專利名稱：一種收發(fā)自動同步變頻的電磁勘探方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地球物理勘探新方法，特別涉及頻率域的電磁勘探方法。
背景技術(shù)：
可控源頻率域電磁法勘探為地球物理勘探的重要手段。可控源頻率域電磁法的原理是根據(jù)電磁信號在地下的穿透深度與地下介質(zhì)的導(dǎo)電性質(zhì)以及所用電磁波的頻率有密切的關(guān)系。高頻的電磁波穿透較淺，反映淺層信息；低頻的電磁波穿透得深，了解地下深部信息。可控源頻率域電法在尋找地下金屬礦藏、地質(zhì)災(zāi)害探測、水資源分布、煤炭、油氣等資源勘查方面都有著十分廣泛的應(yīng)用。目前比較常用的頻率域電法主要有:傳統(tǒng)變頻法、奇次諧波法、雙頻電流法、可控源音頻大地電磁法、偽隨機法、多頻等幅法等。傳統(tǒng)變頻法需要逐次改變頻率，一個一個頻率的供電和測量，測量速度慢、效率低下，觀測精度相對較低等不足。為克服這種變頻觀測的問題，實現(xiàn)勘探儀器的輕便、高效、抗干擾，可控源勘探法不斷的發(fā)展，收發(fā)方法不斷創(chuàng)新，發(fā)展了諧波法、雙頻法、序列偽隨機法、多頻等幅同步供電等勘探方法。諧波法比起早期的變頻法有所進步，能夠一次供電進行多個頻率諧波的測量，然而諧波法諧波強度隨諧波次數(shù)成反比衰減，且諧波頻率分布不均勻；雙頻法將兩種頻率的電流合成，同時供入地下，一次性同時接收兩種頻率的信號，一定程度上改善了早期變頻法的不足，與奇次諧波法相比，它的兩個頻率成分強度完全相等。為了實現(xiàn)新發(fā)展的電磁勘探方法，當(dāng)前可控源電磁勘探儀器發(fā)展趨勢是:利用信號編碼和同步技術(shù)實現(xiàn)多頻信號收發(fā)嚴(yán)格同步；利用寬帶模擬通道、高速數(shù)據(jù)采集和大容量存儲實現(xiàn)寬帶多頻信號的同時采集；對采集數(shù)據(jù)利用現(xiàn)代數(shù)字信號處理實現(xiàn)抗干擾、高信噪比的信號提取。比如偽隨機觀測法和多頻等幅供電技術(shù)是利用發(fā)射機同時向地下發(fā)射含有多個主要頻率成分的合成電流，接收機同時接收這些頻率信號的大地響應(yīng)，從而實現(xiàn)一次觀測就可以提取多個不同頻率的響應(yīng)。但電磁勘探發(fā)展趨勢也對勘探儀器的設(shè)計與實現(xiàn)提出的較高的要求，實際工程應(yīng)用存在較大難度:首先，電磁勘探主要使用電磁頻譜中的低頻段信號，而在這個頻段，存在大量的干擾，特別是工業(yè)干擾。而多頻信號接收機需要寬帶的模擬通道。寬帶通帶讓較大的外部噪聲進入接收機，信噪比低，模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)的對有用信號的分辨率降低，增大了非線性失真，降低了后繼信號處理的效果。其次，為了實現(xiàn)對寬帶信號的直接采集，需要采用高速ADC，又為了兼顧接收系統(tǒng)的動態(tài)范圍，往往在低頻段采用低速高精度ADC。高速數(shù)據(jù)采集需要相應(yīng)的高速數(shù)據(jù)傳輸和大容量數(shù)據(jù)存儲，增加了系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜度。最后，為了處理采集的海量數(shù)據(jù)，為從干擾提取高質(zhì)量的測量信號，需要復(fù)雜的處理算法和高性能的處理計算機。降低了信號處理的實時性。現(xiàn)場工程師不能及時和直觀的了解測量結(jié)果，不能及時根據(jù)情況糾正測量問題，降低了現(xiàn)場工程師的參與度，降低了儀器的使用效果。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有方法的不足，本發(fā)明提出一種收發(fā)自動同步變頻的電磁勘探方法。本發(fā)明采用“時間-頻率表”來實現(xiàn)自動收發(fā)同步同頻，按照預(yù)定的“時間-頻率表”，在不同時間段發(fā)送和接收不同頻率信號。“時間-頻率表”可以根據(jù)勘探的需要靈活設(shè)定。本發(fā)明的探測系統(tǒng)采用接收機與發(fā)送機同步同頻接收頻率信號，用乘法器實現(xiàn)接收信號的頻率搬移，結(jié)合帶通濾波器，實現(xiàn)任意中心頻率的帶通濾波器，濾除帶外噪聲。接收機還通過實時的相關(guān)檢測技術(shù)，對當(dāng)前頻率的信號實現(xiàn)極濾波，具有抗干擾、高效靈活、易實現(xiàn)的特點。本發(fā)明利用發(fā)送機按照“時間-頻率表”在預(yù)定時間向地下供入預(yù)定頻率的電流信號作為人工激勵源，采用接收機同步同頻接收所在位置的大地電磁響應(yīng)，經(jīng)過模擬濾波以及數(shù)字信號處理方法去除噪聲，得到大地的頻譜響應(yīng)，計算得到卡尼亞視電阻率P s、阻抗相位φζ、視復(fù)電阻率等地球物理信息。本發(fā)明為電磁探測的高效靈活、抗干擾、高分辨率測深提供新的思路和方法。本發(fā)明方法的步驟如下:(I)發(fā)送機按照“時間-頻率表”在預(yù)定時間向地下供入預(yù)定頻率的電流信號，以此電流信號作為人工激勵源；
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(2)接收機在距離人工激勵場源數(shù)米到數(shù)十公里范圍內(nèi)，接收大地的電磁響應(yīng)信息；(3)發(fā)送和接收之間通過GPS/北斗授時定位模塊實現(xiàn)同步同頻，并記錄收發(fā)位置
信息；(4)接收機將傳感器信號經(jīng)前置濾波放大后，通過乘法器將信號頻率搬移，再經(jīng)過帶通濾波器濾除帶外噪聲；(5)濾波后的信號經(jīng)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再利用數(shù)字相關(guān)檢測算法，去除不相關(guān)噪聲，提取大地電磁響應(yīng)；(6)由步驟5)所得的大地電磁響應(yīng)計算得到卡尼亞視電阻率P s和阻抗相位φζ。所述的大地電磁響應(yīng)為地電阻率、收發(fā)距及頻率的函數(shù)。根據(jù)大地電磁測深法(MT)的理論，由大地電磁響應(yīng)計算卡尼亞視電阻率P s和阻抗相位φ等相關(guān)地球物理信息。接收機根據(jù)信號頻譜的特征，利用乘法器將任意頻率搬移到固定頻率，再采用帶通濾波器濾除帶外噪聲帶外噪聲的方法為:根據(jù)如下公式:
權(quán)利要求
1.種收發(fā)自動同步變頻的電磁勘探方法，其特征在于，所述的方法是:由發(fā)送機按照“時間-頻率表”在預(yù)定時間向地下供入預(yù)定頻率的電流信號作為人工激勵源，采用接收機同步同頻接收所在位置的大地電磁響應(yīng)，經(jīng)過模擬濾波以及數(shù)字信號處理方法去除噪聲，得到大地的頻譜響應(yīng)，然后計算得到地球物理信息。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的收發(fā)自動同步變頻的電磁勘探方法，其特征在于，所述的方法步驟如下: 1)發(fā)送機按照“時間-頻率表”在預(yù)定時間向地下供入預(yù)定頻率的電流信號，以此電流信號作為人工激勵源； 2)接收機在距離人工激勵場源數(shù)米到數(shù)十公里范圍內(nèi)，接收大地的電磁響應(yīng)信息； 3)發(fā)送和接收之間通過GPS/北斗授時定位模塊實現(xiàn)同步同頻，并記錄收發(fā)位置信息； 4)接收機將傳感器信號經(jīng)前置濾波放大后，通過乘法器將信號頻率搬移，再經(jīng)過帶通濾波器濾除帶外噪聲； 5)濾波后的信號經(jīng)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再利用數(shù)字相關(guān)檢測算法，去除不相關(guān)噪聲，提取 大地電磁響應(yīng)； 6)由步驟5)所得的大地電磁響應(yīng)計算得到卡尼亞視電阻率Ps和阻抗相位φ2。
3.據(jù)權(quán)利要求2所述的收發(fā)自動同步變頻的電磁勘探方法，其特征在于:所述的步驟3)中，接收機根據(jù)“時間-頻率表”中當(dāng)前的頻率實現(xiàn)同頻檢測，濾除非同頻的干擾信號；同頻檢測的原理如下:接收的信號r (t)表示為:
4.據(jù)權(quán)利要求2所述的收發(fā)自動同步變頻的地面電磁勘探方法，其特征在于:所述的步驟4)中，接收機根據(jù)信號頻譜的特征，利用乘法器將任意頻率搬移到固定頻率，再采用帶通濾波器濾除帶外噪聲帶外噪聲的方法為； 根據(jù)如下公式:
5.據(jù)權(quán)利要求1或2所述的收發(fā)自動同步變頻的電磁勘探方法，其特征在于，所述的“時間-頻率表”中的信號頻率和時長根據(jù)勘探要求設(shè)定N個信號頻率和發(fā)射時長，制定“時間-頻率表”，所述的發(fā)送機按所述的時間-頻率表”發(fā)送,每發(fā)送完一組N個頻率之后，再次循環(huán)發(fā)送，一組N個頻率的發(fā)射時長為一個循環(huán)周期；接收機在任意時刻開始接收；一組N個頻率的發(fā)射時間 為一個循環(huán)周期，N為整數(shù)；Ν的取值范圍在1-255之間。所述的發(fā)送機發(fā)送的電流信號的頻率范圍為0.0lHz^lOOkHz0
全文摘要
一種收發(fā)自動同步變頻的電磁勘探方法，發(fā)送機通過發(fā)送電極向大地供入一定的頻率和大小的電流信號作為人工激勵源，發(fā)送的電流信號頻率按照預(yù)設(shè)的“時間-頻率表”自動切換。接收機按照與發(fā)送機相同的“時間-頻率表”同步接收大地電磁響應(yīng)，經(jīng)過相關(guān)檢測方法，去除不相關(guān)噪聲，得到包含有地電阻率信息的大地電磁響應(yīng)，最終得出地電阻率分布。
文檔編號G01V3/08GK103091717SQ20131000702
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月9日
發(fā)明者夏正武, 李艷紅, 劉國強, 李士強, 夏慧 申請人:中國科學(xué)院電工研究所