CN102323622B - 一种线阵列多路同步瞬变电磁定向探测方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种线阵列多路同步瞬变电磁定向探测方法及其装置。垂直于探测方向布设发射线框，以发射线框中心为起点沿勘探方向向前方布设多路接收线框或磁棒；启动瞬变电磁发射机发射一次场，根据瞬变电磁发射机提供的同步信号，多路同步采集系统同步采集瞬变电磁响应二次场信号；发射线框周围和线圈后方干扰体的响应信号以及源线圈和多路接收线圈的互感信号呈现向前快速衰减规律，前方目标体的异常响应信号呈现向前逐渐增强规律，根据有规律向前增强信号的幅度和变化特征可以进行前方有无低阻异常体存在的定向解释。适合在隧道瞬变电磁法超前预报、有钻孔地面定向探测或航空、海洋瞬变电磁法勘探领域中使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种线阵列多路同步瞬变电磁定向探测技术和实施方法。适用于在隧道或钻孔中进行超前预报，也实用于地面和钻孔结合的瞬变电磁法勘探，还适用于水域和空中瞬变电磁法勘探。
技术背景
瞬变电磁法是一种常用的地球物理勘探方法，实施时发射机通过发射线框发射一次电磁场，在一次场关断瞬间或之前一定时刻为参考，给接收仪器送出同步信号，接收仪器通过接收线圈或磁棒采集一次场激励下周围介质的电磁感应信号；通常测量磁场垂直分量的变化值，用公式dBZ/dt表示，其中B为磁场，该电磁感应信号被称为二次场，随时间不断衰减，最后归于一次场激励前的背景或零值。当周围介质中存在低阻介质体时，由于低阻介质体中感应涡流的存在，二次场信号衰减变慢，由此特征可以推断低阻异常体的有无或进行定量计算解释。
现有的瞬变电磁法通常采用一发一收模式，而且发射线框和接收线框都在同一平面上，三大主要难题制约了该方法的应用。一是由于发射线框和接收线框的互感信号强，这一信号叠加在有效信号上很难识别或压制；第二是一发一收的多次观测信号由于观测时间和激励环境有变化，相互之间的比对性不强，影响了异常的分辨解释；其三是接收线圈接收的信号来自四面八方，处于一个接收平面上的收发线圈无法识别异常信号来自线圈的哪个方向，这一点在隧道中应用时尤其突出。
事实上，瞬变电磁激励的响应信号，来自不同对象的信号有其空间分布的规律，把握空间分布的规律才能有效解决限制瞬变电磁法应用的障碍问题。
为说明该方法的异常解释原理，发明人进行了物理模拟试验，如图1为使用长沙白云仪器开发有限公司研制的MSD-1瞬变电磁仪器在15cm×20cm铜板（厚1mm）上方模拟试验获得的数据。发射线框为10cm×10cm的10匝漆包线绕制线圈，接收线圈为5cm×5cm的20匝漆包线绕制线圈，都与铜板平行，发射线框与铜板间距离50cm且固定不动，接收线圈分别在距离铜板45cm～5cm间隔以5cm等距离平行移动观测，得到9条记录（分别对应于多路采集系统的9路信号：data1～data9）。为说明效果，图2给出了没有放置铜板时的测量数据，物理模拟参数不变。发射频率225Hz，发射电流2.9安培。图中横坐标为发射频率为225Hz时所对应的40个时间采样序号；纵坐标为经过指数函数调整后的dBZ/dt数值，指数函数为：U(i)＝[dBZ（i）/dt]1/10 （i为记录时间编号）。
从9路多道测量曲线上可以看出二次场信号的变化特征：即接收线圈随离开发射线框的距离增大，收发线圈互感产生的信号很快减弱（如15号时间点之前），来自于铜板产生的二次场感应信号则不断增强（如15号时间点之后），由此可以很好判断铜板的存在和趋近情况，而无需疑虑低阻响应异常来自何方。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种提供一种能识别异常信号来自线圈的哪个方向的线阵列多路同步瞬变电磁定向探测方法。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种实现该线阵列多路同步瞬变电磁定向探测方法的装置。
为了解决上述第一个技术问题，本发明提供的线阵列多路同步瞬变电磁定向探测方法，选定探测方向，垂直于所述的探测方向布设发射线框，在垂直于发射线框面的中轴线上，以所述的发射线框中心为起点沿探测方向向前方布设多个接收装置，将所述的发射线框连接至瞬变电磁发射机上，将多个所述的接收装置信号连接至多路同步采集系统上，多路同步采集系统的同步信号通过导线同步方式控制连接至瞬变电磁发射机；启动所述的瞬变电磁发射机和多路同步采集系统，根据所述的瞬变电磁发射机提供的同步信号，所述的多路同步采集系统同步采集瞬变电磁响应信号，所述的发射线框周围和后方干扰体的响应信号以及所述的发射线框和多路所述的接收装置的互感信号呈现向前衰减规律，前方目标体的异常响应信号呈现向前增强规律，根据有规律向前增强信号的幅度和变化特征进行前方有无低阻异常体存在的定向解释。
所述的接收装置采用单分量测量或正交分量测量，单分量测量时接收装置的耦合方向与轴向方向一致，正交分量测量时接收装置的耦合方向与轴向方向垂直。
所述的接收装置是接收线框或磁棒。
为了解决上述第二个技术问题，本发明提供的实现线阵列多路同步瞬变电磁定向探测方法的装置，多路同步采集系统的同步信号通过导线同步方式控制连接至瞬变电磁发射机，所述的多路同步采集系统由多个同步接收采集装置并联组成，每个所述的同步接收采集装置设有一个接收装置；所述的瞬变电磁发射机的发射线框布设在垂直于所述的探测方向上，多个所述的同步接收采集装置的接收装置设置在垂直于发射线框面的中轴线上且以所述的发射线框中心为起点沿探测方向向前方布设。
所述的接收装置是单分量测量或正交分量测量；单分量测量时接收装置的耦合方向与轴向方向一致，正交分量测量时接收装置的耦合方向与轴向方向垂直。
所述的接收装置是接收线框或磁棒。
采用上述技术方案的线阵列多路同步瞬变电磁定向探测方法及其装置，瞬变电磁法由现有一发一收单路采集模式扩展为多路同步采集模式（一般大于6道），发射线框一次发射，多路接收线框同步接收二次场信号，接收信号来自同一个激励源和采集背景，信号的可比性强，信噪比高，接收装置还可以是磁棒等用来测量磁场变化的装置，可以是三分量或单分量测量，接收线框与接收线框之间、磁棒19与磁棒19之间的间隔距离不必要相等。可以实施多分量探测，通过正交组合线圈，可以测量除了发射线框轴向磁场变化分量∂BZ/∂t外的两个垂直轴向的磁场变化分量∂BY/∂t和∂BX/∂t。
使用上述技术方案的瞬变电磁法多路同步测量信号，科学合理利用了电磁场空间分布规律：发射线框周围和线框后方干扰体的响应信号以及发射线框和多路接收线圈的互感信号呈现向前衰减规律，前方目标体的异常响应信号呈现向前增强规律，根据有规律向前增强信号的幅度和变化特征可以进行前方有无低阻异常体存在的定向解释；提高了异常解释结果的可性度。本发明采用线阵列式二次场观测方法，把握了信号的空间分布规律，实现了异常信号的获取和合理解释。
综上所述，本发明是一种能够在隧道和钻孔中进行超前预报以及在有钻孔的地面进行瞬变电磁法勘探作业的技术方法，保障了数据的可靠性，提高了解释结果的可信度。本发明适合在隧道瞬变电磁法超前预报、有钻孔地面定向探测或航空、海洋瞬变电磁法勘探领域中应用。
附图说明
图1是有铜板存在时的记录数据图；
图2是无铜板存在时的记录数据图；
图3是本发明的系统结构示意图；
图4是本发明在隧道中利用多个接收线圈进行超前预报探测的工作示意图；
图5是本发明在地面上结合钻孔利用多个磁棒进行瞬变电磁法勘探的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
参见图3，多路同步采集系统8的同步信号通过导线15同步方式控制连接至瞬变电磁发射机16，多路同步采集系统由第一同步接收采集装置14、第二同步接收采集装置13、第三同步接收采集装置12、第四同步接收采集装置11、第五同步接收采集装置10、第六同步接收采集装置9共6个同步接收采集装置并联组成，第一同步接收采集装置14设有第一接收线框2、第二同步接收采集装置13设有第二接收线框3、第三同步接收采集装置12设有第三接收线框4、第四同步接收采集装置11设有第四接收线框5、第五同步接收采集装置10设有第五接收线框6、第六同步接收采集装置9设有第六接收线框7；瞬变电磁发射机16的发射线框1布设在垂直于探测方向22上，6个同步接收采集装置的接收线框设置在垂直于发射线框面的中轴线上且以发射线框中心为起点沿探测方向向前方布设置，接收线框的耦合方向与轴向方向一致。
接收线框也可以采用测量磁场变化的磁棒19。可以是三分量或单分量测量，接收线框与接收线框之间、磁棒19与磁棒19之间的间隔距离不必要相等。可以实施多分量探测，通过正交组合线圈，可以测量除了发射线框轴向磁场变化分量∂BZ/∂t外的两个垂直轴向的磁场变化分量∂BY/∂t和∂BX/∂t。
参见图3和图4，使用时，离开隧道掌子面近30米，在隧道17内垂直于隧道轴向布置发射线框1，从发射线框1的线圈中心开始在其中轴线上按5米间距依次布设6个接收线圈，发射线框1和接收线圈分别连接至瞬变电磁发射机16和瞬变电磁发射机16；瞬变电磁发射机16和多路同步采集系统8之间通过导线15相连接；启动瞬变电磁发射机16和多路同步采集系统8，通过多路同步采集系统8采集相对于发射线框1由近及远的二次场信号。在多路采集信号上，发射线框1周围和线框后方干扰体的响应信号以及发射线框1和多路接收线圈的互感信号呈现向前衰减规律，第一前方目标体18的异常响应信号呈现向前增强规律，根据有规律向前增强信号的幅度和变化特征可以进行前方有无低阻异常体存在的定向解释。
参见图3和图5，使用时，以钻孔20为中心垂直于钻孔布置发射线框1，从线圈中心开始在钻孔20中按1/5钻孔有效深度等间距布设6个磁棒19，发射线框1和磁棒19信号线分别连接至瞬变电磁发射机16和多路同步采集系统8；瞬变电磁发射机16和多路同步采集系统8之间通过导线15相连接；启动瞬变电磁发射机16和多路同步采集系统8，通过多路同步采集系统8采集相对于发射线框1由近及远的二次场信号。在多路采集信号上，发射线框1周围的响应信号以及发射线框和多路接收线圈的互感信号呈现向下衰减规律，第二前方目标体21的异常响应信号呈现向下增强规律，根据有规律向前增强信号的幅度和变化特征可以进行钻孔下方有无低阻异常体存在的勘探解释。
Claims (6)
1.一种线阵列多路同步瞬变电磁定向探测方法，其特征是：选定探测方向，垂直于所述的探测方向布设发射线框，在垂直于发射线框面的中轴线上，以所述的发射线框中心为起点沿探测方向向前方布设多个接收装置，将所述的发射线框连接至瞬变电磁发射机上，将多个所述的接收装置信号连接至多路同步采集系统上，多路同步采集系统的同步信号通过导线同步方式控制连接至瞬变电磁发射机；启动所述的瞬变电磁发射机和多路同步采集系统，根据所述的瞬变电磁发射机提供的同步信号，所述的多路同步采集系统同步采集瞬变电磁响应信号，所述的发射线框周围和后方干扰体的响应信号以及所述的发射线框和多路所述的接收装置的互感信号呈现向前衰减规律，前方目标体的异常响应信号呈现向前增强规律，根据有规律向前增强信号的幅度和变化特征进行前方有无低阻异常体存在的定向解释。
2.根据权利要求1所述的线阵列多路同步瞬变电磁定向探测方法，其特征是：所述的接收装置采用单分量测量或正交分量测量，单分量测量时接收装置的耦合方向与轴向方向一致，正交分量测量时接收装置的耦合方向与轴向方向垂直。
3.根据权利要求1或2所述的线阵列多路同步瞬变电磁定向探测方法，其特征是：所述的接收装置是接收线框或磁棒。
4.实现权利要求1所述的线阵列多路同步瞬变电磁定向探测方法的装置，其特征是：多路同步采集系统的同步信号通过导线同步方式控制连接至瞬变电磁发射机，所述的多路同步采集系统由多个同步接收采集装置并联组成，每个所述的同步接收采集装置设有一个接收装置；所述的瞬变电磁发射机的发射线框布设在垂直于所述的探测方向上，多个所述的同步接收采集装置的接收装置设置在垂直于发射线框面的中轴线上且以所述的发射线框中心为起点沿探测方向向前方布设置。
5.根据权利要求4所述的实现线阵列多路同步瞬变电磁定向探测方法的装置，其特征是：所述的接收装置是单分量测量或与正交分量测量，单分量测量时接收装置的耦合方向与轴向方向一致，正交分量测量时接收装置的耦合方向与轴向方向垂直。
6.根据权利要求4或5所述的实现线阵列多路同步瞬变电磁定向探测方法的装置，其特征是：所述的接收装置是接收线框或磁棒。
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