电阻率法监测地下地质变化的数值模拟.pdfVIP

第35卷第4期 物探与化探 Vol-35．No．4 2011年8月 GEOPHYSICAL＆GEOCHEMICALEXPLORA’n0N Aug．，2011 电阻率法监测地下地质变化的数值模拟 罗维斌，李庆春 (长安大学地测学院地球物理系西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室，陕西西安710054) 摘要：通过有限元数值模拟方法，研究了电阻率法监测地下地质变化的可行性，提出了基于多期次观测的地下电 阻率监测方法，应用二维电阻率正、反演程序对模型进行了数值模拟。结果表明，电阻率相对变化率可以较好地指 示电阻率变化的区域和位置。高精度、大数据量的地电阻率观测，以及基于2D或3D的电阻率正、反演计算使得应 用电阻率法监测地下地质变化成为可能。 关键词：电阻率法；地质监测；数值模拟；电阻率相对变化率 中图分类号：P|631．3 文献标识码：A 文章编号：1000—8918(加11)04—0557—05 电阻率是物质的属性之一。电阻率法就是以 结系数。o和m可通过实验测定，一般有0．5o 岩、矿石的电阻率差异为物性前提的勘探方法，已在 2．5，1．5m3。为了方便计算含油气岩层的电阻 矿产资源、能源、环境地质、工程地质和水文地质等 率，用修正的阿尔奇定律 各领域得到广泛应用，成为一种重要的地质调查方 p，=叩。币一S一， (2) 法。现在，2D及3D电阻率正反演计算已经成熟，式中，S是孑L隙液的饱和度，n是饱和度指数，可通 电阻率勘探的观测和解释水平也有长足的进 过实验测定。 步¨‘3J，因而电阻率法用于地质调查和地质监测的 在孔隙度一定的条件下，含水饱和度与孔隙液 效果越来越好。由于岩、矿石电阻率的大小与其孔 离子浓度是岩土电阻率的主要影响因素。岩土电阻 隙度、含水饱和度、孔隙液电阻率、矿物成分及颗粒 率随饱和度的增加而呈指数降低。孔隙液中离子含 形状、构造和胶结状态等因素有关，这些影响因素的 量的高低与类型决定了孔隙水导电性的强弱，从而 变化都会引起岩矿石电阻率的明显变化，因此通过 也在很大程度上影响着整个岩土的电阻率大小。孔 电阻率测量来监测地下地质变化是可行的。例如在 隙液中导电性金属阳离子含量的增多导致土的电阻 石油开采过程中，油气层油水饱和度变化可以引起 率的下降；相反，绝缘性污染物浓度的上升将导致岩 储层电阻率的显著变化，反过来，通过监测储层电阻 土电阻率的增大。特别是当含水率较小时，含水率 率的变化，可以掌握开采中油气量的动态变化，为油 的较小变化就能引起电阻率的显著变化，在含水率 气田开采和管理提供技术信息HJ。笔者通过有限 一定的情况下，孔隙率增大则电阻率增大。土的电 元数值模拟方法，研究了电阻率法监测地下地质变 阻率特性能够反映土的内部结构特征及其变形过程 化的可行陛，提出电阻率相对变化量作为反演参数 的变化，通过测定土的电阻率来研究土的工程地质 性质有良好的理论和应用前景。郭秀军通过室内实 的电阻率监测方法。 验，研究了不同类型土的粒度成分、含水率、饱和度、 1 电阻率与孔隙度、含水饱和度的关系 密实度与其电阻率的关系口1；刘国华运用电阻率层 析成像技术研究了砂土、黏土及淤泥的电阻率与其 Archie最早研究了岩土的电阻率与其结构性的 物理力学指标的相关性及影响电阻率的各种因素， 关系，提出了适用于饱和无黏性土、纯净砂岩的电阻