Abstract

The paper describes a state of the DC tomography geophysical technique. The analysis of commercial equipment and interpretation software is presented. The features of different array types are studied. By means of mathematical modeling the resolution of array was estimated. The most effective ones are gradient, pole-dipole, dipole-dipole and Schlumberger. To achieve more deep results the use of forward and reverse pole-dipole arrays is recommended. Authors also presents their own equipment SibER 48. Some case studies are considered. Both the modeling and practice demonstrate the effectiveness of the technique.

Keywords

tomography, mathematical modeling, pole-dipole arrays,

Reference

  •  1) Bobachev A. A., Modin I. I., Pervogo E. V., Shevnin V. A., 1996, Mnogoelektrodnye elektricheskie zondirovaniya v usloviyah gorizontalno-neodnorodnyh sred: Razvedochnaya geofizika, 2.

  •  2) Bobachev A. A., Gorbunov A. A., 2005 , Dvumernaya elektrorazvedka metodom soprotivleniy i vyzvannoy polyarizacii: apparatura, metodiki, programmnoe obespechenie: Razvedka i ohrana nedr, 12, 52 - 54.

  •  3) Bobachev A. A., Modin I. N., 2008, Elektrotomografiya so standartnymi elektrorazvedochnymi kompleksami: Razvedka i ohrana nedr, 1, 43 - 47.

  •  4) Bobachev A. A., Gorbunov A. A., Modin I. N. Shevnin V. A., 2006, Elektrotomografiya metodom soprotivleniy i vyzvannoy polyarizacii: Pribory i sistemy razvedochnoy geofiziki, 02, 14 - 17.

  •  5) Bulgakov A. Yu. Manshteyn A. K., 2006, Geofizicheskiy pribor dlya avtomatizacii mnogoelektrodnoy elektrorazvedki: Pribory i tehnika eksperimenta, 04, 123 - 125.

  •  6) Panin G. L., 2008, Mnogoelektrodnaya apparatura metodov soprotivleniy “Skala-48”: Materialy konferencii Inzhenernaya i rudnaya geofizika: Gelendzhik.

  •  7) Epov M. I., Molodin V. I., Manshteyn A. K., Manshteyn Yu. A., Balkov E. V., Chemyakina M. A., Shurina E. P., Kovbasov K. V., 2005, Geofizicheskie issledovaniya arheologicheskih pamyatnikov v Severo-Zapadnoy Mongolii v 2005 g.: Problemy arheologii, etnografii, antropologii Sibiri i sopredelnyh territoriy: Novosibirsk, IAET SO RAN, t. XI, 503 - 508.

  •  8) Epov M. I., Manshteyn A. K., Manshteyn Yu. A., Chemyakina M. A., Balkov E. V., Molodin V. I., Slyusarenko I. Yu., 2006, Elektrorazvedochnoe kartirovanie “zamerzshih” pazyryks-kih kurganov Altaya: Problemy arheologii, etnografii, antropologii Sibiri i sopredelnyh territoriy: Novosibirsk, IAET SO RAN, t. XII, 510 - 515.

  •  9) Barker R., Moore J., 1998, The application of time lapse electrical tomography in groundwater studies: The Leading Edge, 17, 10, 1454 - 1458.

  •  10) Candansayar M. E., Basokur A. T., 2001, Detecting small-scale targets by the 2D inversion of two-sided three-electrode data: application to an archaeological survey: Geophysical Prospecting, 49, 40 - 58.

  •  11) Candansayar M. £., 2008, Two-dimensional individual and joint inversion of three- and four-electrode array dc resistivity data: J. Geophys, 05, 290 - 300.

  •  12) Dahlin 77, 1993, On the automation of 2D resistivity surveying for engineering and environmental applications: Doctoral Thesis, ISRN LUTVDG/TVDG-1007-SE, Lund University.

  •  13) Dahlin 77, 1989, The development of a cable system for vertical electrical sounding and a comparison of the Schlumberger and Offset Wenner methods: Licentiate Thesis LUTVDG: (TVTG-1005), 1-77, Lund University.

  •  14) Dahlin T., 2001, The development of electrical imaging techniques: Computers and Geosciences, 27(9), 1019 - 1029.

  •  15) Dahlin 77, Zhou B., 2004, A Numerical Comparison of 2D Resistivity Imaging with Ten Electrode Arrays: Geophysical Prospecting, 52, 379 - 398.

  •  16) Dahlin 77, Leroux V., Nissen, J., 2002, Measuring techniques in induced polarization imaging: Journal of Applied Geophysics, 50(3), 279 - 298.

  •  17) Dahlin 77, 1996, 2D resistivity surveying for environmental and engineering applications: First Break, 14, 07, 275 - 283.

  •  18) Dahlin T, Bjelm L., Svensson C., 1999, Use of electrical imaging in site investigations for a railway tunnel through the Hal-landses Horst, Sweden, Quarterly: Journal of Engineering Geology, 32(2), 163 - 173.

  •  19) Edwards L. S., 1977, A modified pseudosection for resistivity and induced polarization: Geophysics, 42, 1020 - 1036.

  •  20) Griffiths D. H., Turnbull J., Olayinka A. /., 1990, Two dimensional resistivity mapping with a computer-controlled array: First Break, 8(4), 121 - 129.

  •  21) Loke M. H.} Barker R. D., 1996, Rapid least-squares inversion of apparent resistivity pseudosections by a quasi-Newton method: Geophysical Prospecting, 44(1), 131 - 152.

  •  22) Loke M. H., Barker R. D., 1996, Practical techniques for 3D resistivity surveys and data inversion techniques: Geophysical Prospecting, 44(3), 499 - 524.

  •  23) Loke M. H., 2009, Tutorial: 2-D and 3-D electrical imaging surveys.

  •  24) Overmeeren R. A., van Ritsema I. L., 1988, Continuous vertical electrical sounding: First Break, 6(10), 313 - 324.

  •  25) Pellerin L., 2002, Applications of electrical and electromagnetic methods for environmental and geotechnical investigations: Surveys in Geophysics, 23, 101 - 132.

  •  26) Schlumberger C, 1920, Etude sur la Prospection Electrique du Sous-sol: Gaultier-Villars et Cie.: Paris.

  •  27) Szcilai S., Szarka L., 2008, On the classification of surface geoelectric arrays: Geophysical Prospecting, 56, 159 - 175.

Опыт применения электротомографии в геофизике

Балков Е.В. Панин Г.Л. Манштейн Ю.А. Манштейн А.К. Белобородов В.А.

Аннотация

Описывается современное состояние метода электротомографии, проводится сравнительный анализ существующих аппаратурных комплексов и программного обеспечения для электротомографии на постоянном токе. На основе математического моделирования делаются выводы о разрешающей способности измерительных установок. Наиболее эффективными установками для электротомографии следует считать градиентные, трёхэлектродную, дипольную установки и установку Шлюмберже. Излагаются результаты собственной разработки многоэлектродного комплекса “Скала-48”. Даётся его структурное описание и основные технические характеристики. Теоретические и практические примеры показывают высокую эффективность метода электротомографии.

Финансирование

Работа выполнена при финансовой поддержке грантов: РФФИ №№ 09-06-00204, 09-06-10006, “Интеграция” СО РАН № 16; Государственного контракта № И1270 в рамках реализации ФЦП “Научные и научно -педагогические кадры инновационной России” на 2009 -2013 годы.

Ключевые слова

электротомография, метод сопротивлений, многоэлектродные установки, разрешающая способность, инверсия данных,

Информация об авторах

Библиографическая ссылка

Балков Е.В. Панин Г.Л. Манштейн Ю.А. Манштейн А.К. Белобородов В.А. Опыт применения электротомографии в геофизике // Геофизика. 2012. № 6. С. 54-63.

Список литературы

  •  1) Бобачев А. А., Модин И. И., Первого Е. В., Шевнин В. А., 1996, Многоэлектродные электрические зондирования в условиях горизонтально-неоднородных сред: Разведочная геофизика, 2.

  •  2) Бобачев А. А., Горбунов А. А., 2005 , Двумерная электроразведка методом сопротивлений и вызванной поляризации: аппаратура, методики, программное обеспечение: Разведка и охрана недр, 12, 52 - 54.

  •  3) Бобачев А. А., Модин И. Н., 2008, Электротомография со стандартными электроразведочными комплексами: Разведка и охрана недр, 1, 43 - 47.

  •  4) Бобачев А. А., Горбунов А. А., Модин И. Н. Шевнин В. А., 2006, Электротомография методом сопротивлений и вызванной поляризации: Приборы и системы разведочной геофизики, 02, 14 - 17.

  •  5) Булгаков А. Ю. Манштейн А. К., 2006, Геофизический прибор для автоматизации многоэлектродной электроразведки: Приборы и техника эксперимента, 04, 123 - 125.

  •  6) Панин Г. Л., 2008, Многоэлектродная аппаратура методов сопротивлений “Скала-48”: Материалы конференции Инженерная и рудная геофизика: Геленджик.

  •  7) Эпов М. И., Молодин В. И., Манштейн А. К., Манштейн Ю. А., Балков Е. В., Чемякина М. А., Шурина Э. П., Ковбасов К. В., 2005, Геофизические исследования археологических памятников в Северо-Западной Монголии в 2005 г.: Проблемы археологии, этнографии, антропологии Сибири и сопредельных территорий: Новосибирск, ИАЭТ СО РАН, т. XI, 503 - 508.

  •  8) Эпов М. И., Манштейн А. К., Манштейн Ю. А., Чемякина М. А., Балков Е. В., Молодин В. И., Слюсаренко И. Ю., 2006, Электроразведочное картирование “замерзших” пазырыкс-ких курганов Алтая: Проблемы археологии, этнографии, антропологии Сибири и сопредельных территорий: Новосибирск, ИАЭТ СО РАН, т. XII, 510 - 515.

  •  9) Barker R., Moore J., 1998, The application of time lapse electrical tomography in groundwater studies: The Leading Edge, 17, 10, 1454 - 1458.

  •  10) Candansayar M. E., Basokur A. T., 2001, Detecting small-scale targets by the 2D inversion of two-sided three-electrode data: application to an archaeological survey: Geophysical Prospecting, 49, 40 - 58.

  •  11) Candansayar M. £., 2008, Two-dimensional individual and joint inversion of three- and four-electrode array dc resistivity data: J. Geophys, 05, 290 - 300.

  •  12) Dahlin 77, 1993, On the automation of 2D resistivity surveying for engineering and environmental applications: Doctoral Thesis, ISRN LUTVDG/TVDG-1007-SE, Lund University.

  •  13) Dahlin 77, 1989, The development of a cable system for vertical electrical sounding and a comparison of the Schlumberger and Offset Wenner methods: Licentiate Thesis LUTVDG: (TVTG-1005), 1-77, Lund University.

  •  14) Dahlin T., 2001, The development of electrical imaging techniques: Computers and Geosciences, 27(9), 1019 - 1029.

  •  15) Dahlin 77, Zhou B., 2004, A Numerical Comparison of 2D Resistivity Imaging with Ten Electrode Arrays: Geophysical Prospecting, 52, 379 - 398.

  •  16) Dahlin 77, Leroux V., Nissen, J., 2002, Measuring techniques in induced polarization imaging: Journal of Applied Geophysics, 50(3), 279 - 298.

  •  17) Dahlin 77, 1996, 2D resistivity surveying for environmental and engineering applications: First Break, 14, 07, 275 - 283.

  •  18) Dahlin T, Bjelm L., Svensson C., 1999, Use of electrical imaging in site investigations for a railway tunnel through the Hal-landses Horst, Sweden, Quarterly: Journal of Engineering Geology, 32(2), 163 - 173.

  •  19) Edwards L. S., 1977, A modified pseudosection for resistivity and induced polarization: Geophysics, 42, 1020 - 1036.

  •  20) Griffiths D. H., Turnbull J., Olayinka A. /., 1990, Two dimensional resistivity mapping with a computer-controlled array: First Break, 8(4), 121 - 129.

  •  21) Loke M. H.} Barker R. D., 1996, Rapid least-squares inversion of apparent resistivity pseudosections by a quasi-Newton method: Geophysical Prospecting, 44(1), 131 - 152.

  •  22) Loke M. H., Barker R. D., 1996, Practical techniques for 3D resistivity surveys and data inversion techniques: Geophysical Prospecting, 44(3), 499 - 524.

  •  23) Loke M. H., 2009, Tutorial: 2-D and 3-D electrical imaging surveys.

  •  24) Overmeeren R. A., van Ritsema I. L., 1988, Continuous vertical electrical sounding: First Break, 6(10), 313 - 324.

  •  25) Pellerin L., 2002, Applications of electrical and electromagnetic methods for environmental and geotechnical investigations: Surveys in Geophysics, 23, 101 - 132.

  •  26) Schlumberger C, 1920, Etude sur la Prospection Electrique du Sous-sol: Gaultier-Villars et Cie.: Paris.

  •  27) Szcilai S., Szarka L., 2008, On the classification of surface geoelectric arrays: Geophysical Prospecting, 56, 159 - 175.