[发明专利]一种测量地表到地深数十公里土壤电阻率分布的方法

摘要

一种测量地表到地深数十公里土壤电阻率分布的方法，其步骤是：1.用四极法测量得到视在电阻率；之后对测量结果进行反演，得到地表至地下300m的浅层土壤电阻率模型；2.根据当地表层土壤电阻率和不同的探测深度，探测地表至地下数十公里的视电阻率分布情况；3.对步骤1中地表至地下300m的浅层土壤电阻率模型，采用大地电磁法正演得到视电阻率-高频曲线；4.将步骤3正演后的视电阻率-高频曲线替代利用大地电磁法测量的视电阻率-频率曲线的高频部分，得到准确的视电阻率ρ_s'-频率f曲线；5.对准确的视电阻率ρ_s'-频率f曲线进行反演，得到地表至地下数十公里的土壤电阻率模型。本方法能精确有效地掌握入地直流电流造成的地表电位分布。

主权项

1.一种测量地表到地深数十公里土壤电阻率分布的方法，其特征在于按照下述步骤进行：步骤1.利用四极法测量得到视在电阻率ρ=2πaU/I，其中I为电流极注入电流，U为电压极两端电压，a为极距，当极距a变化时，视在电阻率ρ随之变化，最大极距为a=300m；之后对测量结果进行反演，反演得到地表至地下300m的浅层土壤电阻率模型，该模型为包含层数，每层电阻率和厚度三参数的层状模型；步骤2.按照趋肤深度公式，根据当地表层土壤电阻率和不同的探测深度，选取对应的磁探头Hx、Hy、Hz，探测地表至地下数十公里的视电阻率分布情况，式中ρ_S为未修正前的从浅至深的视电阻率，h为土壤深度，f为频率，其中磁探头Hx，Hy，Hz的频率段均为0～f；步骤3.对步骤1中地表至地下300m的浅层土壤电阻率模型，采用大地电磁法正演得到视电阻率-高频曲线，具体方法是，若步骤1所述层状模型存在N层层状土壤结构，则共有2N-1个参数，h_i(i=1,2,...,N-1)和ρ_i(i=1,2,...,N)分别代表第i层的厚度和电阻率，按照如下视电阻率ρ_a和相位_a公式计算视电阻率ρ_a和相位_a：式中Z₁为第1层的波阻抗；μ为导磁率，角频率ω=2π/T，Re[Z1]和Im[Z₁]分别为Z₁的实部和虚部，ρ_a为经过大地电磁法正演后的浅层视电阻率；Zi=Z0iZ0i(1-e-2kihi)+Zi+1(1+e-2kihi)Z0i(1+e-2kihi)+Zi+1(1-e-2kihi)]]>ZN=ωμkN=Z0N]]>式中i=1,2,...,N，为第i层的复传播系数；Z_0i为第i层特征阻抗；Z_i为第i层顶面的波阻抗，e为自然对数，K_N为第i层的复传播系数；Z_0N为第N层特征阻抗，Z_N为第N层顶面的波阻抗；步骤4.将步骤3正演后的视电阻率-高频曲线替代利用大地电磁法测量的视电阻率-频率曲线的高频部分，得到准确的视电阻率ρ_s'-频率f曲线。步骤5.对准确的视电阻率ρ_s'-频率f曲线进行反演，即得到地表至地下数十公里的土壤电阻率模型，该模型也为包含层数，每层电阻率和厚度三参数的层状模型。所述准确的ρ_s'-频率f曲线的反演，按照如下目标函数方程进行minψ(λ)=Σj=1M[ρsj'-ρcj(λ1,λ2,...,λm)]2]]>层状模型参数λ*=[λ1*,λ2*,...,λm*]T]]>上式中ρ_s'j表示准确的视电阻率曲线在第j个周期点上的离散采样值，M表示采样数或周期点数，ρ_cj表示某一理论曲线在相应周期点上的视电阻率值，它是由给定的层状模型参数ρ₁,ρ₂,...,ρ_k,h₁,h₂,...,h_k-1通过正演理论计算求得的，这里将层状模型参数同一用向量：λ*=[λ1,λ2,...,λm]T]]>上式中，m表示层状模型参数的总数，对于k层层状模型，m=2k-1，λ^*是理论曲线和实测曲线拟合最好时，理论曲线所对应的的层状模型参数。