WO2020057019A1 - 一种多勘探地球物理场并行采集系统及方法 - Google Patents

一种多勘探地球物理场并行采集系统及方法 Download PDF

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刘惠洲
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潘乐荀
唐润秋
戚俊
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Abstract

多勘探地球物理并行采集系统及方法,涉及地球物理勘探技术领域,包括:控制主机(1)、智能电磁发射装置(5)、若干台智能采集装置(2)、大线(3)、若干只传感器接收装置(4);智能采集装置(2)接收控制主机(1)下发的工作模式及采集参数,智能电磁发射装置(5)接收控制主机下发的物理场发射模式及发射参数;智能采集装置(2)通过大线(3)与传感器接收装置(4)连接;智能采集装置(2)能够采集电法、地震、瞬变电磁、大地电磁、无线电波中的任意一种信号。本采集系统及方法优点在于实现了集多种地球物理勘探方法于一体的系统,一次布置观测系统,一次激发物理场实现多场并行采集,探测方法多样化,大幅提高勘探施工效率。

Description

一种多勘探地球物理场并行采集系统及方法 技术领域
本发明属于地球物理勘探领域的综合地球物理勘探技术领域,具体涉及一种集成地震波场、电场、磁场的多勘探地球物理场并行采集系统,实现非同场源的综合物探技术。
背景技术
地球物理勘探是通过不同地质体的物理属性差异,探测不同地质体与异常体的勘探技术与方法,地球物理勘探仪器(简称物探仪器)是地球物理勘探的核心,物探仪器是以地球物理勘探理论为基础,结合传感技术、数据采集技术及计算机技术等多学科技术的融合而形成的专业仪器。地球物理勘探按照物理场源的不同,一般分为地震勘探、电法勘探、电磁法勘探、重力勘探、磁法勘探和放射性勘探等。还可以进一步细分,如地震勘探可以分为主动源及被动源地震勘探;电法勘探可以分为电阻率勘探与激电勘探;电磁法勘探可以分为瞬变电磁勘探、无线电波透射勘探及大地电磁勘探等。每种物探方法均有对应的仪器设备,导致综合物探时所需的设备多、线缆复杂,不同物探方法要先后施工,不仅制约了综合物探的现场实施效率,而且造成各物探方法在采集时空分离、时间分辨率降低。
现有的物探设备中,一般只能同时实现同源场的综合物探,如地震勘探的反射波、折射波及地震面波同时勘探;电法勘探中电阻率法、激发极化法和自然电场法的同时勘探。要实现不同源、多地球物理场勘探,需要复杂的多种物探装备,装置类型复杂,施工效率低。不同源的综合物探具有场源响应的正交性,如震电勘探是指震源激发下的电响应,与震源作用下的地震信号不相关,震源激发下的电信号与震信号具有正交性,这一正交属性具有评价地层渗透性 的作用,是目前非常规能源勘探的热点问题;类似的电震勘探,目前还在探索中。
时不变系统物理上代表结构和参数都不随时间变化的一类系统。严格地说,由于内部影响和外部影响的存在,时不变系统只是时变系统的一种理想化模型。但是,只要这种时变过程比之系统动态过程足够地慢,那么采用时不变系统代替时变系统进行分析,仍可保证具有足够的精确度。传统物探也假设探测对象为时不变系统来简化,但对于正在受工程施工影响较大的探测目标来讲为时变系统,能够适应时变系统进行同源和非同源的综合地球物理勘探装备具有重大创新意义,是物探新方法、新装备的源头。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于如何方便的实现多地球物理场并行勘探,可适应受工程施工影响时变系统物探装备。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的:
一种多勘探地球物理场并行采集系统,包括:控制主机、若干台智能采集装置、大线、若干只传感器接收装置,所述智能采集装置接收所述控制主机下发的工作模式及采集参数,所述智能采集装置通过大线与若干只传感器接收装置连接,所述智能采集装置在多种工作模式中切换,所述智能采集装置兼顾主动源及被动源采集,若干台智能采集装置的工作模式设置为相同或者不同。
更进一步地,所述智能采集装置的工作模式包括采集电法、地震、瞬变电磁、无线电波透视及大地电磁中的任意一种信号。
更进一步地,还包括:智能电磁发射装置,所述智能电磁发射装置接收所述控制主机下发的物理场发射模式及发射参数,所述智能电磁发射装置在多种 发射模式中切换。
更进一步地,所述智能电磁发射装置的发射模式包括电法发射模式、瞬变电磁发射模式、无线电波透视发射模式、大地电磁发射模式。
更进一步地,还包括:智能电磁发射装置,智能电磁发射装置接收所述控制主机下发的物理场发射模式及发射参数,所述智能电磁发射装置为震源或普通的电磁发射装置。
更进一步地,所述传感器接收装置为多功能传感器或者单功能传感器。
更进一步地,所述多功能传感器包括设置在外壳内的地震信号接收单元和电磁信号接收单元,还包括电法信号接收单元,每个信号接收单元分别引出两根信号传输线。
更进一步地,所述地震信号接收单元、电磁信号接收单元与外壳之间均填充硬质胶。
更进一步地,所述电磁信号接收单元包括磁棒、套设在磁棒上的线圈,线圈的第一端及线圈上除第一端之外的其他部位分别引出一根信号传输线。
更进一步地,所述电磁信号接收单元还包括滑动变匝数装置,滑动变匝数装置的触头与线圈接触,线圈的第一端引出一根信号传输线,线圈的另一根信号传输线经滑动变匝数装置引出。
更进一步地,所述电法信号接收单元为设置在外壳外部的金属片。
更进一步地,所述多功能传感器还包括信号选择开关,从地震信号接收单元、电磁信号接收单元、电法信号接收单元引出的六根信号传输线连接到信号选择开关,并从信号选择开关引出两根信号传输线。
更进一步地,所述若干台智能采集装置中的全部或者部分组成至少一台集中式智能采集系统,集中式智能采集系统指的是多台智能采集装置集中在一个 箱体中,通过箱体内部统一供电,每台智能采集装置之间通讯连接,每台智能采集装置至少连接一条大线,每条大线设置至少一个采集通道,每个采集通道连接一只传感器接收装置。
更进一步地,所述多台智能采集装置通过大线进行串联连接,即为分布式智能采集系统,每条大线设置至少一个采集通道,每个采集通道连接一只传感器接收装置。
更进一步地,所述多台智能采集装置通过无线方式进行连接,所述智能采集装置之间各自独立自由排列,即为自由排列智能采集系统。
更进一步地,所述智能采集装置包括工作模式切换电路、信号调理电路、第一模数转换器、第一处理器、第一通讯模块、第一工作电源;所述第一处理器控制所述工作模式切换电路将信号传输到所指定信号调理电路的输入端,通过所述工作模式切换电路将信号切至第一模数转换器的输入端,所述信号调理电路将所接收的信号进行处理后传输给第一模数转换器,经过所述第一模数转换器的处理后发送给第一处理器,第一处理器连接第一通讯模块;所述第一工作电源为所述智能采集装置提供电源。
更进一步地,所述智能采集装置还包括第一存储器、第一缓存器,所述第一缓存器将第一处理器中的数据暂时进行存储,所述第一存储器对第一处理器中所处理的数据长期存储。
更进一步地,所述智能采集装置能够接入第一位置时间模块获取所处的位置和时间信息,传输给第一处理器;所述智能采集装置还能够接入第一外接电源模块为所述智能采集装置提供工作电源。
更进一步地,所述智能电磁发射装置包括发射回路、发射天线、隔离模块、第二处理器、第二通讯模块、第二工作电源,所述发射回路在多种发射模式中 切换,并选择任一种发射模式,将发射模式所对应的场源信号通过所述发射天线将信号发射出去;发射回路和第二处理器之间由所述隔离模块进行隔离,所述第二处理器连接第二通讯模块,所述第二工作电源为所述智能电磁发射装置提供电源。
更进一步地,所述发射回路包括发射模式切换模块、发射电源、发射信号取样模块、第二模数转换器,所述发射模式切换模块在多种发射模式中切换,并选择任一种发射模式,发射模式切换模块连接所述发射天线,发射电源为发射回路提供电源,发射信号取样模块与第二模数转换器连接,第二模数转换器与第二处理器之间由所述隔离模块进行隔离。
更进一步地,所述智能电磁发射装置还包括第二存储器、第二缓存器,所述第二缓存器将第二处理器中的数据暂时进行存储,所述第二存储器对第二处理器中所处理的数据长期存储。
更进一步地,所述智能电磁发射装置能够接入第二位置时间模块获取所处的位置和时间信息,传输给第二处理器;所述智能电磁发射装置能够外接第二外接电源模块为所述智能电磁发射装置提供工作电源。
一种多勘探地球物理场并行采集方法,包括:
步骤1:根据勘探环境情况选择多勘探地球物理场并行采集系统的排列方式;
步骤2:选择被动源或主动源的探测方式;
步骤3:根据探测方式以及排列方式对多探勘地球物理场并行采集系统所需要的结构进行组装,其中,多勘探地球物理场并行采集系统所涉及到的设备包括控制主机、若干台智能采集装置、大线、若干只传感器接收装置、智能电磁发射装置,所述智能采集装置兼顾主动源及被动源采集;
步骤4:对所用的设备进行通讯检测;
步骤5:如果为主动源探测方式,控制主机下发物理场发射模式及发射参数,智能电磁发射装置接收所述控制主机下发的物理场发射模式及发射参数,并根据所接收的物理场发射模式及发射参数在多种发射模式中切换,并激发场源;如果为被动源,采集自然场源响应信号;
步骤6:所述控制主机下发工作模式及采集参数,智能采集装置接收所述控制主机下发的工作模式及采集参数,并根据所接收的工作模式及采集参数,选择工作模式,将若干台所述智能采集装置的工作模式切换为相同或者不同的模式,所述智能采集装置按照指定采集参数进行采集,所述智能采集装置能够在多种工作模式中切换;
步骤7:所述智能采集装置按照采集设定进行切换,进行下一轮数据采集;
步骤8:控制主机重新下发发射参数及采集参数,进行不同地球物理场勘探,即循环步骤4-7;
步骤9:按不同测线进行多勘探地球物理场数据采集,即当前测线采集完成后,执行下一个测线采集,即循环步骤1-8。
更进一步地,所述步骤1中所述排列方式包括:集中式智能采集系统、分布式智能采集系统、自由排列智能采集系统。
更进一步地,所述智能电磁发射装置按照所接收的发射参数进行激发相应的物理场,通过所述智能电磁发射装置能够发射一组电法、瞬变电磁、无线电波透视及大地电磁之间任意组合信号,或者只激发一种场源信号。
更进一步地,还包括:将智能采集装置所采集的数据传回控制主机或计算机,对数据进行处理并输出处理结果。
更进一步地,所述对数据进行处理的过程包括:对多场物探数据逐一进行 数据解编、处理并反演,获得目的层的介质响应情况;然后对不相关场进行联合反演,对多场融合分析。
本发明相比现有技术具有以下优点:
(1)本发明提出一种集成电法勘探、地震勘探、瞬变电磁勘探、无线电波透视勘探及大地电磁勘探于一体的多勘探地球物理场并行采集系统。本系统兼顾主动源与被动源,可实现主动源地球物理场勘探,也可进行被动源地球物理场长期监测。
(2)本系统中智能电磁发射装置在同一时刻能够激发一种物理场,且在不同时刻能够激发多种物理场信号或多种物理场信号组合,多地球物理场响应信号并行采集,实现探测方法多样化,并能提高勘探施工效率。
(3)多种观测系统组合形式,适应于多种地球物理场勘探条件,兼顾地面、矿山及孔中地球物理勘探环境,可适应受施工影响的工程现场探测任务。该系统可对时变信号进行多场并行观测,本系统更为重要的特色是具备一种激发源作用下的多物理场效应特征获取;与多物理场耦合数据的并行获得,实现非同场源的并行综合物探技术。
附图说明
图1为本发明实施例一的多勘探地球物理场并行采集系统的结构图。
图2为本发明实施例一的多勘探地球物理场并行采集系统的智能采集装置示意图。
图3为本发明实施例一的多勘探地球物理场并行采集系统的传感器接收装置示意图。
图4为本发明实施例二的多勘探地球物理场并行采集系统的智能发射装置示意图。
图5是本发明实施例二的多勘探地球物理场并行采集系统。
图6为本发明实施例三的多勘探地球物理场并行采集系统。
图7为本发明实施例四的多勘探地球物理场并行采集系统。
图8为本发明实施例五的多勘探地球物理场并行采集系统。
图中:1-控制主机、2-智能采集装置、3-连接大线、4-传感器接收装置、5-智能电磁发射装置、400-外壳、410-地震信号接收单元、420-电磁信号接收单元、430-电法信号接收单元、440-信号选择开关、450-硬质胶、421-磁棒、422-线圈、423-滑动变匝数装置。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明,本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例一:
如图1所示,智能采集装置2之间串联连接,即为分布式智能采集系统,所述智能采集装置采集方式为被动源采集。
多勘探地球物理场并行采集系统包括控制主机1、若干台智能采集装置2、大线3、若干只传感器接收装置4,控制主机1通过有线方式与智能采集装置2连接,智能采集装置2通过大线3与若干只传感器接收装置4连接,将连接大线3的航插头与智能采集装置2相连,控制主机1给智能采集装置2下发采集的指定工作模式及采集参数,智能采集装置2在多种工作模式中切换,智能采集装置2通过工作模式切换采集电法、地震、瞬变电磁、无线电波透视及大地电磁的信号的任一种,若干台智能采集装置2的工作模式设置为相同或者不同,即智能采集装置2采集这五种信号的任一种,或者这五种信号任意组合的并行 采集。
其中,若干台智能采集装置表示一台智能采集装置或多台智能采集装置,同理,若干只传感器接收装置表示一只传感器接收装置或多只传感器接收装置。智能采集装置2在多种工作模式中切换的情况包括:当勘探地球物理场并行采集系统中包括一台智能采集装置时,智能采集装置2既可以一直为一种工作模式,又可以在不同时刻能够切换为不同的工作模式;当勘探地球物理场并行采集系统中包括多台智能采集装置2时,在相同时刻,多台智能采集装置2之间切换为相同的工作模式或不同的工作模式,在不同时刻,每台智能采集装置2都能够切换为不同的工作模式或者保持切换为上一时刻的相同工作模式。同理,若干台智能采集装置2的工作模式能够设置为相同或者不同的情况为:当一台智能采集装置2时,智能采集装置2能够一直设置为一种工作模式,也能够在不同时刻设置为不同的工作模式;当多台智能采集装置2时,在同一时刻,多台智能采集装置2之间的工作模式能够设置为相同的或不同,在不同时刻,每台智能采集装置2的工作模式能够设置为不同或者保持上一时刻的相同工作模式,实现多场信号并行同步观测。
本系统中被动源采集方式指没有人工激发物理场,即没有智能电磁发射装置5,智能采集装置2采集自然场源的响应信号。其中,传感器接收装置4为多功能传感器或单功能传感器;控制主机可以是专用设备、计算机、Pad或手机等。
具体的,本实施例中为多台智能采集装置,并将智能采集装置2进行串联连接,形成分布式智能采集系统,智能采集装置设置若干通道(1个通道或多通道),每个通道上都连接一只传感器接收装置4,传感器接收装置4连接大线3上,智能采集装置2与控制主机1之间通过有线方式连接,且通过有线方式一直通讯,该有线的通讯方式可以是现场总线、以太网、光纤等方式进行通信。 控制主机1能够进行通讯、参数设置、下发指令等,即控制主机1向智能采集装置2下发工作模式及采集参数,智能采集装置2接收到控制主机1下发工作模式及采集参数后,将工作模式设置在电法、地震、瞬变电磁、无线电波透视和大地电磁的任一种,即实现一种信号的采集,或者将工作模式设置在电法、地震、瞬变电磁、无线电波透视和大地电磁的组合方式,即实现多种信号的并行采集,传感器接收装置4能够根据需求采集不同的数据信息,即采集电法信号、地震信号、瞬变电磁信号、无线电波信号即以及大地电磁信号,并将所采集的信号传输给所述智能采集装置2。
如图2所示,所述智能采集装置2包括工作模式切换电路、信号调理电路、第一模数转换器、第一处理器、第一通讯模块、第一存储器、第一缓存器、第一工作电源;利用传感器接收装置4中的多功能传感器通过大线将信号传输给信号调理电路,所述工作模式切换电路根据所收到第一处理器的不同指令切换传感器信号到所指定调理电路的输入端,并切至第一模数转换器的输入端,所述信号调理电路将所接收的信号进行处理后传输给第一模数转换器,经过所述第一模数转换器的处理后,发送给第一处理器,所述第一缓存器将第一处理器中的第一模数转换器所转换的数据暂时进行存储,所述第一存储器对第一处理器中所处理的数据长期存储;所述第一通讯模块与第一处理器连接,并可与控制主机、传感器装置以及它们之间进行通信;所述第一工作电源为所述智能采集装置提供工作电源;所述智能采集装置2可接入第一位置时间模块获取所处的位置和时间信息,传输给第一处理器;还可外接第一外接电源模块为所述智能采集装置2提供工作电源。
具体的,智能采集装置2可实现电法、地震、瞬变电磁、无线电波透视及大地电磁信号的采集,且兼顾主动源及被动源采集的多勘探地球物理场的并行 采集。其中,第一处理器为整个采集装置的控制中心,控制其他模块有序工作,第一模数转换器用于将所采集的模拟信号转换为数字信号,第一通讯模块用于采集参数的下达及采集数据的发送;第一缓存器用于对第一模数转换器转换的数据暂时存储,第一存储器用于已采集数据的长期存储;信号调理电路用于采集信号的滤波、放大、整形等保证信号的信噪比;工作模式切换电路收到控制主机指令后,切换到指定的物理场调理电路到模数转换器的输入信号,并将传感器接收装置所采集的信号传输到指定的物理场调理电路的输入端,从而实现多种主被动场的控制和采集,实现电法、地震、瞬变电磁、无线电波透视及大地电磁五种场信号的拾取;第一工作电源提供系统各部分正常工作所需电源。其中,第一模数转换器选用高速的模数转换器,第一位置时间模块用于获取时间同步和位置信息。
综上,同一观测系统中,每台智能采集装置2同一时刻能够只能采集一种地球物理场,每台智能采集装置2在不同时刻能够采集不同地球物理场,多台智能采集装置2之间在同一时刻能够分别采集不同或相同的地球物理场,实现智能采集装置2并行采集上述五种信号的一种或多种信号。
如图3所示,传感器接收装置4为多功能传感器,传感器接收装置4设置在外壳400内的地震信号接收单元410和电磁信号接收单元420,电法信号接收单元430、信号选择开关440,每个信号接收单元分别引出两根信号传输线。地震信号接收单元410、电磁信号接收单元420与外壳400之间均填充硬质胶450,从而保证地震信号接收单元410对高频信号的接收。
信号选择开关440从地震信号接收单元410、电磁信号接收单元420、电法信号接收单元430引出的六根信号传输线连接到信号选择开关440,并从信号选择开关440引出两根信号传输线,通过控制信号选择开关440,可调节传感器的 输出信号类型,如选择输出地震信号接收单元410探测到的地震信号或者电磁信号接收单元420探测到的瞬变电磁信号、无线电波信号、大地电磁信号或者电法信号接收单元430探测到的电法信号,从而能够实现通过同一个传感器,在同一探测地点,在不同探测时间内探测出上述五种信号当中的任意一种,也可利用不同的传感器,在同一时间同一地点,探测出上述五种信号的不同排列组合。其中,电法信号接收单元430为设置在外壳400外部的金属片,用于接收电法信号。地震信号接收单元410为地震传感器芯体,用来探测地震信号。外壳400为非金属材质,本实施例中的外壳400由ABS塑料制成。
电磁信号接收单元420包括磁棒421、套设在磁棒421上的线圈422,磁棒421及线圈422分别引出一根信号传输线。电磁信号接收单元420还包括滑动变匝数装置423,滑动变匝数装置423的触头与线圈422接触,且线圈422对应的信号传输线经滑动变匝数装置423引出,通过调节滑动变匝装置423以改变接入线路中的线圈匝数,从而达到切换不同主频的目的,用以接收不同频率的瞬变电磁信号、无线电法信号、大地电磁信号等,其中,线圈422上的可调节主频分为分点式,可设定固定的主频频率,并非连续性调节方式。
从信号选择开关440引出的两根信号传输线通过一插拔夹连接到外部的大线上,并将地震信号接收单元410、电磁信号接收单元420、电法信号接收单元430采集到的信号输出到与之匹配的外部装置中,从而对信号进行分析、记录、处理、保存,本实施例中的多勘探地球物理场并行采集系统中的传感器接收装置4可以很方便的从大线3上拆下,并可以根据需要随意的将不同的传感器接收装置4连接到探测系统中,主要适用于地面相关信号的探测。
具体的,传感器接收装置4将电法电极、地震检测器、瞬变电磁线圈、无线电波透视接收线圈及大地电磁接收线圈集成为一体,实现电法信号、地震信 号、瞬变电磁信号、无线电波信号及大地电磁信号一体拾取,一套传感器接收装置可根据需要拾取地震信号、电法信号、瞬变电磁信号、无线电波透视信号、大地电磁信号,可同时拾取以上五种中任一种信号,避免更换传感器设备的复杂操作,提高采集效率。另外,传感器接收装置4可以是单功能传感器,即电极、地震检波器、瞬变电磁线圈、无线电波透视接收线圈及大地电磁接收线圈其中的某一种,用于普通单独地球物理勘探方法数据的接收。
实施例二:与实施例一的区别在于增加了智能电磁发射装置5,智能电磁发射装置5接收控制主机1下发的物理场发射模式及发射参数,智能电磁发射装置5根据物理场发射模式及发射参数激发不同的场源信号。其中,也可以利用震源或普通的电磁发射装置发射某一种电法、地震、瞬变电磁法、无线电波透视、大地电磁的信号。
如图4所示,在图1的基础上增加智能电磁发射装置5,智能电磁发射装置5与控制主机1之间进行通信,智能电磁发射装置5与控制主机1之间能够通过现场总线、以太网、光纤等有线方式进行连接,也可以通过蓝牙、WIFI进行无线方式进行通信,智能电磁发射装置5中可以与控制主机1之间一直通讯连接,也可以断开连接,即不管是什么方式,控制主机1都能实现向智能电磁发射装置5下发物理场发射模式及发射参数,智能电磁发射装置能够在多种发射模式中切换,其中,智能电磁发射装置的发射模式包括电法发射模式、瞬变电磁发射模式、无线电波透视发射模式、大地电磁发射模式。智能采集装置2与智能电磁发射装置5能够安装在观测位置的同一侧,也可将两装置安装在观测位置的不同侧。本实施例中,智能电磁发射装置5与控制主机1之间通过有线方式进行连接,智能采集装置2与智能电磁装置5安装在工作面的相对侧,智能采集装置2安装在采集端,智能电磁发射装置5安装在发射端,控制主机1先后 与智能采集装置2、智能电磁发射装置5连接,实现向智能采集装置2、智能电磁发射装置5下发指令。多勘探地球物理场并行采集系统中智能电磁发射装置5能够激发一组电法、瞬变电磁、无线电波透视及大地电磁之间组合信号,或者只激发一种场源信号。
如图5所示,智能电磁发射装置5包括发射模式切换模块、发射电源、发射天线、发射信号取样模块、第二模数转换器、隔离模块、第二存储器、第二缓存器、第二处理器、第二通讯模块、第二工作电源,其中,发射模式切换模块、发射电源、发射信号取样模块、第二模数转换器组成发射回路,所述发射电源为发射回路供电,所述发射模式切换模块能够在多种发射模式中切换并选择任一种发射模式,将发射模式所对应的场源信号通过所述发射天线将信号发射出去,通过所述发射信号取样模块将所采集的发射信号传输给第二模数转换器,将所述第二模数转换器所转换的数据传输给第二处理器,所述第二缓存器将第二处理器中的第二模数转换器所转换的数据暂时进行存储,所述第二存储器对第二处理器中所处理的数据长期存储;所述第二处理器与第二通讯模块连接,并可与控制主机、传感器装置以及它们之间进行通信,发射回路和第二处理器由所述隔离模块进行隔离,所述第二工作电源为智能电磁发射装置5提供电源。所述智能电磁发射装置可接入第二位置时间模块获取所处的位置和时间信息,传输给第二处理器;还可外接第二外接电源模块为所述智能电磁发射装置提供工作电源。
具体的,第二处理器是整个智能电磁发射装置5的控制中心,控制其他模块的有序工作;第二模数转换器选用高速的模数转换器,第二模数转换器用于将所采集的模拟信号转换为数字信号,第二缓存器将第二处理器中的模数转换器所转换的数据暂时进行存储;第二存储器对第二处理器中所处理的数据长期 存储;第二位置时间模块能够选择时间同步及定位模块,用于时间同步和位置获取;第二通讯模块用于发射模式及发射参数的下达及采集数据的发送;发射电源为发射回路供电,发射模式切换模块能够切换选择任一种发射模式,用于激发电、磁场信号,根据不同的应用场景选择不同发射信号及信号发射天线,发射天线用于将信号发射出去;发射信号取样模块用于采集发射的信号,即发射信号取样模块用于采集发射电流;第二工作电源或所述第二外接电源模块为智能电磁发射装置5提供电源;其中,发射回路和处理器之间由所述隔离模块进行隔离,发射回路为发射模拟信号,第二处理器所处理的信号为发射数字控制信号,隔离模块用于将发射数字控制信号与发射模拟信号之间进行隔离,避免信号之间的干扰。
具体的,智能电磁发射装置5在不同的发射模式下,智能采集装置2能够采集电法、地震、瞬变电磁、无线电波透视及大地电磁任一种信号或多种任意组合信号。例如,智能电磁发射装置5切换至电磁发射模式,多台智能采集装置2通过工作模式切换电路采集电法、地震、瞬变电磁、无线电波透视及大地电磁任一种信号或多种任意组合信号,从而实现多场信号并行同步观测。
实施例三:与实施例二的区别在于,多台智能采集装置2通过无线方式进行连接,智能采集装置2之间各自独立自由排列,即为自由排列智能采集系统。
如图6所示,智能采集装置2采用自由排列形式,同一测点位置并列放置多台智能采集装置2,则可同一时刻获得该测点的不同地球物理场信息。对多地球物理场进行并行采集时,可被动源采集,即可以不连接智能电磁发射装置5,也可主动源进行采集,即可以连接智能电磁发射置5,并且控制主机1与智能电磁发射装置5之间也可以通过有线或无线的方式进行通信。本实施例中,智能电磁发射装置5与控制主机1通过无线连接,利用主动源进行采集。
利用智能采集装置2之间各自独立自由排列,自由排列系统适应性强,据现场探测需求进行灵活布置。
实施例四:与实施例一的区别在于:智能采集装置2为集中式智能采集系统,若干台智能采集装置2中的全部或者部分组成至少一台集中式智能采集系统,集中式智能采集系统指的是多台智能采集装置集中在一个箱体中,通过箱体内部统一供电,每台智能采集装置之间通讯连接,每台智能采集装置至少连接一条大线,每条大线设置至少一个采集通道,每个采集通道连接一只传感器接收装置。智能采集装置2与控制主机1通过有线方式进行通信,且为主动源采集方式进行采集。
如图7所示,智能电磁发射装置5与控制主机1通过有线方式进行通信,还可以通过无线方式进行通讯,实现主动源激发。本实施例中,智能电磁发射装置5与控制主机1之间通过有线方式进行连接,智能采集装置2与控制主机1通过有线方式进行连接。智能采集装置2上连接有四根大线3,且每条大线3设置上有多个可自由扩展,形成每个基站连接若干通道,每个采集通道都连接一只传感器接收装置4。
智能电磁发射装置5在不同的发射模式下,智能采集装置2能够采集电法、地震、瞬变电磁、无线电波透视及大地电磁任一种信号或多种信号的任意组合。例如,智能电磁发射装置5切换至瞬变电磁发射模式,多台智能采集装置2通过工作模式切换电路采集电法、地震、瞬变电磁、无线电波透视及大地电磁任一种信号或多种信号的任意组合。
智能采集装置2采用集中式排列时,特别适合多孔及地面组合探测。
实施例五:与实施例四区别在于:为被动源采集方式进行采集,智能采集装置2与控制主机1通过无线方式进行通信。
如图8所示,控制主机1和智能采集装置2通过无线模式进行参数设置及通讯,智能采集装置2为集中式智能采集装置,智能采集装置2上连接有四根大线3,且每条大线3设置上有多个可自由扩展,形成每个基站连接若干通道,每个采集通道都连接一只传感器接收装置4。智能采集装置2与控制主机1通过无线方式进行通信,还可以有线方式进行通信,本实施例中,集中式智能采集装置2与控制主机1是无线方式进行通信。智能采集装置2是通过被动源进行采集,即采集自然场源的响应信号,多勘探地球物理场并行采集系统对电法、瞬变电磁法、无线电波透视法、大地电磁法其中任意一种方法的采集或者布置多台集中式智能采集系统实现对地震、电法、瞬变电磁法、无线电波透视法、大地电磁法任一种的信号或者任意组合的信号进行采集。
根据如图1-9所示,在具体实施过程中,多勘探地球物理场并行采集方法的具体过程为:
步骤1:根据勘探环境情况选择多勘探地球物理场并行采集系统的排列方式;
具体的,根据测线长度、精度要求等设计观测系统,确定智能采集装置2是选择分布式、集中式还是自由排列的排列方式,并进一步确定智能采集装置2、大线3及传感器接收装置4的数量,不同的道间距对应不同的探测精度和探测深度;其中,若系统为集中式智能采集系统时,至少连接一条大线,每条大线设置至少一个采集通道,每个采集通道连接一只传感器接收装置4;若系统为分布式智能采集系统时,则将智能采集装置2通过大线3进行串联连接,每条大线3设置至少一个采集通道,每个采集通道连接一只传感器接收装置4;若系统为自由排列智能采集系统时,则将多台智能采集装置2通过无线方式进行连接,若干台智能采集装置2之间各自独立自由排列。
步骤2:选择被动源或主动源的探测方式;
步骤3:根据探测方式以及排列方式对多探勘地球物理场并行采集系统所需要的结构进行组装,其中,多勘探地球物理场并行采集系统所涉及到的设备包括控制主机1、若干台智能采集装置2、大线3、若干只传感器接收装置4、智能电磁发射装置5,所述智能采集装置2兼顾主动源及被动源采集;
步骤4:对所用的设备进行通讯检测;即对智能电磁发射装置5、智能采集装置2、控制主机1进行通讯检测。
步骤5:如果为主动源,控制主机下发发射模式及发射参数,智能电磁发射装置5接收下发的发射模式及发射参数,并根据所接收的发射模式及发射参数在若干种发射模式中切换,并激发场源;如果为被动源,通过自然场源激发响应信号;
具体的,被动源勘探地球物理场采集的具体方式为:智能采集装置2采集自然场源的响应信号,如采集微震信号、自然电位信号及大地电磁信号,可以同时采集某一种自然场源的响应信号,也可以并行采集多种自然场源的响应信号。
具体的,主动源勘探地球物理场采集的具体方式为:控制主机1向智能电磁发射装置5下发物理场发射模式及发射参数,所述智能电磁发射装置5接收控制主机下发的发射模式及发射参数,根据所接收的发射模式及发射参数在多种发射模式中切换,并根据指定发射参数进行激发相应的物理场信号,通过智能电磁发射装置5能够激发一组电法、瞬变电磁、无线电波透视及大地电磁之间任意组合信号,或者只激发一种场源;或者利用震源或普通的电磁发射装置发射某一种电法、地震、瞬变电磁法、无线电波透视、大地电磁的信号。
智能电磁发射装置在不同的发射模式下,智能采集装置能够采集电法、地震、瞬变电磁、无线电波透视及大地电磁任一种信号或多种信号的任意组合。例如,智能电磁发射装置5切换至无线电波透视发射模式,多台智能采集装置2通过工作模式切换电路采集电法、地震、瞬变电磁、无线电波透视及大地电磁任一种信号或多种信号的任意组合,实现多场信号并行同步观测。
步骤6:所述控制主机下发工作模式及采集参数,智能采集装置接收工作模式及采集参数,并根据所接收的工作模式及采集参数,选择工作模式,将工作模式切换为相同或者不同的模式,所述智能采集装置按照指定采集参数进行采集;
具体的,若地震数据采集,智能采集装置2内部电路切换,进行地震数据采集;若电法数据采集,智能采集装置2内部电路切换,进行电法数据采集;若瞬变电磁数据采集,智能采集装置2内部电路切换,进行瞬变电磁数据采集;若无线电波透视数据采集智能采集装置2内部电路切换,进行无线电波透视数据采集;若大地电磁数据采集,智能采集装置2内部电路切换,进行大地电磁数据采集。
每台智能采集装置2在同一时刻工作在一个状态,能够采集电法、地震、瞬变电磁、无线电波透视及大地电磁的任意一种地球物理场信号,多台智能采集装置2之间能够在同一时刻工作在不同的状态,采集不同的地球物理场信号,实现在同一时刻的并行采集;若干台智能采集装置2能够在不同时刻能工作在不同状态,若干台智能采集装置2能够采集任意一种或多种信号的任意组合的地球物理场信号。在数据采集过程中,控制主机1支持数据的实时回传,可根据数据质量初步判断地下地质异常情况。
步骤7:所述智能采集装置2按照采集工作模式进行切换,进行下一轮数据采集;
步骤8:控制主机重新下发发射参数及采集参数,进行不同地球物理场勘探,即循环步骤4-7;
步骤9:按不同测线进行多勘探地球物理场数据采集,即当前测线采集完成后,执行下一个测线采集,即循环步骤1-8。
进一步,将智能采集装置2所采集的数据传回控制主机1或计算机,对多场物探数据逐一进行数据解编、处理并反演,获得目的层的介质响应情况;然后对不相关场进行联合反演,对多场融合分析。
综上,本发明提出一种集成电法勘探、地震勘探、瞬变电磁勘探、无线电波透视勘探及大地电磁勘探于一体的多勘探地球物理并行采集系统,该系统在激发一个物理场时,多地球物理场响应信号并行组合采集,实现探测方法多样化,并能提高勘探施工效率。该系统具有多种观测系统组合形式,适应于多种地球物理场勘探条件,兼顾地面、矿山及孔中地球物理勘探环境,可适应受施工影响的工程现场探测任务。该系统可对时变信号进行多场并行观测,本系统更为重要的特色是具备一种激发场源作用下的多物理场效应特征获取;与多物理场耦合数据的并行获得,实现非同场源的并行综合物探技术。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

  1. 一种多勘探地球物理场并行采集系统,其特征在于,包括:控制主机、若干台智能采集装置、大线、若干只传感器接收装置,所述智能采集装置接收所述控制主机下发的工作模式及采集参数,所述智能采集装置通过大线与若干只传感器接收装置连接,所述智能采集装置在多种工作模式中切换,所述智能采集装置兼顾主动源及被动源采集,若干台智能采集装置的工作模式设置为相同或者不同。
  2. 根据权利要求1所述的一种多勘探地球物理场并行采集系统,其特征在于,所述智能采集装置的工作模式包括采集电法、地震、瞬变电磁、无线电波透视及大地电磁中的任意一种信号。
  3. 根据权利要求1所述的一种多勘探地球物理场并行采集系统,其特征在于,还包括:智能电磁发射装置,所述智能电磁发射装置接收所述控制主机下发的物理场发射模式及发射参数,所述智能电磁发射装置在多种发射模式中切换。
  4. 根据权利要求3所述的一种多勘探地球物理场并行采集系统,其特征在于,所述智能电磁发射装置的发射模式包括电法发射模式、瞬变电磁发射模式、无线电波透视发射模式、大地电磁发射模式。
  5. 根据权利要求1所述的一种多勘探地球物理场并行采集系统,其特征在于,还包括:智能电磁发射装置,智能电磁发射装置接收所述控制主机下发的物理场发射模式及发射参数,所述智能电磁发射装置为震源或普通的电磁发射装置。
  6. 根据权利要求1所述的一种多勘探地球物理场并行采集系统,其特征在于,所述传感器接收装置为多功能传感器或者单功能传感器。
  7. 根据权利要求6所述的一种多勘探地球物理场并行采集系统,其特征在 于,所述多功能传感器包括设置在外壳内的地震信号接收单元和电磁信号接收单元,还包括电法信号接收单元,每个信号接收单元分别引出两根信号传输线。
  8. 根据权利要求1所述的一种多勘探地球物理场并行采集系统,其特征在于,所述若干台智能采集装置中的全部或者部分组成至少一台集中式智能采集系统,集中式智能采集系统指的是多台智能采集装置集中在一个箱体中,通过箱体内部统一供电,每台智能采集装置之间通讯连接,每台智能采集装置至少连接一条大线,每条大线设置至少一个采集通道,每个采集通道连接一只传感器接收装置。
  9. 根据权利要求1所述的一种多勘探地球物理场并行采集系统,其特征在于,所述多台智能采集装置通过大线进行串联连接,即为分布式智能采集系统,每条大线设置至少一个采集通道,每个采集通道连接一只传感器接收装置。
  10. 根据权利要求1所述的一种多勘探地球物理场并行采集系统,其特征在于,所述多台智能采集装置通过无线方式进行连接,所述智能采集装置之间各自独立自由排列,即为自由排列智能采集系统。
  11. 根据权利要求1所述的一种多勘探地球物理场并行采集系统,其特征在于,所述智能采集装置包括工作模式切换电路、信号调理电路、第一模数转换器、第一处理器、第一通讯模块、第一工作电源;所述第一处理器控制所述工作模式切换电路将信号传输到所指定信号调理电路的输入端,通过所述工作模式切换电路将信号切至第一模数转换器的输入端,所述信号调理电路将所接收的信号进行处理后传输给第一模数转换器,经过所述第一模数转换器的处理后发送给第一处理器,第一处理器连接第一通讯模块;所述第一工作电源为所述智能采集装置提供电源。
  12. 根据权利要求3所述的一种多勘探地球物理场并行采集系统,其特征在于,所述智能电磁发射装置包括发射回路、发射天线、隔离模块、第二处理器、第二通讯模块、第二工作电源,所述发射回路在多种发射模式中切换,并选择任一种发射模式,将发射模式所对应的场源信号通过所述发射天线发射出去;发射回路和第二处理器之间由所述隔离模块进行隔离,所述第二处理器连接第二通讯模块,所述第二工作电源为所述智能电磁发射装置提供电源。
  13. 一种采用权利要求1-12任一项所述的一种多勘探地球物理场并行采集方法,其特征在于,包括:
    步骤1:根据勘探环境情况选择多勘探地球物理场并行采集系统的排列方式;
    步骤2:选择被动源或主动源的探测方式;
    步骤3:根据探测方式以及排列方式对多探勘地球物理场并行采集系统所需要的结构进行组装,其中,多勘探地球物理场并行采集系统所涉及到的设备包括控制主机、若干台智能采集装置、大线、若干只传感器接收装置、智能电磁发射装置;
    步骤4:对所用的设备进行通讯检测;
    步骤5:如果为主动源探测方式,控制主机下发物理场发射模式及发射参数,智能电磁发射装置接收所述控制主机下发的物理场发射模式及发射参数,并根据所接收的物理场发射模式及发射参数在多种发射模式中切换,并激发场源;如果为被动源,采集自然场源响应信号;
    步骤6:所述控制主机下发工作模式及采集参数,智能采集装置接收所述控制主机下发的工作模式及采集参数,并根据所接收的工作模式及采集参数,选择工作模式,将若干台所述智能采集装置的工作模式切换为相同或者不同的模 式,所述智能采集装置按照指定采集参数进行采集,所述智能采集装置能够在多种工作模式中切换;
    步骤7:所述智能采集装置按照采集设定进行切换,进行下一轮数据采集;
    步骤8:控制主机重新下发发射参数及采集参数,进行不同地球物理场勘探,即循环步骤4-7;
    步骤9:按不同测线进行多勘探地球物理场数据采集,即当前测线采集完成后,执行下一个测线采集,即循环步骤1-8。
  14. 根据权利要求13所述的一种多勘探地球物理场并行采集方法,其特征在于,所述智能电磁发射装置按照所接收的发射参数进行激发相应的物理场,通过所述智能电磁发射装置能够激发一组电法、瞬变电磁、无线电波透视及大地电磁之间任意组合信号,或者只激发一种场源信号。
  15. 根据权利要求13所述的一种多勘探地球物理场并行采集方法,其特征在于,还包括:将智能采集装置所采集的数据传回控制主机或计算机,对数据进行处理并输出处理结果。
  16. 根据权利要求15所述的一种多勘探地球物理场并行采集方法,其特征在于,所述对数据进行处理的过程包括:对多场物探数据逐一进行数据解编、处理并反演,获得目的层的介质响应情况;然后对不相关场进行联合反演,对多场融合分析。
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