本發(fā)明涉地質探測技術領域，具體而言，涉及一種可控源音頻大地電磁測深數據采集方法和裝置。

背景技術：

可控源音頻大地電磁測深(controlledsourceaudio-frequencymagnetotellurics，簡稱csamt)是地球物理勘查中的一種人工源頻率域電磁測深方法，通過開展csamt測量工作，可以獲取地下介質的電性結構，主要用于隱伏礦產資源、地下水資源以及斷裂構造、地層結構等的探測。但在csamt測量中，不僅有人工控制的發(fā)射信號，同時還包含有各種噪聲，例如，天然電磁場的隨機信號、接收機本底噪聲、50hz及其諧波為主的工頻電磁干擾。特別是，當50hz及其諧波為主的工頻電磁干擾很大時，獲取數據的精確度會大幅度降低，不能客觀反映地下介質的電性特征。

技術實現要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種可控源音頻大地電磁測深數據采集方法和裝置，用于解決在基波及其諧波干擾較大時造成的數據不準確問題。

第一方面，本發(fā)明的實施例提供一種可控源音頻大地電磁測深數據采集方法，包括：

接收發(fā)射機發(fā)射的經大地介質傳播后的電場信號和磁場信號；

基于電場信號的頻率或磁場信號的頻率，以及工頻基波的頻率，得到采樣率和采樣長度；

利用該采樣率和采用長度對所述電場信號進行采樣，得到電場信息，利用該采樣率和采用長度對所述磁場信號進行采樣，得到磁場信息；

基于所述電場信息和磁場信息，計算所述大地介質的電性結構，其中，所述基波為影響電場信號和磁場信號的人工電力干擾信號。

可選地,所述計算得到采樣率和采樣長度，包括：

計算電場信號的頻率或磁場信號的頻率與預設閾值的乘積，得到采樣率，所述預設閾值為大于或者等于第一數值的值；

計算采樣率與基波的頻率的比值與第二數值的乘積，得到采樣長度，所述第二數值通過計算基波的頻率與電場信號的頻率或磁場信號的頻率的比值、與第三數值的乘積得到，所述第二數值和所述第三數值均為正整數。

可選地,所述利用該采樣率和采用長度對所述電場信號進行采樣，得到電場信息，利用該采樣率和采用長度對所述磁場信號進行采樣，得到磁場信息，包括：

利用離散傅里葉變換對采樣后的電場信號進行變換處理；

利用離散傅里葉變換對采樣后的磁場信號進行變換處理。

可選地,所述電性結構至少包括電阻率，所述基于所述電場信息和磁場信息，計算所述大地介質的電性結構，包括：

計算電場信息和磁場信息的比值的平方、電場信號的周期或磁場信號的周期和第四數值的乘積，得到大地介質的電阻率。

第二方面,一種可控源音頻大地電磁測深數據采集裝置，包括：

接收單元，用于接收發(fā)射機發(fā)射的經大地介質傳播后的電場信號和磁場信號；

第一處理單元，用于基于電場信號的頻率或磁場信號的頻率，以及工頻基波的頻率，得到采樣率和采樣長度；

第二處理單元，用于利用該采樣率和采用長度對所述電場信號進行采樣，得到電場信息，利用該采樣率和采用長度對所述磁場信號進行采樣，得到磁場信息；

第三處理單元，用于基于所述電場信息和磁場信息，計算所述大地介質的電性結構，其中，所述基波為影響電場信號和磁場信號的人工電力干擾信號。

可選地，所述第一處理單元具體用于：

計算電場信號的頻率或磁場信號的頻率與預設閾值的乘積，得到采樣率，所述預設閾值為大于或者等于第一數值的值；

計算采樣率與基波的頻率的比值與第二數值的乘積，得到采樣長度，所述第二數值通過計算基波的頻率與電場信號的頻率或磁場信號的頻率的比值、與第三數值的乘積得到，所述第二數值和所述第三數值均為正整數。

可選地，所述第二處理單元具體用于：

利用離散傅里葉變換對采樣后的電場信號進行變換處理；

利用離散傅里葉變換對采樣后的磁場信號進行變換處理。

可選地，所述電性結構至少包括電阻率，所述第三處理單元具體用于：

計算電場信息和磁場信息的比值的平方、電場信號的周期或磁場信號的周期和第四數值的乘積，得到大地介質的電阻率。

根據本發(fā)明的技術方案，在優(yōu)化設計發(fā)射機的頻率和接收機的采樣率，有效消除基波及其諧波對采集數據的影響，提高采集精度，降低勞動程度。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種可控源音頻大地電磁測深數據采集方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的一種對電場信號和磁場信號進行處理的示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的一種可控源音頻大地電磁測深數據采集裝置的結構示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施例。基于本發(fā)明的實施例，本領域技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的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。

圖1為根據本發(fā)明實施例提供的一種可控源音頻大地電磁測深數據采集方法的結構示意圖。如圖1所示，該方法始于步驟s110。

在步驟s110中，接收發(fā)射機發(fā)射的經大地介質傳播后的電場信號和磁場信號。

在步驟s120中，基于電場信號的頻率或磁場信號的頻率，以及工頻基波的頻率，得到采樣率和采樣長度。

在步驟s130中，利用該采樣率和采用長度對所述電場信號進行采樣，得到電場信息，利用該采樣率和采用長度對所述磁場信號進行采樣，得到磁場信息。

在步驟s140中，基于所述電場信息和磁場信息，計算所述大地介質的電性結構，其中，所述基波為影響電場信號和磁場信號的人工電力干擾信號。

本發(fā)明基于地球物理電磁法進行數據采集，優(yōu)選地采用可控源音頻大地電磁法進行數據采集，本發(fā)明對此不予限制。

可控源音頻大地電磁法(controlledsourceaudio-frequencymagnetotellurics，簡稱csamt)，又稱可控源音頻大地電磁測深，利用人工場源激發(fā)地下介質，并在適當的收發(fā)距下接收不同供電頻率產生的電場和磁場，由于不同頻率的場在地層中的傳播深度不同，所反映深度也就與頻率構成一定的數學關系，不同電導率的巖石在電流激發(fā)下所產生的電場和磁場是不同的，csamt方法就是通過觀測測點上電場和磁場強度變化，進而計算不同頻率的視電阻率和阻抗相位，以獲取地下介質電性分布的一種電磁勘探方法。

基于csamt的數據采集系統(tǒng)由發(fā)射(tx)部和接收(rx)部兩部分組成，人工場源有電性源和磁性源兩種，克服了天然場源信號弱的不足，具有勘探深度范圍較大，橫向分辨率高，可靈敏地發(fā)現斷層，另外，由于接收部在接收電場的同時可接收磁場，因此高阻屏蔽作用小，大大提高了工作效率，減輕了勞動強度。

具體地，發(fā)射部如發(fā)射機利用人工偶極源向大地介質發(fā)射信號，該信號一般為電磁場信號，通過改變電磁場的頻率，達到探測地下介質的電性結構。其中，電磁場包括天波、地面波、地層波等，電磁場信號的頻率可根據實際情況進行設置，此處不予限定。應當理解，可發(fā)射電磁場信號的發(fā)射部都在本發(fā)明的保護范圍內。

接收部接收到大地介質發(fā)射的電場信號和磁場信號，利用所有測得的電場(e)和磁場(h)分量的振幅和相位，計算電阻率和相位差等。

參考圖2，利用時間域采樣方法對各個發(fā)射頻點的電場信號、工頻及其諧波干擾信號進行采樣，采樣率一般為對應各個發(fā)射頻點的電磁場信號的整數倍，利用時間域采樣方法對發(fā)射頻點的磁場信號、工頻及其諧波干擾信號進行采樣。在進行時間域采樣時，可對采樣頻點、采樣率、采樣長度進行優(yōu)化設計。對采樣后的數據進行傅里葉變換，得到電場信號的實部虛部、磁場信號的實部虛部。發(fā)射機發(fā)射的電磁場信號的頻率與接收機接收到的電場信號或磁場信號的頻率相同。以下進行詳述。

可選地，在執(zhí)行步驟s120時，所述利用該采樣率和采用長度對所述電場信號進行采樣，得到電場信息之前，還包括：

對所述電場信號進行濾波；

分別對經過濾波后的電場信號進行放大；

分別對經過放大后的電場信號進行數字化。

可選地，在執(zhí)行步驟s120時，所述利用該采樣率和采用長度對所述磁場信號進行采樣，得到磁場信息之前，還包括：

對所述磁場信號進行濾波；

分別對經過濾波后的磁場信號進行放大；

分別對經過放大后的磁場信號進行數字化。

具體地，在對電場信號和磁場信號進行濾波時，可采用高通濾波或者低通濾波等等，本發(fā)明對此不予限制。

以電場信號為例說明。

接收到的電場信號包括有效信號(e有效)、隨機干擾信號(e隨機)以及50hz工頻基波及其諧波為主的干擾信號(e干擾)。電場表達公式如下：

其中，f1為電場信號的頻率；f0為50hz工頻基波及其諧波的頻率(諧波的頻率為基波頻率的整數倍),t為時間，a1為電場信號的振幅，一般為為常數；a0為50hz工頻基波的振幅，一般為常數；ψ1為電場信號的相位，ψ0為50hz工頻基波的相位，一般為常數。

隨機干擾信號主要為天然電磁場的隨機信號以及接收機本底的噪聲，隨機干擾信號對采集數據的影響程度較低，此處可忽略不計，主要壓制50hz工頻基波及其諧波對采集數據的影響。

為壓制工頻基波及其諧波對采集數據的影響，在進行離散傅里葉變換時，使得傅里葉變換的實部和虛部的和為零，即保證n個離散數據點要同時滿足是測量頻率f1的整周期、f0+f1的整周期和f0-f1的整周期。離散傅里葉變換的實部ag實部和虛部ag虛部分別如公式2和公式3所示：

其中，f1為電場信號的頻率，f0為50hz工頻基波及其諧波的頻率(諧波的頻率為基波頻率的整數倍)，t為時間，a0為50hz工頻基波的振幅，一般為常數，ψ0為50hz工頻基波的相位，一般為常數。

可選地，在執(zhí)行步驟s120時，所述計算得到采樣率和采樣長度，包括：

計算電場信號的頻率或磁場信號的頻率與預設閾值的乘積，得到采樣率，所述預設閾值為大于或者等于第一數值的值；

計算采樣率與基波的頻率的比值與第二數值的乘積，得到采樣長度，所述第二數值通過計算基波的頻率與電場信號的頻率或磁場信號的頻率的比值、與第三數值的乘積得到，所述第二數值和所述第三數值均為正整數。

上兩式分別為對工頻基波的離散傅里葉變換的實部和虛部，要想獲取測量頻點f1的幅值、相位不受周期性干擾頻率f0的影響，其求和應為0，也就是需保證n個離散數據點不僅是測量頻率f1的整周期，同時需滿足是f0+f1和f0-f1頻率的整周期，這樣周期性干擾頻率f0的影響就可得到極大壓制。

例如，接收機的采樣率為samp，采樣長度為n，則采樣時間為n/samp，采樣頻率samp/n需滿足以下等式：

其中，n1、n2、n3為正整數。

公式(4)成立，前提為為整數。

采樣率一般為電場信號頻率的整數倍，優(yōu)選的，采樣率大于或者等于電場信號頻率的4倍，即第一數值設置為4。如，電場信號頻率為10000hz時，采樣率可以為40000hz。

對公式4進行簡化，得到采樣長度n為：

其中，f0一般為50hz工頻基波的整數倍，此處f0取50hz即可。

a為使得得到的值為正整數且n3為正整數的值，優(yōu)選的，a的值應為所有可取的正整數中的額最小正整數，例如，f0＝50hz，f1＝4000hz，則n3＝8、a＝1。

可選地，在執(zhí)行步驟s130時，所述利用該采樣率和采用長度對所述電場信號進行采樣，得到電場信息，利用該采樣率和采用長度對所述磁場信號進行采樣，得到磁場信息，包括：

利用離散傅里葉變換對采樣后的電場信號進行變換處理；

利用離散傅里葉變換對采樣后的磁場信號進行變換處理。

可選地，在執(zhí)行步驟s140時，所述電性結構至少包括電阻率，所述基于所述電場信息和磁場信息，計算所述大地介質的電性結構，包括：

計算電場信息和磁場信息的比值的平方、電場信號的周期或磁場信號的周期和第四數值的乘積，得到大地介質的電阻率。

例如，在對采集的數據進行離散傅里葉變換后，分別得到電場信息如電場強度e和磁場信息如磁場強度h，通過以下公式計算電阻率：

其中，e為電場強度，h為磁場強度，t為電場信號的周期或磁場信號的周期。

根據本發(fā)明的技術方案，通過優(yōu)化設計發(fā)射機的頻率和接收機的采樣率和采樣長度，可有效壓制工頻基波及其諧波對采集數據的影響，提高采集精度，保證采集數據的準確性。

圖3為本發(fā)明實施例提供的一種可控源音頻大地電磁測深數據采集裝置的結構示意圖。參考圖3，該裝置包括：接收單元31、第一處理單元32、第二處理單元33和第三處理單元34。

接收單元31，用于接收發(fā)射機發(fā)射的經大地介質傳播后的電場信號和磁場信號；

第一處理單元32，用于基于電場信號的頻率或磁場信號的頻率，以及工頻基波的頻率，得到采樣率和采樣長度；

第二處理單元33，用于利用該采樣率和采用長度對所述電場信號進行采樣，得到電場信息，利用該采樣率和采用長度對所述磁場信號進行采樣，得到磁場信息；

第三處理單元34，用于基于所述電場信息和磁場信息，計算所述大地介質的電性結構，其中，所述基波為影響電場信號和磁場信號的人工電力干擾信號。

可選地，所述第一處理單元32具體用于：

計算電場信號的頻率或磁場信號的頻率與預設閾值的乘積，得到采樣率，所述預設閾值為大于或者等于第一數值的值；

計算采樣率與基波的頻率的比值與第二數值的乘積，得到采樣長度，所述第二數值通過計算基波的頻率與電場信號的頻率或磁場信號的頻率的比值、與第三數值的乘積得到，所述第二數值和所述第三數值均為正整數。

可選地，所述第二處理單元33具體用于：

利用離散傅里葉變換對采樣后的電場信號進行變換處理；

利用離散傅里葉變換對采樣后的磁場信號進行變換處理。

可選地，所述電性結構至少包括電阻率，所述第三處理單元34具體用于：

計算電場信息和磁場信息的比值的平方、電場信號的周期或磁場信號的周期和第四數值的乘積，得到大地介質的電阻率。

可選地，所述第二處理單元33還用于：

對所述電場信號進行濾波；

分別對經過濾波后的電場信號進行放大；

分別對經過放大后的電場信號進行數字化。

本發(fā)明實施例所提供的裝置，其實現原理及產生的技術效果和前述方法實施例相同，為簡要描述，裝置實施例部分未提及之處，可參考前述方法實施例中相應內容。所屬領域的技術人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，前述描述的系統(tǒng)、裝置和單元的具體工作過程，均可以參考上述方法實施例中的對應過程，在此不再贅述。

在本發(fā)明所提供的實施例中，應該理解到，所揭露裝置和方法，可以通過其它的方式實現。以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如，所述單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現時可以有另外的劃分方式，又例如，多個單元或組件可以結合或者可以集成到另一個系統(tǒng)，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。另一點，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些通信接口，裝置或單元的間接耦合或通信連接，可以是電性，機械或其它的形式。

所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個網絡單元上。可以根據實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現本實施例方案的目的。

另外，在本發(fā)明提供的實施例中的各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。

所述功能如果以軟件功能單元的形式實現并作為獨立的產品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分或者該技術方案的部分可以以軟件產品的形式體現出來，該計算機軟件產品存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，服務器，或者網絡設備等)執(zhí)行本發(fā)明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質包括：u盤、移動硬盤、只讀存儲器(rom，read-onlymemory)、隨機存取存儲器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質。

應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋，此外，術語“第一”、“第二”、“第三”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

最后應說明的是：以上所述實施例，僅為本發(fā)明的具體實施方式，用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制，本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改或可輕易想到變化，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改、變化或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明實施例技術方案的精神和范圍。都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應所述以權利要求的保護范圍為準。