CN112596108B - Amt剖面探测方法、装置和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种AMT剖面探测方法、装置和设备，涉及水下地质勘探技术领域，该方法包括通过电场信号采集装置移动式采集目标探测剖面的电道观测数据；该电场信号采集装置布设在目标水域的水上，该电道观测数据包括预设多个电道的电场观测数据，以及该电道对应电极的位置观测数据；通过磁场信号采集装置采集该目标探测剖面的磁场观测数据；根据该测点的电场数据和该磁场观测数据，处理得到该目标探测剖面的反演结果。本发明实施例的目的在于提供一种AMT剖面探测方法、装置和设备，以提供适合水域观测的、探测深度更深、探测效率更高、且分辨率较高的勘探技术。

Description

AMT剖面探测方法、装置和设备

技术领域

本发明涉及水下地质勘探技术领域，尤其是涉及一种AMT剖面探测方法、装置和设备。

背景技术

我国大型城市发展空间有限，地下空间是我国未来发展的重要方向，建设其探测技术体系，对国家重大工程及地方建设具有战略意义。因江湖水域工作环境限制，许多探测技术在江河湖等浅水域的应用尚存在问题。

陆基电磁探测技术在湖泊、河流或其他水体覆盖的区域往往缺乏分辨率，因为由于技术限制，大多数电磁探测技术不能用于水域。为了获得完整的探测地下结构，通常需要陆基和水基电磁测量。目前，已应用于水域探测的电磁技术包括电阻率法、电阻率层析成像法(ERT)、连续电阻率剖面法(CRP)，无线电电磁测深(RMT)、拖拽式瞬变电磁(TEM)及锚定式水域AMT测。

但是，现有的定点观测如利用天然场源的锚定式水域AMT探测法，无法实现在江河湖等浅水域移动观测，工作效率较低。而仅有电阻率法、CRP和TEM虽实现了水上移动探测，但由于这些方法利用直流源，并且水上TEM装置不易过大，探测深度一般仅有几十米，分辨率也不高，无法满足江河湖等浅水域水体地下空间的移动探测需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种AMT剖面探测方法、装置和设备，以提供适合水域观测的、探测深度更深、探测效率更高、且分辨率较高的勘探技术。

第一方面，本发明实施例提供了一种AMT剖面探测方法，应用于水域探测，包括：通过电场信号采集装置移动式采集目标探测剖面的电道观测数据；该电场信号采集装置布设在目标水域的水上，该电道观测数据包括预设多个电道的电场观测数据，以及该电道对应电极的位置观测数据；该电场信号采集装置包括：电采集主机、拖拽式采集电缆、水中不极化电极、以及与该水中不极化电极配对的定位设备；该定位设备用于采集该水中不极化电极的位置观测数据；通过磁场信号采集装置采集该目标探测剖面的磁场观测数据；该磁场信号采集装置布设在该目标水域岸边的陆地上；该磁场信号采集装置包括：磁采集主机、磁传感器和磁传导线；根据该多个电道的电场观测数据、该电道对应电极的位置观测数据、以及该目标探测剖面中预设测点的位置信息，确定该测点的电场数据；根据该测点的电场数据和该磁场观测数据，处理得到该目标探测剖面的反演结果。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，该根据该多个电道的电场观测数据、该电道对应电极的位置观测数据、以及该目标探测剖面中预设测点的位置信息，确定该测点的电场数据的步骤，包括：逐一选取该目标探测剖面中预设测点的当前测点，对该当前测点均进行下述处理，直至该探测剖面中的测点均处理完毕，得到每个测点的电场数据：根据该当前测点的位置信息，以及该多个电道中每个电道对应电极的位置观测数据，确定每个电道对应电极间的中心点位于该当前测点的预设观测窗口的观测时段；将每个电道在对应的该观测时段内的电场观测数据，确定为该当前测点的部分电场观测数据，得到该当前测点的多个部分电场观测数据；根据该多个部分电场观测数据，拼接得到该当前测点的电场数据。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，该AMT剖面探测方法还包括：通过卫星接收天线接收卫星时钟信号；该卫星时钟信号用于同步上述电场信号和上述磁场信号。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，在该通过电场信号采集装置移动式采集目标探测剖面的电道观测数据的步骤之前，还包括：通过生产前试验获取采集参数；该生产前试验包括：测量电极距试验、观测时长试验、测区电磁干扰试验、测点观测窗口试验和采集移动速度试验；该采集参数包括：测量电极距、观测时长、观测时段、观测窗口大小和采集移动速度。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，在上述通过生产前试验获取采集参数的步骤之前，还包括：通过性能测试试验采集上述电场信号采集装置和上述磁场信号采集装置的性能数据；该性能数据用于判断该电场信号采集装置和该磁场信号采集装置的性能情况；该性能测试试验包括：仪器标定试验、仪器一致性试验、平行测试试验和水中不极化电极测试试验。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，采用标量方式进行上述电场信号和上述磁场信号的采集。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，该方法还包括：根据上述电阻率反演结果进行分析，得到该目标探测水域的水底地质构造情况。

第二方面，本发明实施例还提供了一种AMT剖面探测装置，包括：电场观测数据采集模块，用于通过电场信号采集装置移动式采集目标探测剖面的电道观测数据；该电场信号采集装置布设在目标水域的水上，该电场观测数据包括预设多个电道的电场观测数据，以及该电道对应电极的位置观测数据；该电场信号采集装置包括：电采集主机、拖拽式采集电缆、水中不极化电极、以及与该水中不极化电极配对的定位设备；该定位设备用于采集该水中不极化电极的位置观测数据；磁场观测数据采集模块，用于通过磁场信号采集装置采集该目标探测剖面的磁场观测数据；该磁场信号采集装置布设在该目标水域岸边的陆地上；该磁场信号采集装置包括：磁采集主机、磁传感器和磁传导线；测点电场数据确定模块，用于根据该多个电道的电场观测数据、该电道对应电极的位置观测数据、以及该目标探测剖面中预设测点的位置信息，确定该测点的电场数据；反演处理模块，用于根据该测点的电场数据和该磁场观测数据，处理得到该目标探测剖面的反演结果。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，该测点电场数据确定模块还用于：逐一选取该目标探测剖面中预设测点的当前测点，对该当前测点均进行下述处理，直至该探测剖面中的测点均处理完毕，得到每个测点的电场数据：根据该当前测点的位置信息，以及该多个电道中每个电道对应电极的位置观测数据，确定每个电道对应电极间的中心点位于该当前测点的预设观测窗口的观测时段；将每个电道在对应的该观测时段内的电场观测数据，确定为该当前测点的部分电场观测数据，得到该当前测点的多个部分电场观测数据；根据该多个部分电场观测数据，拼接得到该当前测点的电场数据。

第三方面，一种AMT剖面探测设备，包括：电场信号采集装置和磁场信号采集装置；该电场信号采集装置包括：电采集主机、拖拽式采集电缆、水中不极化电极、以及与该水中不极化电极配对的定位设备；该电采集主机通过该拖拽式采集电缆与该水中不极化电极相连；该定位设备用于采集该水中不极化电极的位置信息；该磁场信号采集装置包括：磁采集主机、磁传感器和磁传导线；该磁采集主机通过该磁传导线与该磁传感器电连接；该电场信号采集装置布设在目标水域的水上，用于移动式采集目标探测剖面的电道观测数据；该电道观测数据包括预设多个电道的电场观测数据，以及该电道对应电极的位置观测数据；该磁场信号采集装置布设在该目标水域岸边的陆地上，用于采集该探测剖面的磁场观测数据。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的AMT剖面探测方法、装置和设备，该AMT剖面探测方法通过电场信号采集装置移动式采集目标探测剖面的电道观测数据；该电场信号采集装置布设在目标水域的水上，该电道观测数据包括预设多个电道的电场观测数据，以及该电道对应电极的位置观测数据；该电场信号采集装置包括：电采集主机、拖拽式采集电缆、水中不极化电极、以及与该水中不极化电极配对的定位设备；该定位设备用于采集该水中不极化电极的位置观测数据；通过磁场信号采集装置采集该目标探测剖面的磁场观测数据；该磁场信号采集装置布设在该目标水域岸边的陆地上；该磁场信号采集装置包括：磁采集主机、磁传感器和磁传导线；根据该多个电道的电场观测数据、该电道对应电极的位置观测数据、以及该目标探测剖面中预设测点的位置信息，确定该测点的电场数据；根据该测点的电场数据和该磁场观测数据，处理得到该目标探测剖面的反演结果。该方式中，通过移动式采集探测剖面的电场数据，提高了原始数据采集的效率，提升了水域探测的工作效率；并且，由于移动观测中，不同电道都在一定时间段内经过剖面上的同一测点，通过提取不同电道中与同一测点对应的电场数据，进而拼接得到该测点的电场数据，有效延展了同一测点的观测时长，对于频率域的AMT探测而言，可以采集到更多有效的低频数据，从而提高电场数据对测点更大深度的地质反映能力，其是一种更适合水域观测、探测深度更深、探测效率更高、且分辨率较高的勘探技术。

本实施例公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。

为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种AMT剖面探测方法应用场景示意图；

图2为本发明实施例提供的一种AMT剖面探测方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的拖拽式采集电缆的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种AMT剖面探测方法电极连接方式示意图；

图5a为本发明实施例提供的一种AMT剖面探测方法单道移动观测过程示意图；

图5b为本发明实施例提供的一种AMT剖面探测方法多道移动观测过程示意图；

图6为本发明实施例提供的测点S的电场数据合成示意图；

图7a为本发明实施例提供的1号测点单道电场数据与合成电场数据曲线对比示意图；

图7b为本发明实施例提供的2号测点单道电场数据与合成电场数据曲线对比示意图；

图8a为本发明实施例提供的1号测点锚定采集与移动采集电场数据曲线对比示意图；

图8b为本发明实施例提供的2号测点锚定采集与移动采集电场数据曲线对比示意图；

图9为本发明实施例提供的移动式AMT剖面探测反演结果和锚定式AMT探测方法的反演结果对比示意图；

图10为本发明实施例提供的一种AMT剖面探测装置示意图。

图标：101-电场观测数据采集模块；102-磁场观测数据采集模块；103-测点电场数据确定模块；104-反演处理模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前，已应用于水域探测的电磁技术包括电阻率法、电阻率层析成像法(ERT)、连续电阻率剖面法(CRP)，无线电电磁测深(RMT)、拖拽式瞬变电磁(TEM)及锚定式水域AMT测深，仅有电阻率法、CRP和TEM实现了水上移动探测，但由于这些方法利用直流源，并且水上TEM装置不易过大，探测深度一般仅有几十米，分辨率也不高，无法满足水体地下空间探测需求。而利用天然场源的锚定式水域AMT探测深度大，但仅适用于定点观测，工作效率不高，其装置无法直接用于移动观测，且缺少相应的数据信息提取技术。

基于此，本发明实施例提供了一种AMT剖面探测方法、装置和设备，该技术可以应用于河流、浅滩、湖泊、浅海等水域的地质勘测。为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种AMT剖面探测方法方法进细介绍。

实施例1

AMT(Audio-frequency Magnetotelluric methods)音频大地电磁法，是一种基于电磁感应原理，在地面测量相互正交的音频范围(0.1Hz-50kHz)电场和磁场分量，计算视电阻率和阻抗相位，研究地下电阻率结构的一种被动源的频率域测深方法。通常情况下，AMT要采集目标探测区域的电场信号和磁场信号，并通过这两个参量处理得到目标探测区域的地下电阻率。

如图1所示，为本发明实施例提供的一种AMT剖面探测方法应用场景示意图，在图1中，电场信号采集装置布设在水域中，磁场信号采集装置布设在水域边的陆地上。该水域可以是河流、湖泊、浅滩等。

在图1所示的实施方式中，该电场采集装置包括：电采集主机、拖拽式采集电缆、水中不极化电极和定位装置，其中电采集主机放置在牵引船上，拖拽式采集电缆上连接有若干个水中不极化电极和若干个定位装置，其一端固定在船尾，并与电采集主机电连接。该磁场信号采集装置包括：磁采集主机、磁传感器和磁传感线。其中，在该实施方式中有两根磁传感器，分别通过磁传感线与磁采集主机相连，这两个磁传感器平面上相互垂直摆放。

其中，电采集主机的型号可以是MTU-5A或MTU-2E，磁采集主机的型号可以是MTU-5A。此外，AMT剖面探测方法的采集系统还包括：卫星接收天线、外接电池和浮漂。外接电池用于给仪器主机供电，工作电压为12V，该外接电池可以是锂电池或是蓄电池。卫星接收天线用于给仪器主机提供卫星时钟信号。其中，浮漂、水中不极化电极和定位装置分别固定在该拖拽式采集电缆上，该浮漂用于提供浮力，使该拖拽式采集电缆及水中不极化电极悬停在水面以下，但是不沉入水底。

对于本发明实施例提供的AMT探测剖面探测方法的具体实施，如图2所示，为本发明实施例提供的一种AMT剖面探测方法流程示意图，其具体步骤为：

步骤S201：通过电场信号采集装置移动式采集目标探测剖面的电道观测数据；该电场信号采集装置布设在目标水域的水上，该电道观测数据包括预设多个电道的电场观测数据，以及该电道对应电极的位置观测数据；该电场信号采集装置包括：电采集主机、拖拽式采集电缆、水中不极化电极、以及与该水中不极化电极配对的定位设备；该定位设备用于采集该水中不极化电极的位置观测数据。

在其中一种可能的实施方式中，上述拖拽式采集电缆可以是多芯传输电缆，可根据施工需要增减电道，在施工时将拖拽式采集电缆缚于尼龙绳等高强度的绳索，并拖拽于船尾，避免直接连接拖拽式采集电缆造成装置损坏。电采集主机通过上述拖拽式采集电缆与水中不极化电极相连。电采集主机通过水中不极化电极测量目标探测水域的电信号，并通过拖拽式采集电缆将电场信号传回并保存。电采集主机不防水，需放置在漂浮载体上，避免与水的接触，该漂浮载体可以是一艘小船。该拖拽式采集电缆具有较强的强度，可以承受住数量较多的水中不极化电极的重量，并可以在水域中移动时牵引上面的水中不极化电极移动。

在其中一种实施方式中，如图3所示，图3为本发明实施例提供的拖拽式采集电缆的示意图，由图3可见，水中不极化电极(M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7)、浮漂和GPS定位装置分别布设在拖拽式采集电缆上，GPS定位装置可以记录水中不极化电极的位置信息，浮漂用于提供浮力，使该拖拽式采集电缆及水中不极化电极悬停在水面以下，但是不沉入水底。拖拽式采集电缆的一端固定在船尾并由接头与电采集主机连接。为满足不同场地信噪比和探测分辨率的探测需求，可灵活调整电道间距，或制作适于不用场景的拖拽式采集电缆。

在其中一种可能的实施方式中，拖拽式采集电缆上布设的水中不极化电极的连接方式可以采用交叉式连接。如图4所示，为本发明实施例提供的一种AMT剖面探测方法电极连接方式示意图，由图4可见，水中不极化电极M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7采用交叉式连接，相邻的水中不极化电极间隔20m，M1和M4、M2和M5、M3和M6、M4和M7分别为四组水中不极化电极，M1-M4、M2-M5、M3-M6、M4-M7共组成四组电道。

步骤S202：通过磁场信号采集装置采集该目标探测剖面的磁场观测数据；该磁场信号采集装置布设在该目标水域岸边的陆地上；该磁场信号采集装置包括：磁采集主机、磁传感器和磁传导线。

磁采集主机通过磁传导线与磁传感器相连接，并控制磁传感器采集目标探测水域的磁场信号，由磁传导线将该磁场信号传回磁采集主机保存。在其中一种实施方式中，该磁采集主机的型号可以是MTU-5A。其中，整个磁场信号采集装置都布设在陆地上，且尽量靠近目标探测水域。

步骤S203：根据该多个电道的电场观测数据、该电道对应电极的位置观测数据、以及该目标探测剖面中预设测点的位置信息，确定该测点的电场数据。

对于上述位置观测数据，其包含观测期间电极在各个时刻的位置。对于每一个电道，通过该电道对应电极的位置观测数据和任意测点A的位置信息，可得到电极与测点A之间的相对位置，以及电道对应两电极中点与测点A之间的相对位置；再结合拖拽式采集电缆的移动速度，即可以确定测点A位于电道对应两电极中间特定观测窗口的时间段，进而根据该时间段从该电道的电场观测数据中提取出该时间段的观测数据，作为该电道中观测该测点A的一部分电场数据。同理，可以从其他电道的电场观测数据中提取出该测点A的一部分电场数据。

步骤S204：根据该测点的电场数据和该磁场观测数据，处理得到该目标探测剖面的反演结果。

在其中一种或多种实施方式中，可以通过电采集主机上的传输接口将采集的电场信号数据导出，磁场信号数据的导出也是同理。对于某些型号的采集主机，主机内设置有可插拔TF内存卡，可以取出TF卡并通过读卡器拷贝TF内存卡中的数据，并将数据传输给终端设备，如笔记本电脑等。在终端设备上利用相关数据处理软件进行反演处理，该数据处理软件可以是加拿大凤凰公司配套的软件AMT-PRO或是MT-SOFT2D等，经软件反演处理后得到电阻率反演结果。

相比于传统的锚定式水域AMT探测法，本方法一次性布设电极后，在目标水域移动式完成电场数据的采集，对于原始数据采集的时间大大缩减，采集效率得到了提升。

本发明实施例提供的AMT剖面探测方法，通过电场信号采集装置移动式采集目标探测剖面的电道观测数据；该电场信号采集装置布设在目标水域的水上，该电道观测数据包括预设多个电道的电场观测数据，以及该电道对应电极的位置观测数据；该电场信号采集装置包括：电采集主机、拖拽式采集电缆、水中不极化电极、以及与该水中不极化电极配对的定位设备；该定位设备用于采集该水中不极化电极的位置观测数据；通过磁场信号采集装置采集该目标探测剖面的磁场观测数据；该磁场信号采集装置布设在该目标水域岸边的陆地上；该磁场信号采集装置包括：磁采集主机、磁传感器和磁传导线；其中，根据各个电道对应电极的位置观测数据、以及目标探测剖面中预设测点的位置信息以及漂浮载体的移动速度，确定各个电道的电场数据观测时段；根据各个电道的电场数据观测时段，依次拼接多个电道的电场观测数据，确定该测点的电场数据；根据该测点的电场数据和该磁场观测数据，处理得到该目标探测剖面的反演结果。该方式通过移动式采集目标水域探测剖面的电场数据，提高了原始数据采集的效率，提升了水域探测的工作效率。

实施例2

在图2所示方法的基础上，本发明还提供另一种AMT剖面探测方法，该方法重点描述了实施例1中步骤S203(将该多个电道的电场观测数据、该电道对应电极的位置观测数据、以及该目标探测剖面中预设测点的位置信息，确定该测点的电场数据)的实现过程。其中，通过下述步骤确定该测点的电场数据：

逐一选取该目标探测剖面中预设测点的当前测点，对该当前测点均进行下述处理，直至该探测剖面中的测点均处理完毕，得到每个测点的电场数据：

根据该当前测点的位置信息，以及该多个电道中每个电道对应电极的位置观测数据，确定每个电道对应电极间的中心点位于该当前测点的预设观测窗口的观测时段；将每个电道在对应的该观测时段内的电场观测数据，确定为该当前测点的部分电场观测数据，得到该当前测点的多个部分电场观测数据；根据该多个部分电场观测数据，拼接得到该当前测点的电场数据。

通常对于一个电道X，可以设置其对应两个电极的中心点O附近一定范围内作为观测窗口，例如，可以在其中心点分别沿剖面方向前后10米的区间(共20米)，作为该电道测量目标测点的观测窗口。

这里，根据拖拽式采集电缆上布设的定位装置对每个电道对应电极间的中心点当前所在的位置进行采集，得到每个电道对应电极间的中心点与当前测点的位置间距，已知拖拽式采集电缆的移动速度，通过速度公式，可确定每个电道对应电极间的中心点位于该当前测点的预设观测窗口的观测时段。

为更清楚显示本实施例中AMT剖面探测方法的有益效果，这里对单道移动观测过程进行了详细介绍。如图5a所示，图5a为本发明实施例提供的一种AMT剖面探测方法单道移动观测过程示意图，水中不极化电极M和N分别布设在拖拽式采集电缆上，MN之间的极距为60m，MN电道中点为O，以目标探测剖面上的测点S为例，选取测点S前后±10m的区域为观测窗口，即观测窗口长度为20m。

当进行测量时，随着电道MN沿剖面移动，假设移动速度为20m/5min，电道MN在移动过程中持续采集电场观测数据；其中，在00:00:00时刻，电道中点O进入测点S的观测窗口，随着电道MN沿剖面继续移动，在00:05:00时刻，电道中点O离开测点S观测窗口，从而将电道MN测量的数据中00:00:00～00:05:00这个时间段的电场数据作为当前测点S的电场观测数据。

图5b为本发明实施例提供的一种AMT剖面探测方法多道移动观测过程示意图，如图5b所示，水中不极化电极M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7依次布设在拖拽式采集电缆上，相邻电极间隔20m，M1-M4、M2-M5、M3-M6、M4-M7共组成四组电道，各组电道对应的测量中点依次为O1、O2、O3、O4；沿剖面方向，选取测点S前后±10m的区域为观测窗口，即观测窗口长度为20m。在本实施例中，水中移动平台承载电采集主机并连接拖拽式采集电缆也是以20m/5min在目标水域移动。

首先，电道M1-M4先经过测点S，在00:00:00时刻，电道M1-M4的中点O1进入测点S的观测窗口，随着拖拽式采集电缆移动，在00:05:00时刻，O1离开测点S的观测窗口，因而电道M1-M4采集的数据中00:00:00～00:05:00这个时间段的观测数据为测点S的部分电场数据；在O1离开测点S的观测窗口的同时，电道M2-M5的测量中点O2进入测点S的观测窗口，并且在00:10:00时刻，O2离开测点S的观测窗口，因而电道M1-M4采集的数据中00:05:00～00:10:00这个时间段的观测数据为测点S的部分电场数据；按照上述方式，同样可以得到电道M3-M6和电道M4-M7采集的数据中对应属于测点S的部分电场数据。最终在00:20:00时刻，电道M4-M7的测量中点O4离开测点S的观测窗口。因而，将上述多个电道M1-M4、M2-M5、M3-M6、M4-M7所测得测点S的部分电场数据进行拼接，最终得到测点S的完整电场数据，其观测时长为20分钟。

图6所示为测点S的电场数据合成示意图，通过将电道M1-M4、M2-M5、M3-M6、M4-M7记录的测点S的部分电场观测数据依次拼接，得到测点S的完整电场数据。基于此，通过多道移动观测方法得到的部分电场观测数据，结合部分电场观测数据合成技术，得到测点的电场数据，延展了电场数据观测时长和数据总量，对于频率域的AMT探测而言，可以采集到更多有效的低频数据，从而提高电场数据对测点更大深度的地质反映能力，其探测深度更深、探测效率更高、且分辨率较高。

在实际的操作中，在进行正式的采集工作前，还要通过性能测试试验采集上述电场信号采集装置和上述磁场信号采集装置的性能数据。该性能数据用于判断电场信号采集装置和磁场信号采集装置的性能情况。其中，上述性能测试试验包括：仪器标定试验、仪器一致性试验、平行测试试验和水中不极化电极测试试验。

根据中华人民共和国地质矿产行业标准DZ/T 0305-2017天然场音频大地电磁法技术规程，首先，在工区开工前和仪器发生故障后都需要对仪器进行标定以检查仪器是否正常；磁传感器应在开工前进行校准。其次，在测量开工前还应对参与生产的多台仪器进行一致性对比试验，且要求80％以上的频点测量结果的均方误差不大于5％。然后，野外测量仪器应在测区开工前后应进行平行测试，相邻电道或磁道间测试的频率域结果相对误差要求不大于2％。最后，将水中不极化电极置于水中检测，两两之间的电极电位差要求不超过2mV。

在上述性能测试试验完成且合格之后，还要通过生产前试验获取采集参数。其中，上述生产前试验包括：测量电极距试验、观测时长试验、测区电磁干扰试验、测点观测窗口试验和采集移动速度试验；上述采集参数包括：测量电极距、观测时长、观测时段、观测窗口大小和采集移动速度。在其中一种实施方式中，首先根据采集参数，按图3布设拖拽式采集电缆。

在水上布设电场采集系统，将仪器置于船上，拖拽式采集电缆拖拽于船尾，并垂直于构造走向，为稳定采集方向，可在其尾部加挂重物，使拖拽式采集电缆保持船只航行方向。

这里，在水上进行观测窗口和航速试验，根据探测深度和分辨率确定船只航行速度和测点的观测窗口。

在岸边布设磁场采集系统。根据陆地试验，选取相对平静、电磁干扰小的区域布设磁站，水平方向的磁传感器分别垂直或平行于构造走向。使用森林罗盘和水平仪埋设磁传感器，两个水平磁传感器垂直相交，各自方位偏差不大于1°。两个水平磁传感器埋设间距不小于5m，磁传感线不能悬空，也不能平行放置，每隔3m-5m需用土或石块压实，防止晃动，避免因风吹使导线晃动产生电磁干扰。

观测装置布设完毕后，按班报表对各向内容逐项检查并记录，确保装置的正确性。

在观测装置布设就绪后，依据确定的采集参数、以标量方式采集目标探测区域的电场信号数据和磁场信号数据。每日收工后保存并备份采集的数据，采用单点部分电场观测数据提取和拼接技术确定测点的电场数据，并进行数据预处理和质量评价，对不符合质量要求的测点应择日重测。首先，检查采集缆、磁传感器和信号线布设是否达到要求；检查仪器与采集缆连接是否正确、是否牢固，采集缆各电极接地是否良好，电源电压和仪器是否正常，磁传感器摆向是否正确；按班报表各向内容逐项检查。其次，在仪器启动后按仪器操作说明书进行各项测试。

本发明实施例提供的AMT剖面探测方法，根据该当前测点的位置信息，以及该多个电道中每个电道对应电极的位置观测数据，确定每个电道对应水中不极化电极间的中心点位于该当前测点的预设观测窗口的观测时段；将每个电道在对应的该观测时段内的电场观测数据，提取为该当前测点的部分电场观测数据，从而得到该当前测点的多个部分电场观测数据；根据该多个部分电场观测数据，拼接得到该当前测点的电场数据。该方法通过上述对电场观测数据的提取与拼接的方式确定当前测点的电场数据，因此延展了测点的电场数据观测时长和数据总量，对于频率域的AMT探测而言，可以采集到更多有效的低频数据，从而提高电场数据对测点深度的地质反映能力，其探测深度更深、探测效率更高、且分辨率较高。

实施例3

为了进一步说明本发明实施例提供的AMT剖面探测方法，下面以一个实际案例进行讲解。

首先，在辽宁六股河入海口实施了小沟渠的AMT剖面电场观测与锚式AMT探测方法电场观测对比试验。试验采用极距(60m)、水中不极化电极间距(20m)、测点的观测窗口(20m)、3组交叉电道，在1号测点和2号测点分别进行试验；如图7a所示为1号测点单道电场数据与合成电场数据曲线对比示意图，以及图7b所示为2号测点单道电场数据与合成电场数据曲线对比示意图。其中，由图7a可见，第一电道对1号测点的电场数据采集用时4min；第二电道对1号测点的电场数据采集用时6min；第三电道对1号测点的电场数据采集用时4min；最后将上述第一电道、第二电道和第三电道分别记录的1号测点的部分电场观测数据进行拼接，得到1号测点共14min的电场数据。同理，由图7b可见，第一电道对2号测点的电场数据采集用时6min；第二电道对2号测点的电场数据采集用时4min；第三电道对2号测点的电场数据采集用时5min；最后将上述第一电道、第二电道和第三电道分别记录的部分电场观测数据进行拼接，得到2号测点共15min的电场数据。

这里，还通过单道电场数据与合成电场数据曲线与锚定采集方法的数据曲线进行对比。

进一步地，如图8a所示为1号测点锚定采集与移动采集电场数据曲线对比示意图，图8b所示为2号测点锚定采集与移动采集电场数据曲线对比示意图，从曲线对比可以看出，1号测点和2号测点的移动采集电场数据曲线与锚定采集的电场数据曲线，从光滑程度与曲线形态上基本一致。说明利用AMT剖面探测方法，结合单点部分电场观测数据提取及拼接数据处理技术与锚定式观测方法取得观测效果相当。

为了验证锚式AMT探测方法和通过移动式AMT剖面探测方法的技术效果，分别通过上述两种方法得到的反演电阻率断面效果示意图，并进行对比：

这里，在六股河AMT剖面长度1260m处，选取12个间距为60m的测点，分别采集各个测点的锚式AMT探测数据和移动式AMT剖面探测数据，将采集到的上述相关试验数据经过数据处理与二维反演，得到了反演电阻率断面对比图。如图9所示，图9为移动式AMT剖面探测反演结果和锚定式AMT探测方法的反演结果对比示意图，由图9可见，经锚定式AMT探测方法获得的电阻率断面图和经移动式AMT剖面探测方法，并结合部分电场观测数据拼接技术获得的电阻率断面图，电阻率异常特征基本一致，基岩起伏形态基本吻合，说明水域AMT剖面探测技术是可行的，能达到AMT定点采集的效果。

最后，分析两条反演电阻率断面图认为，该区域电阻率断面自上至下表现出了低–中–高的电阻率异常特征。结合工作区区域地质与物性特征分析，推断表层为盐化水及含水粉砂、砂卵层，中部为片麻岩层，下部为花岗岩基底。

实施例4

本发明实施例还提供了一种AMT剖面探测装置，如图10所示，为本发明实施例提供的一种AMT剖面探测装置示意图。

电场观测数据采集模块101，用于通过电场信号采集装置采集目标探测水域的电场信号；该电场信号采集装置布设在目标探测水域的水上；该电场信号采集装置包括：电采集主机、拖拽式采集电缆、水中不极化电极和定位装置；

磁场观测数据采集模块102用于通过磁场信号采集装置采集上述目标探测水域的磁场信号；该磁场信号采集布设在该目标探测水域岸边的陆地上；该磁场信号采集装置包括：磁采集主机、磁传感器和磁传感线；

测点电场数据确定模块103用于将电采集主机采集的当前测点的多个部分电场观测数据、该多个电道对应电极的位置观测数据、以及该目标探测剖面中预设测点的位置信息，确定为该测点的电场数据；具体地，测点电场数据确定模块103还用于逐一选取该目标探测剖面中预设测点的当前测点，对该当前测点均进行下述处理，直至该探测剖面中的测点均处理完毕，得到每个测点的电场数据：根据该当前测点的位置信息，以及该多个电道中每个电道对应电极的位置观测数据，确定每个电道对应电极间的中心点位于该当前测点的预设观测窗口的观测时段；将每个电道在对应的该观测时段内的电场观测数据，确定为该当前测点的部分电场观测数据，得到该当前测点的多个部分电场观测数据；根据该多个部分电场观测数据，拼接得到该当前测点的电场数据；该测点电场数据确定模块103与上述电场观测数据采集模块101相连接；

反演处理模块104，用于将上述电场信号和上述磁场信号传输给终端设备以进行反演处理得到该目标探测水域的电阻率反演结果；该反演处理模块104分别与上述磁场观测数据采集模块102和上述测点电场数据确定模块103相连接。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

实施例5

本发明实施例还提供了一种AMT剖面探测设备，包括：电场信号采集装置和磁场信号采集装置；该电场信号采集装置包括：电采集主机、拖拽式采集电缆、水中不极化电极和与水中不极化电极配对的定位装置；该电采集主机通过上述拖拽式采集电缆与上述水中不极化电极和定位装置相连；该磁场信号采集装置包括：磁采集主机、磁传感器和磁传感线；该磁采集主机通过上述磁传导线与上述磁传感器相连；该电场信号采集装置布设在目标探测水域的水上，用于移动式采集该目标探测剖面的电道观测数据；该电道观测数据包括预设多个电道的电场观测数据，以及上述电道对应电极的位置观测数据；该磁场信号采集装置布设在上述目标水域岸边的陆地上，用于采集所述探测剖面的磁场观测数据。

本发明实施例提供的AMT剖面探测探测设备，与上述实施例提供的AMT剖面探测方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种AMT剖面探测方法，其特征在于，包括：

通过电场信号采集装置移动式采集目标探测剖面的电道观测数据；所述电场信号采集装置布设在目标水域的水上，所述电道观测数据包括预设多个电道的电场观测数据，以及所述电道对应电极的位置观测数据；所述电场信号采集装置包括：电采集主机、拖拽式采集电缆、水中不极化电极、以及与所述水中不极化电极配对的定位设备；所述定位设备用于采集所述水中不极化电极的位置观测数据；

通过磁场信号采集装置采集所述目标探测剖面的磁场观测数据；所述磁场信号采集装置布设在所述目标水域岸边的陆地上；所述磁场信号采集装置包括：磁采集主机、磁传感器和磁传导线；

逐一选取所述目标探测剖面中预设测点的当前测点，对所述当前测点均进行下述处理，直至所述探测剖面中的测点均处理完毕，得到每个测点的电场数据：

根据所述当前测点的位置信息，以及所述多个电道中每个电道对应电极的位置观测数据，确定每个电道对应电极间的中心点位于所述当前测点的预设观测窗口的观测时段；

将每个电道在对应的所述观测时段内的电场观测数据，确定为所述当前测点的部分电场观测数据，得到所述当前测点的多个部分电场观测数据；根据所述多个部分电场观测数据，拼接得到所述当前测点的电场数据；根据所述测点的电场数据和所述磁场观测数据，处理得到所述目标探测剖面的反演结果。

2.根据权利要求1所述的AMT剖面探测方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过卫星接收天线接收卫星时钟信号；所述卫星时钟信号用于同步所述电场观测数据和所述磁场观测数据。

3.根据权利要求1所述的AMT剖面探测方法，其特征在于，在所述通过电场信号采集装置移动式采集目标探测剖面的电道观测数据的步骤之前，还包括：

通过生产前试验获取采集参数；所述生产前试验包括：测量电极距试验、观测时长试验、测区电磁干扰试验、测点观测窗口试验和采集移动速度试验；所述采集参数包括：测量电极距、观测时长、观测时段、观测窗口大小和采集移动速度。

4.根据权利要求3所述的AMT剖面探测方法，其特征在于，在所述通过生产前试验获取采集参数的步骤之前，还包括：

通过性能测试试验采集所述电场信号采集装置和所述磁场信号采集装置的性能数据；所述性能数据用于判断所述电场信号采集装置和所述磁场信号采集装置的性能情况；所述性能测试试验包括：仪器标定试验、仪器一致性试验、平行测试试验和水中不极化电极测试试验。

5.根据权利要求1所述的AMT剖面探测方法，其特征在于，采用标量方式进行所述电场观测数据和所述磁场观测数据的采集。

6.根据权利要求1所述的AMT剖面探测方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过对所述反演结果进行分析，得到所述目标探测剖面的水底地质构造情况。

7.一种AMT剖面探测装置，其特征在于，包括：

电场观测数据采集模块，用于通过电场信号采集装置移动式采集目标探测剖面的电道观测数据；所述电场信号采集装置布设在目标水域的水上，所述电道观测数据包括预设多个电道的电场观测数据，以及所述电道对应电极的位置观测数据；所述电场信号采集装置包括：电采集主机、拖拽式采集电缆、水中不极化电极、以及与所述水中不极化电极配对的定位设备；所述定位设备用于采集所述水中不极化电极的位置观测数据；

磁场观测数据采集模块，用于通过磁场信号采集装置采集所述目标探测剖面的磁场观测数据；所述磁场信号采集装置布设在所述目标水域岸边的陆地上；所述磁场信号采集装置包括：磁采集主机、磁传感器和磁传导线；

测点电场数据确定模块，用于逐一选取所述目标探测剖面中预设测点的当前测点，对所述当前测点均进行下述处理，直至所述探测剖面中的测点均处理完毕，得到每个测点的电场数据：根据所述当前测点的位置信息，以及所述多个电道中每个电道对应电极的位置观测数据，确定每个电道对应电极间的中心点位于所述当前测点的预设观测窗口的观测时段；将每个电道在对应的所述观测时段内的电场观测数据，确定为所述当前测点的部分电场观测数据，得到所述当前测点的多个部分电场观测数据；根据所述多个部分电场观测数据，拼接得到所述当前测点的电场数据；

反演处理模块，用于根据所述测点的电场数据和所述磁场观测数据，处理得到所述目标探测剖面的反演结果。

Images