專利名稱：電法勘探方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及電法勘探領域，具體而言，涉及一種電法勘探方法和裝置。
背景技術：
在尋找金屬礦產方面電法勘探(特別是激電法)的應用非常廣泛，但是由于生產礦山及其附近存在大量的高壓輸電線和各種用電設施，這將產生極其強烈的電磁干擾信號；地下開采坑道內大量的金屬管道、車輛軌道和廢石渣都給電法的供電和電場接收造成很大的困難。所有這一切，都影響了電法勘探方法的應用效果，因此電法勘探在解決危機礦山問題時存在嚴重的噪聲干擾問題。生產礦山附近電磁干擾盡管很大，但一般是隨機性的干擾，而相關辨識技術是一種可以有效地去除隨機噪聲干擾的系統辨識方法，在機械、自動化、儀器儀表、認知科學、生物信息學等領域都已經得到了廣泛的應用，但是在地球物理探測方面卻沒有得到足夠的重視和應用。目前，電法勘探中一般是通過堆疊、濾波、遠參考等方法去除噪聲，但是在礦山電法勘探中這些方法用于去除噪聲就顯得無能為力，因此勘察效果差，直接帶來人力財力的巨大浪費。而且，為了提高信噪比，一個常用的方法就是提高發送電源的功率，這必然造成發送機異常笨重，這給山區的勘探工作帶來巨大的困難。另一方面，激電法是電法勘探中用于找礦的最有效的手段，特別是復電阻率法，能夠提供較多的電性參數，探測精度較高。復電阻率法是指通過測量得到復電阻率譜也就是頻率響應的一種電法勘探方法，但是需要測量多個頻點的電場響應才能得到一條頻率響應曲線，而且低頻的時候需要的時間很長，因此探測效率很低，這是造成復電阻率法效果雖好卻不能得到廣泛運用的原因。在電法勘探中如果采用相關辨識技術，那么一次測量就能得到一條頻率響應曲線，可以有效解決復電阻率法的效率低下問題，并且具有復電阻率法探測精度高的優點，因此這是一種新的時間域測量的復電阻率法。

圖1(a)和(b)示出了現有技術中復電阻率法的觀測裝置和等效電路。傳統的復電阻率法是通過在相當寬的超低頻段上觀測視復電阻率的幅度譜和相位譜或實分量和虛分量譜，以研究地下介質情況。如圖1(a)和(b)所示，發送電流源AB 每次發送一個頻率的正弦波或者方波，接收端子MN測得對應的電壓信號，多次測量得到一個頻段內的多個頻率的幅度和相位特性，得到復電阻率譜，再利用科爾-科爾模型進行擬合和反演，得到直流電阻率、充電率、時間常數和頻率相關系數等電性參數進行地球物理解釋。這種方法能提供比較豐富的激電信息，但需在許多頻率上做觀測才能獲得較完整的頻譜，所以生產效率低
發明內容
本發明的目的是利用相關辨識技術去除隨機噪聲；在時間域測量一次就可以得到一條頻率響應曲線從而提高探測效率；另外，通過采用雙科爾-科爾模型進行解釋，不僅可以去除電磁耦合效應的影響，還可以得到電磁參數，探測精度提高。
根據本發明的一方面，提供一種電法勘探方法，其利用測量裝置進行勘探，所述測量裝置包括發送機和接收機，其特征在于，所述方法包括以下步驟所述發送機發送偽隨機序列V (t)，接收機接收時間序列信號u (t)；利用所述偽隨機序列ν (t)對所述接收機接收到的時間序列u (t)進行互相關運算，得到時域沖激響應、(t)；將所述時域沖激響應、(t)變換到頻域，從而得到頻率響應扎(《)；利用雙科爾-科爾模型進行擬合和反演，得到復電阻率法的4個激電參數P α, +、T1以及電磁耦合效應的3個參數m2、c2、τ 2 ；其中，Pq表示零頻視電阻率反映電極排列勘探體積內的平均電阻率叫為激電效應的視充電率激電效應強度參數(％)，與電極排列勘探體積內的可極化物質體積含量正相關；T1為激電效應的視時間常數激電效應特征參數(秒)，與電極排列勘探體積內的可極化物質的粒度大小等結構信息相關；Cl為激電效應的視頻率相關系數，是無量綱的基地啊效應過程參數；與電極排列勘探體積內的可極化物質的激電效應類型以及極化物質混合分布均勻性相關；m2 為電磁效應的視充電率；τ 2為電磁效應的視時間常數；c2為電磁效應的視頻率相關系數。優選地，所述方法還包括步驟執行反卷積運算去除所述測量裝置的影響。優選地，通過多極距的觀測方式得到目標極化體的真譜參數和幾何分布。優選地，所述偽隨機序列為m序列或逆重復m序列。優選地，將電極、導線、接地阻抗及測量裝置的影響歸結為一個系統，它的沖激響應為hs(t)，大地系統的沖激響應記為he(t)，則U (t) =v (t) *he (t) *hs (t) +η (t)兩邊用輸入偽隨機序列ν(t)進行互相關運算，消去隨機噪聲的影響，得到Rvu (t) = Rvv (t) *he (t) *hs (t)因此，先求輸入和輸出信號的互相關Rvu(t)以及輸入信號的自相關Rvv⑴，反卷積運算后得到觀測系統和大地系統總的沖激響應he (t) *hs (t)，然后再通過反卷積運算去除觀測系統hs(t)的影響得到大地系統的沖激響應、(t)；或者在頻域實現上述運算Pvu(CO) = Ρνν(ω) · He ( ω ) · Η3(ω)得到待辨識系統的頻率響應
權利要求
1.一種電法勘探方法，其利用測量裝置進行勘探，所述測量裝置包括發送機和接收機， 其特征在于，所述方法包括以下步驟(1)所述發送機發送偽隨機序列V(t)，接收機接收時間序列信號u (t)；(2)利用所述偽隨機序列ν(t)對所述接收機接收到的時間序列u (t)進行互相關運算， 得到時域沖激響應、(t)；(3)將所述時域沖激響應、(t)變換到頻域，從而得到頻率響應Η3(ω)；(4)利用雙科爾-科爾模型進行擬合和反演，得到復電阻率法的4個激電參數Ppmp C1^ τ工以及電磁耦合效應的3個參數m2、c2, τ2 ；其中，P ^表示零頻視電阻率反映電極排列勘探體積內的平均電阻率叫為激電效應的視充電率激電效應強度參數(％)，與電極排列勘探體積內的可極化物質體積含量正相關；τ工為激電效應的視時間常數激電效應特征參數(秒)，與電極排列勘探體積內的可極化物質的粒度大小等結構信息相關；Cl為激電效應的視頻率相關系數，是無量綱的基地啊效應過程參數；與電極排列勘探體積內的可極化物質的激電效應類型以及極化物質混合分布均勻性相關;m2為電磁效應的視充電率；τ 2為電磁效應的視時間常數；c2為電磁效應的視頻率相關系數。
2.根據權利要求1所述的電法勘探方法，其特征在于，所述方法還包括步驟執行反卷積運算去除所述測量裝置的影響。
3.根據權利要求1或2所述的電法勘探方法，其特征在于，通過多極距的觀測方式得到目標極化體的真譜參數和幾何分布。
4.根據權利要求1或3所述的電法勘探方法，其特征在于，所述偽隨機序列為m序列或逆重復m序列。
5.根據權利要求1或4所述的電法勘探方法，其中將電極、導線、接地阻抗及測量裝置的影響歸結為一個系統，它的沖激響應為hs(t)，大地系統的沖激響應記為he(t)，則u (t) =v (t) *he (t) *hs (t) +η (t)兩邊用輸入偽隨機序列v(t)進行互相關運算，消去隨機噪聲的影響，得到Rvu ⑴=Rvv(t)*he(t)*hs(t)因此，先求輸入和輸出信號的互相關Rvu(t)以及輸入信號的自相關Rvv(t)，反卷積運算后得到觀測系統和大地系統總的沖激響應 (t) *hs (t)，然后再通過反卷積運算去除觀測系 ^hs(t)的影響得到大地系統的沖激響應、(t)；或者在頻域實現上述運算Ρνυ(ω) = Ρνν(ω) · Ηε(ω) · Hs ( ω )得到待辨識系統的頻率響應Ηλω)= P PvMyHs(CO)將在發送機附近相關辨識得到的結果就認為是觀測系統的沖激響應hs(t)，變到頻域即為 Hs(CO)；計算復電阻率譜P (ω)；P (ω) = K · He(ω)其中K稱為裝置系數，
6.根據權利要求5所述的電法勘探方法，其中擬合時Pc^mpCpTl*m2、C2、τ 2初值的選擇方法如下=C1的取值范圍在0. 1-0. 6之間，C2的取值范圍為0. 9-1. 0，mi、m2的取值范圍在0-0. 98之間，而且Hi1 < m2，P ^的初值設為幅度譜或者實分量譜的低頻漸近線的值，根據虛分量譜在高頻段的峰值頻率求出12的初值，T1的初值定為τ 2的初值的50倍。
7.一種用于電法勘探的發送機，其特征在于所述發送機包括全球定位系統GPS(Global Positioning System)模塊(1)、偽隨機信號發生器O)、驅動及保護模塊(3)、智能功率模 Ife IPM(Intelligent Power Modules) (5)、溫度控制模塊(4)和供電模塊(7)，和發送電極 AB (6)；其中，GPS模塊(1)通過串口向偽隨機信號發生器( 傳遞授時同步信息，完成數據信息的存儲，并控制驅動及保護模塊⑶；驅動及保護模塊(3)驅動IPM(5)工作，保護電路用于保護整個系統的安全；溫度控制系統(4)監測發射機內部的溫度，當超過預定值后復位機器或關閉機器；IPM(5)將輸出信號轉換成用于電法勘探的電流信號并向發送電極AB(6) 輸送電流；供電模塊(7)為板卡提供低壓電源，并為IPM(5)提供所需高壓。
8.根據權利要求7所述的用于電法勘探的發送機，其特征在于偽隨機信號發生器(2) 進一步根據需要輸出不同階數、不同頻率的m序列或者逆重復m序列，配置LCD用于顯示發射機信號類型、參數及狀態。
9.一種用于電法勘探的接收機，其特征在于所述接收機包括GPS模塊(8)、偽隨機信號發生器(9)、接收電極MN(IO)、前置放大模塊(11)、濾波及陷波模塊(12)、精密放大模塊 (13)、自相關器(14)、互相關器(15)、第一反卷積器(16)、第二反卷積器(17)、FFT變換器 (18)、復電阻率譜生成器(19)、擬合器(20)、反演器；其中，GPS模塊(8)通過串口向偽隨機信號發生器(9)傳遞授時同步信息，實現精準同步并且和發送機的偽隨機序列保持精確同相，偽隨機信號發生器(9)根據需要輸出與發送機相同階數、相同頻率的偽隨機序列；接收電極麗(10)接收通過地下介質傳來的電位差， 然后經過前置放大模塊(11)將接收到的電磁信號進行初步的放大，并經過濾波及陷波模塊(12)濾除高頻噪聲及系統的工頻噪聲，再通過精密放大模塊(13)將濾除噪聲的信號進行低噪精密放大；自相關器(14)實現偽隨機信號的自相關運算；互相關器(15)實現偽隨機信號和接收信號的互相關運算；經過第一反卷積器(16)得到總的沖激響應，第二反卷積器(17)去除觀測系統影響處理后獲得大地系統沖激響應，FFT變換器(18)對大地沖激響應進行處理獲得大地系統的頻率響應，大地系統頻率響應經過復電阻率譜生成器(19)得到大地系統的復電阻率譜，擬合器00)依據雙科爾-科爾模型擬合獲得視譜參數，反演器 (21)進行聯合反演獲得真譜參數，從而獲得地球物理參數信息，并進行實時數據圖形顯示及存儲。
10. 一種電法勘探系統，其特征在于包含如權利要求7或8所述的發送機以及如權利要求9所述的接收機。
全文摘要
本發明涉及一種電法勘探方法，其通過發送機發送信號以及接收機對接收到的信號進行處理，得到沖激響應和頻率響應，其特征在于，所述方法包括以下步驟所述發送機發送偽隨機序列，并利用所述偽隨機序列對所述接收機接收到的時間序列進行互相關運算，進而得到時域沖激響應；將所述時域沖激響應變換到頻域，從而得到頻率響應；利用雙科爾-科爾模型進行擬合和反演，得到復電阻率法的參數。
文檔編號G01V3/00GK102426393SQ20111036270
公開日2012年4月25日 申請日期2011年11月16日 優先權日2011年11月16日
發明者劉景賢, 李梅, 羅維斌, 顧強, 魏文博 申請人:中國地質大學(北京)