CN2702325Y - 全自动高分辨率地层岩性扫描仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于测量地下岩层情况及地层结构的全自动高分辨率地层岩性扫描仪。在现代勘探技术中，诸如人工地震法、重力法、大地电磁测深法、建场法和利用太阳风的岩性探测法，其提供的勘探地质剖面，地质信息不能满足钻井设计的需要，钻干井概率很大，效果很不尽人意。本实用新型带是一种采集电磁参数和时、频、深三独立变量边缘分布的自动处理设备，它由电磁量放大器、前端放大器和增益控制放大器、单片机控制自动反褶积器、远程数据传输、数据处理，掌上电脑五大部分组成二级分散控制系统。因而其具有有效勘探深度大，准确率高，不受地理环境条件限制，系统轻便，无破坏，无污染，施工简易，运用范围广等优点。

Description

全自动高分辨率地层岩性扫描仪

一、技术领域：

本实用新型涉及地球物理电磁测量仪器的地球物理技术领域，具体说是一种用于测量地下岩层情况及地层结构的全自动高分辨率地层岩性扫描仪。

二、技术背景：

在现代勘探技术中，诸如人工地震法、重力法、大地电磁测深法、建场法和利用太阳风的岩性探测法，由于理论方法上的特点和缺陷，提供的勘探地质剖面，地质信息不能满足钻井设计的需要，效果很不尽人意，干井几率很大。

继著名地球物理学家傅承义、祁贵仲等，提出地球磁场球谐分析之后，1985年，加拿大学者G.V.Haines改进了球谐分析，提出球冠谐和分析法(冠谐分析)，能反映区域地面磁场的岩石层深度分布本质，可以揭示不同深度的岩石层磁性结构，1971年，美国学者R GABILLLARD、PIERRE DEGAUQUE AND JAMES R.WAIT等证明：地下电磁波传播距离与上边界频率的相互确定关系：

$f_0=\frac{{\mathrm{\η}}_0^2}{\mathrm{\π\μ\σ}}\×\frac{1}{r_m^2}=k\frac{\mathrm{\ρ}}{r_m^2}$ $k=\frac{{\mathrm{\η}}_0^2}{\mathrm{\π\μ}}$

式中：系数 $k={\mathrm{\η}}_0^2/\mathrm{\π\μ\σ}.$

三、发明内容：

本实用新型的目的在于提供一种利用地面磁场频率分布律理论研制的，适用于各种领域地质勘探，高精度，自动化数据采集、通讯、资料处理的全自动高分辨率地层岩性扫描仪。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种全自动高分辨率地层岩性扫描仪，其特殊之处在于：所述的扫描仪包括带式平板电磁综合传感器1，地面地层岩性辐射电磁波放大、滤波处理器2，地层岩性信号自动反褶积器3，波形变换和遥测数据通讯接口4，两级微型电子计算机5五大部分；所述的带式平板电磁综合传感器1的输出端与地面岩层岩性辐射电磁波放大、滤波处理器2输入端连接，地面地层岩性辐射电磁波放大、滤波处理器2的输出端与地层岩性信号自动反褶积器3的输入端连接，地层岩性信号自动反褶积器3经波形变换和遥测数据通讯接口4与两级微型电子计算机5连接。

上述的带式平板电磁综合传感器1为带式平板电容与磁敏器件组合而成一种采集电、磁参数的组合传感器，带式平板电容为两块良导体薄片夹高强度绝缘材料构成。

上述的地面岩层岩性辐射电磁波放大由前端电荷磁参数放大器、前端放大器、可控变增益放大器组成三部份组成。

上述的岩层岩性信号自动反褶积器3由单片机、掌上电脑实现二级系统控制的标准地层岩性网络、选频放大器组成，通带宽为3--4600Hz，组成时、深、频三独立变量边缘分布的自动模、数结合处理功能。

上述的波形变换、遥测数据通讯接口4由信号检测和脉冲变换，接口线路、和微型电子计算机信号处理组成二级控制智能通信系统，借助通讯网可将现场资料传出。

本实用新型相对于现有技术，其优点如下：

1、本发明有效勘探深度大，可达6000米以深；最大步长为2.0米；最大分辨能力为0.5米；深度误差可控制在两个采集步长内，提供的钻前岩性柱状剖面图，与钻井资料对比符合率在75％以上。

2、本发明适用于地质勘探各种领域，可以识别出粘土、沙层、卵石、结核、泥岩、泥夹卵石、砂岩、灰岩、变质岩、火成岩等岩性层分界面，溶洞、裂隙、破碎发育层内部状况。区分油、气、水层界面及煤层、金属、矿物成分和品位估计。

3、本发明体积特小、重量特轻，施工特别方便，不布线，不放炮，不受地理环境条件限制，系统轻便，无破坏、无污染施工简易，是一种适用于地质勘探，对各种勘探条件，都能快速、准确、经济地实现钻孔目标的最有效勘探方法。

四、附图说明：

图1为本实用新型的总体框图；

图2为本实用新型的结构布局；

图3为本实用新型的电磁量前端放大器电路图；

图4为本实用新型的增益控制放大器电路图；

图5为本实用新型的高、低通滤波器电路图；

图6为本实用新型的单片机外围电路与控制电路图；

图7为本实用新型的选频放大器电路与地层岩性标准结构网络电路图。

五、具体实施方式：

本实用新型是全自动化高分辨率地层岩性扫描仪，集地面物探和钻井技术所长为一体，根据不同岩层有不同的电磁学特征，对地下岩层对地球内部辐射到地面的辐射电磁波，在时间、空间和频率域中的能量转换和传播规律，按深度研究岩层埋深和岩层岩性，直接提供与钻井岩性剖面等效的钻前岩性剖面的：无论有无参照井资料，总可利用排列外推法、内插法，或利用多勘探点法采集资料、通过等值地层分析，准确确定新钻井点地下目的矿层的埋深、厚度和矿层内部构造及区域构造特征，达成优选最佳钻井点、圈闭矿区和准确评定储量的目的。经勘探实践证明：岩性扫描法在断裂附近或有大倾角构造的地区，也能得到高质量的地质剖面资料。

本实用新型在各相异性介质层中，岩层辐射电磁波穿过不同电阻率的各岩层分界面，曲线上有不同幅度的异常变化，当岩层有裂隙、破碎发育，岩层辐射电磁波在裂隙、破碎层的频率发生激烈的突跳，曲线上产生跳跃式的突变，埋深在5000米以深，也能有清晰的显示，本实用新型无论在沉积地区或在火成岩、变质岩的裂隙、破碎带中找水特别灵敏。

参见图1、图2，图1为本实用新型的总体框图；本实用新型为一种采集电磁参数和时、频、深三独立变量边缘分布的自动遥测系统，它由带式平板电磁综合传感器1，地面地层岩性辐射电磁波放大、滤波处理器2，地层岩性信号自动反褶积器3，波形变换和遥测数据通讯接口4，两级微型电子计算机5五大部分组成；所述的带式平板电磁综合传感器1的输出端与地面地层岩性辐射电磁波放大、滤波处理器2输入端连接，地面地层岩性辐射电磁波放大、滤波处理器2的输出端与地层岩性信号自动反褶积器3的输入端连接，地层岩性信号自动反褶积器3经波形变换和遥测数据通讯接口4与两级微型电子计算机5连接。

参见图3、图3为本实用新型的电磁量前端放大器电路图；电磁量放大器用以放大地层岩性辐射电磁波，其采用典型的电荷放大器，该电荷放大器为电荷/电压转换电路，由于传感器上形成的电荷量非常小，故采用高灵敏度放大器结构：BG1采用N钩道场效应管做低噪声源跟随器，LT1028运算放大器做信号放大，D1，D2，D3是三个恒流二极管，电源做简单去耦，组成一个简单的实用电路。带式平板电磁综合传感器1，带式平板电容为两块良导体薄片夹高强度绝缘材料构成，与磁敏器件组合而成一种采集电、磁参数的组合传感器。

参见图4、图4为本实用新型的增益控制放大器电路图；增益控制放大器电路图，可对小信号进行两级可变增益放大。

参见图5、图5为本实用新型的高、低通滤波器电路图；其前端和变增益控制放大器总设计增益为120db，固定增益90db。

参见图6、图6为本实用新型的单片机外围电路与控制电路图；地层岩性信号自动反褶积器3，它是由单片机、掌上电脑实现二级系统控制的标准地层岩性网络、选频放大器组成，通带宽为3--4600Hz，构成本发明的核心部件，组成时深频三独立变量边缘分布的自动模、数转换处理功能，全部在仪器主板上，安装在传感器的上方。

参见图7、图7为本实用新型的选频放大器电路与地层岩性标准结构网络电路图。

参见图8、图8为本实用新型的波形变换与遥测数据通讯接口电路图。

波形变换、遥测数据通讯接口4，它是由信号检测和脉冲变换，接口线路、和微型电子计算机信号处理组成二级控制智能通信系统，核心部件是由掌上电脑、笔记本电脑，借助通讯网可将现场资料发送到任何地方的指挥中心。在线通讯距离依仪器接口型号而异。

本实用新型体积特小、重量特轻，施工特别方便：不布线，不放炮，不受地理环境条件限制；有效勘探深度大，可达5000米以深；分辨能力为0.5米一个步长，深度误差可控制在两个采集步长内，它突破了只能找异常、找构造的勘探模式，直接提供岩性柱状剖面图，准确率大大超过常规勘探方法，与钻井资料对比符合率在75％。

本实用新型有效勘探深度大，可达6000米以深；最大步长为2.0米；最大分辨能力为0.5米；深度误差可控制在两个采集步长内，提供的钻前岩性柱状剖面图，与钻井资料对比符合率在75％以上。

适用于地质勘探各种领域，可以识别出粘土、沙层、卵石、结核、泥岩、泥夹卵石、砂岩、灰岩、变质岩、火成岩等岩性层分界面，溶洞、裂隙、破碎发育层内部状况。区分油、气、水层界面及煤层、金属、矿物成分和品位估计。

不受地理环境条件限制，系统轻便，无破坏、无污染施工简易，是一种满足绿色环保要求，对各种勘探条件，都能快速、准确、经济地实现钻孔目标的最有效勘探方法。

Claims (5)

1、一种全自动高分辨率地层岩性扫描仪，其特征在于：所述的扫描仪包括带式平板电磁综合传感器(1)，地面地层岩性辐射电磁波放大、滤波处理器(2)，地层岩性信号自动反褶积器(3)，波形变换和遥测数据通讯接口(4)，两级微型电子计算机(5)五大部分；所述的带式平板电磁综合传感器(1)的输出端与地面地层岩性辐射电磁波放大、滤波处理器(2)输入端连接，地面地层岩性辐射电磁波放大、滤波处理器(2)的输出端与地层岩性信号自动反褶积器(3)的输入端连接，地层岩性信号自动反褶积器(3)经波形变换和遥测数据通讯接口(4)与两级微型电子计算机(5)连接。

2、根据权利要求1所述的全自动高分辨率地层岩性扫描仪，其特征在于：所述的带式平板电磁综合传感器(1)为带式平板电容与磁敏器件组合而成一种采集电、磁参数的组合传感器，带式平板电容为两块良导体薄片夹高强度绝缘材料构成。

3、根据权利要求1或2所述的全自动高分辨率地层岩性扫描仪，其特征在于：所述的地面地层岩性辐射电磁波放大、滤波信号预处理器(2)由前端电荷磁参数放大器、前端放大器、可控变增益放大器组成三部份组成。

4、根据权利要求3所述的全自动高分辨率地层岩性扫描仪，其特征在于：所述的地层岩性信号自动反褶积器(3)由单片机、掌上电脑实现二级系统控制的标准地层岩性网络、选频放大器组成，通带宽为3--4600Hz，组成时、深、频三独立变量边缘分布的自动模、数结合处理功能。

5、根据权利要求4所述的全自动高分辨率地层岩性扫描仪，其特征在于：所述的波形变换、遥测数据通讯接口(4)由信号检测和脉冲变换，接口线路、和微型电子计算机信号处理组成二级控制智能通信系统，借助通讯网可将现场资料传出。

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