CN114384593A - 一种分布式三维激电数据采集处理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种分布式三维激电数据采集处理装置，所述装置包括：发射组件、计算机和多个接收组件；发射组件用于向待测区域所在地面发射设定大小的电流信号，并实时记录所述电流信号；接收组件用于采集待测区域所在地面的电压信号和视极化率，并实时记录电压信号和视极化率；计算机用于获取所述电流信号、所述电压信号和视极化率，并分别对电流信号和电压信号进行处理得到待测区域的视电阻率，以使后续根据视极化率和视电阻率分析待测区域的极化性和导电性。本发明通过设置一个发射组件和多个接收组件，提高了数据采集的效率和数据的丰富性。
Description
技术领域
本发明涉及地震勘探和数据采集技术领域，特别是涉及一种分布式三维激电数据采集处理装置及方法。
背景技术
激发极化法是以岩矿石和地下水的激发极化效应差异为基础，用人工源进行激发，用某种极距的装置形式观测地下介质极化率和视电阻率变化，从而解决资源和矿产等地质问题的方法。作为地球物理勘探中最悠久和最成熟的方法之一，常规极化法在浅部水资源和矿产资源勘探中发挥着重要的作用，特别是针对含硫化物类的金属矿，有显著的效果。常规激发极化法测量通常用于扫面测量，得到的是一个区域的地表直接测量结果，而进行地下测深测量的时候效果较差，且效率较低。
分布式采集方式始于地震勘探行业，经过几十年的发展，目前已经非常成熟，这种分布式的多通道数据采集方式使地震勘探数据量成千上万倍地增加，其数据采集和资料解释自动化的进步也提高了地震勘探的效率和精度。因此，采用类似地震勘探中多通道分布式的数据采集方法，可以大大增加电法勘探中数据采集密度和勘探分辨率，但分布式的采集方式在电法勘探中的应用相对较少，不管是采集技术还是配套软件都不成熟，也没能形成统一的技术标准，落后地震勘探行业应用20年左右，但是有快速增长的潜力。
近年来，随着人们对电法勘探越来越高精度要求，分布式三维电法勘探也越来越受到重视，其主要思想是采用多通道分布式的方式尽可能地记录地下三维立体空间的电场分布信息，然后利用三维正演模拟和反演计算进行资料处理解释，从而提高电法勘探分辨软件率。所谓分布式是指采集站无需电缆连接，采用GPS同步方式，自动记录信号，通过后期处理解算发射和接收之间的关系。分布式电法勘探多通道的采集方式主要由一个大型网状部署的分布式采集站组成，不但避免了使用大量电缆而产生的电容耦合问题，而且部署方式灵活，能快速采集数据和消除噪声。但传统电法探测方法主要用于浅层的矿产资源勘探，数据采集方式比较单一且效率较低，其中，数据采集设备包括一组发射装置和一组接收装置，每次测量时都需要改变接收装置的位置，以实现不同测点的测量，并且每次测量仅能测量当前测点的一组数据，若想获取不同测点的数据需要不断更换接收装置的位置，因此无法高效率地获取丰富的测量信息。
发明内容
本发明的目的是提供一种分布式三维激电数据采集处理装置及方法，能够提高数据采集的效率和获取丰富的数据。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种分布式三维激电数据采集处理装置，所述装置包括：发射组件、计算机和多个接收组件；
所述发射组件，用于向待测区域所在地面发射设定大小的电流信号，并实时记录所述电流信号；
所述接收组件，用于采集待测区域所在地面的电压信号和视极化率，并实时记录所述电压信号和所述视极化率；
计算机，用于获取所述电流信号、所述电压信号和所述视极化率，并分别对所述电流信号和所述电压信号进行处理，得到待测区域的视电阻率，以使后续根据所述视极化率和所述视电阻率分析所述待测区域的极化性和导电性。
可选地，所述发射组件包括：发射机、电流记录器和至少两个发射电极；
所述发射机，用于发射设定大小的电流信号；
所述发射电极，分别与所述发射机和大地连接，用于将所述电流信号传输给大地；
所述电流记录器，分别与各所述发射电极连接，用于记录发射机实时发射的电流信号。
可选地，所述接收组件包括：电压记录器和至少三个接收电极；
所述接收电极，与大地连接，用于采集流经大地的电压信号；
所述电压记录器，分别与各所述接收电极连接，用于采集待测区域所在地面的电压信号和视极化率，并记录所述电压信号和所述视极化率。
可选地，当所述接收电极的数量为三个时，三个接收电极呈L型分布。
可选地，所述发射组件和所述接收组件均设有GPS定位器。
为实现上述目的，本发明还提供了一种分布式三维激电数据采集处理方法，所述方法基于所述的装置，所述方法包括：
获取待测区域的电流信号；所述电流信号为发射组件向待测区域所在地面发射的设定大小的电流信号；
获取待测区域的电压信号和视极化率；所述电压信号为接收组件采集到的待测区域所在地面的电压信号；
分别对所述电流信号和所述电压信号进行处理，得到待测区域的视电阻率。
可选地，所述方法还包括：根据所述视极化率和所述视电阻率分析所述待测区域的极化性和导电性。
可选地，所述分别对所述电流信号和所述电压信号进行处理，得到待测区域的视电阻率，具体包括：
采用fullwave viewer软件读取所述电流信号和所述电压信号，并对所述电流信号和所述电压信号进行时间匹配，得到时间匹配的电流数据和时间匹配的电压数据；
通过ProsysⅡ软件对所述时间匹配的电压数据对应的各接收电极的位置标号进行转换，得到各接收电极的实际坐标；
基于所述时间匹配的电流数据、所述时间匹配的电压数据、各接收电极的实际坐标和各发射电极的实际坐标，计算视电阻率。
可选地，计算所述视电阻率Ps的具体公式为：
其中，A、B表示发射电极，M、N表示接收电极，AM表示发射电极A和接收电极M之间的距离，AN表示发射电极A和接收电极N之间的距离，BN表示发射电极B和接收电极N之间的距离，BM表示发射电极B和接收电极M之间的距离，π表示圆周率，V表示测量电位差，I表示发射电流值，K表示与发射电极和接收电极的位置有关的无量纲系数。
可选地，所述根据所述视极化率和所述视电阻率分析所述待测区域的极化性和导电性，具体包括：
采用三维反演软件，对各接收电极的实际坐标、各发射电极的实际坐标、视电阻率以及视极化率进行反演处理，得到三维分布数据；所述三维分布数据用于反映待测区域地下的极化性和导电性；
采用三维切片技术或者空间等值线绘制法对所述三维分布数据进行可视化处理，得到视极化率的三维切片图、视极化率的等值线图、视电阻率的三维切片图和视电阻率的等值线图。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种分布式三维激电数据采集处理装置及方法，所述装置包括：发射组件、计算机和多个接收组件；发射组件用于向待测区域所在地面发射设定大小的电流信号，并实时记录所述电流信号；接收组件用于采集待测区域所在地面的电压信号和视极化率，并实时记录电压信号和视极化率；计算机用于获取所述电流信号、所述电压信号和视极化率，并分别对电流信号和电压信号进行处理得到待测区域的视电阻率，以使后续根据视极化率和视电阻率分析待测区域的极化性和导电性。本发明通过设置一个发射组件和多个接收组件，提高了数据采集的效率和数据的丰富性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明分布式三维激电数据采集处理装置的模块结构示意图；
图2为本发明分布式三维激电数据采集处理装置的电极布置示意图；
图3为本发明分布式三维激电数据采集处理方法的流程图；
图4为三维切片示意图。
符号说明：
发射组件-1，发射机-11，电流记录器-12，发射电极13，发电机-14；计算机-2，接收组件-3，电压记录器-31，接收电极-32。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
本发明的目的是提供一种分布式三维激电数据采集处理装置及方法，能够提高数据采集的效率和获取丰富的数据。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供了一种分布式三维激电数据采集处理装置，所述装置包括：发射组件1、计算机2和多个接收组件3。
所述发射组件1，用于向待测区域所在地面发射设定大小的电流信号，并实时记录所述电流信号。
所述接收组件3，用于采集待测区域所在地面的电压信号和视极化率，并实时记录所述电压信号和所述视极化率。
计算机3，用于获取所述电流信号、所述电压信号和所述视极化率，并分别对所述电流信号和所述电压信号进行处理，得到待测区域的视电阻率，以使后续根据所述视极化率和所述视电阻率分析所述待测区域的极化性和导电性。
具体地，如图1所示，所述发射组件1包括：发射机11、电流记录器12和至少两个发射电极13。
所述发射机11，用于发射设定大小的电流信号。
所述发射电极13，分别与所述发射机11和大地连接，用于将所述电流信号传输给大地。
所述电流记录器12，分别与各所述发射电极连接，用于记录发射机11实时发射的电流信号。
进一步地，所述发射组件1还包括：发电机14，分别与所述发射机11和所述电流记录器12连接，用于为所述发射机11和所述电流记录器12供电。
进一步地，所述发射机11与所述发射电极13通过发射电缆连接。
具体地，发射电极13可以布置在待测区域内任意位置，测量时只需要记录具体的发射电极13坐标位置。发射机11负责提供指定的发射电流，电流记录器12记录全波型电流时间序列数据，可以在无人值守的情况下连续的记录发射机11实时发射的电流数据。在本发明的具体实施例中，电流记录器12与发射电缆串联，能够记录的最大电流为25A。发射机11可以布置在距离发电机14比较近的位置，也可以布置在距离任意发射电极13比较近的位置。如图2所示，深色圆点表示发射电极13，为了更好的探测效果，发射电极可以均匀的布置在待测区域内部和外围。
具体地，所述接收组件3包括：电压记录器31和至少三个接收电极32。
所述接收电极32，与大地连接，用于采集流经大地的电压信号。
所述电压记录器31，分别与各所述接收电极32连接，用于采集待测区域所在地面的电压信号和视极化率，并记录所述电压信号和所述视极化率。
进一步地，接收电极32与所述电压记录器31通过连接电缆连接。
优选地，当所述接收电极32的数量为三个时，三个接收电极呈L型分布，如图2所示，浅色圆点表示接收电极，3个接收电极呈L型布置，每3个一组，形成2个独立的采集通道，其中，位于L型端点的两个接收电极用于采集两个方向的电场全波型数据，位于L型拐角的电极为公用电极，每个位于端点的接收电极与公用电极的电位差即为待测电压信号，电压记录器用于采集该电压信号。实际应用中，每个电压记录器的2个通道可以是任意的方向，接收电极呈L型摆放可以同时测量2个正交分量的数据，而同方向摆放可以对一个方向的数据进行加强，达到测深的效果，其他方向的摆放可以针对不同的特定探测目的，在此不做限制，无论哪种摆放方式，只需要记录下每个接收电极的坐标位置。
进一步地，将多个接收组件覆盖待测区域，且多个接收组件可以排列成任意的观测形式，只需要记录具体的电极坐标位置，具体的电压记录器数量可以根据观测目的来确定，在此不作限制。
进一步地，所述发射组件1和所述接收组件3均设有GPS定位器。具体地，所述电压记录器31和电流记录器12上均带有GPS定位器，用于对所述电压数据和电流数据进行时间匹配。
在本发明的具体实施例中，每次测量时，发射组件1提供设定大小的电流信号，所有的电压记录器31接收测量得到的电压信号。同一个测区的测量工作中，每次测量仅需要改变发射电极11的位置，不需要移动电压记录器31的位置，就可以实现不同位置测深的效果，且每次测量可以从多个接收组件获得多组采集数据，提高了数据采集的效率和数据丰富性。每次变换发射电极11位置时，需要关断发射组件，因此，电流记录器12只记录有电流发射时的数据，而电压记录器31不会关断，会记录整个测量周期的数据。
为实现上述目的，如图3所示，本发明还提供了一种分布式三维激电数据采集处理方法，所述方法基于所述的装置，所述方法包括以下步骤：
S1：获取待测区域的电流信号；所述电流信号为发射组件向待测区域所在地面发射的设定大小的电流信号。
S2：获取待测区域的电压信号和视极化率；所述电压信号为接收组件采集到的待测区域所在地面的电压信号。
S3：分别对所述电流信号和所述电压信号进行处理，得到待测区域的视电阻率。
进一步地，所述方法还包括步骤S4：根据所述视极化率和所述视电阻率分析所述待测区域的极化性和导电性。
具体地，步骤S3具体包括：
采用fullwave viewer软件读取所述电流信号和所述电压信号，并对所述电流信号和所述电压信号进行时间匹配，得到时间匹配的电流数据和时间匹配的电压数据。其中，电流记录器12和电压记录器31分别记录了采集的电流数据和电压数据，两种数据独立记录，互不相关，需要用软件fullwave viewer分别读取这两种原始数据，然后进行时间匹配和计算来进行相关。
通过ProsysⅡ软件对所述时间匹配的电压数据对应的各接收电极的位置标号进行转换，得到各接收电极的实际坐标。在电压记录器31的记录中，为了方便，只记录了接收电极的位置标号，而不是真正的空间坐标，需要制作坐标转换文件，将实际坐标位置值根据电压记录器内的位置标号导入到数据文件中，来获得相应不同电压记录器对应测点的数据。
基于所述时间匹配的电流数据、所述时间匹配的电压数据、各接收电极的实际坐标和各发射电极的实际坐标，计算视电阻率。
具体地，计算所述视电阻率Ps的具体公式为：
其中，A、B表示发射电极，M、N表示接收电极，AM表示发射电极A和接收电极M之间的距离，AN表示发射电极A和接收电极N之间的距离，BN表示发射电极B和接收电极N之间的距离，BM表示发射电极B和接收电极M之间的距离，π表示圆周率，V表示测量电位差，I表示发射电流值，K表示与发射电极和接收电极的位置有关的无量纲系数。其中，测量电位差V由电压记录器测量，发射电流值I由电流记录器测量。
在本发明的具体实施例中，还记录了各电极布极方式，电极A、电极B、电极M和电极N的X、Y和Z坐标，背离差，自然电位，一次电位，测量周期。
进一步地，现有技术中，不同仪器设备的原始数据格式并不一样，IRIS公司生产的观测系统，需要用fullwave viewer软件来读取和编辑；而Horn3D观测系统产生的数据，需要用rocket软件来读取和编辑。本发明设计了一种在rocket软件内嵌的数据处理程序，能够读取IRIS观测系统采集的数据以及Horn3D观测系统采集的数据并对采集的数据进行处理，从而通过一个软件对不同观测系统产生的原始数据进行合并处理，提高了数据处理的效率和便捷性。此外，本发明设计的数据处理程序能够实现上述fullwave viewer软件读取、编辑数据的功能，以及ProsysⅡ软件的数据处理功能。
进一步地，步骤S4具体包括：
采用三维反演软件，对各接收电极的实际坐标、各发射电极的实际坐标、视电阻率以及视极化率进行反演处理，得到三维分布数据；所述三维分布数据用于反映待测区域地下的极化性和导电性；三维分布数据文件内容如表1所示。其中，每一列代表的数据内容为：反演点的X坐标，Y坐标，Z坐标，电阻率，极化率，灵敏度。每一行数据代表了一个反演点的相关信息，整个数据体构成了地下导电性和极化性三维分布的情况。
表1三维分布数据文件内容
| X坐标 | Y坐标 | Z坐标 | 电阻率 | 极化率 | 灵敏度 |
| 584851 | 4941446 | 0.0000 | 69.0816 | 5.31353e+00 | 7.8971e-07 |
| 584694 | 4941291 | 0.0000 | 69.0816 | 5.31353e+00 | 7.8971e-07 |
| 585163 | 4941446 | 0.0000 | 68.7023 | 5.30517e+00 | 1.2899e-06 |
| 585475 | 4941446 | 0.0000 | 68.0882 | 5.29165e+00 | 1.3741e-06 |
| 585788 | 4941446 | 0.0000 | 67.2365 | 5.27509e+00 | 1.4933e-06 |
采用三维切片技术或者空间等值线绘制法对所述三维分布数据进行可视化处理，得到视极化率的三维切片图、视极化率的等值线图、视电阻率的三维切片图和视电阻率的等值线图。具体地，三维分布数据包含所有的反演结果数据，构成了三维体分布。实际应用中，根据展示目的，需要将三维数据体中的数据划分出特定方向的切片图来进行分析，切片图可以是横向、纵向和水平方向，也可以是根据需要沿着任何方向来展布，如果所需切片的位置不是数据点所在的位置，需要将数据重新进行空间网格化，以得到需要的切片数据，三维切片图如图4所示。此外，也可以生成视电阻率或者视极化率的三维空间等值线图，由空间内相同值的数据点平滑连接后得到，空间等值线图可以确定数据体内等值面的分布和延伸情况。
本发明的三维激电测量方式可以开展大区域的三维激电测量，获得丰富的数据，并可以经过三维反演得到地下电阻率和极化率的分布，对于矿产资源勘查和地质岩体与构造识别有重要的作用。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种分布式三维激电数据采集处理装置，其特征在于，所述装置包括：发射组件、计算机和多个接收组件；
所述发射组件，用于向待测区域所在地面发射设定大小的电流信号，并实时记录所述电流信号；
所述接收组件，用于采集待测区域所在地面的电压信号和视极化率，并实时记录所述电压信号和所述视极化率；
计算机，用于获取所述电流信号、所述电压信号和所述视极化率，并分别对所述电流信号和所述电压信号进行处理，得到待测区域的视电阻率，以使后续根据所述视极化率和所述视电阻率分析所述待测区域的极化性和导电性。
2.根据权利要求1所述的分布式三维激电数据采集处理装置，其特征在于，所述发射组件包括：发射机、电流记录器和至少两个发射电极；
所述发射机，用于发射设定大小的电流信号；
所述发射电极，分别与所述发射机和大地连接，用于将所述电流信号传输给大地；
所述电流记录器，分别与各所述发射电极连接，用于记录发射机实时发射的电流信号。
3.根据权利要求1所述的分布式三维激电数据采集处理装置，其特征在于，所述接收组件包括：电压记录器和至少三个接收电极；
所述接收电极，与大地连接，用于采集流经大地的电压信号；
所述电压记录器，分别与各所述接收电极连接，用于采集待测区域所在地面的电压信号和视极化率，并记录所述电压信号和所述视极化率。
4.根据权利要求3所述的分布式三维激电数据采集处理装置，其特征在于，当所述接收电极的数量为三个时，三个接收电极呈L型分布。
5.根据权利要求1所述的分布式三维激电数据采集处理装置，其特征在于，所述发射组件和所述接收组件均设有GPS定位器。
6.一种分布式三维激电数据采集处理方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1-5任意一项所述的装置，所述方法包括：
获取待测区域的电流信号；所述电流信号为发射组件向待测区域所在地面发射的设定大小的电流信号；
获取待测区域的电压信号和视极化率；所述电压信号为接收组件采集到的待测区域所在地面的电压信号；
分别对所述电流信号和所述电压信号进行处理，得到待测区域的视电阻率。
7.根据权利要求6所述的分布式三维激电数据采集处理方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述视极化率和所述视电阻率分析所述待测区域的极化性和导电性。
8.根据权利要求6所述的分布式三维激电数据采集处理方法，其特征在于，所述分别对所述电流信号和所述电压信号进行处理，得到待测区域的视电阻率，具体包括：
采用fullwave viewer软件读取所述电流信号和所述电压信号，并对所述电流信号和所述电压信号进行时间匹配，得到时间匹配的电流数据和时间匹配的电压数据；
通过ProsysⅡ软件对所述时间匹配的电压数据对应的各接收电极的位置标号进行转换，得到各接收电极的实际坐标；
基于所述时间匹配的电流数据、所述时间匹配的电压数据、各接收电极的实际坐标和各发射电极的实际坐标，计算视电阻率。
9.根据权利要求8所述的分布式三维激电数据采集处理方法，其特征在于，计算所述视电阻率Ps的具体公式为：
其中，A、B表示发射电极，M、N表示接收电极，AM表示发射电极A和接收电极M之间的距离，AN表示发射电极A和接收电极N之间的距离，BN表示发射电极B和接收电极N之间的距离，BM表示发射电极B和接收电极M之间的距离，π表示圆周率，V表示测量电位差，I表示发射电流值，K表示与发射电极和接收电极的位置有关的无量纲系数。
10.根据权利要求7所述的分布式三维激电数据采集处理方法，其特征在于，所述根据所述视极化率和所述视电阻率分析所述待测区域的极化性和导电性，具体包括：
采用三维反演软件，对各接收电极的实际坐标、各发射电极的实际坐标、视电阻率以及视极化率进行反演处理，得到三维分布数据；所述三维分布数据用于反映待测区域地下的极化性和导电性；
采用三维切片技术或者空间等值线绘制法对所述三维分布数据进行可视化处理，得到视极化率的三维切片图、视极化率的等值线图、视电阻率的三维切片图和视电阻率的等值线图。
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