CN114089426A - 一种改进的u形螺线源瞬变电磁全空间定向探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改进的U形螺线源瞬变电磁全空间定向探测方法，将多匝方形回线源发射线圈以靠近观测点位置一侧的边框为轴旋转N度，进行数据采集，得到二次场值dB₁₀；每旋转N度采集一次数据，直到旋转至180度完成最后一次数据采集，依次得到二次场值dB₂₀、dB₃₀、…、dB₁₈₀；将采集的二次场值进行叠加，得到改进的U形螺线源瞬变电磁探测结果dB，dB＝dB₀+dB_N+…+dB₁₈₀。通过传统多匝方形回线发射线圈的组合实现了U形螺线源瞬变电磁法探测，大大降低了发射线圈的制作成本。每次多匝方形回线发射线圈数据采集均单独进行，避免了不同旋转角度发射线圈,即各匝U形螺线之间的互感，减小了探测盲区。

Description

一种改进的U形螺线源瞬变电磁全空间定向探测方法

技术领域

本发明涉及地质与勘探地球物理领域，尤其涉及一种改进的U形螺线源瞬变电磁全空间定向探测方法。

背景技术

瞬变电磁法(Transient Electromagnetic Method，简称TEM)是一种建立在电磁感应原理基础上的时间域人工源电磁探测方法。它是利用不接地回线或接地导线向地下发射一次场，在一次场关断后，测量由地下介质产生的感应二次场随时间的变化，来达到寻找各种地质目标的一种地球物理勘探方法。将瞬变电磁法应用于矿井井下探测时，称为矿井瞬变电磁法。

目前，矿井瞬变电磁法发射线圈主要有两种形式：多匝方形回线源发射线圈和U形螺线源发射线圈。其中，多匝方形回线源发射线圈一次场分布在线圈两侧(图1)，一次场关断后会在巷道前方和后方或顶板和底板方向均激发出二次场，这就造成巷道前方和后方或顶板和底板方向地质信息叠加在一起，大大降低了探测精度；U形螺线源发射线圈一次场主要集中在探测方向，一次场关断后只在探测方向激发二次场(图2)，从而可以实现全空间条件下的定向探测。但是，传统U形螺线源发射线圈具有如下缺点：

(1)相对于多匝方形回线源发射线圈，U形螺线源发射线圈制作相对复杂，需要定制U形螺线源发射线圈骨架，制作成本相对较高。

(2)各匝U形螺线之间存在互感，会增加关断时间，从而增加探测盲区。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种改进的U形螺线源瞬变电磁全空间定向探测方法，以降低发射线圈制作成本，并避免各匝U形螺线之间互感，减小探测盲区。为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种改进的U形螺线源瞬变电磁全空间定向探测方法,具体包括以下步骤：

步骤1)将多匝方形回线源发射线圈水平放置在测点位置，进行数据采集，得到二次场值dB₀；

步骤2)将多匝方形回线源发射线圈以靠近观测点位置一侧的边框为轴旋转N度，进行数据采集，得到二次场值dB₁₀；

步骤3)采用步骤2)的方式旋转多匝方形回线源发射线圈，每旋转N度采集一次数据，直到旋转至180度完成最后一次数据采集，依次得到二次场值dB₂₀、dB₃₀、…、dB₁₈₀；

步骤4)将步骤2)-3)采集的二次场值进行叠加，得到改进的U形螺线源瞬变电磁探测结果dB，dB＝dB₀+dB_N+…+dB₁₈₀。

进一步的，步骤2)中，当作为轴的边框位于多匝方形回线源发射线圈的右侧，多匝方形回线源发射线圈顺时针转动；当当作为轴的边框位于多匝方形回线源发射线圈的左侧，多匝方形回线源发射线圈逆时针转动。

进一步的，所述测点位置位于多匝方形回线源发射线圈作为轴的边框的中间位置。

进一步的，所述多匝方形回线发射线圈与传统多匝方形回线发射线圈相同，一般边长为1-2m，匝数1-100匝，发射电流1-6A。

进一步的，数据采集时接收线圈位于测点周围10m内任意位置，但在同一测点不同旋转角度的数据采集中接收线圈位置应相同。

进一步的，多匝方形回线发射线圈每次旋转角度可以为10度。

进一步的，为了提高探测效率，多匝方形回线发射线圈每次旋转角度可以大于10度小于20度，但每次旋转角度需相同且所有旋转角度的和应为180度。

进一步的，为了提高探测精度，多匝方形回线发射线圈每次旋转角度可以小于10度，但每次旋转角度需相同且所有旋转角度的和应为180度。

与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：

(1)通过传统多匝方形回线发射线圈的组合实现了U形螺线源瞬变电磁法探测，大大降低了发射线圈的制作成本。(2)将U形螺线发射线圈等效为一系列多匝方形回线发射线圈的组合，每次多匝方形回线发射线圈数据采集均单独进行，避免了不同旋转角度发射线圈,即各匝U形螺线之间的互感，减小了探测盲区。

附图说明

图1-多匝方形回线源一次场示意图；

图2-U形螺线源一次场示意图；

图3-等效的U形螺线源发射线圈；

图4-发射线圈水平放置数据采集示意图；

图5-发射线圈旋转10度数据采集示意图；

图6-发射线圈旋转至180度数据采集示意图；

图7-改进的U形螺线源瞬变电磁法全空间定向探测数值模拟结果。

图中，1-多匝方形回线发射线圈，1-1-轴，2-测点位置。

具体实施方式

以下参照具体实施例对本发明进行详细的说明。

将U形螺线源发射线圈等效为一系列多匝方形回线源发射线圈的组合,参见图3。不需要制作组合中的所有多匝方形回线源发射线圈，只需制作一个多匝方形回线源发射线圈1，通过旋转的方式完成所有多匝方形回线源发射线圈1的探测，然后基于电磁场的叠加原理，通过电磁场的叠加得到等效U形螺线源瞬变电磁探测结果。

步骤1)将多匝方形回线源发射线圈1水平放置在测点位置2，参见图4，进行数据采集，得到二次场值dB₀。

步骤2)将多匝方形回线源发射线圈1以右侧边框为轴1-1顺时针旋转10度，参见图5，进行数据采集，得到二次场值dB₁₀。

步骤3)将多匝方形回线发射线圈1以右侧边框为轴1-1，采用步骤2)的方式，每旋转10度采集一次数据，直到旋转至180度完成最后一次数据采集，参见图6，依次得到二次场值dB₂₀、dB₃₀、…、dB₁₈₀。

步骤4)将步骤2-3采集的二次场值进行叠加，得到改进的U形螺线源瞬变电磁探测结果dB，dB＝dB₀+dB₁₀+…+dB₁₈₀。

实施例1

为了说明本发明方法在对传统U形螺线源发射线圈进行改进后仍然具有定向探测效果，进行了数值模拟计算。模型参数设置为：多匝方形回线发射线圈1边长为2m，匝数为40匝，发射电流5A，围岩电阻率10Ω·m，每旋转10度采集一次二次场数据。采用有限差分方法，进行三维数值模拟计算。图7为一次场关断后0.24ms的二次场模拟结果，y轴为巷道轴线方向，z轴为深度方向，z轴负值为巷道顶板方向，z轴正值为巷道底板方向，测点位置为(y＝0m，z＝0m)，探测方向为巷道底板方向。由图7可见，二次场主要集中在巷道底板方向，说明本发明改进的U形螺线源瞬变电磁法具有全空间定向探测效果。

Claims (8)

1.一种改进的U形螺线源瞬变电磁全空间定向探测方法,其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1)将多匝方形回线源发射线圈水平放置在测点位置，进行数据采集，得到二次场值dB₀；

步骤2)将多匝方形回线源发射线圈以靠近观测点位置一侧的边框为轴旋转N度，进行数据采集，得到二次场值dB₁₀；

步骤3)采用步骤2)的方式旋转多匝方形回线源发射线圈，每旋转N度采集一次数据，直到旋转至180度完成最后一次数据采集，依次得到二次场值dB₂₀、dB₃₀、…、dB₁₈₀；

步骤4)将步骤2)-3)采集的二次场值进行叠加，得到改进的U形螺线源瞬变电磁探测结果dB，dB＝dB₀+dB_N+…+dB₁₈₀。

2.根据权利要求1所述的一种改进的U形螺线源瞬变电磁全空间定向探测方法,其特征在于，步骤2)中，当作为轴的边框位于多匝方形回线源发射线圈的右侧，多匝方形回线源发射线圈顺时针转动；当当作为轴的边框位于多匝方形回线源发射线圈的左侧，多匝方形回线源发射线圈逆时针转动。

3.根据权利要求1所述的一种改进的U形螺线源瞬变电磁全空间定向探测方法,其特征在于，所述测点位置位于多匝方形回线源发射线圈作为轴的边框的中间位置。

4.根据权利要求1所述的一种改进的U形螺线源瞬变电磁全空间定向探测方法,其特征在于，所述多匝方形回线发射线圈边长为1-2m，匝数1-100匝，发射电流1-6A。

5.根据权利要求1所述的一种改进的U形螺线源瞬变电磁全空间定向探测方法,其特征在于，数据采集时接收线圈位于测点周围10m内任意位置，但在同一测点不同旋转角度的数据采集中接收线圈位置应相同。

6.根据权利要求1所述的一种改进的U形螺线源瞬变电磁全空间定向探测方法,其特征在于，所述多匝方形回线发射线圈每次旋转角度为10度。

7.根据权利要求1所述的一种改进的U形螺线源瞬变电磁全空间定向探测方法,其特征在于，所述多匝方形回线发射线圈每次旋转角度大于10度小于20度，每次旋转角度需相同且所有旋转角度的和应为180度。

8.根据权利要求1所述的一种改进的U形螺线源瞬变电磁全空间定向探测方法,其特征在于，所述多匝方形回线发射线圈每次旋转角度小于10度，每次旋转角度需相同且所有旋转角度的和应为180度。

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