CN104122594A - 时间域激电全波形采样的多参数提取数据处理方法 - Google Patents

Abstract

一种通过时间域激电全波形采样提取多种激电参数的数据处理方法。包括步骤：1)由发射机与供电电极组成的供电回路向大地发送稳流的“正向供—停—反向供—停”的1:1周期性电流信号，在测量点上由接收机同步记录接收电极上电位差信号的全波形数据；2)由记录的全波形数据及装置系数，计算视电阻率和视极化率；3)对记录的一个周期上的充放电全波形数据进行离散傅里叶变换，求取其基波与奇次谐波的实部与虚部，并计算出相应的幅值和相位；4)利用基波与奇次谐波的幅值，计算视频散率；5)利用基波与奇次谐波的相位，去除电磁耦合，得到去耦后的激电相位。本发明提高了多种激电参数获取的工作效率，为地下目标地质体的判别提供更多依据。

Description

时间域激电全波形采样的多参数提取数据处理方法

技术领域

本发明涉及一种地质勘查地球物理激电多参数提取的数据处理方法，特别适合于在多金属硫化物矿产勘查中的时间域激电数据处理与多参数信息提取，也可用于地下水、油气等资源调查中的时间域激电数据处理与信息提取。 

背景技术

激电法一直是地质勘查的重要方法，尤其是在多金属硫化物的资源勘查中是不可缺少的主要方法。在激电法中常用的解释参数有时间域激电法的视电阻率、视极化率或视充电率，频率域激电法的视电阻率、视相位、视频散率。无论是时间域激电法还是频率域激电法，都属于激电法，“激电”是它们共同的本质，但它们采用的工作方式、仪器设备等却不一样，在克服或排除干扰方面，两者的能力也不尽相同，因此在实际工作中，时间域激电法和频率域激电法是两种不同的测量方法，需要分开独立开展。国内外代表性的电法勘探仪器中，时间域和频率域激电的测量功能是相对独立的，且接收机在采集时间域激电数据时，与发射机未严格同步，同时也未记录接收电极上电位差的全波形数据，因此也就难以获取更多的信息。 

发明内容

基于上述，本发明的目的在于提供一种通过时间域激电全波形采样，从而获取多种激电参数的数据处理方法。针对现有的时间域激电测量方法取得的激电参数单一，在解决复杂地质问题时所提供的信息量少的不足，本发明解决了在一个供电周期内，在测量点上由接收机同步记录接收电极上电位差信号的全波形数据，然后通过数据处理，能够提供反映地下目标地质体极化效应特征的多种激电参数信息。 

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下： 

一种时间域激电全波形采样的多参数提取数据处理方法，其包括以下步骤： 

1)由发射机与接地供电电极组成的供电回路向大地发送稳流的周期性电流信号，经过大地传导后，在测量点上由接收机同步记录接收电极上电位差信号的全波形数据； 

2)由记录的全波形数据，计算视电阻率和视极化率； 

3)由记录的全波形数据，计算视相位； 

4)利用基波与奇次谐波的幅值，计算视频散率； 

5)利用基波与奇次谐波的相位，进行去除电磁耦合处理，得到去耦后的激电相位。 

其中： 

在所述步骤1)中，发射机发送的是稳流的“正向供-停-反向供-停”的1:1周期性方波电流，接收机采集的是与发射机严格同步的测量点上一个周期的完整电位差波形。 

在所述步骤2)中，对接收机记录的电位差全波形周期性信号，通过求取充电达饱和的总场电位差和断电不同时刻的二次场电位差，来计算视电阻率和多个时刻的视极化率。 

通过以下公式计算所述视电阻率： 

${\mathrm{\ρ}}_s=K\frac{\mathrm{\ΔU}\left(T\right)}{I}$

式中：ρ_s是视电阻率，单位为欧姆.米；K是测量装置系数，为实常数；I是发射电流，单位为毫安；ΔU(T)是总场电位差，单位为毫伏； 

通过以下公式计算所述视极化率： 

${\mathrm{\η}}_s=\frac{{\mathrm{\ΔU}}_2\left(t\right)}{\mathrm{\ΔU}\left(T\right)}\×100\%$

式中：η_s是视极化率，它是供电周期T与断电取样时间t的函数。 

在所述步骤3)中，通过以下方法计算视相位： 

对接收机记录的电位差全波形周期性信号，进行离散傅里叶变换，求取其基波与奇次谐波的实部和虚部，计算相应的幅值和相位。 

所述视相位的计算公式如下： 

计算基波的幅值和相位 

实部为： $\mathrm{Re\ΔU}=\frac{2}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}u\left(\mathrm{i\Δt}\right)\sin \left(2\mathrm{\π}\frac{i\·\mathrm{\Δt}}{T}\right);$

虚部为： $\mathrm{Im\ΔU}=-\frac{2}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}u\left(\mathrm{i\Δt}\right)\cos \left(2\mathrm{\π}\frac{i\·\mathrm{\Δt}}{T}\right);$

其中：Δt为采样间隔，单位为秒；u(iΔt)为实测的电位差数据序列；N为一个周期的采样点总数； 

于是求得基波的幅值和相位 

幅值为： $\left|\mathrm{\ΔU}\right|=\sqrt{{\left(\mathrm{Re\ΔU}\right)}^2+{\left(\mathrm{Im\ΔU}\right)}^2},$ 单位为毫伏； 

相位为：单位为毫弧度； 

计算奇次谐波的幅值和相位 

将以上基波的幅值和相位的计算公式中的T分别变为相应的T/3、T/5、T/7、T/9、T/11……，即可计算出各高次奇次谐波的幅值和相位。 

在所述步骤4)中，采用基波和奇次谐波的幅值，计算视频散率。 

通过以下公式计算视频散率： 

$\mathrm{PEE}=\frac{\left|\mathrm{\ΔU}\right|-n\×\left|{\mathrm{\ΔU}}_n\right|}{\left|\mathrm{\ΔU}\right|}\×100\%$

式中，PFE为视频散率，|ΔU_n|为基波的高次奇次谐波的电位差幅值，n＝3、5、7、9、11…。 

在所述步骤5)中，采用基波和奇次谐波的相位，计算去除电磁耦合效应的激电相位。 

所述激电相位的计算公式如下： 

φ_IP≈(n×φ-φ_n)/(n-1) 

式中，φ_IP为激电相位，φ为基波的相位，φ_n为基波的高次奇次谐波的相位，n＝3、5、7、9、11…。 

本发明的有益效果是： 

1.采用时间域稳流供电方式，实现一次供电和全波形接收，通过数据处理即可得到时间域、频率域的多种激电参数信息。多种激电参数信息的获取，可从多个方面去研究地下目标地质体的电化学效应特征，并为评价激电异常源性质提供了更多信息。 

2.一次时间域稳流供电和全波形采样接收，不仅可获取时间域激电参数，还可得到频率域激电测量的视频散率、视相位等参数，大大提高了野外数据采集工作效率。 

3.能够获取去除电磁耦合效应的激电相位参数，采用基波和奇次谐波的视相位，即可计算得到消除电磁耦合效应影响的激电相位。 

4.对获取的频率域激电参数进行进一步处理，还可望得到地下目标地质体的频谱激电参数，为评价地下地质体的激电异常源性质提供了更多信息。 

附图说明

图1为本发明的发射机通过供电电极向地下供出的一个周期的电流波形图； 

图2为本发明的接收机通过测量电极接收并记录的一个周期的电位差波形图； 

图3为本发明的计算过程流程图。 

具体实施方式

本发明提供了一种通过全波形采样，可获取多种激电参数的数据处理方法。其包括以下步骤： 

1)由发射机与接地供电电极组成的供电回路向大地发送稳流的周期性电流信号，经过大地传导后，在测量点上由接收机同步记录接收电极上电位差信号的全波形数据； 

2)由记录的全波形数据，计算视电阻率和视极化率； 

3)由记录的全波形数据，计算视相位； 

4)利用基波与奇次谐波的幅值，计算视频散率； 

5)利用基波与奇次谐波的相位，进行去除电磁耦合处理，得到去耦后的激电相位。 

其中： 

在所述步骤1)中，发射机发送的是稳流的“正向供-停-反向供-停”的1:1周期性方波电流，接收机采集的是与发射机严格同步的测量点上一个周期的完整电位差波形。 

在所述步骤2)中，对接收机记录的电位差全波形周期性信号，通过求取充电达饱和的总场电位差和断电不同时刻的二次场电位差，来计算视电阻率和多个时刻的视极化率。 

在所述步骤3)中，通过以下方法计算视相位： 

对接收机记录的电位差全波形周期性信号，进行离散傅里叶变换，求取其基波与奇次谐波的实部和虚部，计算相应的幅值和相位。 

在所述步骤4)中，采用基波和奇次谐波的幅值，计算视频散率。 

在所述步骤5)中，采用基波和奇次谐波的相位，计算去除电磁耦合效应的激电相位。 

下面结合附图详细说明。 

本发明是一种通过时间域激电全波形采样获取多种激电参数的数据处理方法。取得的参数包括：时间域激电的视电阻率、视极化率；频率域激电的视电阻率、视相位、视频散率，以及消除电磁耦合效应影响的激电相位。 

本发明的具体步骤如下： 

1.视电阻率和视极化率的计算 

(1)发射机发送的和接收机同步接收的一个周期的完整波形为“正向供-停-反向供-停”方波，其周期为T秒。 

即正向供(T/4秒)-停(T/4秒)-反向供(T/4秒)-停(T/4秒)。 

(2)接收机记录的全波形数据，在一个周期内具有2个完整的充放电过程，选取合适的采样时刻点来计算充电达饱和的总场电位差ΔU(T)和断电后不同时刻的二次场电位差ΔU₂(t)。 

(3)利用总场电位差ΔU(T)，计算得到测点上的视电阻率： 

${\mathrm{\ρ}}_s=K\frac{\mathrm{\ΔU}\left(T\right)}{I}$

式中K为测量装置系数，是实常数；I为发射电流，单位为毫安；ΔU(T)单位为毫伏；ρ_s单位为欧姆.米。 

(4)在断去供电电流后观测和研究不同时刻的激电二次场的时间特性，得到多个时刻的视极化率η_s，它是供电周期T与断电取样时间t的函数： 

${\mathrm{\η}}_s=\frac{{\mathrm{\ΔU}}_2\left(t\right)}{\mathrm{\ΔU}\left(T\right)}\×100\%$

2.幅值和相位的计算 

对记录的电位差时间域全波形数据，进行离散傅里叶变换，计算基波和奇次谐波的实部和虚部，得到基波和奇次谐波的幅值和相位。具体计算公式如下： 

(1)基波的幅值和相位的计算 

实部为： $\mathrm{Re\ΔU}=\frac{2}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}u\left(\mathrm{i\Δt}\right)\sin \left(2\mathrm{\π}\frac{i\·\mathrm{\Δt}}{T}\right);$

虚部为： $\mathrm{Im\ΔU}=-\frac{2}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}u\left(\mathrm{i\Δt}\right)\cos \left(2\mathrm{\π}\frac{i\·\mathrm{\Δt}}{T}\right);$

其中：Δt为采样间隔，单位为秒；u(iΔt)为实测的电位差数据序列；N为一个周期的采样点总数。 

于是可求得基波的幅值和相位 

幅值为： $\left|\mathrm{\ΔU}\right|=\sqrt{{\left(\mathrm{Re\ΔU}\right)}^2+{\left(\mathrm{Im\ΔU}\right)}^2},$ 单位为毫伏； 

相位为：单位为毫弧度。 

(2)奇次谐波的幅值和相位的计算 

基波的3、5、7、9、11等高次谐波的幅值和相位的计算，是在步骤2的(1)中将T变为相应的T/3、T/5、T/7、T/9、T/11即可。 

3.视频散率的计算 

采用基波和奇次谐波的幅值，可计算出相应的视频散率。具体计算公式如下： 

$\mathrm{PEE}=\frac{\left|\mathrm{\ΔU}\right|-n\×\left|{\mathrm{\ΔU}}_n\right|}{\left|\mathrm{\ΔU}\right|}\×100\%$

式中，|ΔU_n|为基波的高次奇次谐波的电位差幅值，n＝3、5、7、9、11…。 

4.去耦相位的计算 

在激电测量中，电磁耦合干扰是难以避免的，特别是在低电阻率覆盖区，电磁耦合非常强，可能将激电响应淹没其中，难以辨别。本发明采用了两个频率的相位值，直接进行电磁耦合的校正，取得电磁耦合校正后的激电相位φ_IP。具体计算公式如下： 

φ_IP≈(n×φ-φ_n)/(n-1) 

式中，φ为基波的相位，φ_n为基波的高次奇次谐波的相位，n＝3、5、7、9、11…。 

上述的实施例并不对本发明所要求的保护范围构成任何形式的限制，本发明的权利要求书覆盖了所有的修改和变更，因此，针对上述实施例做出种种修改和变化均属于本发明的保护范围内。 

*本发明专利为“国家高技术研究发展计划(863计划)资助” 。

Claims (10)

1.一种时间域激电全波形采样的多参数提取数据处理方法，其特征在于包括以下步骤：

1)由发射机与接地供电电极组成的供电回路向大地发送稳流的周期性电流信号，经过大地传导后，在测量点上由接收机同步记录接收电极上电位差信号的全波形数据；

2)由记录的全波形数据，计算视电阻率和视极化率；

3)由记录的全波形数据，计算视相位；

4)利用基波与奇次谐波的幅值，计算视频散率；

5)利用基波与奇次谐波的相位，进行去除电磁耦合处理，得到去耦后的激电相位。

2.如权利要求1所述的时间域激电全波形采样的数据处理方法，其特征在于：

在所述步骤1)中，发射机发送的是稳流的“正向供-停-反向供-停”的1:1周期性方波电流，接收机采集的是与发射机严格同步的测量点上一个周期的完整电位差波形。

3.如权利要求1所述的时间域激电全波形采样的数据处理方法，其特征在于：

在所述步骤2)中，对接收机记录的电位差全波形周期性信号，通过求取充电达饱和的总场电位差和断电不同时刻的二次场电位差，来计算视电阻率和多个时刻的视极化率。

4.如权利要求3所述的时间域激电全波形采样的多参数提取数据处理方法，其特征在于：

通过以下公式计算所述视电阻率：

${\mathrm{\ρ}}_s=K\frac{\mathrm{\ΔU}\left(T\right)}{I}$

式中：ρ_s是视电阻率，单位为欧姆.米；K是测量装置系数，为实常数；I是发射电流，单位为毫安；ΔU(T)是总场电位差，单位为毫伏；

通过以下公式计算所述视极化率：

${\mathrm{\η}}_s=\frac{{\mathrm{\ΔU}}_2}{\mathrm{\ΔU}\left(T\right)}\×100\%$

式中：η_s是视极化率，它是供电周期T与断电取样时间t的函数。

5.如权利要求1所述的时间域激电全波形采样的多参数提取数据处理方法，其特征在于：

在所述步骤3)中，通过以下方法计算视相位：

对接收机记录的电位差全波形周期性信号，进行离散傅里叶变换，求取其基波与奇次谐波的实部和虚部，计算相应的幅值和相位。

6.如权利要求5所述的时间域激电全波形采样的多参数提取数据处理方法，其特征在于：

所述视相位的计算公式如下：

1)基波的幅值和相位的计算

实部为： $\mathrm{Re\ΔU}=\frac{2}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}u\left(\mathrm{i\Δt}\right)\sin \left(2\mathrm{\π}\frac{i\·\mathrm{\Δt}}{T}\right);$

虚部为： $\mathrm{Im\ΔU}=-\frac{2}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}u\left(\mathrm{i\Δt}\right)\cos \left(2\mathrm{\π}\frac{i\·\mathrm{\Δt}}{T}\right);$

其中：Δt为采样间隔，单位为秒；u(iΔt)为实测的电位差数据序列；N为一个周期的采样点总数；

于是求得基波的幅值和相位

幅值为： $\left|\mathrm{\ΔU}\right|=\sqrt{{\left(\mathrm{Re\ΔU}\right)}^2+{\left(\mathrm{Im\ΔU}\right)}^2},$ 单位为毫伏；

相位为：单位为毫弧度；

2)奇次谐波的幅值和相位的计算

将以上基波的幅值和相位的计算公式中的T分别变为相应的T/3、T/5、T/7、T/9、T/11……，即可计算出各高次奇次谐波的幅值和相位。

7.如权利要求1所述的时间域激电全波形采样的多参数提取数据处理方法，其特征在于：

在所述步骤4)中，采用基波和奇次谐波的幅值，计算视频散率。

8.如权利要求7所述的时间域激电全波形采样的多参数提取数据处理方法，其特征在于通过以下公式计算视频散率：

$\mathrm{PEE}=\frac{\left|\mathrm{\ΔU}\right|-n\×\left|{\mathrm{\ΔU}}_n\right|}{\left|\mathrm{\ΔU}\right|}\×100\%$

式中，PFE为视频散率，|ΔU_n|为基波的高次奇次谐波的电位差幅值，n＝3、5、7、9、11…。

9.如权利要求1所述的时间域激电全波形采样的多参数提取数据处理方法，其特征在于：

在所述步骤5)中，采用基波和奇次谐波的相位，计算去除电磁耦合效应的激电相位。

10.如权利要求9所述的时间域激电全波形采样的多参数提取数据处理方法，其特征在于所述激电相位的计算公式如下：

φ_IP≈(n×φ-φ_n)/(n-1)

式中，φ_IP为激电相位，φ为基波的相位，φ_n为基波的高次奇次谐波的相位，n＝3、5、7、9、11…。