KR102110692B1 - 심부 지질, 황화물 광석체 자원 탐지 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 심부 지질, 황화물 광물체 자원의 탐지 방법을 개시하고, 발사 장치는 땅 아래로 의사난수의 발사 파형을 발송하고, 지하 매체가 다시 지면으로 전파되며, 지면에서 수신기를 관측하여 전자기장 응답 신호를 수집하고, 수신기에서 관측된 전자기장 응답 신호와 발사 파형의 상관관계, 분별 추출된 의사난수 발사 파형을 디콘볼루션하여 유도된 대지 임펄스 응답 신호 분석하여 겉보기 비저항과 분극률 위상을 계산하고, 데이터 처리로 심부 자원의 높은 해상도의 분극률과 비저항을 반영하는 전기적 미세 구조를 획득하는 것을 포함한다. 본 발명에서 개시하는 탐지 방법은, 다중 채널 전법기의 가상의 임의 부호화된 전류 신호 발사, 관측된 전자기장 응답과 발사 전류 신호의 디콘볼루션을 사용하여 간섭을 제거하고, 겉보기 비저항과 유도분극 위상을 계산하여 지질, 황화물 광물체 자원의 탐사 탐지를 달성하고, 심부 황화물 광석체의 탐사 효과를 크게 향상시켰으며, 실제 넓은 응용에 유리하다.

Description

심부 지질, 황화물 광석체 자원 탐지 방법{Deep fat, sulfide ore body detection method}

본 발명은 탐지 장치에 관한 것으로서, 특히 심부 지질, 황화물 광석체 자원 탐지 방법에 관한 것이다.

지질 광석체 자원의 탐사 탐지에서 사용되는 방법은 일반적으로 전자기법과 유도분극법을 포함한다. 전지기법은 비록 1000m이상 깊이의 지질과 광석체의 탐사가 가능하나, 황화물 광석체와 관련된 분극률 정보를 탐지하는 것이 불가능하다. 따라서 함침 상태의 금속 광석체의 황화물의 탐사를 위해서는 유도분극법을 채용하여 탐사 탐지하였다. 현재, 기존의 분극률 탐지기의 탐사 깊이는 1000m 이하로 얕고, 심부 지질, 황화물 광석체 자원 탐사 탐지를 할 수 없어, 심부 황화물 광석체의 탐사 효과에 큰 영향을 주었고, 실제 사용에 제한이 있었다. 따라서, 본 영역의 기술자는 상술한 종래 기술에 존재하는 단점을 해결한 심부 지질, 황화물 광석체 자원 탐지 방법을 제공하기 위해 노력한다.

종래 기술의 상기 결점의 관점에서, 본 발명에 의해 해결되어야 할 기술적 과제는 기존의 분극률의 탐사 탐지 방법이 지질, 황화물 광물체 자원 탐지 시에 탐사 심도가 1000m 이하로 얕고, 심부 지질, 황화물 광물체 자원 탐지를 수행할 수 없으며, 심부 황화물 광물체의 탐사 효과에 크게 영향을 주었고, 실제 적용에 제한이 있었으며, 보급 및 적용에 도움이 되지 않는 확대 적용이 잘 되지 않는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명이 제공하는 심부 지질, 황화물 광물체 자원의 탐지 방법은

단계 1. 발사 장치는 땅 아래로 의사난수의 발사 파형을 발송하고, 지하 매체가 다시 지면으로 전파되며, 지면에서 수신기를 관측하여 전자기장 응답 신호를 수집하는 단계

단계 2. 수신기에서 관측된 전자기장 응답 신호와 발사 파형의 상관관계, 분별 추출된 의사난수 발사 파형을 디콘볼루션하여 유도된 대지 임펄스 응답 신호 분석을 통하여 겉보기 비저항과 분극률 위상을 계산하는 단계

단계 3. 데이터 처리 및 역전 해석하고, 심부 자원의 높은 해상도의 분극률과 비저항을 반영하는 전기적 미세 구조를 획득하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 단계 1에서, 상기 관측하여 수집한 전자기장 응답은 다중 수신기에 의해 다중 전계 배열식 분포로 설치 구성되고, 각 수신기당 3개의 전기장 데이터를 관측하며, 수신 전기 쌍극자 거리（MN）는 수십미터이고, 발사 전극 거리（AB）는 수신 전기 쌍극자 거리（MN）의 2~6배이다.

바람직하게는, 상기 다중 전계 배열식 분포 수신 시스템은 설치 후 고정 불변하며, 발사 장치와 발사 전극 거리（AB）위치 이동을 통해 전류 발사의 동시에 모든 수신기 측정, 모든 전도(전기 채널) 전기장 신호의 순서 측량을 진행한다.

바람직하게는, 상기 단계 2에서, 상기 대지 임펄스 응답 신호는 수신기와 발신기의 거리(수신, 송신 거리)가 증가할 때 관측할 수 있는 비교적 약한 유효 신호이다.

바람직하게는, 상기 단계 2에서, 상기 분극률 위상은 다중 채널 전법기를 이용하여 ｍ서열 의사난수 파형을 발사하고 측정된 전기장 분량 데이터를 디콘볼루션하여, 대지 임펄스 응답 계산 시 주파수 영역 유도분극 위상을 얻는다.

바람직하게는, 상기 단계 3에서, 상기 데이터 처리는 전기장 신호 시간 순 측량과 대지 응답 파형과 유도분극 위상 매개 변수에 근거하여 데이터 처리를 수행한다.

본 발명의 바람직한 실시예로, 상기 단계 1에서 전자기장 응답 신호를 관측 수집하는 것은 쌍극자-쌍극자 관측 장치를 이용한다.

본 발명의 바람직한 실시예로, 상기 단계 2에서 상기 분극률 위상은 다음 식에 의해 계산된다.

식에서,

는 시스템 스펙트럼이다.

이상의 방안을 채용하여, 본 발명에 의해 개시된 심부 지질, 황화물 광석체 자원 탐지 방법은 다음과 같은 장점이 있다.

본 발명에서 개시된 탐지 방법은 다중 채널 고밀도 주파수 영역 유도분극 측량 방법을 채용하여, 종래의 고밀도 비저항법 /분극률법의 탐측 심도가 얕은 문제를 보완하고, 다중 채널 전법기의 가상의 임의 부호화된 전류 신호 발사, 관측된 전자기장 응답과 발사 전류 신호의 디콘볼루션을 사용하여 간섭을 제거하고, 큰 수신 발신 거리에서 탐측 심도가 클 때, 신뢰할 수 있는 대지 임펄스 응답을 얻으며, 겉보기 비저항과 유도분극 위상을 계산하여 다양한 깊이로 묻힌 깊은 지질학적 표적의 비저항과 분극률 매개 변수를 검출한다. 고밀도 유도분극법 탐사 심도를 향상시키고, 심부 자원 분극률을 반영한 정보를 얻을 수 있다. 분극률과 관련된 심부 자원을 직접 정밀하게 측량하는 것이 실현되며, 심도 1000m이상의 심부 지질, 황화물 광석체 자원 탐사 탐지를 실현했고, 심부 황화물 광석체의 탐사 효과를 크게 향상시켰으며, 실제 넓은 응용에 유리하다.

이하에서는 본 발명의 목적, 특징 및 효과를 완전히 이해하기 위하여 도면 및 구체 실시예과 결부하여, 본 발명의 구상, 구체적 기술 방안과 기술적 효과를 더 자세히 설명한다

도 1은 본 발명에서 제안하는 심부 지질, 황화물 광석체 자원 탐지 방법의 작동 원리를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에서 제안하는 탐지 방법의 상이한 오프셋(R) 수신 발사 파형을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에서 제안하는 탐지 방법의 상이한 오프셋(R)의 대지 임펄스 응답 곡선을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에서 제안하는 탐지 방법의 2차원 반전기하학(도치, 전도, 역전) 저항률 단면을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에서 제안하는 탐지 방법의 2차원 반전기하학(도치, 전도, 역전) 분극률 위상 단면을 나타낸 도면이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 참고하여, 그 기술 내용을 보다 명확하고 편리하게 이해할 수 있다. 본 발명은 많은 상이한 형식의 실시예로 구현될 수 있으며, 본 발명의 보호 범위는 기재된 실시예에 한정되지 않는다.

실시예：

도 1에 나타난 바와 같이, 본 실시예의 심부 지질, 황화물 광석체 자원 탐지 방법의 작동 원리는 유한 길이의 접지 도선 전류원을 통해 땅 아래로 가상의 임의(의사난수의) 부호화된 전류 신호를 보낸다. 발사원의 축 방향으로 동시에 전자기장 응답과 발사전류 기록을 관측한 후에, 디콘볼루션(deconvolution)을 통하여 대지 임펄스 응답을 얻는다. 그리고 겉보기 비저항(apparent resistivity)을 계산하고, 이로써 다르게 묻힌 깊은 지질 표적체 탐측 목적을 달성한다.

다채널 전기 계기 시스템에서 보통 대지를 선형 시불변 시스템(Linear and Time-invariant System)으로 보고, 수신된 응답 전압 v(t) 은 발사전류와 대지 임펄스 응답 회선(Convolution)으로 표시될 수 있다.

식 중

는 부호전류(code current), 발사시스템 및 수신, 발신거리와 연관된 시스템 응답으로, 발사 설비 전기회로, 접지 전극 및 접지 전극에 연결된 케이블 등의 응답을 포함한다.

는 지질 표적체의 대지 임펄스 응답에서 나오는 것이다.

는 원전류를 기록하는 방식 또는 발사원 부근에서 전기장 신호를 채집하는 방식을 통하여 얻은 것이다.

은 노이즈이다.

디콘볼루션을 통해 노이즈를 제거하고 대지 임펄스 응답을 구할 수 있다.

대지 임펄스 응답은 발사기와 수신기 사이의 대지 비저항(저항률) 정보를 포함한다.

균일한 대지에서, 대지 임펄스 응답의 피크 시각

은 다음 식과 같다.

식에서, μ은 매체의 자기투과율(magnetic permeability)이고, r은 수신 발신 오프셋(m)이며, ρ는 대지 비저항(Ω·m)이다.

대지 임펄스 응답의 피크 시각을 이용하여 겉보기 비저항

로 변환한다.

식（a-3）기록 포인트는 송수신 오프셋의 중점이고, 전체 섹션에서 발사점의 지속적인 이동과 전원공급을 통하여, 서로 다른 오프셋의 겉보기 비저항과 기록 위치를 얻고, 전체 섹션의 겉보기 저항의 가단면도(pseudo)를 얻는데, 단면 지하의 서로 다른 심도(깊이)의 지질 정보를 반영하였다.

본 발명의 위상 유도분극법(induced polarization method) 매개변수의 대지 임펄스 응답은, 의사난수기에서 부호화된 발사 파형과 대지 임펄스 응답 파형의 상관성을 계산한 것이고, 식 （a-1）에서 시간 영역을 주파수 영역으로 변환하여 얻은 것이다.

임펄스 응답

의 푸리에 변환은 시스템의 스펙트럼

이고, 위상(phase)을 얻을 수 있다.

계산 중 수신된 전기장 신호와 발사된 전류에 대하여 디콘볼루션하고, 양자의(2개의) 스펙트럼 곱의 역푸리에 변환을 통하여 시간 영역의 대지 임펄스 응답 곡선을 얻는다. 수신된 전기장 신호와 발사된 전류 양자의 스펙트럼 곱의 과정에서 제로 위상 필터링을 이용하여 노이즈 간섭을 제거한다.

상기 공식으로부터, 실측 전기장 신호와 발사 파형 디콘볼루션 및 제로 위상 필터링을 채용 방법을 얻어낼 수 있고, 50Hz와 기타 간섭을 필터링 할 수 있으며, 고품질의 겉보기 비저항과 유도분극 위상을 얻을 수 있다.

상기 계산된 데이터에 대한 품질 평가를 진행하고, 대지 임펄스 응답

곡선 피크 시각으로부터 겉보기 비저항을 구하였다. 임펄스 응답

의 스펙트럼으로 위상을 얻을 수 있다. 기존 관측의 30주기 관측으로부터 겉보기 비저항과 유도분극 위상을 단계적으로 얻을 수 있다. 이로부터 중복 중첩된 평균 겉보기 비저항과 유도분극 위상을 계산해낼 수 있고, 관측 품질을 향상시킬 수 있다. 평균 제곱 상대 오차 M 으로 겉보기 비저항과 유도분극 위상 관측 품질을 판단한다.

겉보기 비저항 또는 유도분극 위상은 평균 제곱의 상대 오차를 이용하여 공식（a-6）에 따라 계산한다.

식에서,

는 제i차 중첩 계산된 겉보기 비저항 또는 유도분극(induced polarization method) 위상(phase) 상대오차이다.

는 제i차 중첩 계산된 겉보기 비저항 또는 유도분극(induced polarization method) 위상(phase)이다.

1에서 제i차 중첩된 평균 겉보기 비저항 또는 유도분극 위상이다.

n 은 수집 주기수이다.

구체 적용 사례는 아래와 같다.

허베이 성 일부 지역의 다채널 전기 계측 테스트에서, 수신기가 측정선의 각 측정점에서 전기장 신호를 기록할 때, 1개의 수신기는 전기 쌍극자 발사 중심에서 동시에 전기장 신호를 관측하고, 데이터 처리 시 대응되는 동일 시간의 발사원 중심에서 수신된 전기장 신호와 수신점의 전기장 신호를 디콘볼루션하여 대지 임펄스 응답을 구한다.

도 2는 본 발명에서 제안하는 탐지 방법의 상이한 오프셋(R) 수신 발사 파형을 나타낸 도면으로, 600 m 지점이 발사원일 때, 발사원에서 상이한 오프셋R（60 m ~4500 m）떨어진 곳에서 수신된 전기장 신호이고, R=0 m일 때 수신된 파형은 전기 쌍극자의 중심에서 관측되는 전기장 신호이다. 그림의 하단은 발사된 의사난수의 전압 파형이다.

오프셋 R 60 m~4500 m，수신된 전기장 신호는 강했다가 점점 약해진다.

오프셋R 60 m~540 m의 전기장 신호는 기본적으로 발사된 의사난수의 신호와 일치한다. 다만, 1900 m~3860 m 지점의 전기장 신호는 기본적으로 50 Hz전자기 간섭 신호이고, 4500 m 지점의 전기장 신호는 비교적 강한 펄스 간섭을 나타낸다.

도 3은 본 발명에서 제안하는 탐지 방법의 상이한 오프셋(R)의 대지 임펄스 응답 곡선을 나타낸 도면으로, 수신된 전기장 신호와 발사 전류의 디콘볼루션을 통해, 50Hz 간섭과 펄스 간섭을 효과적으로 제거할 수 있다. 특히 오프셋이 1900m 보다 클 때도 비교적 좋은 대지 임펄스 응답이 얻어진다. 겉보기 비저항은 응답 곡선의 피크 시각으로부터 계산될 수 있다.

도 4본 발명에서 제안하는 탐지 방법의 2차원 반전기하학(도치, 전도, 역전) 비저항 단면을 나타낸 도면에 도시된 바와 같이, 각 대지 임펄스 응답의 피크값에서 전환된 겉보기 비저항으로 겉보기 비저항 유사 단면도를 제작할 수 있다. 겉보기 비저항은 2층의 지전류 단면으로 반영된다. 얕은 부분의 낮은 저항은 풍화된 시생대 대층 황토요암조, 깊은 부분의 높은 저항은 화강암의 반영이다. 당 지역의 지질 정황과 일치하였다.

도 4 본 발명에서 제안하는 탐지 방법의 2차원 도치 비저항 단면도에 도시된 바와 같이, 획득된 겉보기 비저항과 분극률 위상 매개변수로 미국 Zonge 회사의 Ts2dip.exe 소프트웨어를 채용하여 2차원 비저항 역전(도치)을 수행하였다. 얕은 부분 두께 약50 m의 전기층(Electrical layer)（┯·m이하）는 표층 제4계 지층에 대응한다. 그 하면 1500 ┯·m이하의 고 저항 전기층은 모두 변경된 화강암을 반영한다.

본 발명에서 제안하는 탐지 방법의 2차원 반전기하학(도치, 전도, 역전) 분극률 위상 단면을 나타낸 도면 도 5 에 도시된 바와 같이, 분극률 위상 도치 단면도의 높은 위상값은 광석체를 품은 위치와 기본적으로 일치한다.

본 실측 자료로부터 대지 임펄스 응답 곡선 계산 중, 제로 위상 필터링 및 실측된 전기장 신호와 발사 파형의 디콘볼루션, 그리고 다차 중첩 등 방법을 채용함으로써, 개선된 대지 임펄트 응답과 겉보기 저항 및 분극 위상을 획득할 수 있다.

본 발명에서 제안하는 심부 지질, 황화물 광석체 자원 탐지 방법은 고성능 발사기를 사용하여, 가상의 임의(의사난수의) 부호화된 전류를 발사하고, 전체 파형 데이터를 수집하며, 그것은 석유 및 가스 탐사의 지진 기술을 참고하여, 진열식 수신 방식을 사용하고, 다차 발사를 채용하고, 진열식 다중 채널은 다차 피복된 전체 파장(wave field)정보를 수신하며, 데이터를 지진 편이(전위) 기술과 유사하게 진행하여 지하 지질체 이미징을 실현한다. 해상도와 효과적으로 탐사 깊이가 효과적으로 향상되고, 동등한 발사원 강도 조건에서, 탐지 정확도와 깊이를 크게 향상시키며, 탐사 깊이가 4000m에 이른다. 육지와 해상의 심층 자원 탐사에 사용될 수 있다.

이상 본 발명의 바람직한 구체적 실시예를 설명하였다. 본 영역의 보통의 기술자가 창조적인 노력 없이 본 발명의 개념에 따라 많은 수정 및 변경을 할 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 일반 본 기술영역의 기술자가 본 발명의 개념에 따라 종래 기술의 기초상에서 논리분석, 추리 또는 일정 정도의 실험을 통해 얻을 수 있는 기술방안은 모두 권리 범위에 의해 결정되는 보호범위 내에 속한다.

1: 제1 수신기, 2: 제2 수신기, 3: 발사 시스템, 4: 광석체

Claims (6)

1. 단계 1. 발사 장치는 접지 도선 전류원을 통해 땅 아래로 의사난수의 발사 파형을 발송하면서 발사원의 축 방향으로 전자기장 응답을 관측하고, 지하 매체로부터 다시 지면으로 전파되면, 지면에서 수신기를 관측하여 전자기장 응답 신호를 수집하는 단계
   단계 2. 수신기에서 관측된 전자기장 응답 신호와 발사 파형의 상관관계, 분별 추출된 의사난수 발사 파형을 디콘볼루션하여 유도된 대지 임펄스 응답 신호 분석을 통하여 겉보기 비저항과 분극률(polarizability) 위상을 계산하는 단계
   단계 3. 데이터 처리 및 역전 해석하고, 심부 자원의 높은 해상도의 분극률과 비저항을 반영하는 전기적 미세 구조를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 심부 지질, 황화물 광물체 자원의 탐지 방법.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 단계 1은,
   상기 관측하여 수집한 전자기장 응답은 다중 수신기에 의해 다중 전계 배열식 분포로 설치 구성되고, 각 수신기당 3개의 전기장 데이터를 관측하며, 발사 전극 거리는 수신 전기 쌍극자 거리의 2~6배이고,
   상기 다중 전계 배열식 분포 수신 시스템은 설치 후 고정 불변하며, 발사 장치와 발사 전극 거리 위치 이동을 통해 전류 발사의 동시에 모든 수신기 측정, 모든 전도 전기장 신호의 순서 측량을 진행하는 것을 특징으로 하는 심부 지질, 황화물 광물체 자원의 탐지 방법.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 단계 2는,
   상기 대지 임펄스 응답 신호는 수신기와 발신기의 거리가 증가할 때 관측할 수 있는 비교적 약한 유효 신호이고,
   상기 분극률 위상은 다중 채널 전법기를 이용하여 ｍ서열 의사난수 파형을 발사하고 측정된 전기장 분량 데이터를 디콘볼루션하여, 대지 임펄스 응답 계산 시 주파수 영역 유도분극 위상을 얻는 것을 특징으로 하는 심부 지질, 황화물 광물체 자원의 탐지 방법.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 단계 3은,
   상기 데이터 처리는 전기장 신호 시간 순 측량과 대지 응답 파형과 유도분극 위상 매개 변수에 근거하여 데이터 처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 심부 지질, 황화물 광물체 자원의 탐지 방법.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 단계 1은,
   상기 전자기장 응답 신호를 관측 수집하는 것은 쌍극자-쌍극자 관측 장치를 이용하는 것을 특징으로 하는 심부 지질, 황화물 광물체 자원의 탐지 방법.
   
6. 제3항에 있어서, 상기 단계 2는,
   상기 분극률 위상은 다음 식에 의해 계산되고, 식에서,

   

   는 시스템 스펙트럼인 것을 특징으로 하는 심부 지질, 황화물 광물체 자원의 탐지 방법.
   

   

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