CN109188541B - 一种时间域激电测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种时间域激电测量方法，即通过测量一次场的充电电位值实现对二次场电位差的等效测量。本发明还提供了一种时间域激电测量装置。本发明所提供的方法，解决了因二次电位值偏低而测不稳的现象，对弱电信号干扰压制明显增强，提高了数据采集质量和抗干扰能力，灵敏度更高，解决了一次场电位过高，相对应的发射功率和所带来的施工安全将成指数递增的问题，降低了施工和仪器设备成本，实现论低功率、高能效的施工，同时设备具有更好的温湿度稳定性和防尘抗震性能。

Description

一种时间域激电测量方法
技术领域
本发明属于地质勘查技术领域，具体涉及一种时间域激电测量方法。
背景技术
电法勘探是利用地壳中岩矿石的电磁学性质和电化学性质的差异，通过对电磁场的空间分布规律和时间特性的观测和研究，实现寻找不同类型有用矿产、查明地质构造和解决地质问题的地球物理勘探方法。电法勘探仪器指的是电法勘探中测量岩石、矿石的电学性质差异值的仪器的总称，简称电法仪器。电法仪器一般由场源和接收测量两大部分构成。根据仪器所采用的测量技术及工作程式，可将电法仪器归为直流电法仪、频率域电法仪及时间域电法仪3大类。时间域激电法是电法勘探的重要分支方法，采用该方法的仪器相对简单、普及程度高、资料处理和二、三维反演技术成熟，广泛应用在勘查金属与非金属固体矿产资源、地下水资源和油气资源等领域，效果良好。
当进行野外电阻率测量或室内岩矿石标本的电阻率测量时，如果我们通过供电电极向地下或标本内供入稳定电流，同时在测量电极的两端测量电位差，在电流强度不变的情况下，可以观测到测量电极间的电位差随时间而变化，并在相当长时间后趋于某一稳定的饱和值，在断开电流后，测量电极间的电位差在断电开始瞬间迅速下降，然后随时间缓慢减小，并在相当长时间后衰减到接近于零值。这种在充电和放电过程中，产生随时间而缓慢变化的附加电场就是激发极化现象。这种现象表明大地或岩矿石标本在外电流场的作用下产生了二次电场，这种二次电场是岩矿石中的固态物质(岩矿石颗粒)与电解质溶液界面上发生的一系列复杂的电化学作用的结果。
由于总场电位差和二次场电位差都与供电电流强度成正比。因此，可以用极化率，即二次场电位差与总场电位差的比值作为表征体极化介质激电效应强度的参数。影响岩矿石极化率的主要因素是电子导电矿物的含量和结构(电子导电矿物颗粒的大小、形状和连通情况等)。当颗粒大小一定时，极化率随电子导电矿物含量增加而增大。
现有技术中，因为二次场电位差差值较低，需要较强的一次场电位差，才能采集到稳定的二次场电位差，对施工设备功率及外部环境要求高，施工难度大。
发明内容
为解决现有技术中，需要较强的一次场电位差，才能采集到稳定的二次场电位差的问题，本发明的目的是提供一种时间域激电测量方法。
一种时间域激电测量方法，通过测量一次场的充电电位值实现对二次场电位差的等效测量。
优选地，步骤包括：
(1)根据设置的周期，将t+x到t+2x时段分割成若干个时间差△t，对信号幅值进行积分测量，得到若干个不同幅值的充电过程中△t时间内的电场电位的平均值△v1，所述x>0；
(2)在t+2x时刻测量一个△t时间的信号平均值作为一次电位△v2的值；
(3)在t+3x到t+4x的负周期时段，根据步骤(1)～(2)的方法测量得到负周期时段的电场电位的平均值△v1’和一次电位△v2’的值；
(4)分别对△v1和△v1’取绝对值做平均得到
Figure GDA0002373244980000021
对△v2和△v2’取绝对值做平均得到
Figure GDA0002373244980000022
按照公式
Figure GDA0002373244980000023
和
Figure GDA0002373244980000024
公式(2)中η为极化率，△v3等效于△v4，△v3为电场电位的平均值，△v4为二次场电位值，计算若干个η，从而实现时间域极化率的测量。
进一步优选地，所述方法还包括：在步骤(1)中，根据设置的周期，将t+x到t+2x时段分割成若干个△t，在对信号幅值进行积分测量之前，设置△t1的延时。
更进一步优选地，步骤包括：
(1)根据设置的周期，将t+x到t+2x时段分割成若干个△t，设置△t1的延时后，再对信号幅值进行积分测量，得到若干个不同幅值的充电过程中△t时间内的电场电位的平均值△v1，所述x>0；；
(2)在t+2x时刻测量一个△t时间的信号平均值作为一次电位△v2的值；
(3)在t+3x到t+4x的负周期时段，根据步骤(1)～(2)的方法测量得到负周期时段的电场电位的平均值△v1’和一次电位△v2’的值；
(4)分别对△v1和△v1’取绝对值做平均得到
Figure GDA0002373244980000025
对△v2和△v2’取绝对值做平均得到
Figure GDA0002373244980000026
按照公式
Figure GDA0002373244980000027
和
Figure GDA0002373244980000028
公式(2)中η为极化率，△v3等效于△v4，△v3为电场电位的平均值，△v4为二次场电位值，计算若干个η，从而实现时间域极化率的测量。
进一步优选地，所述△t＝n×10ms，其中n为大于0的正整数。
进一步优选地，所述0<△t1<x。
本发明的有益效果
1、解决了因二次电位值偏低而测不稳的现象，二次电位值通常只有一次电位的百分之几到百分之十几；
2、△v的值(△v1+v3)较大，对弱电信号干扰压制明显增强，提高了数据采集质量和抗干扰能力，灵敏度更高；
3、解决了如果要采集到有效二次电位△v4就必需发送高电压一次场△v1的问题，如果一次场△v1过高，相对应的发射功率和所带来的施工安全将成指数递增，经本发明的方法改进后，只需较小的发送功率就能采集到稳定有效的η％；
4、降低了施工和仪器设备成本，实现了低功率、高能效的施工，同时设备具有更好的温湿度稳定性和防尘抗震性能。
附图说明
图1为测量原理示意图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并结合附图说明对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
一种时间域激电测量方法，如图1，步骤包括：
(1)根据设置的周期，将t+x到t+2x时段分割成若干个时间差△t，对信号幅值进行积分测量，得到若干个不同幅值的充电过程中△t时间内的电场电位的平均值△v1，所述x>0；
(2)在t+2x时刻测量一个△t时间的信号平均值作为一次电位△v2的值；
(3)在t+3x到t+4x的负周期时段，根据步骤(1)～(2)的方法测量得到负周期时段的电场电位的平均值△v1’和一次电位△v2’的值；
(4)分别对△v1和△v1’取绝对值做平均得到
Figure GDA0002373244980000031
对△v2和△v2’取绝对值做平均得到
Figure GDA0002373244980000032
按照公式
Figure GDA0002373244980000033
和
Figure GDA0002373244980000034
从图中可以看出，充电过程中的a部分，和放电过程中的b部分，由于相同介质充电过程和放电过程可以看作等效，因此二次场△v4等效于Δv3。
公式(2)中η为极化率，△v3等效于△v4，△v3为电场电位的平均值，△v4为二次场电位值，根据公式(1)和(2)，计算若干个η，从而实现时间域极化率的测量。
△t＝n×10ms，其中n为大于0的正整数，△t1为10ms。
实施例2
一种时间域激电测量方法，如图1，步骤包括：
(1)根据设置的周期，将t+x到t+2x时段分割成若干个△t，设置△t1的延时后，再对信号幅值进行积分测量，得到若干个不同幅值的充电过程中△t时间内的电场电位的平均值△v1，所述x>0；
(2)在t+2x时刻测量一个△t时间的信号平均值作为一次电位△v2的值；
(3)在t+3x到t+4x的负周期时段，根据步骤(1)～(2)的方法测量得到负周期时段的电场电位的平均值△v1’和一次电位△v2’的值；
(4)分别对△v1和△v1’取绝对值做平均得到
Figure GDA0002373244980000041
对△v2和△v2’取绝对值做平均得到
Figure GDA0002373244980000042
按照公式
Figure GDA0002373244980000043
和
Figure GDA0002373244980000044
从图中可以看出，充电过程中的a部分，和放电过程中的b部分，由于相同介质充电过程和放电过程可以看作等效，因此二次场△v4等效于Δv3。
公式(2)中η为极化率，△v3等效于△v4，△v3为电场电位的平均值，△v4为二次场电位值，根据公式(1)和(2)，计算若干个η，从而实现时间域极化率的测量。
△t＝n×10ms，其中n为大于0的正整数，△t1为10ms。
对比例1
本例提供了现有技术中的时间域激电测量方法，如图1，从图中可以知道
η％＝△v4/△v2*100％ (3)，
其中η为极化率，△v4为二次场电位值，△v2为测量得到的一次电位，因为二次场△v4值较低，所以如果想要采集到稳定可靠的二次场△v4，就需要较强的一次场△v1，才能采集到稳定的二次场△v4，对施工设备功率及外部环境要求高，施工难度大。
本发明所提供的方法，解决了因二次电位值偏低而测不稳的现象，二次电位值通常只有一次电位的百分之几到百分之十几，△v的值(△v1+v3)较大，对弱电信号干扰压制明显增强，提高了数据采集质量和抗干扰能力，灵敏度更高。本发明的方法还解决了如果要采集到有效二次电位△v4就必需发送高电压一次场△v1的问题，如果一次场△v1过高，相对应的发射功率和所带来的施工安全将成指数递增，经本发明的方法改进后，只需较小的发送功率就能采集到稳定有效的η％，降低了施工和仪器设备成本，实现论低功率、高能效的施工，同时设备具有更好的温湿度稳定性和防尘抗震性能。

Claims (3)

1.一种时间域激电测量方法，其特征在于，通过测量一次场的充电电位值实现对二次场电位差的等效测量，步骤包括：
(1)根据设置的周期，将t+x到t+2x时段分割成若干个时间差△t，对信号幅值进行积分测量，得到若干个不同幅值的充电过程中△t时间内的电场电位的平均值△v1，所述x>0；
(2)在t+2x时刻测量一个△t时间的信号平均值作为一次电位△v2的值；
(3)在t+3x到t+4x的负周期时段，根据步骤(1)～(2)的方法测量得到负周期时段的电场电位的平均值△v1’和一次电位△v2’的值；
(4)分别对△v1和△v1’取绝对值做平均得到
Figure FDA0002373244970000011
对△v2和△v2’取绝对值做平均得到
Figure FDA0002373244970000012
按照公式
Figure FDA0002373244970000013
和
Figure FDA0002373244970000014
公式(2)中η为极化率，△v3等效于△v4，△v3为电场电位的平均值，△v4为二次场电位值，计算若干个η，从而实现时间域极化率的测量。
2.根据权利要求1所述的时间域激电测量方法，其特征在于，所述方法还包括：在步骤(1)中，根据设置的周期，将t+x到t+2x时段分割成若干个△t，在对信号幅值进行积分测量之前，设置△t1的延时。
3.根据权利要求1所述的时间域激电测量方法，其特征在于，所述△t＝n×10ms，其中n为大于0的正整数。
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