專利名稱：電法勘探方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電法勘探領(lǐng)域，具體而言，涉及一種電法勘探方法和裝置。
背景技術(shù)：
在尋找金屬礦產(chǎn)方面電法勘探(特別是激電法)的應(yīng)用非常廣泛，但是由于生產(chǎn)礦山及其附近存在大量的高壓輸電線和各種用電設(shè)施，這將產(chǎn)生極其強(qiáng)烈的電磁干擾信號(hào)；地下開采坑道內(nèi)大量的金屬管道、車輛軌道和廢石渣都給電法的供電和電場(chǎng)接收造成很大的困難。所有這一切，都影響了電法勘探方法的應(yīng)用效果，因此電法勘探在解決危機(jī)礦山問題時(shí)存在嚴(yán)重的噪聲干擾問題。生產(chǎn)礦山附近電磁干擾盡管很大，但一般是隨機(jī)性的干擾，而相關(guān)辨識(shí)技術(shù)是一種可以有效地去除隨機(jī)噪聲干擾的系統(tǒng)辨識(shí)方法，在機(jī)械、自動(dòng)化、儀器儀表、認(rèn)知科學(xué)、生物信息學(xué)等領(lǐng)域都已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但是在地球物理探測(cè)方面卻沒有得到足夠的重視和應(yīng)用。目前，電法勘探中一般是通過堆疊、濾波、遠(yuǎn)參考等方法去除噪聲，但是在礦山電法勘探中這些方法用于去除噪聲就顯得無能為力，因此勘察效果差，直接帶來人力財(cái)力的巨大浪費(fèi)。而且，為了提高信噪比，一個(gè)常用的方法就是提高發(fā)送電源的功率，這必然造成發(fā)送機(jī)異常笨重，這給山區(qū)的勘探工作帶來巨大的困難。另一方面，激電法是電法勘探中用于找礦的最有效的手段，特別是復(fù)電阻率法，能夠提供較多的電性參數(shù)，探測(cè)精度較高。復(fù)電阻率法是指通過測(cè)量得到復(fù)電阻率譜也就是頻率響應(yīng)的一種電法勘探方法，但是需要測(cè)量多個(gè)頻點(diǎn)的電場(chǎng)響應(yīng)才能得到一條頻率響應(yīng)曲線，而且低頻的時(shí)候需要的時(shí)間很長，因此探測(cè)效率很低，這是造成復(fù)電阻率法效果雖好卻不能得到廣泛運(yùn)用的原因。在電法勘探中如果采用相關(guān)辨識(shí)技術(shù)，那么一次測(cè)量就能得到一條頻率響應(yīng)曲線，可以有效解決復(fù)電阻率法的效率低下問題，并且具有復(fù)電阻率法探測(cè)精度高的優(yōu)點(diǎn)，因此這是一種新的時(shí)間域測(cè)量的復(fù)電阻率法。

圖1(a)和(b)示出了現(xiàn)有技術(shù)中復(fù)電阻率法的觀測(cè)裝置和等效電路。傳統(tǒng)的復(fù)電阻率法是通過在相當(dāng)寬的超低頻段上觀測(cè)視復(fù)電阻率的幅度譜和相位譜或?qū)嵎至亢吞摲至孔V，以研究地下介質(zhì)情況。如圖1(a)和(b)所示，發(fā)送電流源AB 每次發(fā)送一個(gè)頻率的正弦波或者方波，接收端子MN測(cè)得對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，多次測(cè)量得到一個(gè)頻段內(nèi)的多個(gè)頻率的幅度和相位特性，得到復(fù)電阻率譜，再利用科爾-科爾模型進(jìn)行擬合和反演，得到直流電阻率、充電率、時(shí)間常數(shù)和頻率相關(guān)系數(shù)等電性參數(shù)進(jìn)行地球物理解釋。這種方法能提供比較豐富的激電信息，但需在許多頻率上做觀測(cè)才能獲得較完整的頻譜，所以生產(chǎn)效率低
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是利用相關(guān)辨識(shí)技術(shù)去除隨機(jī)噪聲；在時(shí)間域測(cè)量一次就可以得到一條頻率響應(yīng)曲線從而提高探測(cè)效率；另外，通過采用雙科爾-科爾模型進(jìn)行解釋，不僅可以去除電磁耦合效應(yīng)的影響，還可以得到電磁參數(shù)，探測(cè)精度提高。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種電法勘探方法，其利用測(cè)量裝置進(jìn)行勘探，所述測(cè)量裝置包括發(fā)送機(jī)和接收機(jī)，其特征在于，所述方法包括以下步驟所述發(fā)送機(jī)發(fā)送偽隨機(jī)序列V (t)，接收機(jī)接收時(shí)間序列信號(hào)u (t)；利用所述偽隨機(jī)序列ν (t)對(duì)所述接收機(jī)接收到的時(shí)間序列u (t)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，得到時(shí)域沖激響應(yīng)、(t)；將所述時(shí)域沖激響應(yīng)、(t)變換到頻域，從而得到頻率響應(yīng)扎(《)；利用雙科爾-科爾模型進(jìn)行擬合和反演，得到復(fù)電阻率法的4個(gè)激電參數(shù)P α, +、T1以及電磁耦合效應(yīng)的3個(gè)參數(shù)m2、c2、τ 2 ；其中，Pq表示零頻視電阻率反映電極排列勘探體積內(nèi)的平均電阻率叫為激電效應(yīng)的視充電率激電效應(yīng)強(qiáng)度參數(shù)(％)，與電極排列勘探體積內(nèi)的可極化物質(zhì)體積含量正相關(guān)；T1為激電效應(yīng)的視時(shí)間常數(shù)激電效應(yīng)特征參數(shù)(秒)，與電極排列勘探體積內(nèi)的可極化物質(zhì)的粒度大小等結(jié)構(gòu)信息相關(guān)；Cl為激電效應(yīng)的視頻率相關(guān)系數(shù)，是無量綱的基地啊效應(yīng)過程參數(shù)；與電極排列勘探體積內(nèi)的可極化物質(zhì)的激電效應(yīng)類型以及極化物質(zhì)混合分布均勻性相關(guān)；m2 為電磁效應(yīng)的視充電率；τ 2為電磁效應(yīng)的視時(shí)間常數(shù)；c2為電磁效應(yīng)的視頻率相關(guān)系數(shù)。優(yōu)選地，所述方法還包括步驟執(zhí)行反卷積運(yùn)算去除所述測(cè)量裝置的影響。優(yōu)選地，通過多極距的觀測(cè)方式得到目標(biāo)極化體的真譜參數(shù)和幾何分布。優(yōu)選地，所述偽隨機(jī)序列為m序列或逆重復(fù)m序列。優(yōu)選地，將電極、導(dǎo)線、接地阻抗及測(cè)量裝置的影響歸結(jié)為一個(gè)系統(tǒng)，它的沖激響應(yīng)為hs(t)，大地系統(tǒng)的沖激響應(yīng)記為he(t)，則U (t) =v (t) *he (t) *hs (t) +η (t)兩邊用輸入偽隨機(jī)序列ν(t)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，消去隨機(jī)噪聲的影響，得到Rvu (t) = Rvv (t) *he (t) *hs (t)因此，先求輸入和輸出信號(hào)的互相關(guān)Rvu(t)以及輸入信號(hào)的自相關(guān)Rvv⑴，反卷積運(yùn)算后得到觀測(cè)系統(tǒng)和大地系統(tǒng)總的沖激響應(yīng)he (t) *hs (t)，然后再通過反卷積運(yùn)算去除觀測(cè)系統(tǒng)hs(t)的影響得到大地系統(tǒng)的沖激響應(yīng)、(t)；或者在頻域?qū)崿F(xiàn)上述運(yùn)算Pvu(CO) = Ρνν(ω) · He ( ω ) · Η3(ω)得到待辨識(shí)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)
權(quán)利要求
1.一種電法勘探方法，其利用測(cè)量裝置進(jìn)行勘探，所述測(cè)量裝置包括發(fā)送機(jī)和接收機(jī)， 其特征在于，所述方法包括以下步驟(1)所述發(fā)送機(jī)發(fā)送偽隨機(jī)序列V(t)，接收機(jī)接收時(shí)間序列信號(hào)u (t)；(2)利用所述偽隨機(jī)序列ν(t)對(duì)所述接收機(jī)接收到的時(shí)間序列u (t)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算， 得到時(shí)域沖激響應(yīng)、(t)；(3)將所述時(shí)域沖激響應(yīng)、(t)變換到頻域，從而得到頻率響應(yīng)Η3(ω)；(4)利用雙科爾-科爾模型進(jìn)行擬合和反演，得到復(fù)電阻率法的4個(gè)激電參數(shù)Ppmp C1^ τ工以及電磁耦合效應(yīng)的3個(gè)參數(shù)m2、c2, τ2 ；其中，P ^表示零頻視電阻率反映電極排列勘探體積內(nèi)的平均電阻率叫為激電效應(yīng)的視充電率激電效應(yīng)強(qiáng)度參數(shù)(％)，與電極排列勘探體積內(nèi)的可極化物質(zhì)體積含量正相關(guān)；τ工為激電效應(yīng)的視時(shí)間常數(shù)激電效應(yīng)特征參數(shù)(秒)，與電極排列勘探體積內(nèi)的可極化物質(zhì)的粒度大小等結(jié)構(gòu)信息相關(guān)；Cl為激電效應(yīng)的視頻率相關(guān)系數(shù)，是無量綱的基地啊效應(yīng)過程參數(shù)；與電極排列勘探體積內(nèi)的可極化物質(zhì)的激電效應(yīng)類型以及極化物質(zhì)混合分布均勻性相關(guān);m2為電磁效應(yīng)的視充電率；τ 2為電磁效應(yīng)的視時(shí)間常數(shù)；c2為電磁效應(yīng)的視頻率相關(guān)系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電法勘探方法，其特征在于，所述方法還包括步驟執(zhí)行反卷積運(yùn)算去除所述測(cè)量裝置的影響。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電法勘探方法，其特征在于，通過多極距的觀測(cè)方式得到目標(biāo)極化體的真譜參數(shù)和幾何分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的電法勘探方法，其特征在于，所述偽隨機(jī)序列為m序列或逆重復(fù)m序列。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的電法勘探方法，其中將電極、導(dǎo)線、接地阻抗及測(cè)量裝置的影響歸結(jié)為一個(gè)系統(tǒng)，它的沖激響應(yīng)為hs(t)，大地系統(tǒng)的沖激響應(yīng)記為he(t)，則u (t) =v (t) *he (t) *hs (t) +η (t)兩邊用輸入偽隨機(jī)序列v(t)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，消去隨機(jī)噪聲的影響，得到Rvu ⑴=Rvv(t)*he(t)*hs(t)因此，先求輸入和輸出信號(hào)的互相關(guān)Rvu(t)以及輸入信號(hào)的自相關(guān)Rvv(t)，反卷積運(yùn)算后得到觀測(cè)系統(tǒng)和大地系統(tǒng)總的沖激響應(yīng) (t) *hs (t)，然后再通過反卷積運(yùn)算去除觀測(cè)系 ^hs(t)的影響得到大地系統(tǒng)的沖激響應(yīng)、(t)；或者在頻域?qū)崿F(xiàn)上述運(yùn)算Ρνυ(ω) = Ρνν(ω) · Ηε(ω) · Hs ( ω )得到待辨識(shí)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)Ηλω)= P PvMyHs(CO)將在發(fā)送機(jī)附近相關(guān)辨識(shí)得到的結(jié)果就認(rèn)為是觀測(cè)系統(tǒng)的沖激響應(yīng)hs(t)，變到頻域即為 Hs(CO)；計(jì)算復(fù)電阻率譜P (ω)；P (ω) = K · He(ω)其中K稱為裝置系數(shù)，
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電法勘探方法，其中擬合時(shí)Pc^mpCpTl*m2、C2、τ 2初值的選擇方法如下=C1的取值范圍在0. 1-0. 6之間，C2的取值范圍為0. 9-1. 0，mi、m2的取值范圍在0-0. 98之間，而且Hi1 < m2，P ^的初值設(shè)為幅度譜或者實(shí)分量譜的低頻漸近線的值，根據(jù)虛分量譜在高頻段的峰值頻率求出12的初值，T1的初值定為τ 2的初值的50倍。
7.一種用于電法勘探的發(fā)送機(jī)，其特征在于所述發(fā)送機(jī)包括全球定位系統(tǒng)GPS(Global Positioning System)模塊(1)、偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器O)、驅(qū)動(dòng)及保護(hù)模塊(3)、智能功率模 Ife IPM(Intelligent Power Modules) (5)、溫度控制模塊(4)和供電模塊(7)，和發(fā)送電極 AB (6)；其中，GPS模塊(1)通過串口向偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器( 傳遞授時(shí)同步信息，完成數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)，并控制驅(qū)動(dòng)及保護(hù)模塊⑶；驅(qū)動(dòng)及保護(hù)模塊(3)驅(qū)動(dòng)IPM(5)工作，保護(hù)電路用于保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)的安全；溫度控制系統(tǒng)(4)監(jiān)測(cè)發(fā)射機(jī)內(nèi)部的溫度，當(dāng)超過預(yù)定值后復(fù)位機(jī)器或關(guān)閉機(jī)器；IPM(5)將輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成用于電法勘探的電流信號(hào)并向發(fā)送電極AB(6) 輸送電流；供電模塊(7)為板卡提供低壓電源，并為IPM(5)提供所需高壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于電法勘探的發(fā)送機(jī)，其特征在于偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器(2) 進(jìn)一步根據(jù)需要輸出不同階數(shù)、不同頻率的m序列或者逆重復(fù)m序列，配置LCD用于顯示發(fā)射機(jī)信號(hào)類型、參數(shù)及狀態(tài)。
9.一種用于電法勘探的接收機(jī)，其特征在于所述接收機(jī)包括GPS模塊(8)、偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器(9)、接收電極MN(IO)、前置放大模塊(11)、濾波及陷波模塊(12)、精密放大模塊 (13)、自相關(guān)器(14)、互相關(guān)器(15)、第一反卷積器(16)、第二反卷積器(17)、FFT變換器 (18)、復(fù)電阻率譜生成器(19)、擬合器(20)、反演器；其中，GPS模塊(8)通過串口向偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器(9)傳遞授時(shí)同步信息，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)同步并且和發(fā)送機(jī)的偽隨機(jī)序列保持精確同相，偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器(9)根據(jù)需要輸出與發(fā)送機(jī)相同階數(shù)、相同頻率的偽隨機(jī)序列；接收電極麗(10)接收通過地下介質(zhì)傳來的電位差， 然后經(jīng)過前置放大模塊(11)將接收到的電磁信號(hào)進(jìn)行初步的放大，并經(jīng)過濾波及陷波模塊(12)濾除高頻噪聲及系統(tǒng)的工頻噪聲，再通過精密放大模塊(13)將濾除噪聲的信號(hào)進(jìn)行低噪精密放大；自相關(guān)器(14)實(shí)現(xiàn)偽隨機(jī)信號(hào)的自相關(guān)運(yùn)算；互相關(guān)器(15)實(shí)現(xiàn)偽隨機(jī)信號(hào)和接收信號(hào)的互相關(guān)運(yùn)算；經(jīng)過第一反卷積器(16)得到總的沖激響應(yīng)，第二反卷積器(17)去除觀測(cè)系統(tǒng)影響處理后獲得大地系統(tǒng)沖激響應(yīng)，F(xiàn)FT變換器(18)對(duì)大地沖激響應(yīng)進(jìn)行處理獲得大地系統(tǒng)的頻率響應(yīng)，大地系統(tǒng)頻率響應(yīng)經(jīng)過復(fù)電阻率譜生成器(19)得到大地系統(tǒng)的復(fù)電阻率譜，擬合器00)依據(jù)雙科爾-科爾模型擬合獲得視譜參數(shù)，反演器 (21)進(jìn)行聯(lián)合反演獲得真譜參數(shù)，從而獲得地球物理參數(shù)信息，并進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)圖形顯示及存儲(chǔ)。
10. 一種電法勘探系統(tǒng)，其特征在于包含如權(quán)利要求7或8所述的發(fā)送機(jī)以及如權(quán)利要求9所述的接收機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電法勘探方法，其通過發(fā)送機(jī)發(fā)送信號(hào)以及接收機(jī)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行處理，得到?jīng)_激響應(yīng)和頻率響應(yīng)，其特征在于，所述方法包括以下步驟所述發(fā)送機(jī)發(fā)送偽隨機(jī)序列，并利用所述偽隨機(jī)序列對(duì)所述接收機(jī)接收到的時(shí)間序列進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，進(jìn)而得到時(shí)域沖激響應(yīng)；將所述時(shí)域沖激響應(yīng)變換到頻域，從而得到頻率響應(yīng)；利用雙科爾-科爾模型進(jìn)行擬合和反演，得到復(fù)電阻率法的參數(shù)。
文檔編號(hào)G01V3/00GK102426393SQ20111036270
公開日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者劉景賢, 李梅, 羅維斌, 顧強(qiáng), 魏文博 申請(qǐng)人:中國地質(zhì)大學(xué)(北京)