本發(fā)明涉及地源熱泵地?zé)豳Y源勘查技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于高密度電阻率法的地源熱泵前期勘查方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在地源熱泵地?zé)豳Y源前期勘查時，由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)及場地條件的復(fù)雜多變，需要在前期勘查時查明隱伏構(gòu)造分布、破碎帶及破碎帶的富水情況等信息，以為勘探孔位置和后期地埋管布孔區(qū)域的有利選擇提供地質(zhì)依據(jù)。

實際勘查時，由于場地條件具有特殊性，尤其在地表基巖出露較淺及回填土較厚的地區(qū)，往往電極接地條件不好，電流無法傳輸至目的地層，導(dǎo)致使用接地類電磁法勘查技術(shù)手段局限性較多。即便采用接地類電磁法勘查時，實測數(shù)據(jù)干擾性太大，不能如實地反演出地下電介質(zhì)的變化情況，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確地推斷出地層信息及構(gòu)造破碎區(qū)域。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供一種基于高密度電阻率法的地源熱泵前期勘查方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中接地類電磁法勘查技術(shù)無法準(zhǔn)確推斷出地層信息的問題。

第一方面，本發(fā)明提供了一種基于高密度電阻率法的地源熱泵前期勘查方法，所述方法包括：

根據(jù)勘測區(qū)域面積大小確定電極裝置和測量裝置的布置方案，并獲取布置方案的多個預(yù)設(shè)參數(shù)；

采集不同檢測點的視電阻率數(shù)據(jù)、實測電勢值和所述多個預(yù)設(shè)參數(shù)建立初始介質(zhì)電阻率模型；

根據(jù)所述初始介質(zhì)電阻率模型獲取勘測區(qū)域空間內(nèi)電勢分布以及計算電勢值；

比較實測電勢值與計算電勢值，若兩者之差小于預(yù)設(shè)差值，則該檢測點的視電阻率數(shù)據(jù)有效；

根據(jù)所有檢測點的有效視電阻率進行反演得到勘測區(qū)域的二維視電阻率剖面，以獲取勘測區(qū)域內(nèi)地下電性異常體。

可選地，所述根據(jù)勘測區(qū)域面積大小確定電極裝置和測量裝置的布置方案，并獲取布置方案的多個預(yù)設(shè)參數(shù)的步驟包括：

將所述電極裝置的第一電極與第二電極固定在勘測區(qū)域內(nèi)的第一發(fā)射點和第二發(fā)射點，所述第一發(fā)射點和所述第二發(fā)射點之間的距離為第一預(yù)設(shè)距離；

在所述勘測區(qū)域內(nèi)按照第二預(yù)設(shè)距離設(shè)置多條檢測線，每條檢測線上設(shè)置多個檢測點，相鄰兩個檢測點之間的距離為預(yù)設(shè)距離；

將所述測量裝置的第一檢測電極設(shè)置在每條檢測線的第一檢測點，其第二檢測電極依次在該條檢測線剩余檢測點進行檢測；

其中，第一發(fā)射點、第二發(fā)射點、第一檢測點和第二檢測點的排列如下：

所述第一檢測點和所述第二檢測點設(shè)置在所述第一發(fā)射點和所述第二發(fā)射點之間；或者，所述第一檢測點和所述第二檢測點設(shè)置在所述第一發(fā)射點和所述第二發(fā)射點的一側(cè)；或者，所述第一檢測點、所述第一發(fā)射點、所述第二檢測點和所述第二發(fā)射點依次排列。

可選地，按照預(yù)設(shè)頻率控制電極轉(zhuǎn)換開關(guān)向第一電極和第二電極接通直流電，以向勘測區(qū)域內(nèi)地下提供電流。

可選地，所述采集不同檢測點的視電阻率數(shù)據(jù)、實測電勢值和所述多個預(yù)設(shè)參數(shù)建立初始介質(zhì)電阻率模型的步驟包括：

獲取每條檢測線上第一檢測點和第二檢測點之間的電位差；

根據(jù)所述第一電極和所述第二電極提供的電流、上述電位差以及多個參數(shù)計算第一檢測點和第二檢測點之間的視電阻率。

可選地，所述獲取每條檢測線上第一檢測點和第二檢測點之間的電位差的步驟包括：

每次測量時第二檢測點依次遠(yuǎn)離第一檢測點預(yù)設(shè)距離。

可選地，利用數(shù)據(jù)處理軟件RES2DINV根據(jù)所有檢測點的有效視電阻率進行反演得到勘測區(qū)域的各二維視電阻率剖面，以獲取勘測區(qū)域內(nèi)地下電性異常體，包括：

獲取初始地點斷面，并在所述初始地點斷面上計算視電阻率的理論曲線；

利用有效視電阻率數(shù)據(jù)計算實際曲線；

采用最佳擬合法對比實際曲線和理論曲線反演成像色譜圖，從而得到正演、反演的計算參數(shù)。

第二方面，本發(fā)明實施例還提供了一種基于高密度電阻率法的地源熱泵前期勘查系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：電極裝置、測量裝置和上位機；所述上位機通過電極轉(zhuǎn)換開關(guān)與所述電極裝置電連接，所述測量裝置與所述上位機通信連接；

所述電極裝置用于在所述電極轉(zhuǎn)換開關(guān)導(dǎo)通時向勘測區(qū)域內(nèi)地下提供電流；

所述測量裝置用于實時測量所述勘測區(qū)域內(nèi)檢測線上第一檢測點與第二檢測點之間的電位差以及視電阻率數(shù)據(jù)并傳輸給所述上位機；

所述上位機用于根據(jù)視電阻率反演所述勘測區(qū)域二維視電阻率剖面，以獲取勘測區(qū)域內(nèi)地下電性異常體。

可選地，所述上位機內(nèi)安裝有數(shù)據(jù)處理軟件RES2DINV。

由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明根據(jù)勘測區(qū)域面積大小確定電極裝置和測量裝置的布置方案，并獲取布置方案的多個預(yù)設(shè)參數(shù)；采集不同檢測點的視電阻率數(shù)據(jù)、實測電勢值和所述多個預(yù)設(shè)參數(shù)建立初始介質(zhì)電阻率模型；根據(jù)所述初始介質(zhì)電阻率模型獲取勘測區(qū)域空間內(nèi)電勢分布以及計算電勢值；比較實測電勢值與計算電勢值，若兩者之差小于預(yù)設(shè)差值，則該檢測點的視電阻率數(shù)據(jù)有效；根據(jù)所有檢測點的有效視電阻率進行反演得到勘測區(qū)域的二維視電阻率剖面，以獲取勘測區(qū)域內(nèi)地下電性異常體。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明可以直觀、準(zhǔn)確地反映檢測線范圍內(nèi)地下電性異常體的形態(tài)、形狀等，以及剖面中出現(xiàn)的低阻區(qū)等位置。

附圖說明

通過參考附圖會更加清楚的理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點，附圖是示意性的而不應(yīng)理解為對本發(fā)明進行任何限制，在附圖中：

圖1是本發(fā)明實施例提供的一種基于高密度電阻率法的地源熱泵前期勘查方法流程示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例中測量裝置檢測原理示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例中電極裝置提供電流示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例中上位機反演原理示意圖；

圖5是本發(fā)明實施例提供的一種基于高密度電阻率法的地源熱泵前期勘查系統(tǒng)示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明實施例提供了一種基于高密度電阻率法的地源熱泵前期勘查方法，如圖1所示，所述方法包括：

S1、根據(jù)勘測區(qū)域面積大小確定電極裝置和測量裝置的布置方案，并獲取布置方案的多個預(yù)設(shè)參數(shù)；

S2、采集不同檢測點的視電阻率數(shù)據(jù)、實測電勢值和所述多個預(yù)設(shè)參數(shù)建立初始介質(zhì)電阻率模型；

S3、根據(jù)所述初始介質(zhì)電阻率模型獲取勘測區(qū)域空間內(nèi)電勢分布以及計算電勢值；

S4、比較實測電勢值與計算電勢值，若兩者之差小于預(yù)設(shè)差值，則該檢測點的視電阻率數(shù)據(jù)有效；

S5、根據(jù)所有檢測點的有效視電阻率進行反演得到勘測區(qū)域的二維視電阻率剖面，以獲取勘測區(qū)域內(nèi)地下電性異常體。

下面結(jié)合附圖以及實施例對本發(fā)明提供的基于高密度電阻率法的地源熱泵前期勘查方法作詳細(xì)描述。

本發(fā)明實施例中，首先計算勘測區(qū)域的面積大小、地質(zhì)和地形條件，從而確定電極裝置和測量裝置的布置方案。如圖2所示，第一電極A、第二電極B為供電電極，該第一電極A和第二電極B固定在勘測區(qū)域內(nèi)的第一發(fā)射點和第二發(fā)射點。其中第一發(fā)射點和第二發(fā)射點之間的距離為第一預(yù)設(shè)距離。需要說明的是，該第一預(yù)設(shè)距離的長度為na，其中n＝2，3，4……，a表示相鄰兩個檢測點之間的最小距離即第二預(yù)設(shè)距離。如圖2所示，測量裝置的第一檢測電極設(shè)置在每條檢測線的第一檢測點，其第二檢測電極依次在該條檢測線剩余檢測點即第二檢測點進行檢測。

如圖2所示，第一發(fā)射點、第二發(fā)射點、第一檢測點和第二檢測點的排列如下：

(1)第一檢測點和所述第二檢測點設(shè)置在所述第一發(fā)射點和所述第二發(fā)射點之間。

(2)所述第一檢測點和所述第二檢測點設(shè)置在所述第一發(fā)射點和所述第二發(fā)射點的一側(cè)。

(3)所述第一檢測點、所述第一發(fā)射點、所述第二檢測點和所述第二發(fā)射點依次排列。

如圖2所示，本發(fā)明一實施例中采用上述第(1)種排列方案。第一電極A連接直流電源E的正極，第二電極B連接直流電源E的負(fù)極，電流I依次通過第一電極A、地和第二電極B到達(dá)直流電源E的負(fù)極。其中，第一電極A和第二電極B之間以電力線形式電連接。如圖3所示，當(dāng)電極轉(zhuǎn)換開關(guān)(圖中未示出)導(dǎo)通時，第一電極A和第二電極B分別以第一發(fā)射點和第二發(fā)射點為起點向地上和地下發(fā)射電力線(圖3中虛線為電力線。為簡化附圖，圖3中僅示出了地下電力線，且實線為電勢等值面)。若勘測區(qū)域內(nèi)沒有電介質(zhì)，則等值線分別以第一發(fā)射點和第二發(fā)射點為球心形成半球狀態(tài)的電力線；若勘測區(qū)域內(nèi)具有電介質(zhì)，則電力線的形狀會發(fā)生變化。根據(jù)電力線的形狀變化，即可推斷出電介質(zhì)的形狀等參數(shù)。

本發(fā)明實施例中，以第一電極A和第二電極B形成的直接為中間線，在勘測區(qū)域內(nèi)按照第二預(yù)設(shè)距離設(shè)置多條檢測線，其中，該多條檢測線按照預(yù)設(shè)距離分別向中間線的兩側(cè)延伸，從而形成多條平行布設(shè)的檢測線。每條檢測線上設(shè)置多個檢測點，相鄰兩個檢測點之間的距離為第二預(yù)設(shè)距離如圖2中距離a。實際應(yīng)用中，本發(fā)明實施例中測量裝置的第一檢測電極設(shè)置在每條檢測線的第一檢測點M，然后將第二檢測電極N依次在該條檢測線剩余檢測點即第二檢測點設(shè)置，這樣即可檢測到第一檢測點M與第二檢測點N之間的電位差U_MN。

本發(fā)明一實施例中，在勘測區(qū)域內(nèi)設(shè)置20個電極發(fā)射點(1、2、3、……、20)，相鄰兩個電極發(fā)射點之間距離為距離a。隨著地面深度的增加，每層中的檢測點也隨之減少，如圖4所示，第一層的檢測點設(shè)置為18個；第18層的檢測點設(shè)置為15個；第32層的檢測點設(shè)置為11個；第43層的檢測點設(shè)置為8個；第51層的檢測點設(shè)置為5個，第56層的檢測點設(shè)置為2個。需要說明的是，本發(fā)明實施例中僅示意性介紹了隨著地面深度增加減少檢測點的過程，但是層數(shù)與檢測點之間具體關(guān)系可以采用現(xiàn)有技術(shù)中方法計算，本發(fā)明不作限定。

本發(fā)明實施例中，設(shè)置預(yù)設(shè)距離a后做剖面測量。第一電極沿著檢測線方向依次順移預(yù)設(shè)距離a。然后改變第一發(fā)射點、第一檢測點、第二檢測點和第二發(fā)射點的相互位置繼續(xù)做剖面測量，即加大兩個電極之間的距離即na(n依次增大)、增加測量深度。例如可以選取AM＝MN＝NB＝na(為簡化說明，本段中發(fā)射點、檢測點直接采用對應(yīng)的電極、檢測電極的標(biāo)號進行表示)，無論n取值多大，每次剖面測量時第一電極A和第二電極B向前順移的距離均為a。對每一個n值來說就是一條剖面，而各檢測點即一個測深點，即本發(fā)明實施例中高密度電阻率法結(jié)合了電剖面法和電測深法，所測量的電位差以及視電阻率可以反映被測介質(zhì)空間(水平方向和垂直方向)上的電阻率的變化。

如圖4所示，測量裝置采集到第一檢測點M和第二檢測點N之間的電位差U_MN和電流I，以及測量裝置和電極裝置的參數(shù)可以計算視電阻率ρa＝KU_MN/I，其中，K為裝置系數(shù)。然后，測量裝置將上述電位差、電流和視電阻率傳輸給上位機。

上位機中安裝有數(shù)據(jù)處理軟件RES2DINV，該數(shù)據(jù)處理軟件RES2DINV根據(jù)上述視電阻率獲取勘測區(qū)域二維視電阻率剖面，包括：

(1)將視電阻率進行格式轉(zhuǎn)換，然后預(yù)處理消除壞點，例如圓滑、剖面調(diào)換、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換等，進而保留有效的檢測點數(shù)據(jù)。

(2)采用最佳擬合法擬合到色譜圖。獲取一個初始地點斷面，在初始斷面上計算視電阻率的理論曲線。利用有效視電阻率數(shù)據(jù)計算實際曲線。然后采用最佳擬合法對比理論曲線與實際曲線，通過修改參數(shù)獲得最佳擬合效果。當(dāng)擬合效果最佳時可以得到高密度電阻率法反演成像色譜圖，最后根據(jù)現(xiàn)場實驗和裝置參數(shù)對比分析，選擇正演、反演計算參數(shù)。

(3)根據(jù)現(xiàn)場采集的視電阻率數(shù)據(jù)和上述裝置參數(shù)建立初始介質(zhì)電阻率模型，獲得介質(zhì)空間上的電勢分布，將計算電勢值與實測電勢值的差值。若上述差值小于預(yù)設(shè)差值時，說明電勢值的變化在合理的誤差范圍內(nèi)，則實測為該勘測區(qū)域的真實視電阻率數(shù)據(jù)，結(jié)束反演計算，根據(jù)所得的差值和剛度矩陣對電阻率模型進行校正。并重復(fù)上述計算，直至所得的差值小于給定的預(yù)設(shè)差值范圍為止。本發(fā)明實施例中在確定高、低阻地質(zhì)體方面具有較好的實用性。

第二方面，本發(fā)明實施例提供了一種基于高密度電阻率法的地源熱泵前期勘查系統(tǒng)，如圖5所示，所述系統(tǒng)包括：電極裝置、測量裝置和上位機；所述上位機通過電極轉(zhuǎn)換開關(guān)(圖中未示出)與所述電極裝置電連接，所述測量裝置與所述上位機通信連接；

所述電極裝置用于在所述電極轉(zhuǎn)換開關(guān)導(dǎo)通時向勘測區(qū)域內(nèi)地下提供電流；

所述測量裝置用于實時測量所述勘測區(qū)域內(nèi)檢測線上第一檢測點與第二檢測點之間的電位差以及視電阻率數(shù)據(jù)并傳輸給所述上位機；

所述上位機用于根據(jù)視電阻率反演所述勘測區(qū)域二維視電阻率剖面，以獲取勘測區(qū)域內(nèi)地下電性異常體。

可選地，所述上位機內(nèi)安裝有數(shù)據(jù)處理軟件RES2DINV。

可見，本發(fā)明實施例提供的基于高密度電阻率法的地源熱泵前期勘查方法及系統(tǒng)，通過獲取勘測區(qū)域中檢測線上各檢測點的電位差，然后計算完視電阻率后，由上位機進行建模和反演得到色譜圖，供操作人員使用。本發(fā)明實施例可以現(xiàn)場實時處理，實現(xiàn)野外數(shù)據(jù)采集、收錄、處理、成像等，具有成本低、效率高(電極布設(shè)一次性完成)等優(yōu)點。并且，本發(fā)明實施例中可以如實地反演出地下電介質(zhì)的變化情況，準(zhǔn)確地推斷出隱伏構(gòu)造分布、是否有破碎帶及破碎帶的富水情況。

應(yīng)當(dāng)注意的是，在本實施例公開的裝置的各個部件中，根據(jù)其要實現(xiàn)的功能而對其中的部件進行了邏輯劃分，但是，本發(fā)明不受限于此，可以根據(jù)需要對各個部件進行重新劃分或者組合，例如，可以將一些部件組合為單個部件，或者可以將一些部件進一步分解為更多的子部件。

本發(fā)明的各個部件實施例可以以硬件實現(xiàn)，或者以在一個或者多個處理器上運行的軟件模塊實現(xiàn)，或者以它們的組合實現(xiàn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在實踐中使用微處理器或者數(shù)字信號處理器(DSP)來實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明實施例的系統(tǒng)中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本發(fā)明還可以實現(xiàn)為用于執(zhí)行這里所描述的方法的一部分或者全部的設(shè)備或者裝置程序(例如，計算機程序和計算機程序產(chǎn)品)。這樣的實現(xiàn)本發(fā)明的程序可以存儲在計算機可讀介質(zhì)上，或者可以具有一個或者多個信號的形式。這樣的信號可以從因特網(wǎng)網(wǎng)站上下載得到，或者在載體信號上提供，或者以任何其他形式提供。

應(yīng)該注意的是，上述實施例對本發(fā)明進行說明而不是對本發(fā)明進行限制，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離所附權(quán)利要求的范圍的情況下可設(shè)計出替換實施例。在權(quán)利要求中，不應(yīng)將位于括號之間的任何參考符號構(gòu)造成對權(quán)利要求的限制。單詞“包含”不排除存在未列在權(quán)利要求中的元件或步驟。位于元件之前的單詞“一”或“一個”不排除存在多個這樣的元件。本發(fā)明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于適當(dāng)編程的計算機來實現(xiàn)。在列舉了若干裝置的單元權(quán)利要求中，這些裝置中的若干個可以是通過同一個硬件項來具體體現(xiàn)。詞語第一、第二、以及第三等的使用不表示任何順序?？蓪⑦@些單詞解釋為名稱。

以上實施方式僅適于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。