔时,电缆可以使用.当实际的电 这种高密度、高精度的数据,地质信息丰富.可进行更高级、精确的脱机 极间隔大于电缆电极间隔时,就必须更换有更大电极问隔的电缆。 1.2.2测试装置的影响因 处理。 高密度电法不同测试装置由于其测试供电方式不同,也为数据采集 通常来说,测试装置的选择取决于场地范围、地形状况、探测技术要 带来了一定的难度。只有弄清各种测试装置的特点,才能更好地进行数 求及精度、仪器设备、地下地质条件等因素。 据采集,从而获得较为理想的勘查效果。本文对高密度电阻率法常用的 (1)测试场地条件的影响。通常场地条件允许,一般都使用四极装置 几种测试装置进行剖析,并在同一测线剖面上采用几种装置实测,从而 (口,a2)。因为该方法会获得最大的测量电位。这对于节省外接电源、减少 对几种排列装置在岩溶中勘查效果进行对比。 供电电压,特别是压制干扰、增强有效信号有着重要的意义。但是如果场 地不允许,那么最好使用三极装置(A肘 。MNB)。三极装置比四极装置将 1高密度电阻率法 节省一半的场地,但必须放置无穷远电极。对于一些特殊场地的电法勘 探,其空问固定且不易展开,可适当利用二极方法进行数据采集,其探测 1.1高密度电阻率法工作原理 区域较大。 高密度电法是一种阵列式勘探方法,地面电极一次性布设完成,布 (2)地形条件的影响。地形的高低起伏对高密度电法勘探带来一定 设完后统一进行数据观测,与常规电法相比,高密度电法数据实现了自 的影响,因此现场测试时首先应尽量避免地形的起伏,同时考虑不同装 动化或半自动化的数据采集。大大提高了工作效率。高密度电法的基本 置对地形的影响程度。通常在高密度电法众多装置中,偶极装置受地形 工作原理与常规电阻率法大体相同。它是以岩土体的电性差异为基础的 的影响最为剧烈,其本身的电测曲线就已经复杂,如果加上地形的因素, 一种电探方法【31,根据在施加电场作用下地层传导电流的分布规律,推 其电测剖面形态会变得很难辨别。其次是三极装置,该装置遇到山谷或 断地下具有不同电阻率的地质体的赋存情况。高密度电法的原理是地下 山脊时电测曲线会出现多个峰值,并且AMN和MNB两个装置的反应程 介质间的导电性差异,和常规电法一样它通过A,B电极向地下供电流 度不均衡,故而判别起来困难较大。相比来说,二极和四极装置受地形的 ,,然后在肘, 极之问测量电位差zaU,从而可求得该点(肘, 之间)的视 影响较小,电测剖面形态比较好判别。 电阻率(见图1),根据实测的视电阻率剖面进行计算、分析,便可获得地 (3)探测精度因素。掌握探测精度(灵敏度)与装置的关系是高密度 层中的视电阻率分布情况,通过对视电阻率的分布规律进行分析来寻找 电法中很重要的环节,也是众说纷纭、很难形成一个定论的问题。依据相 地质目标体。 关试验结果显示, 装置灵敏度最高,7次之,“最次.而据中国地质大学 高密度电法数据采集系统由主机、多路电极转换器、电极系3个部 罗延钟教授研究,不等距偶极最灵敏, 次之,“又次之,7最次,许多生 分组成。多路电极转换器通过电缆控制电极系各电极的供电与测量状 产单位只单纯使用a一种装置。在实际工作中如果同一条测线剖面选择 态;主机通过通信电缆、供电电缆向多路电极转换器发出工作指令,向电 多种装置进行数据采集,由此通过不同方法进行综合判别与解释,提高 极供电并接收、存储测量数据。 探测精度。 1.2高密度电法野外数据采集影响因素 1.2不同测试装置的特征 野外数据采集质量是室内数据处理的基础,高密度仪器设备中采用 Dr.M.H.Loke认为 ]:第一,a装置对于电性的垂向变化比水平向变 129 维普资讯 http://www.cqvip.com 曾玉娇,李文尧,刘志荣高密度电阻率法不同装置在岩溶勘查巾的效果对比 本刊E-mail:bjb@mail.sxinfo.net 科技研讨 化反应灵敏些。一般来说,此装置解决垂向变化(例如水平层状结构)问 题比较有利,而去探测水平变化(例如狭窄垂向结构)就相对差一些。第 二,不等间距偶极装置对于电阻率变化有着最大的灵敏度。它对垂向电 县 性变化十分灵敏,数据覆盖程度高,而对水平变化相对不灵敏。第三,a2 是最常用的方法之一。这种装置在水平和垂向结构中都有着适度的灵敏 媳 度。在希望这两者方面都有好效果的一些地质构造领域中,这种装置往 往是a和口之间的一个调和。第四,三极装置适宜于场地条件有限,二极 装置测试深度大,对于电极距较小,水平分辨率较高的情况较适合。 2高密度电法在岩溶勘查中的应用实例 2.1工程概况及地球物理特征 玉溪九龙池公园地处玉溪坝子西北部低山区,地势西北高、东南低, 海拔高程1 655 m一1 695 m,总体以岩溶地貌为主。区域大地构造属川滇 台背斜的武定一石屏隆断束。出露地层为巾元古界昆阳群大龙口组第五 段(Pt,_d )薄层泥质灰岩、泥灰岩夹钙泥质板岩,岩层产状总体Nl0。一35。 E,NW/25o 45。。场区附近较大区域性断裂主要有大石板一几龙池断 裂,走向近南北,倾向东,倾角45。,沿断裂见大龙口组灰岩逆冲于美党组 板岩上,该断裂在公园以北约400 m被一近东西向的伴生断裂所切割。 区内水文地质条件复杂、岩溶发育,西侧山体发育有溶洞、暗河、溶蚀裂 隙等。 第四系松散地层的电阻率值一般为n×10 如 。 镰 。 n・m,砂 卵石成分较高时 可达n×l n・m。灰岩的电阻率值较高一般为n×10 n・m—n×10 n・m。灰 岩与第四系地层的电阻率存在明显的差异。第四系内部土洞发育时,形 成相对高阻异常。灰岩中发育的溶洞和溶蚀裂隙未填充的具有较高的电 阻率。通常溶洞内充水或被泥土充填而形成相对低阻异常。断裂带位置 易形成溶蚀,而使得断裂带与上、下盘围岩通常存在电性差异。因此在灰 岩分布区具备应用高密度电阻率法了解溶洞埋深、分布范围、查明岩溶、 断裂发育情况的地球物理前提。 2.2测试成果对比分析 本次工作为了突出不同装置在岩溶勘查中的特点,同时为了便于比 较,在同一测线剖面上用温纳装置AMNB(又称a装置)、偶极装置 ABMN(又称卢装置)、微分装置AMBN(又称7装置)分别确定溶洞的埋 深。以上不同测试装置所采集的数据经处理后其结果见图2、图3、图4。 县 褪 紫 ・ 电阻率,n。m 单位电极距:5.O0 图2温纳装置电阻率反演断面图 E 恒 一一一一一嗣一墨一蕊£墨墨I一一一 j} ’躺 袋 -磺蠛 ;端 电阻率,n‘m 单位电极距:5.O0 m 图3偶极装置电阻率反演断面网 由反演断面图可以看出:3种测试装置在反演断面图中都有较好的 对应性,探测区域内自上而下岩层成层特征明显,浅部松散岩土层与下 13O - 摆 ; 采 并j : l:搬 电阻率/n‘m 单位电极距=5.00 m 图4微分装置电阻率反演断面图 部灰岩电阻率存在较大的反差。其中松散土层由-40 m一260 m处由薄变 厚,但受各种装置自身在垂直和水平方向分辨率特点影响,其厚度存在 局部差异。由一40 m~60 m范围之间电阻率值4 500 n・m~25 000 n・m为 相对高阻区,判断为灰岩出露区,在55m处电阻率发生变化,局部电阻 率由25 00o n・m增加到50 000 n・m左右,微分装置电阻率反演断面图 中反映的特征更为明显,分析为灰岩岩层中出现溶洞。其局部电阻率变 化范围较大,判断为岩溶空洞未充填状态。60 m~260 m为第四系松散土 层。 结合测区的钻孑L资料,3种装置反映的地下形态基本相似,溶洞出现 的位置也比较吻合。温纳装置能完整的显示各个地层,微分装置能够大 体反映但不完全,偶极装置反映的地层开始混乱。并且温纳装置反演出 的结果最完整,将地层完全显示出来,层状结构最明显,比较完整地反映 出了基岩及覆盖层,微分装置和偶极装置也能大致反映出基岩及覆盖 层,但没有温纳装置完整,且层状结构及视图效果不及温纳装置。从对覆 盖层的反映来看,效果最好的是温纳装置,它完整地反映出了覆盖层的 厚度,其次是微分装置,效果较差的是偶极装置。在地形起伏时,温纳装 置仍能很好地反映地层分布。说明温纳装置受地形影响要小于微分装 置,而受地形影响最大的则是偶极装置。温纳装置对于电性的垂向变化 比水平向变化反应灵敏些。偶极装置对垂向电性变化十分灵敏而对水平 变化相对不灵敏。 3语结 综合以上内容.得出这样的认识和结论:第一,温纳装置是公认的最 稳妥的装置,所以在工作中一般应予以选用。但在岩溶探测中,断面上也 存在多个高阻异常,在不知晓溶洞的情况下,很难对其下结论。第二,8 装置的灵敏度略高于温纳装置,但假象增多,电阻率剖面形态复杂。但在 岩溶探测中,B断面异常呈明显的“八”字形对称双峰,在同一断面内没 有与其特征相同的其他异常,确定了其标志的唯一性;定量上,“八”字形 异常的对称中心即是溶洞的中心,溶洞中心埋深为“八”字形异常对称中 心连线的中点上。第三,微分装置对于确定岩溶位置,从微分装置断面图 中我们可知该方式只能作为处理过程的辅助手段。 参考文献 [1]郭君科,田绍义.吕绍龙.高密度电阻率法技术与应用[J].黑龙江水 利科技.20050(1):116. [2]王兴泰.工程与环境物探新方法新技术[M].地质出版社,1996: l08-l31. [3]罗有春,邹俊,王怀坤,等扁密度电阻率法在防空洞探测中的应用 [J].重庆工学院学报:自然科学,2008(2):127—128. [4]祁增云,任海翔,乔佃岳.高密度电法勘探的装置选择和资料解释 【EB,0L J.【2008—05—03 J.http://www.gdgpi.eom.cn/node,l27. 【5]Loke M H.Electrical imaging surveys for environmentla and engineering studies【EB,0L J.【2008—05—04 J.http://www.abem.se. (责任编辑:李敏) 第一作者简介:曾玉娇,女,1980年生,现为昆明理工大学国土资源 工程学院矿产普查与勘探专业2006级硕士研究生,云南省昆明市. 650093. (下转第133页) 维普资讯 http://www.cqvip.com 胡玉杰,李艳萍一种利用接收信号冗余特征的基于子空问的盲信道估计算法 本刊E—mail:bib@mail.sxinfo.net科技研讨 接收信号累计接收个数变化的情况。 可以发现,随着接收信号个数的增多,RMSE的数值持续减小。同 时,当循环前缀的个数大于信道阶数的时候,估计的精度比小于信道阶 数的时候略好.且收敛速度较快。 仿真图5对本文和文献[4]中提到的算法进行了比较,仿真中取子载 波数N=8,信道阶数L--A,联合考虑的符号数为3,累计接收信号个数M为 200个,循环前缀个数分别在CP<L时,取循环前缀个数为2,在CP<L时, 取循环前缀个数为6。从图5中可以看出,在把循环前缀大于和小于信道 阶数两种情况统一在一种算法之后,本算法的性能并没有变差。 【 ∽ 譬 仿真图6通过变换累汁接收信号个数,对本文和文献[4]中提到的 算法进行了比较。图6表明本文所提出的算法在CP<L的情况下,比文献 [4]中的算法收敛更快。而在CP<L时,二者的性能相差不多。 参考文献 累计接收信号的个数(SNR=20) [1]李子,蔡跃明,阐春荣,等.OFDM系统中的盲信道估计[J].信号处 理,2oo5,2l(5):508—514. 12j Bertrand Muquet,Marc de Courville,Pierre Duhame1.Subspace—Based 图5 比较RMSE随信噪比变化的情况 Blind and Semi-Blind Channel Estimation for OFDM Systems[J].IEEE Trans SignalProcessing.2002,50(7):1699-1712. [3]Li Cheng yang,Sunlit Roy.Subspace-Based Blind Channel Estimation for OFDM by Exploiting Virtual Carriers [J]、IEEE Trans.Wireless Communication.2003.2(1):141—150. 【 ∽ 譬 [4]张瑞齐,廖桂生.一种循环保护前缀不足的OFDM信道估计算法 [J].电波科学学报。2005,20(5):632—636. [5]朱晓,张海滨.基于虚拟子载波的盲信道估计改进算法[J].信息技 术,2007(7):l一3. (责任编辑:薛培荣) 第一作者简介:胡玉杰.男。1979年1月生,现为太原理工大学2005 级硕士研究生,山西省太原市,o3oo24. 累计接收信号的个数(SNR=20) 图6比较RMSE随累计接收信号个数变化的情况 Subspace-based Blind Channel Estimation Algorithm for OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)System by Exploiting Redundancy of Received Signals HU Yu-jie,LI Yan-ping ABSTRACT:This paper puts forward an improved subspace-based blind channel estimation algorithm.Because the subspace algorithm can’t be directly deduced by using 0FDM transmission equation,a new method,which is used to make the matrix transformation for OFDM transmission equation。utilizes the redundancy of received signals,and a new subspace—based blind channel estimation algorithm iS obtained.Theoretic analysis shows that the algorithm still works for OFDM system with sufficient CP and insufficient CP. KEY WoRDS:OFDM:subspace;blind channel estimation …・ ● _1● ●、・、一…一 ●‘●‘’’一…、t ● 一、・一 ・‘一 …  ・ ・‘●…’ ’ ●‘…~ 一一● 一一 ’ …’‘. ・‘,’’一一、・…、… (上接第130页) The Effect Comparison of Diferent Testing Apparatus with High-density Resistivity Method in the Karst Exploration ZENG Yu-jiao,LI Wen-yao,LIU Zhi-rong ABSTRACT:This paperintroduces the working principle of the high-density resistivity method,the factors influencing the ifeld data collection with the high-density resistivity method and the features of different testing apparatus,and points out the effects of different testing apparatus in karst exploration. KEY WORDS:high-density resistivity method;electrode array device;karst exploration l33 

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