CN108287367A - 一种基于时域电磁法的地面-孔中联合探测系统及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地面‑孔中联合探测系统，包括电磁仪、发送装置、棒状接收装置、发送‑接收固定架、贴壁式阻旋器和推送杆；所述电磁仪支持单个和若干发送装置的顺次智能启闭及若干路接收通道；所述发送装置中发送线圈设置在圆环框体上；所述棒状接收装置上、下端分别设有推送杆接头和阻旋器接头，地面探测时其设置在发送‑接收固定架的套筒内，孔内探测时其连接贴壁式阻旋器并用推送杆进行孔内移动；基于本发明探测系统的应用方法，主要包括地面和孔内探测，按地面场源激发特点可划分为定源、动源及多源顺次激发的方式，以及单孔或多孔接收；本发明能够降低一次场干扰及人文电磁干扰，信噪比高，提高了探测精度并能实现钻孔周边三维空间探查。

Description

一种基于时域电磁法的地面-孔中联合探测系统及应用方法

技术领域

本发明属于工程物探领域，具体涉及一种基于时域电磁法的地面-孔中联合探测系统及应用方法。

背景技术

物探方法具有经济、高效的特点，在地质调查、资源勘探开发、地质安全等众多领域得到了广泛的运用，伴随国内基础建设的飞速发展，地下勘查需求日益凸显，例如交通、水利、工民建等土建工程涉及到的工程地质、水文地质勘察，特别是不良地质体、地下管线、地下障碍物等方面的精细探查已逐步成为应用热点。目前常规物探方法主要有：(1)地质雷达法，施工方便快速，但探测深度浅、对场地及环境要求高；(2)地面直流电法，理想条件下探测深度大，但受体积效应影响其深部分辨率降低，测线布置、电极耦合受场地条件限制，易受工业游散电流影响，施工效率低；(3)地震波法，探测深度较大，但分辨率低，受激发及地层条件影响大，易受场地附近其他震动影响，施工效率低。

随着多年来的研究和实践，基于电磁感应原理的时域电磁法(或称瞬变电磁法)，因其采用非接触耦合测量方式，同时具有探测深度大、水平分辨效果较好、施工便捷、效率高、成本低、无损等特点，在勘查应用方面受到重视，但由于常采用多匝小回线装置，互感作用强致使测量信号受一次场影响严重，垂向分辨效果差、深度定位不准，地面探测时受人文噪声影响，信噪比低，易受低阻污染产生假异常，影响了探测精度，成为应用发展的瓶颈。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：常规时域电磁法中探测装置互感作用强造成一次场干扰严重，地面探测时人文干扰突出，测量信号的信噪比差，同时深度定位不准以及垂向分辨效果较差等因素极大影响了探测精度，并且难以实现钻孔周边三维空间精细探查的效果。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种基于时域电磁法的地面-孔中联合探测系统，包括电磁仪、发送装置和棒状接收装置、发送-接收固定架、推送杆、贴壁式阻旋器，所述电磁仪内设有发送系统模块和接收系统模块，所述发送系统模块设置有若干路程控开关，每一路程控开关控制一个发送装置的启闭，所述接收系统模块设有若干路接收通道并连接棒状接收装置；所述棒状接收装置的上端设有推送杆接头、下端设有阻旋器接头；当进行地面探测时，通过发送-接收固定架将棒状接收装置与发送装置组装为一整体，发送装置通过发送连接线接入电磁仪，接收装置通过接收连接线接入电磁仪；当进行孔内探测时，所述发送装置设置于地面并通过发送连接线接入电磁仪，将棒状接收装置通过接收延长线与接收连接线连接，再由接收连接线与电磁仪连接，其上端与推送杆连接，下端与阻旋器连接，并利用推送杆进行孔内移动。

优选地，本发明所述的一种基于时域电磁法的地面-孔中联合探测系统，所述贴壁式阻旋器包括阻旋器缸体，所述阻旋器缸体的侧面上设有橡胶滑轮组件；进行孔内探测时，贴壁式阻旋器侧面的橡胶滑轮组件与钻孔内壁或钻孔套管内壁紧密接触。

优选地，本发明所述的一种基于时域电磁法的地面-孔中联合探测系统，还包括三角支架，所述三角支架包括承台，所述承台侧壁上设有三条架腿，承台内置有滚动测距模块，承台上设置有上下贯穿承台的通孔，所述通孔两侧对称地设置有立柱，所述立柱上相对地设置有槽式橡胶滑轮组件，当进行孔内探测时，所述推送杆穿过承台上的通孔，所述槽式橡胶滑轮组件卡紧推送杆。

孔内探测时可以通过贴壁式阻旋器阻止棒状接收装置在孔内移动过程中发生旋转，也可以同时使用贴壁式阻旋器和三角支架进行阻旋。

电磁仪发送系统模块支持单个发送装置的启闭和若干个发送装置的顺次智能启闭，可实现单源激发和多源顺次自动激发，接收系统模块支持若干通道并行接收以实现多分量或若干个棒状接收装置的信号测量，接收系统模块与发送系统模块采用时间同步，实现单源激发后响应信号的测量或多源顺次自动激发后响应信号的测量。

优选地，本发明所述的一种基于时域电磁法的地面-孔中联合探测系统，所述棒状接收装置内自上而下依次设置有第一水平分量磁场传感器、垂直分量磁场传感器和第二水平分量磁场传感器，且三者的敏感方向在空间上相互垂直；所述第一水平分量磁场传感器、垂直分量磁场传感器和第二水平分量磁场传感器为空芯线圈或磁敏传感器；所述发送装置包括圆环框体，所述圆环框体由四块圆弧形构件通过弧形连接件组装而成，圆环框体上设有发送线圈，所述发送线圈通过发送连接线与电磁仪连接；所述发送-接收固定架包括套筒及支撑杆，所述套筒侧面设有旋紧螺丝用于调节棒状接收装置与地面间距、中心位置、水平度并起到锁紧作用，所述支撑杆的两端分别连接套筒与弧形连接件，且支撑杆与套筒间铰接；所述架腿与承台间铰接，架腿间通过横杆连接；所述推送杆为多根，推送杆与棒状接收装置的推送杆接头螺接，推送杆间螺接或插接。

所述发送装置、接收装置、发送-接收固定架、贴壁式阻旋器、推送杆、三角支架均采用非磁性绝缘材料制成。

本发明还提供了一种基于时域电磁法的地面-孔中联合探测系统的应用方法，包括以下步骤：

(1)地面探测：

A.通过发送-接收固定架将发送装置与棒状接收装置组装固定为一整体，其中棒状接收装置固定在套筒中，发送装置及棒状接收装置分别与电磁仪连接；

B.按观测布置方式设计剖面测线，选定测量参数，利用步骤A中组装好的整体装置，沿剖面测线实施多剖面测量，以覆盖待测目标区域；

C.分析探测结果，确定目标异常体大致的水平位置及埋深，设计探测孔参数，所述探测孔参数为孔位、孔径、孔深及倾角；

(2)拆卸发送-接收固定架，使发送装置、棒状接收装置分离；

(3)孔内探测：将发送装置设置于地面，并使其法线方向与设计的钻孔轴线保持平行，将棒状接收装置分别与贴壁式阻旋器和推送杆连接，并置于探测孔内，选定测量参数，通过移动推送杆驱使棒状接收装置在孔内进行逐点信号测量并获得数据；

(4)进行数据处理分析，并结合步骤(1)C的探测结果得出目标异常体的精确水平位置及埋深。

步骤(1)C中根据探测结果并结合目标异常体的电性特征来推断出目标异常体大致的水平位置及埋深情况。具体地，如果目标异常体相较于覆土或围岩等周围介质导电性好，那么目标异常体对应的棒状接收装置中垂直分量磁场传感器的测量信号将表现出相对高值的响应，其视电阻率计算结果表现为相对低阻特征；当目标异常体相较于周围介质导电性差，则其对应的垂直分量磁场传感器测得的信号表现出相对低值的响应，视电阻率计算结果表现为相对高阻特征。

优选地，本发明所述的一种基于时域电磁法的地面-孔中联合探测系统的应用方法，所述步骤(3)中发送装置布设在步骤(1)C确定的目标异常体大致地面水平位置。

优选地，本发明所述的一种基于时域电磁法的地面-孔内联合探测系统的应用方法，步骤(4)之后还包括下述步骤：固定棒状接收装置在探测孔内位置，以探测孔孔口中心向四周布设径向剖面测线，沿径向剖面测线按远离探测孔或靠近探测孔的方位顺序逐点移动发送装置，进行不同位置的场源激发和信号观测，按此方式完成所有径向剖面测线的探测工作。

优选地，本发明所述的一种基于时域电磁法的地面-孔中联合探测系统的应用方法，所述步骤(1)C中的探测孔为一组对孔，所述步骤(3)中发送装置设置在对孔连线中点处；或所述探测孔不少于三个，且探测孔孔口中心水平投影位于同一圆上，所述发送装置设置想该圆的圆心处；所述电磁仪支持3*n个接收通道，n为探测孔数量；所述棒状接收装置为多个，设置在每个探测孔内，选定测量参数，多个棒状接收装置同步在孔内移动进行逐点信号测量；或所述棒状接收装置为一个，并设置于其中一个探测孔内进行逐点信号测量，完成后，再逐孔进行探测；其中所述棒状接收装置最大入孔深度H、探测孔孔口中心与发送装置中心距离为l、圆环框体半径r及目标异常体大致埋深h之间满足H≥1.5h，

优选地，本发明所述的一种基于时域电磁法的地面-孔内联合探测系统的应用方法，所述步骤(3)中在所述探测孔孔口周边360°方位上选取若干与探测孔孔口中心等间距的位置作为发送位点，探测孔孔口中心及每一个发送位点处均布设有发送装置，选定测量参数，将棒状接收装置置于孔内某测量点处，按照时间间隔t，每一个发送装置进行顺次智能启闭以实现多源顺次激发，在每处场源激发的同时利用棒状接收装置完成该测量点的信号接收及测量，完成后将棒状接收装置推送至下一测量点，按此方式完成孔内所有测量点的信号测量；棒状接收装置最大入孔深度H、发送位点与探测孔孔口中心距离l，圆环框体半径r，及目标异常体大致埋深h之间满足H≥1.5h，

根据需要采用不同的地面-孔中联合探测方法，以实现对探测孔周边空间的三维精细探查。

对获得的数据进行处理的方法包括求和处理，求和处理公式为

式中，i代表测道序列(或称时窗序列)，t_i代表第i时窗的中心时间，M(t_i)为异常响应特征明显的测道序列对应的测量值，当采用空芯线圈时作为磁场传感器时，M(t_i)表示响应电压，当采用磁敏传感器时，M(t_i)表示测得的磁感应强度；

或均值处理，均值处理公式为

式中，m、n为正整数，且m＜n。

本发明技术有益效果：

本发明技术方案采用地面探测与孔内探测结合的方式降低互感作用造成的一次场干扰影响，有利于观测到纯二次场响应信号，孔内探测远离地面人文噪声干扰，并且接收装置距离目标异常体更近，目标体响应信号更强，测量信号的信噪比较高；同时能够有效解决单纯地探测，尤其是深度定位不准的缺陷，有助于提高探测精准度；

通过地面探测对目标异常体的水平位置及埋深进行初探，进而确定钻孔方案，针对性强、安全可靠，并利用钻孔进一步实施孔中精细探查，尤其是探测目标体的精确埋深，通过地面、钻孔的联动，实现对目标异常体全方位探查，获取更加丰富准确的信息；

棒状接收装置可用于地面探测，也可置于孔中进行探测，一机多用，大大提升了仪器系统的实用效率；

本发明提出的探测方法，能够实现探测钻孔周边全方位的三维空间精细探测，进一步提升纵、横向分辨能力，更可以根据探测需求选择合适的探测方法，提高了适用性及灵活性；

基于多测道感应电压曲线的求和或均值处理方法，能够有效降低背景场的影响，凸显异常响应特征，进一步改善探测分辨效果和定位精度。

附图说明

图1为本发明实施例中的一种基于时域电磁法的地面-孔中联合探测系统结构示意图；

图2为本发明实施例中棒状接收装置结构示意图；

图3为本发明实施例中贴壁式阻旋器结构示意图；

图4为本发明实施例中三角支架结构示意图；

图5为图4中A处放大示意图；

图6(a)为本发明实施例所述的地面剖面探测的示意图；

图6(b)为本发明实施例所述的地面定源激发-单孔移动接收方式孔内探测的示意图；

图7为本发明实施例所述的地面动源激发-单孔静止接收方式的探测示意图；

图8为本发明实施例所述的地面定源激发-多孔移动接收方式的探测示意图；

图9为本发明实施例所述的地面多源顺次激发-单孔移动接收方式的探测示意图；

图10(a)为本发明地面定源激发-单孔移动接收方式常规探测结果图；

图10(b)为本发明地面定源激发-单孔移动接收方式求和处理结果图；

图10(c)为本发明地面定源激发-单孔移动接收方式均值处理结果图。

图中：1-电磁仪，2-发送装置，21-发送线圈，22-圆环框体，3-棒状接收装置，31-第一水平分量磁场传感器，32-垂直分量磁场传感器，33-第二水平分量磁场传感器，34-阻旋器接头，35-推送杆接头，4-发送-接收固定架，41-套筒，42-旋紧螺丝，43-支撑杆，5-推送杆，6-连接线，61-发送连接线，62-接收连接线，63-接收延长线，7-贴壁式阻旋器，71-阻旋器缸体，72-橡胶滑轮组件，8-三角支架，81-立柱，82-槽式橡胶滑轮组件，83-承台，84-架腿，85-通孔，86-横杆，91-剖面测线，92-径向剖面测线，10-目标异常体。

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解本发明技术方案，现结合说明书附图对本发明技术方案做进一步的说明。

如图1至图9所示，本发明实施例提供一种基于时域电磁法的地面-孔中联合探测系统及其应用方法，该探测系统包括电磁仪1、发送装置2、棒状接收装置3、发送-接收固定架4、推送杆5及贴壁式阻旋器7，所述电磁仪1通过连接线6与发送装置2及棒状接收装置3连接；通过发送-接收固定架4将发送装置2与棒状接收装置3组装连接为一整体用于地面探测，推送杆5则用以将棒状接收装置3送入孔中进行孔内探测；通过地面探测与孔内探测相结合的方式可以降低一次场干扰及地面人文噪声的影响，增强有效信号强度、提高信噪比，同时改善探测分辨效果和定位精度。

所述发送装置2包括圆环框体22，所述圆环框体22外侧开设有环形凹槽，所述环形凹槽内设有带护套的多匝软电缆制成的发送线圈21，连接线6包括发送连接线61、接收连接线62及接收延长线63，所述发送线圈21通过发送连接线61与电磁仪1连接；所述棒状接收装置3内自上而下依次设置有第一水平分量磁场传感器31、垂直分量磁场传感器32和第二水平分量磁场传感器33，且三者的敏感方向在空间上相互垂直，三者均可采用空芯线圈以观测电压信号dB/dt，或采用磁敏传感器观测磁感应强度信号B(t)，棒状接收装置3的上端和下端分别设有推送杆接头35和阻旋器接头34，分别用以连接推送杆5和贴壁式阻旋器7；所述发送-接收固定架4包括套筒41和支撑杆43，所述套筒41上设有旋紧螺丝42，套筒通过支撑杆43与圆环框体22连接。

本实施例中电磁仪1内设有主控系统模块，该主控系统模块连接有发送系统模块和接收系统模块，所述发送系统模块与发送装置2连接，所述接收系统模块与棒状接收装置3连接；该发送系统模块设置有若干路程控开关，每一路程开关控制一个发送装置的启闭，以支持单个发送装置和若干个发送装置2的顺次智能启闭，既可以进行单源激发也可以进行多源顺次激发；该接收系统模块支持若干路通道并行接收，以实现多分量或若干个棒状接收装置的信号测量，接收系统模块与发送系统模块采用时间同步，实现单源激发后响应信号的测量或多源顺次自动激发后响应信号的测量。

本发明实施例先进行地面探测再进行孔内探测，进行地面探测时，棒状接收装置3通过接收连接线62与电磁仪1连接，将棒状接收装置3固定设置在套筒41内，并通过旋紧螺丝42调整其距地面高度、水平度，并锁紧棒状接收装置3，从而将发送装置2与棒状接收装置3组装连接为一整体；进行孔内探测时，棒状接收装置3通过接收连接线62与接收延长线63与电磁仪1连接，推送杆接头35与推送杆5连接，通过推送杆5将棒状接收装置3送入孔内。

为便于装置的存放、运输以及在不同地方使用，圆环框体22由四块相同的圆弧形构件通过弧形连接件23组装连接而成，组装时，支撑杆43的两端分别连接套筒41及弧形连接件23，且支撑杆43与套筒41铰接；推送杆5为多根，孔内探测时，推送杆5与棒状接收装置3的推送杆接头35螺接，推送杆5之间螺接或插接。

孔内探测时，防止棒状接收装置3在孔内移动过程中发送旋转的方式有多种，其中一种方式为：如图2所示，在棒状接收装置3下端设置阻旋器接头34，用以连接贴壁式阻旋器7，如图3所示，所述贴壁式阻旋器7包括阻旋器缸体71，阻旋器缸体71与阻旋器接头34连接，阻旋器缸体71侧壁上设置有橡胶滑轮组件72，棒状接收装置3入孔过程中，橡胶滑轮组件72与钻孔内壁或钻孔套管内壁紧密接触，通过摩擦阻力防止棒状接收装置3在孔内移动过程中发生旋转，即贴壁式阻旋器7的设置目的在于，当棒状接收装置3入孔时进行扶正，并消除因棒状接收装置3的第一水平分量磁场传感器31和第二水平分量磁场传感器33旋转所带来的偏差。

孔内探测时棒状接收装置3在孔内移动过程中的另一种阻旋方式为：设置三角支架8，参阅图4，所述三角支架8包括承台83，所述承台83侧壁上均布有三条架腿84，承台83内置有用于自动测定并记录棒状接收装置3入孔深度的滚动测距模块，承台83上设置有上下贯穿承台82的通孔85，所述通孔85两侧对称地设置有立柱81，所述立柱81上相对地设置有槽式橡胶滑轮组件8；使用时，所述推送杆5穿过承台83上的通孔85，槽式橡胶滑轮组件82卡紧推送杆5，起到扶正和阻旋的作用；为便于存放及运输，所述架腿84与承台83间铰接，架腿84间通过横杆86连接，将三角支架8与贴壁式阻旋器7联合使用

当然，孔内探测时棒状接收装置3也可以只使用三角支架8进行阻旋和扶正。

此外，本实施例中接收连接线62及接收延长线63均采用带有护套的多芯屏蔽信号线，并具有较强的抗拉性能，不仅能够承受棒状接收装置3自身的重量，也便于棒状接收装置3在孔内的收放。

本实施例中的圆环框体22、弧形连接件23、棒状接收装置3、阻旋器接头34、推送杆接头35、发送-接收固定架4、贴壁式阻旋器7、推送杆5及三角支架8均采用非磁性绝缘材料制成。

采用上述的地面-孔中联合探测系统可以进行多种方式的探测，如地面定源激发-单孔移动接收方式、地面动源激发-单孔静止接收方式、地面定源激发-多孔移动接收方式、地面多源顺次激发-单孔移动接收方式，通过不同方法实现钻孔周边三维空间的精细探查。

如图6(a)及图6(b)所示为地面定源激发-单孔移动接收方式，其具体步骤如下：

(1)地面探测：

A.通过发送-接收固定架4将发送装置2、棒状接收装置3组装固定为一整体，其中棒状接收装置3固定在套筒41中，发送装置2及棒状接收装置3分别与电磁仪1连接；

B.按观测布置方式设计剖面测线，选定测量参数，利用步骤A中组装好的整体装置，沿剖面测线91实施多剖面测量，以覆盖待测目标区域，其中第一水平分量磁场传感器31的敏感方向与剖面测线91走向保持平行或垂直；垂直分量磁场传感器32的敏感方向与剖面测线91所在地面保持垂直；

C.分析探测结果，确定目标异常体10大致的水平位置及埋深，设计探测孔参数，所述探测孔参数为孔位、孔径、孔深及倾角；探测孔可根据实际情况在选定位置钻孔，也可以利用附近已有的地质勘查孔等钻孔；

(2)拆卸发送-接收固定架4，使发送装置2、棒状接收装置3分离；

(3)孔内探测：将发送装置2设置在步骤(1)确定的水平位置处，即目标异常体10大致水平位置处，将棒状接收装置3分别与推送杆5、贴壁式阻旋器连接，并置于探测孔内，选定合理的测量参数，通过移动推送杆5使棒状接收装置3在孔内进行逐点信号测量并获得数据；

(4)进行数据处理分析，并结合步骤(1)C的探测结果得出目标异常体10的精确水平位置、埋深及赋存规模等信息。

步骤(1)C中分析方法为：根据探测结果并结合目标异常体10的电性特征即相关资料分析推断出目标异常体10水平位置及大致埋深情况。一般地，如果目标异常体10相较于覆土或围岩等周围介质导电性好，那么目标异常体10对应的棒状接收装置3中的垂直分量磁场传感器32的测量信号将表现出相对高值的异常响应变化，即对于一条剖面测线91的多测道信号而言，呈现峰值异常特征，其视电阻率计算结果表现为相对低阻特征，但当发送和接收其中之一的接线顺序颠倒时将呈现谷值异常特征，特别地对于第一水平分量磁场传感器31和第二水平分量磁场传感器33还表现出极性反向或过零点的特征；当目标异常体相较于周围介质导电性差，则其对应的垂直分量磁场32传感器测得的信号表现出相对低值的异常响应变化，其视电阻率计算结果表现为相对高阻特征。

步骤(1)C中设计探测孔时，如果目标异常体10为管线或构筑物等人为设施，孔位一般应与之保持最小水平安全距离；若果目标异常体10为诸如岩溶、断层等不良地质体时，孔位可位于其上方，以便于直接验证并利用孔内接收探测的实施和结果分析，孔位还可以位于不良地质体的侧方，一般情况下，孔径要大于棒状接收装置3的最大外径并小于贴壁式阻旋器7中橡胶滑轮组件72弹性伸缩的最大外径，并兼顾孔内是否使用套管的情况，相对于目标异常体，孔深应至少为目标异常体大致埋深的1.5倍，发送装置一般布设在目标异常体正上方。

如图7所示为地面动源激发-单孔静止接收方式的探测示意图，其与地面定源激发-单孔移动接收方式的区别在于，在步骤(4)之后还包括下述步骤：固定棒状接收装置3在探测孔内静止处于较佳的位置，即步骤(3)测得的异常相应最强处，以探测孔孔口中心向四周均匀布设径向剖面测线92，沿径向剖面测线按远离探测孔或靠近探测孔的方位顺序移动发送装置2，在不同位置进行场源激励的同时孔内的棒状接收装置3观测获取相应的时域响应信号，按此方式完成所有测线的探测工作。通过该方法对探测孔周边全方位空间进行精细探查，重点确定目标异常体10的分布方位及横向发育规模等情况。当然，该方法中，径向剖面测线也可以不均匀布置。

如图8所示为地面定源激发-多孔移动接收方式的探测示意图，其与地面定源激发-单孔移动接收方式的区别在于，所述步骤(1)C中的探测孔为一组对孔，所述步骤(3)中发送装置2设置在对孔连线中间处；或所述探测孔不少于三个，且探测孔孔口中心水平投影位于同一圆上，所述发送装置2设置在该圆圆心处。

该方法所使用的电磁仪1支持3*n个接收通道，n为探测孔数量；所述棒状接收装置3为多个，设置在每个探测孔内，选定合理的测量参数，多个棒状接收装置3同步在孔内移动进行逐点信号测量；或所述棒状接收装置3为一个，并设置于其中一个探测孔内逐点进行信号测量，完成后，再逐孔进行探测；其中所述棒状接收装置3最大入孔深度H、探测孔孔口中心与发送装置2中心距离为l、圆环框体2-2半径r及目标异常体10大致埋深h之间满足H≥1.5h，

如图9所示为地面多源顺次激发-单孔移动接收方式的探测示意图，其与地面定源激发-单孔移动接收方式的区别在于，所述步骤(3)中在所述探测孔孔口周边360°方位上均匀选取若干与探测孔孔口中心等间距的位置作为发送位点，所述发送装置2为若干个，分别布设在每一个发送位点及探测孔孔口中心处，选定测量参数，将棒状接收装置置于孔内某测量点处，按照时间间隔t，每一个发送装置进行顺次智能启闭以实现多源顺次激发，在每处场源激发的同时利用棒状接收装置完成该测量点处相应信号的接收及测量，完成后将棒状接收装置推送至下一测量点，按此方式完成孔内所有测量点的信号测量；棒状接收装置3最大入孔深度H、发送位点与探测孔中心距离l，圆环框体22半径r，及目标异常体10大致埋深h之间满足H≥1.5h，使用该方法时电磁仪1内置若干路程控开关，以支持若干个发送装置的顺序智能启闭，按照一定的顺序和时间间隔t实现不同场源的自动顺次激发。需要说明的是，该方法中发送位点也可以是不均匀地分布在探测孔孔口周边360°的方位上，只要各发送位点与探测孔孔口中心等间距即可。

本发明实施例中获得的数据通过求和处理和/或均值处理来获得结果。若采用空芯线圈来观测电压信号，求和处理的数学表达式为：

式中，m、n为正整数，且m＜n，i代表测道序列(或称时窗序列)，t_i代表第i时窗的中心时间，u(t_i)对应t_i测得的响应电压信号，求和处理时需要截选异常响应特征明显的测道序列对应的u(t_i)参与计算；均值处理公式为：

图10(a)给出了地面定源激发-单孔移动接收方式探测方式下常规的多测道感应电压剖面结果图，图10(b)为本发明地面定源激发-单孔移动接收方式数据采用求和处理得到的结果图；图10(c)为本发明地面定源激发-单孔移动接收方式数据采用均值处理得到的结果图；其中峰值对应探测孔侧方目标异常体的响应。从图中可以看出多测道感应电压剖面能够客观的反映出钻孔侧方的电性分布规律，异常响应特征明显。由于地下异常相应与背景信号相比一般存在数量级的差异，因此通过求和处理或均值处理能够降低背景场的影响，凸显异常相应，进一步改善探测结果的分辨效果和异常体的定位精度。

当采用磁敏传感器来测量时，对所获得数据的处理方式与采用空芯线圈测得电压响应时相同，此处不再赘述。

本发明技术方案在上面结合附图对发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性改进，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于时域电磁法的地面-孔中联合探测系统，包括电磁仪、发送装置和棒状接收装置、发送-接收固定架、推送杆、贴壁式阻旋器，其特征在于，所述电磁仪内设有发送系统模块和接收系统模块，所述发送系统模块设置有若干路程控开关，每一路程控开关控制一个发送装置的启闭，所述接收系统模块设有若干路接收通道并连接棒状接收装置；所述棒状接收装置的上端设有推送杆接头、下端设有阻旋器接头；当进行地面探测时，通过发送-接收固定架将棒状接收装置与发送装置组装为一整体；当进行孔内探测时，所述发送装置设置于地面，将棒状接收装置的上端与推送杆连接，下端与阻旋器连接，并利用推送杆进行孔内移动。

2.根据权利要求1所述的一种基于时域电磁法的地面-孔中联合探测系统，其特征在于，所述贴壁式阻旋器包括阻旋器缸体，所述阻旋器缸体的侧面上设有橡胶滑轮组件；进行孔内探测时，贴壁式阻旋器侧面的橡胶滑轮组件与钻孔内壁或钻孔套管内壁紧密接触。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于时域电磁法的地面-孔中联合探测系统，其特征在于，还包括三角支架，所述三角支架包括承台，所述承台侧壁上设有三条架腿，承台内置有滚动测距模块，承台上设置有上下贯穿承台的通孔，所述通孔两侧对称地设置有立柱，所述立柱上相对地设置有槽式橡胶滑轮组件，当进行孔内探测时，所述推送杆穿过承台上的通孔，所述槽式橡胶滑轮组件卡紧推送杆。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于时域电磁法的地面-孔中联合探测系统，其特征在于，所述棒状接收装置内自上而下依次设置有第一水平分量磁场传感器、垂直分量磁场传感器和第二水平分量磁场传感器，且三者的敏感方向在空间上相互垂直；所述第一水平分量磁场传感器、垂直分量磁场传感器和第二水平分量磁场传感器为空芯线圈或磁敏传感器；所述发送装置包括圆环框体，所述圆环框体由四块圆弧形构件通过弧形连接件组装而成，圆环框体上设有发送线圈，所述发送线圈通过发送连接线与电磁仪连接；所述发送-接收固定架包括套筒及支撑杆，所述支撑杆的两端分别连接套筒与弧形连接件，且支撑杆与套筒间铰接；所述架腿与承台间铰接，架腿间通过横杆连接；所述推送杆为多根，推送杆与棒状接收装置的推送杆接头螺接，推送杆间螺接或插接。

5.一种基于时域电磁法的地面-孔中联合探测系统的应用方法，其基于权利要求1-4任一项所述的一种基于时域电磁法的地面-孔中联合探测系统，包括以下步骤：

(1)地面探测：

A.通过发送-接收固定架将发送装置与棒状接收装置组装固定为一整体，其中棒状接收装置固定在套筒中，发送装置及棒状接收装置分别与电磁仪连接；

B.按观测布置方式设计剖面测线，选定测量参数，利用步骤A中组装好的整体装置，沿剖面测线实施多剖面测量，以覆盖待测目标区域；

C.分析探测结果，确定目标异常体大致的水平位置及埋深，设计探测孔参数，所述探测孔参数为孔位、孔径、孔深及倾角；

(2)拆卸发送-接收固定架，使发送装置、棒状接收装置分离；

(3)孔内探测：将发送装置设置于地面，并使其法线方向与设计的钻孔轴线保持平行，将棒状接收装置分别与贴壁式阻旋器和推送杆连接，并置于探测孔内，选定测量参数，通过移动推送杆驱使棒状接收装置在孔内进行逐点信号测量并获得数据；

(4)进行数据处理分析，并结合步骤(1)C的探测结果得出目标异常体的精确水平位置及埋深。

6.根据权利要求5所述的一种基于时域电磁法的地面-孔中联合探测系统的应用方法，其特征在于，所述步骤(3)中发送装置布设在步骤(1)C确定的目标异常体大致地面水平位置。

7.根据权利要求5所述的一种基于时域电磁法的地面-孔内联合探测系统的应用方法，其特征在于，步骤(4)之后还包括下述步骤：固定棒状接收装置在探测孔内位置，以探测孔孔口中心向四周布设径向剖面测线，沿径向剖面测线按远离探测孔或靠近探测孔的方位顺序逐点移动发送装置，进行不同位置的场源激发和信号观测，按此方式完成所有径向剖面测线的探测工作。

8.根据权利要求5所述的一种基于时域电磁法的地面-孔中联合探测系统的应用方法，其特征在于，所述步骤(1)C中的探测孔为一组对孔，所述步骤(3)中发送装置设置在对孔连线中点处；或所述探测孔不少于三个，且探测孔孔口中心水平投影位于同一圆上，所述发送装置设置在该圆的圆心处；所述电磁仪支持3*n个接收通道，n为探测孔数量；所述棒状接收装置为多个，设置在每个探测孔内，选定测量参数，多个棒状接收装置同步在孔内移动进行逐点信号测量；或所述棒状接收装置为一个，并设置于其中一个探测孔内进行逐点信号测量，完成后，再逐孔进行探测；其中所述棒状接收装置最大入孔深度H、探测孔孔口中心与发送装置中心距离为l、圆环框体半径r及目标异常体大致埋深h之间满足H≥1.5h，

9.根据权利要求5所述的一种基于时域电磁法的地面-孔内联合探测系统的应用方法，其特征在于，所述步骤(3)中在所述探测孔孔口周边360°方位上选取若干与探测孔孔口中心等间距的位置作为发送位点，探测孔孔口中心及每一个发送位点处均布设有发送装置，选定测量参数，将棒状接收装置置于孔内某测量点处，按照时间间隔t，每一个发送装置进行顺次智能启闭以实现多源顺次激发，在每处场源激发的同时利用棒状接收装置完成该测量点的信号接收及测量，完成后将棒状接收装置推送至下一测量点，按此方式完成孔内所有测量点的信号测量；棒状接收装置最大入孔深度H、发送位点与探测孔孔口中心距离l，圆环框体半径r，及目标异常体大致埋深h之间满足H≥1.5h，

10.根据权利要求5-9任一项所述的一种基于时域电磁法的地面-孔中联合探测系统的应用方法，其特征在于，所述步骤(4)中数据处理方法包括求和处理，求和处理公式为

式中，i代表测道序列(或称时窗序列)，t_i代表第i时窗的中心时间，M(t_i)为异常响应特征明显的测道序列对应的测量值，当采用空芯线圈时作为磁场传感器时，M(t_i)表示响应电压，当采用磁敏传感器时，M(t_i)表示测得的磁感应强度；

或均值处理，均值处理公式为

式中，m、n为正整数，且m＜n。