專利名稱：一種主動(dòng)源頻率域電法勘探方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種勘探地球物理方法，特別是一種主動(dòng)源頻率域電法勘探方法。
頻率域電法勘探是尋找金屬礦產(chǎn)資源最有效方法之一，并在地下水資源勘查，及在地基探測等工程中有很好的成效，亦在探查油氣田方面發(fā)揮很好的作用。人工場源頻率域激電法和電磁法有很多種，如變頻法、復(fù)電阻率法、頻譜激電法、可控源音頻大地電磁法(CSAMT)、頻率測深法等等。就其所測的物理量而言，它們有一個(gè)共同點(diǎn)在本質(zhì)上都是測量復(fù)視電阻率隨頻率的變化，也就是測量復(fù)視電阻率的頻譜，即測量復(fù)視電阻率的振幅譜、相位譜(或?qū)嵶V和虛譜)中的一種或幾種。變頻激電法則是測量振幅譜上兩個(gè)特定的頻點(diǎn)。除絕對精度之外，測定頻譜的關(guān)鍵是同一量(如振幅)在各頻點(diǎn)測定所具有的相對精度，以保證譜的精度。
目前國內(nèi)外應(yīng)用的各種人工場源頻率域激電法和電磁法，其激勵(lì)場源均為方波電流，測量方式僅為2種變頻法和奇次諧波法。
變頻法是一個(gè)頻率、一個(gè)頻率地逐個(gè)進(jìn)行測量，除了工作效率低之外，每個(gè)頻率所對應(yīng)的物理量是在不同的時(shí)間測量的，所供電流的波形態(tài)、幅度的大小很難保持完全不變，不同時(shí)間所受到的干擾程度也不相同。因此，所測結(jié)果的精度就難于提高，特別是當(dāng)相鄰兩頻點(diǎn)相差不大時(shí)，精度更難滿足要求。
奇次諧波法雖然可以用同一時(shí)間測量不同頻點(diǎn)的量，然而，它有兩個(gè)致命的弱點(diǎn)；一是相鄰頻點(diǎn)的頻差是固定的，且隨著諧波次數(shù)的升高，相鄰頻點(diǎn)的頻率越來越近；二是供電電流強(qiáng)度是隨著諧波次數(shù)的升高而下降的，例如；13次諧波電流的強(qiáng)度只有基波的1/13。在野外條件下，干擾噪聲一定時(shí)，信噪比隨信號減小而降低，因此，各次諧波是在不等精度下測量的。如果供電電流強(qiáng)度只能保證基波的測量精度，那末，高次諧波精度將不能滿足要求。如果加大供電電流使最高次諧波保證了精度，那末，對于基波和其它較低次諧波則是浪費(fèi)。例如，假設(shè)供電電流強(qiáng)度為10A便可保證基波所需要的信噪比，又假設(shè)最高測到13次諧波，那幺為了保證13次諧波的信噪比，則所需供電電流為130A，在野外條件下要達(dá)到這樣大的電流，不但需要很大功率的發(fā)電機(jī)和發(fā)送機(jī)，而且還要很小的接地電阻。這不僅僅是浪費(fèi)，限于設(shè)備和地質(zhì)條件，有時(shí)甚至是做不到的。雙頻電流法是用頻差為任意數(shù)，而振幅值相當(dāng)一對頻率的電流激勵(lì)大地，進(jìn)行激電或電磁測深，使兩頻點(diǎn)的相對測量精度大為提高。這方法不足之處為每次所觀測頻率僅為兩個(gè)。
為了克服變頻法、奇次諧波法及雙頻電流法的不足，特提出本發(fā)明。
本發(fā)明通過向地下發(fā)送包含2n+1(n為≥1的實(shí)數(shù))個(gè)按2n分布的主頻率的偽隨機(jī)波形的電流作為激勵(lì)場源，通過同時(shí)接收并測量地面(或鉆井中、坑道中)各主頻率的電位差的振幅和相位(或?qū)嵎至亢吞摲至?，各主頻率間的相對相位，并計(jì)算出各主頻率的視電阻率、各頻率間的幅頻率等多種參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)探測地下資源的目的。
本發(fā)明采用的激勵(lì)場源--2n系列偽隨機(jī)波形電流，其波形電流既有隨機(jī)波形電流的特征，又能重復(fù)產(chǎn)生，該波形電流包含多個(gè)主頻率f1,f2,f3...fi均按2n步進(jìn)，如(1、2、4、8...2n)，相鄰兩個(gè)主頻率的頻比為f(i)/f(i-1)為2，因此這些主頻率在對數(shù)坐標(biāo)上呈均勻分布。該波形電流中各個(gè)主頻率振幅值相差不大，當(dāng)n＞2時(shí)，相鄰主頻的振幅相對差小于10％；該波形電流中的各個(gè)主頻率起始相位相同；每種2n系進(jìn)制偽隨機(jī)波形電流所含主頻率的個(gè)數(shù)可以預(yù)先給定，如3、5、7...157...個(gè)主頻率。
本發(fā)明的觀測系統(tǒng)由發(fā)送機(jī)和接收機(jī)組成，發(fā)送機(jī)用于一次性發(fā)送2n系列中某一組頻率的偽隨機(jī)波形電流信號，電流信號可設(shè)多組頻率，各組頻率的主頻可以部分重迭，也可以不相互重迭，在需要加密頻點(diǎn)時(shí)，偽隨機(jī)波形電流信號可采用1.5和1.25倍頻點(diǎn)分布。
采用1.5和1.25倍頻點(diǎn)時(shí)，發(fā)送方式為首先發(fā)送最低頻率為f0的一組2n系列偽隨機(jī)電流，然后再發(fā)送最低頻率為αf0的2n系列偽隨機(jī)電流(α=1.5或1.25,1.5或1.75)，形成1.5倍頻點(diǎn)分布，或1.25倍頻點(diǎn)分布。例如，第一次發(fā)送1Hz,2Hz,4Hz,8Hz,16Hz,…，第二次發(fā)送1.5Hz,3Hz,6Hz,12Hz,24Hz…，組成1Hz,1.5Hz,3Hz,4Hz,6Hz,8Hz,12Hz,16Hz,24Hz…，的1.5倍頻點(diǎn)分布。
接收機(jī)可一次性同時(shí)接收由發(fā)送機(jī)發(fā)送的2n系列或加密頻點(diǎn)的偽隨機(jī)信號中的各個(gè)主頻率的電位差，包括從電位差中分別檢測出它們的實(shí)分量、虛分量、振幅、相位并可計(jì)算各導(dǎo)出參數(shù)，包括
(1)各個(gè)主頻率電位差的實(shí)分量，即實(shí)分量譜；(2)各個(gè)主頻率電位差的虛分量，即虛分量譜；(3)各個(gè)主頻率電位差的振幅，即振幅譜；(4)各個(gè)主頻率電位差的絕對相位(絕對相位是指相對于發(fā)送電流的相位，即以發(fā)送電流的初始相位為零的相位)，即相位譜；(5)各主頻率中任意兩個(gè)主頻率的電位差之間的絕對電位差之差；(6)用各主頻率中任意兩個(gè)主頻的電位差按下式計(jì)算“幅頻率”(Fs(i,j))Fs(i,j)=ΔVi-ΔVjΔVi×100%]]>式中DV表示電位差，i和j為主頻率的順序數(shù)，i＜j；(7)發(fā)送的各主頻率的電流(Ⅰ)和接收的各主頻率的電位差DV，按下式計(jì)算各個(gè)主頻率的視電阻率ρsρs=ΔVI×K]]>(式中K為裝置系數(shù))。
本發(fā)明采用的2n系列偽隨機(jī)波形電流最低頻率為2-9=0.0019531Hz，最高頻率為216=65536Hz，在實(shí)際工作中可選擇2-9Hz～216Hz中的某頻段。
利用本發(fā)明，不但可以分別取代已有的各種主動(dòng)源頻率域電法勘探方法(包括可控源音頻大地電磁法CSAMT、頻率域測深法、交流(頻率域)激發(fā)極化法、頻譜激發(fā)極化法、復(fù)電阻率法等)，而且可以將整個(gè)主動(dòng)源頻率域電法勘探方法統(tǒng)一起來，具有方便、高效、多參數(shù)和高精度的特點(diǎn)。相對于目前普遍以方波為場源的頻率域電法勘探，本發(fā)明用2n系列偽隨機(jī)信號作為頻率域電法勘探的場源，不但頻點(diǎn)分布十分合理，在供電電流增大為以方波為場源時(shí)供電電流的1倍到3.8倍的情況下提高工作效率2倍到14倍。2n系列偽隨機(jī)信號的n越大，對工作效率的提高就越明顯。特別是由于偽隨機(jī)信號頻率域電法勘探是在一次觀測中完成多個(gè)頻率的測量，這樣就將環(huán)境溫度、濕度、儀器參數(shù)、各種干擾和噪聲、發(fā)送機(jī)供電電流等隨時(shí)間而變化的因素對觀測結(jié)果的影響降低到最低限度，從而提高了觀測結(jié)果的有效精度和可信度。接收機(jī)將所觀測的2n系列偽隨機(jī)信號離散成數(shù)字信號后送到通用計(jì)算機(jī)上進(jìn)行數(shù)字濾波、多個(gè)周期信號迭加等高精度浮點(diǎn)運(yùn)算，進(jìn)一步提高了觀測信號的信噪比。
本發(fā)明用于頻譜激電法，可以快速區(qū)分礦與非礦異常；用于電磁法可以快速獲得測深數(shù)據(jù)。


圖1本發(fā)明發(fā)送機(jī)電原理方框圖；圖2本發(fā)明接收機(jī)電原理方框圖；圖3偽隨機(jī)波形及振幅譜示例(三頻波)；圖4偽隨機(jī)波形及振幅譜示例(五頻波)。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
實(shí)施例1．本發(fā)明的觀測系統(tǒng)由發(fā)送機(jī)和接收機(jī)組成，觀測系統(tǒng)輸入阻抗≥40MW，發(fā)送機(jī)與接收機(jī)之間采用光電同步控制，發(fā)送機(jī)由80C32單片機(jī)1-1，波形合成及驅(qū)動(dòng)電路1-2，供電主回路(逆變器)1-3，過流保護(hù)電路1-4，電流采樣電路1-5，欠壓檢測電路1-6，頻率選擇電路1-7，光電同步電路1-8，音響電路1-9，電源電路1-10，驅(qū)動(dòng)同步電路1-11以及取樣電阻R組成，如圖1所示。
接收機(jī)由接地電阻均衡電路2-1，功能轉(zhuǎn)換開關(guān)電路2-2，阻抗變換電路2-3,50Hz雙T陷波電路2-4，高通及低通濾波電路2-5，程控放大電路2-6,16位A/D轉(zhuǎn)換電路2-7，光電同步電路2-8，欠壓檢測電路2-9，頻率選擇電路2-10,80C32單片機(jī)系統(tǒng)2-11，電源部分2-12組成，如圖2所示。
發(fā)送機(jī)和接收機(jī)均設(shè)8組頻率，每個(gè)頻點(diǎn)代表1組頻率，每組頻率中含有5個(gè)主頻率，可根據(jù)實(shí)際的需要加以選擇。5個(gè)主頻率任何相鄰兩個(gè)主頻率之間的頻比為2。接收機(jī)采集到一個(gè)周期的信號后，傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，即時(shí)得到每組信號的5個(gè)主頻率的電位差ΔV、視幅頻率Fs、絕對相位f及相對相位Δf，觀測系統(tǒng)設(shè)有雙T陷波、數(shù)字濾波和多次迭加等信號處理技術(shù)，以提高觀測系統(tǒng)抗干擾能力和觀測精度。五頻波波形及振幅譜如圖4所示。
當(dāng)作激發(fā)極化法(IP)、頻譜激電(SIP)時(shí)其頻點(diǎn)與頻率對應(yīng)關(guān)系如表1所示。
從表1可以看出其頻率范圍為0.015625Hz～32Hz。
當(dāng)作激電普查工作時(shí)可選擇1組頻率如4頻點(diǎn)；當(dāng)作頻譜激電時(shí)只需用0、4、7三組頻率即可得到12個(gè)不同的2′進(jìn)制頻率，其頻率范圍為0.015625Hz～32Hz的頻譜。三頻波波形及振幅譜如圖3所示。
觀測系統(tǒng)發(fā)送機(jī)的發(fā)送頻率和接收機(jī)的接收頻率均采用單片機(jī)控制，只需改變軟件程序即可改變每個(gè)頻點(diǎn)的主頻率，如作CSAMT法時(shí)可采用表2所示的頻率組合，其頻率范圍為0.000967Hz～8192Hz。
表1本發(fā)明當(dāng)作激發(fā)極化法(IP)、頻譜激電(SIp)時(shí)其頻點(diǎn)與頻率對應(yīng)關(guān)系

表2本發(fā)明用作CSAMT法時(shí)采用的頻率組合

權(quán)利要求
1．一種主動(dòng)源頻率域電法勘探方法，其特征在于通過向地下發(fā)送包含2n+1(n為≥1的實(shí)數(shù))個(gè)按2n分布的主頻率的偽隨機(jī)波形的電流作為激勵(lì)場源，同時(shí)通過接收并測量地面各主頻率的電位差的振幅和相位(或?qū)嵎至亢吞摲至?，各主頻率間的相對相位，并計(jì)算出各主頻率的視電阻率、各頻率間的幅頻率等多種參數(shù)，其中所述的激勵(lì)場源--2n系列偽隨機(jī)波形電流，其波形電流既有隨機(jī)波形電流的特征，又能重復(fù)產(chǎn)生，該波形電流包含多個(gè)主頻率f1,f2,f3…fi均按2n步進(jìn)，如(1、2、4、8...2n)，相鄰兩個(gè)主頻率的頻比為f(i)/f(i-1)為2，當(dāng)n＞2時(shí)，該波形電流中相鄰主頻的振幅相對差小于10％，該波形電流中的各個(gè)主頻率起始相位相同，每種2n系進(jìn)制偽隨機(jī)波形電流所含主頻率的個(gè)數(shù)可以預(yù)先給定，如3、5、7...157...個(gè)主頻率。
2．一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的觀測系統(tǒng)，包括發(fā)送機(jī)和接收機(jī)，其特征在于a＞發(fā)送機(jī)一次性發(fā)送2n系列中某一組頻率的偽隨機(jī)波形電流信號，電流信號為多組頻率，各組頻率的主頻可以部分重迭，也可以不相互重迭，在需要加密頻點(diǎn)時(shí)，偽隨機(jī)波形電流信號可采用1.5和1.25倍頻點(diǎn)分布；b＞接收機(jī)可一次性同時(shí)接收由發(fā)送機(jī)發(fā)送的2n系列或加密頻點(diǎn)的偽隨機(jī)信號中的各個(gè)主頻率的電位差，包括從電位差中分別檢測出它們的實(shí)分量、虛分量、振幅、相位并計(jì)算各導(dǎo)出參數(shù)。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的激勵(lì)場源--2n系列偽隨機(jī)波形電流最低頻率為2-9=0.0019531Hz，最高頻率為216=65536Hz，可選擇2-9Hz～216Hz中的某頻段。
4．根據(jù)權(quán)利要求2所述的觀測系統(tǒng)，其特征在于采用1.5和1.25倍頻點(diǎn)時(shí)，發(fā)送方式為首先發(fā)送最低頻率為f0的一組2n系列偽隨機(jī)電流，然后再發(fā)送最低頻率為αf0的2n系列偽隨機(jī)電流(α=1.5或1.25,1.5或1.75)，形成1.5倍頻點(diǎn)分布，或1.25倍頻點(diǎn)分布。
全文摘要
一種主動(dòng)源頻率域電法勘探方法,本發(fā)明通過向地下發(fā)送包含文檔編號G01V3/02GK1325031SQ00113439
公開日2001年12月5日 申請日期2000年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月19日
發(fā)明者何繼善 申請人:何繼善