專利名稱：一種線陣列多路同步瞬變電磁定向探測方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種線陣列多路同步瞬變電磁定向探測技術(shù)和實施方法。適用于在隧道或鉆孔中進行超前預報，也實用于地面和鉆孔結(jié)合的瞬變電磁法勘探，還適用于水域和空中瞬變電磁法勘探。
背景技術(shù)：
瞬變電磁法是一種常用的地球物理勘探方法，實施時發(fā)射機通過發(fā)射線框發(fā)射一次電磁場，在一次場關(guān)斷瞬間或之前一定時刻為參考，給接收儀器送出同步信號，接收儀器通過接收線圈或磁棒采集一次場激勵下周圍介質(zhì)的電磁感應信號；通常測量磁場垂直分量的變化值，用公式dBz/dt表示，其中B為磁場，該電磁感應信號被稱為二次場，隨時間不斷衰減，最后歸于一次場激勵前的背景或零值。當周圍介質(zhì)中存在低阻介質(zhì)體時，由于低阻介質(zhì)體中感應渦流的存在，二次場信號衰減變慢，由此特征可以推斷低阻異常體的有無或進行定量計算解釋?，F(xiàn)有的瞬變電磁法通常采用一發(fā)一收模式，而且發(fā)射線框和接收線框都在同一平面上，三大主要難題制約了該方法的應用。一是由于發(fā)射線框和接收線框的互感信號強，這一信號疊加在有效信號上很難識別或壓制；第二是一發(fā)一收的多次觀測信號由于觀測時間和激勵環(huán)境有變化，相互之間的比對性不強，影響了異常的分辨解釋；其三是接收線圈接收的信號來自四面八方，處于一個接收平面上的收發(fā)線圈無法識別異常信號來自線圈的哪個方向，這一點在隧道中應用時尤其突出。事實上，瞬變電磁激勵的響應信號，來自不同對象的信號有其空間分布的規(guī)律，把握空間分布的規(guī)律才能有效解決限制瞬變電磁法應用的障礙問題。為說明該方法的異常解釋原理，發(fā)明人進行了物理模擬試驗，如圖1為使用長沙白云儀器開發(fā)有限公司研制的MSD-I瞬變電磁儀器在15cmX20cm銅板(厚Imm)上方模擬試驗獲得的數(shù)據(jù)。發(fā)射線圈為IOcmX IOcm的10匝漆包線繞制線圈，接收線圈為5cmX5cm 的20匝漆包線繞制線圈，都與銅板平行，發(fā)射線圈與銅板間距離50cm且固定不動，接收線圈分別在距離銅板45cm 5cm間隔以5cm等距離平行移動觀測，得到9條記錄(分別對應于多路采集系統(tǒng)的9路信號datal data9)。為說明效果，圖2給出了沒有放置銅板時的測量數(shù)據(jù)，物理模擬參數(shù)不變。發(fā)射頻率225Hz，發(fā)射電流2. 9安培。圖中橫坐標為發(fā)射頻率為225Hz時所對應的40個時間采樣序號；縱坐標為經(jīng)過指數(shù)函數(shù)調(diào)整后的dBz/dt數(shù)值， 指數(shù)函數(shù)為U ⑴=[dBz(i)/dt]1/10(i 為記錄時間編號)。從9路多道測量曲線上可以看出二次場信號的變化特征即接收線圈隨離開發(fā)射線圈的距離增大，收發(fā)線圈互感產(chǎn)生的信號很快減弱(如15號時間點之前)，來自于銅板產(chǎn)生的二次場感應信號則不斷增強(如15號時間點之后)，由此可以很好判斷銅板的存在和趨近情況，而無需疑慮低阻響應異常來自何方。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的第一個技術(shù)問題是提供一種提供一種能識別異常信號來自線圈的哪個方向的線陣列多路同步瞬變電磁定向探測方法。本發(fā)明所要解決的第二個技術(shù)問題是提供一種實現(xiàn)該線陣列多路同步瞬變電磁定向探測方法的裝置。為了解決上述第一個技術(shù)問題，本發(fā)明提供的線陣列多路同步瞬變電磁定向探測方法，選定探測方向，垂直于所述的探測方向布設發(fā)射線框，在垂直于發(fā)射線框面的中軸線上，以所述的發(fā)射線框中心為起點沿探測方向向前方布設多個接收裝置，將所述的發(fā)射線圈連接至瞬變電磁發(fā)射機上，將多個所述的接收裝置信號連接至多路同步采集系統(tǒng)上，多路同步采集系統(tǒng)的同步信號通過導線同步方式控制連接至瞬變電磁發(fā)射機；啟動所述的瞬變電磁發(fā)射機和多路同步采集系統(tǒng)，根據(jù)所述的瞬變電磁發(fā)射機提供的同步信號，所述的多路同步采集系統(tǒng)同步采集瞬變電磁響應信號，所述的發(fā)射線框周圍和后方干擾體的響應信號以及所述的源線框和多路所述的接收裝置的互感信號呈現(xiàn)向前衰減規(guī)律，前方目標體的異常響應信號呈現(xiàn)向前增強規(guī)律，根據(jù)有規(guī)律向前增強信號的幅度和變化特征進行前方有無低阻異常體存在的定向解釋。所述的接收裝置采用單分量測量或正交分量測量，單分量測量時接收裝置的耦合方向與軸向方向一致，正交分量測量時接收裝置的耦合方向與軸向方向垂直。所述的接收裝置是接收線框或磁棒。為了解決上述第二個技術(shù)問題，本發(fā)明提供的實現(xiàn)線陣列多路同步瞬變電磁定向探測方法的裝置，多路同步采集系統(tǒng)的同步信號通過導線同步方式控制連接至瞬變電磁發(fā)射機，所述的多路同步采集系統(tǒng)由多個同步接收采集裝置并聯(lián)組成，每個所述的同步接收采集裝置設有一個接收裝置；所述的瞬變電磁發(fā)射機的發(fā)射線框布設在垂直于所述的探測方向上，多個所述的同步接收采集裝置的接收裝置設置在垂直于發(fā)射線框面的中軸線上且以所述的發(fā)射線框中心為起點沿探測方向向前方布設。所述的接收裝置是單分量測量或正交分量測量；單分量測量時接收裝置的耦合方向與軸向方向一致，正交分量測量時接收裝置的耦合方向與軸向方向垂直。所述的接收裝置是接收線框或磁棒。采用上述技術(shù)方案的線陣列多路同步瞬變電磁定向探測方法及其裝置，瞬變電磁法由現(xiàn)有一發(fā)一收單路采集模式擴展為多路同步采集模式(一般大于6道)，發(fā)射線圈一次發(fā)射，多路接收線框同步接收二次場信號，接收信號來自同一個激勵源和采集背景，信號的可比性強，信噪比高，接收裝置還可以是磁棒等用來測量磁場變化的裝置，可以是三分量或單分量測量，接收線框與接收線框之間、磁棒19與磁棒19之間的間隔距離不必要相等?？梢詫嵤┒喾至刻綔y，通過正交組合線圈，可以測量除了發(fā)射線框軸向磁場變化分量 δ ζ/δ 外的兩個垂直軸向的磁場變化分量β BJd 和β BJdt0使用上述技術(shù)方案的瞬變電磁法多路同步測量信號，科學合理利用了電磁場空間分布規(guī)律發(fā)射線框周圍和線框后方干擾體的響應信號以及發(fā)射線圈和多路接收線圈的互感信號呈現(xiàn)向前衰減規(guī)律，前方目標體的異常響應信號呈現(xiàn)向前增強規(guī)律，根據(jù)有規(guī)律向前增強信號的幅度和變化特征可以進行前方有無低阻異常體存在的定向解釋；提高了異常解釋結(jié)果的可性度。本發(fā)明采用線陣列式二次場觀測方法，把握了信號的空間分布規(guī)律，實現(xiàn)了異常信號的獲取和合理解釋。綜上所述，本發(fā)明是一種能夠在隧道和鉆孔中進行超前預報以及在有鉆孔的地面進行瞬變電磁法勘探作業(yè)的技術(shù)方法，保障了數(shù)據(jù)的可靠性，提高了解釋結(jié)果的可信度。本發(fā)明適合在隧道瞬變電磁法超前預報、有鉆孔地面定向探測或航空、海洋瞬變電磁法勘探領域中應用。
圖1是有銅板存在時的記錄數(shù)據(jù)圖；圖2是無銅板存在時的記錄數(shù)據(jù)圖；圖3是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明在隧道中利用多個接收線圈進行超前預報探測的工作示意圖；圖5是本發(fā)明在地面上結(jié)合鉆孔利用多個磁棒進行瞬變電磁法勘探的示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明。參見圖3，多路同步采集系統(tǒng)8的同步信號通過導線15同步方式控制連接至瞬變電磁發(fā)射機16，多路同步采集系統(tǒng)由第一同步接收采集裝置14、第二同步接收采集裝置 13、第三同步接收采集裝置12、第四同步接收采集裝置11、第五同步接收采集裝置10、第六同步接收采集裝置9共6個同步接收采集裝置并聯(lián)組成，第一同步接收采集裝置14設有第一接收線框2、第二同步接收采集裝置13設有第二接收線框3、第三同步接收采集裝置12 設有第三接收線框4、第四同步接收采集裝置11設有第四接收線框5、第五同步接收采集裝置10設有第五接收線框6、第六同步接收采集裝置9設有第六接收線框7 ；瞬變電磁發(fā)射機 16的發(fā)射線框1布設在垂直于探測方向22上，6個同步接收采集裝置的接收線框設置在垂直于發(fā)射線框面的中軸線上且以發(fā)射線框中心為起點沿探測方向向前方布設置，接收線框的耦合方向與軸向方向一致。接收線框也可以采用測量磁場變化的磁棒19?？梢允侨至炕騿畏至繙y量，接收線框與接收線框之間、磁棒19與磁棒19之間的間隔距離不必要相等?？梢詫嵤┒喾至刻綔y，通過正交組合線圈，可以測量除了發(fā)射線框軸向磁場變化分量β仄外的兩個垂直軸向的磁場變化分量β BJd 和β BJdt0參見圖3和圖4，使用時，離開隧道掌子面近30米，在隧道17內(nèi)垂直于隧道軸向布置發(fā)射線圈1，從發(fā)射線圈1的線圈中心開始在其中軸線上按5米間距依次布設6個接收線圈，發(fā)射線圈1和接收線圈分別連接至瞬變電磁發(fā)射機16和瞬變電磁發(fā)射機16 ；瞬變電磁發(fā)射機16和多路同步采集系統(tǒng)8之間通過導線15相連接；啟動瞬變電磁發(fā)射機16和多路同步采集系統(tǒng)8，通過多路同步采集系統(tǒng)8采集相對于發(fā)射線框1由近及遠的二次場信號。 在多路采集信號上，發(fā)射線框1周圍和線框后方干擾體的響應信號以及發(fā)射線圈1和多路接收線圈的互感信號呈現(xiàn)向前衰減規(guī)律，第一前方目標體18的異常響應信號呈現(xiàn)向前增強規(guī)律，根據(jù)有規(guī)律向前增強信號的幅度和變化特征可以進行前方有無低阻異常體存在的定向解釋。參見圖3和圖5，使用時，以鉆孔20為中心垂直于鉆孔布置發(fā)射線圈1，從線圈中心開始在鉆孔20中按1/5鉆孔有效深度等間距布設6個磁棒19，發(fā)射線圈1和磁棒19信號線分別連接至瞬變電磁發(fā)射機16和多路同步采集系統(tǒng)8 ；瞬變電磁發(fā)射機16和多路同步采集系統(tǒng)8之間通過導線15相連接；啟動瞬變電磁發(fā)射機16和多路同步采集系統(tǒng)8，通過多路同步采集系統(tǒng)8采集相對于發(fā)射線框1由近及遠的二次場信號。在多路采集信號上，發(fā)射線框1周圍的響應信號以及發(fā)射線圈和多路接收線圈的互感信號呈現(xiàn)向下衰減規(guī)律，第二前方目標體21的異常響應信號呈現(xiàn)向下增強規(guī)律，根據(jù)有規(guī)律向前增強信號的幅度和變化特征可以進行鉆孔下方有無低阻異常體存在的勘探解釋。
權(quán)利要求
1.一種線陣列多路同步瞬變電磁定向探測方法，其特征是選定探測方向，垂直于所述的探測方向布設發(fā)射線框，在垂直于發(fā)射線框面的中軸線上，以所述的發(fā)射線框中心為起點沿探測方向向前方布設的多個接收裝置，將所述的發(fā)射線圈連接至瞬變電磁發(fā)射機上，將多個所述的接收裝置信號連接至多路同步采集系統(tǒng)上，多路同步采集系統(tǒng)的同步信號通過導線同步方式控制連接至瞬變電磁發(fā)射機；啟動所述的瞬變電磁發(fā)射機和多路同步采集系統(tǒng)，根據(jù)所述的瞬變電磁發(fā)射機提供的同步信號，所述的多路同步采集系統(tǒng)同步采集瞬變電磁響應信號，所述的發(fā)射線框周圍和后方干擾體的響應信號以及所述的源線框和多路所述的接收裝置的互感信號呈現(xiàn)向前衰減規(guī)律，前方目標體的異常響應信號呈現(xiàn)向前增強規(guī)律，根據(jù)有規(guī)律向前增強信號的幅度和變化特征進行前方有無低阻異常體存在的定向解釋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線陣列多路同步瞬變電磁定向探測方法，其特征是所述的接收裝置采用單分量測量或正交分量測量，單分量測量時接收裝置的耦合方向與軸向方向一致，正交分量測量時接收裝置的耦合方向與軸向方向垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的線陣列多路同步瞬變電磁定向探測方法，其特征是所述的接收裝置是接收線框或磁棒。
4.實現(xiàn)權(quán)利要求1所述的線陣列多路同步瞬變電磁定向探測方法的裝置，其特征是 多路同步采集系統(tǒng)的同步信號通過導線同步方式控制連接至瞬變電磁發(fā)射機，所述的多路同步采集系統(tǒng)由多個同步接收采集裝置并聯(lián)組成，每個所述的同步接收采集裝置設有一個接收裝置；所述的瞬變電磁發(fā)射機的發(fā)射線框布設在垂直于所述的探測方向上，多個所述的同步接收采集裝置的接收裝置設置在垂直于發(fā)射線框面的中軸線上且以所述的發(fā)射線框中心為起點沿探測方向向前方布設置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的實現(xiàn)線陣列多路同步瞬變電磁定向探測方法的裝置，其特征是所述的接收裝置是單分量測量或與正交分量測量，單分量測量時接收裝置的耦合方向與軸向方向一致，正交分量測量時接收裝置的耦合方向與軸向方向垂直。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的實現(xiàn)線陣列多路同步瞬變電磁定向探測方法的裝置，其特征是所述的接收裝置是接收線框或磁棒。
全文摘要
本發(fā)明公開一種線陣列多路同步瞬變電磁定向探測方法及其裝置。垂直于探測方向布設發(fā)射線框，以發(fā)射線框中心為起點沿勘探方向向前方布設多路接收線框或磁棒；啟動瞬變電磁發(fā)射機發(fā)射一次場，根據(jù)瞬變電磁發(fā)射機提供的同步信號，多路同步采集系統(tǒng)同步采集瞬變電磁響應二次場信號；發(fā)射線框周圍和線圈后方干擾體的響應信號以及源線圈和多路接收線圈的互感信號呈現(xiàn)向前快速衰減規(guī)律，前方目標體的異常響應信號呈現(xiàn)向前逐漸增強規(guī)律，根據(jù)有規(guī)律向前增強信號的幅度和變化特征可以進行前方有無低阻異常體存在的定向解釋。適合在隧道瞬變電磁法超前預報、有鉆孔地面定向探測或航空、海洋瞬變電磁法勘探領域中使用。
文檔編號G01S3/12GK102323622SQ20111016115
公開日2012年1月18日 申請日期2011年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月15日
發(fā)明者朱德兵 申請人:朱德兵