CN111812726A - 一种深层地质介电共振探测装置及其探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深层地质介电共振探测装置及其探测方法，包括有系统控制单元，所述系统控制单元分别连接有信号发射器控制单元和接收器接收控制单元，所述信号发射器控制单元连接有发射天线，所述接收器接收控制单元连接有接收天线；所述发射天线包括有天线脉冲输入室，所述天线脉冲输入室的两端分别设置有反射端和反射波导，所述反射波导的端部设置有天线孔径，所述天线脉冲输入室靠近反射端的内部设置有阳极，本发明涉及地质探测技术领域。本发明，即解决了低频探测波，垂直分辨率不高，又解决了高频探测穿透性较浅的问题，同时其介电常数参数对物质的分辨远远高于地震波参数。

Description

一种深层地质介电共振探测装置及其探测方法

技术领域

本发明涉及地质探测技术领域，特别是涉及一种深层地质介电共振探测装置及其探测方法。

背景技术

应用于自然资源勘查领域的地质介电共振深地探测仪：所应用的技术属于时域电磁(TDEM)方法，其技术核心在于：平衡低频射频电磁波的对地穿透性，和高频电磁波对地下结构的分辨率。

现有的与此相似的深地探测技术主要有：感应极化(IP)法，电阻率电法，超声波探测法，合成孔径雷达(SAR)和探地雷达(GPR)，地震测量法等方法它们的缺点分别是：

1.1:使用感应极化(IP)法，电阻率电法，超声波探测法等长波探测方法，为了保证探地信号的穿透性，它们使用非常低的探测频率，尽管能穿透比较深的地层，但由于垂直分辨率非常低，并且不涉及传播波，而是依靠测量由(相对)缓慢变化的电场或磁场引起的电流和极化变化间接解译回波信号，因此无法避免的信息的多解性，使得其有效性低。

1.2:使用合成孔径雷达(SAR)和探地雷达(GPR)等短波探测方法，它们使用非常高的频频率进行探测，尽管它们的获得的回波信号垂直分辨率非常高，浅层识别很准确，但高频信号在穿过地层时损耗较大，探深较浅，因此探测较深的地层时受到很大制约。

1.3:在勘探油，气，水方面普遍使用的地震测量法时目前为止探测深度最深的方法，(5000-6000m)左右，与其它方法混合使用(比如核磁探井)，是油气水等勘探中最高标准方法，但地震测量法主要采用机械弹性波测量，主要是对地下物质结构密度的识别，但充油层和充水层的地震性质没有显著差异，因此，其精确性还有待于提高。

综上所述现有技术存在问题主要三个方面：1)低频探测方法随有较深的探测深度，但垂直分辨率极低无法解决结论的多解性问题；2)高频探测方法随有较高的垂直分辨率，但其穿透地层时的高损耗，使其探测深度非常浅。3)地震测量法在油气水勘探领域时一种成俗有效方法，但其受多种因素限制，主要应用烃类碳氢化合物的勘查领域，在固体矿探测领域鲜有涉及。

发明内容

为了解决低频探测方法、高频探测方法和地震测量法探测精度不高的问题，本发明的目的是提供一种深层地质介电共振探测装置及其探测方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种深层地质介电共振探测装置，包括有系统控制单元，所述系统控制单元分别连接有信号发射器控制单元和接收器接收控制单元，所述信号发射器控制单元连接有发射天线，所述接收器接收控制单元连接有接收天线；

所述发射天线包括有天线脉冲输入室，所述天线脉冲输入室的两端分别设置有反射端和反射波导，所述反射波导的端部设置有天线孔径，所述天线脉冲输入室靠近反射端的内部设置有阳极。

优选的，所述发射天线信号产生步骤为：

步骤一：天线脉冲输入室最初阳极发射的光子在随机运动中传播；

步骤二：天线脉冲输入室极化光子反过来聚焦和放大腔室内的能量，形成驻波；

步骤三：天线脉冲输入室内产生的驻波进一步增强了信号的放大作用；

步骤四：天线孔径极化渐进驻波退出天线脉冲输入室，形成介电共振波束。

优选的，所述步骤四中，介电共振波束有两个分量：a、长波波前以实现深层穿透；b、而在驻波内短共振波以提高垂直分辨率，发射的介电共振波束在1-100MHz的频率范围内工作。

一种深层地质介电共振探测装置的探测方法，包括有以下步骤：

S1，信号发射器控制单元产生电磁能脉冲，该脉冲被馈送到发射天线；

S2，发射天线调节发射脉冲信号用以以特定角度发射到地下；

S3，同时生电磁能脉冲信号发送到发射天线，系统控制单元便将信号发送到接收器控制单元，以同步收集地下反射数据；

S4，接收控制单元从接收天线收集信号，并将其转换为可以读取并存储在系统控制单元上。

优选的，所述S3中，反射数据是通过接收天线从不同的地下岩石层和矿物结构中收集的。

优选的，所述S4中，系统控制单元安装有系统监控软件，用以对地下信息进行分析解译，且分析解译步骤为：

A1：发射天线将发射脉冲信号送入地面，并检测从地下结构返回的调制反射以识别每个层的上下边界；

A2：确定每个层中材料的层间束速度和平均介电常数；

A3：从介电常数，已知的分子或原子光谱线，在对接收信号进行FFT分析之后，确定各个层中的材料，系统控制单元统计参数基于数据，用于已知岩石类型。

与现有技术相比，本发明实现的有益效果：本发明使用低频宽带脉冲波包，波包中包含多种高频电磁波成分驻波，使用特殊共聚焦透镜，将其共聚焦成超定向集束微波激波束向地下发射，低频宽带脉冲波前保证了深地探测信号的穿透性，波包中的高频成分驻波解决了电磁波穿透过程中所遇到各层析垂直分辨率问题；本发明使用传播的波包，并从光谱含量的变化和反射中测得的能量得出其性质，深层物质在发生介电常数共振时，再辐射出来的特定电磁波，它比较客观准确地反映出地下不同物质的分层机构。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步详细说明本发明：

图1为本发明的深层地质介电共振探测装置的结构示意图；

图2为本发明的地下能量接收的结构示意图；

图3为本发明的发射天线结构及其信号产生的示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图3。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例1：一种深层地质介电共振探测装置，包括有系统控制单元，所述系统控制单元分别连接有信号发射器控制单元和接收器接收控制单元，所述信号发射器控制单元连接有发射天线，所述接收器接收控制单元连接有接收天线；

所述发射天线包括有天线脉冲输入室，所述天线脉冲输入室的两端分别设置有反射端和反射波导，所述反射波导的端部设置有天线孔径，所述天线脉冲输入室靠近反射端的内部设置有阳极。

所述发射天线信号产生步骤为：

步骤一：天线脉冲输入室最初阳极发射的光子在随机运动中传播；

步骤二：天线脉冲输入室极化光子反过来聚焦和放大腔室内的能量，形成驻波；

步骤三：天线脉冲输入室内产生的驻波进一步增强了信号的放大作用；

步骤四：天线孔径极化渐进驻波退出天线脉冲输入室，形成介电共振波束。

所述步骤四中，介电共振波束有两个分量：a、长波波前以实现深层穿透；b、而在驻波内短共振波以提高垂直分辨率，发射的介电共振波束在1-100MHz的频率范围内工作。

一种深层地质介电共振探测装置的探测方法，包括有以下步骤：

S1，信号发射器控制单元产生电磁能脉冲，该脉冲被馈送到发射天线；

S2，发射天线调节发射脉冲信号用以以特定角度发射到地下；

S3，同时生电磁能脉冲信号发送到发射天线，系统控制单元便将信号发送到接收器控制单元，以同步收集地下反射数据；

S4，接收控制单元从接收天线收集信号，并将其转换为可以读取并存储在系统控制单元上。

所述S3中，反射数据是通过接收天线从不同的地下岩石层和矿物结构中收集的。

所述S4中，系统控制单元安装有系统监控软件，用以对地下信息进行分析解译，且分析解译步骤为：

A1：发射天线将发射脉冲信号送入地面，并检测从地下结构返回的调制反射以识别每个层的上下边界；

A2：确定每个层中材料的层间束速度和平均介电常数；

A3：从介电常数，已知的分子或原子光谱线，在对接收信号进行FFT分析之后，确定各个层中的材料，系统控制单元统计参数基于数据，用于已知岩石类型。

实施例2：

地质介电共振技术的开发是对合成孔径雷达SAR和激光雷达GPR的改进，通过创建和使用新型相干波束技术来实现对地下更深的穿透。介电共振技术可提供一种精密仪器，用于通过地下岩石介质的传输以及来自每个地下岩层的反射来准确地识别各层岩石的类型。

透过地面传输的介电共振波束是相干(同相)无线电波和微波的脉冲共聚焦波束(像长而细的倒圆锥形)，通过其共聚焦和共振散射最小的集束波束。被发射的介电共振波束有两个分量：1：长波波前以实现深层穿透，2：而在驻波内短共振波以提高垂直分辨率。发射的介电共振波束通常在1-100MHz的频率范围内工作。介电共振技术使用定向电磁辐射作为能量的共振发射和接收束。当不同组成和质地的岩石暴露于宽带脉冲束中时，采用适合的接收器可以检测出大量的调光介电共振，从而产生一系列不同的原子介电能和频率响应。用介电光学器件调节波束会产生合成透镜效应，因此传感器的腔室看起来比实际尺寸大得多，孔径更大。这种效果会产生脉冲和聚束的无线电波和微波的窄相干波束，这对于照亮目标界面和材料很有好处。记录的数据描述了包括碳氢化合物在内的岩石和矿物如何通过波束与波束相互作用并查明其组成。该技术基于对光谱和共振能量响应的分析，测量地下介电常数以及表征岩石类型的性质。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种深层地质介电共振探测装置，包括有系统控制单元，其特征在于：所述系统控制单元分别连接有信号发射器控制单元和接收器接收控制单元，所述信号发射器控制单元连接有发射天线，所述接收器接收控制单元连接有接收天线；

所述发射天线包括有天线脉冲输入室，所述天线脉冲输入室的两端分别设置有反射端和反射波导，所述反射波导的端部设置有天线孔径，所述天线脉冲输入室靠近反射端的内部设置有阳极。

2.根据权利要求1所述的一种深层地质介电共振探测装置，其特征在于：所述发射天线信号产生步骤为：

步骤一：天线脉冲输入室最初阳极发射的光子在随机运动中传播；

步骤二：天线脉冲输入室极化光子反过来聚焦和放大腔室内的能量，形成驻波；

步骤三：天线脉冲输入室内产生的驻波进一步增强了信号的放大作用；

步骤四：天线孔径极化渐进驻波退出天线脉冲输入室，形成介电共振波束。

3.根据权利要求2所述的一种深层地质介电共振探测装置，其特征在于：所述步骤四中，介电共振波束有两个分量：a、长波波前以实现深层穿透；b、而在驻波内短共振波以提高垂直分辨率，发射的介电共振波束在1-100MHz的频率范围内工作。

4.一种深层地质介电共振探测装置的探测方法，其特征在于，包括有以下步骤：

S1，信号发射器控制单元产生电磁能脉冲，该脉冲被馈送到发射天线；

S2，发射天线调节发射脉冲信号用以以特定角度发射到地下；

S3，同时生电磁能脉冲信号发送到发射天线，系统控制单元便将信号发送到接收器控制单元，以同步收集地下反射数据；

S4，接收控制单元从接收天线收集信号，并将其转换为可以读取并存储在系统控制单元上。

5.根据权利要求4所述的一种深层地质介电共振探测装置的探测方法，其特征在于：所述S3中，反射数据是通过接收天线从不同的地下岩石层和矿物结构中收集的。

6.根据权利要求4所述的一种深层地质介电共振探测装置的探测方法，其特征在于：所述S4中，系统控制单元安装有系统监控软件，用以对地下信息进行分析解译，且分析解译步骤为：

A1：发射天线将发射脉冲信号送入地面，并检测从地下结构返回的调制反射以识别每个层的上下边界；

A2：确定每个层中材料的层间束速度和平均介电常数；

A3：从介电常数，已知的分子或原子光谱线，在对接收信号进行FFT分析之后，确定各个层中的材料，系统控制单元统计参数基于数据，用于已知岩石类型。

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