專利名稱：使用自然電磁場的旋轉(zhuǎn)不變量參數(shù)的地球物理勘探的制作方法
使用自然電磁場的旋轉(zhuǎn)不變量參數(shù)的地球物理勘探本申請要求以下各項(xiàng)的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)2008年12月23日提交的美國臨時(shí)專利申請S/N. 61/140，337 ；2009年2月20日提交的美國臨時(shí)專利申請S/N. 61/154，024 ；以及 2009年11月沈日提交的美國臨時(shí)專利申請No. 61Λ64，687，上述申請的內(nèi)容通過引用納入于此。MM本描述涉及用于使用自然電磁場進(jìn)行地球物理勘測的多接收機(jī)線圈系統(tǒng)和裝置。
背景技術(shù)：
地球物理電磁(“EM”)勘探技術(shù)在確定地球表面上下的土壤、巖石、及其他巖體的導(dǎo)電性方面會(huì)很有效。地球物理EM勘探可使用基于表面的裝備和空中裝備來實(shí)施。其中裝備由諸如直升機(jī)、飛機(jī)或飛艇等飛行器來運(yùn)輸?shù)目罩蟹椒▽τ诖竺娣e勘測會(huì)是有用的。對于空中電磁 (“AEM”)系統(tǒng)，可以在飛機(jī)或直升機(jī)在地面上空近似恒定的高度沿幾乎平行且接近等間距的線路幾乎定速地飛行時(shí)捕獲勘測數(shù)據(jù)。在一些應(yīng)用中，可以使用位于水域表面以下的裝備來實(shí)施對海床的地球物理EM勘探。—些地球物理勘測方法是主動(dòng)式的，因?yàn)槭褂醚b備向目標(biāo)區(qū)域發(fā)射信號(hào)并隨后測量對所發(fā)射信號(hào)的響應(yīng)。其他地球物理勘測方法是被動(dòng)的，因?yàn)闇y量從目標(biāo)區(qū)域產(chǎn)生的信號(hào)而不是首先向該目標(biāo)區(qū)域發(fā)射信號(hào)。被動(dòng)式地球物理EM勘探方法的示例是聲頻磁(“AFMAG”)勘測，其中測量源于自然發(fā)生的一次信號(hào)源(諸如閃電放電)的EM場。這些EM場在地球周圍作為由電離層和地表面引導(dǎo)的平面波進(jìn)行傳播。遠(yuǎn)離測量點(diǎn)發(fā)生的閃電活動(dòng)能產(chǎn)生在例如8Hz和500Hz之間 (這隨地理位置、每日時(shí)間、季節(jié)和天氣狀況而變)的頻率上具有幾乎平坦的頻譜密度的信號(hào)。被動(dòng)式AFMAG地球物理EM勘探方法的示例在美國專利6，876，202中示出。主動(dòng)式地球物理EM勘探方法的示例包括使用發(fā)射器輻照具有一次場的目標(biāo)區(qū)域并使用接收器測量由該目標(biāo)區(qū)域生成的二次場的方法。此類系統(tǒng)經(jīng)常是頻域或時(shí)域系統(tǒng)。 在至少一些頻域電磁(“FDEM”)系統(tǒng)中，發(fā)射器線圈以固定的多個(gè)頻率連續(xù)發(fā)射電磁信號(hào)， 而接收器線圈隨時(shí)間連續(xù)地測量二次場信號(hào)。艦根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例，一種地球物理勘測系統(tǒng)包括第一傳感器系統(tǒng)，其包括用于測量源自自然發(fā)生的電磁源的低頻磁場的磁場分量的多個(gè)磁場傳感器，第一傳感器系統(tǒng)的磁傳感器測量表示彼此基本垂直的三個(gè)軸的磁場分量；與第一傳感器系統(tǒng)在空間上分開的第二傳感器系統(tǒng)，其包括用于測量源自自然發(fā)生的電磁源的低頻磁場的磁場分量的多個(gè)磁場傳感器，第二傳感器系統(tǒng)的磁傳感器測量表示彼此基本垂直的三個(gè)軸的磁場分量；以及處理系統(tǒng)，其用于接收關(guān)于第一傳感器系統(tǒng)和第二傳感器系統(tǒng)測得的磁場分量的信息并依賴該信息估計(jì)在多個(gè)頻率上用于將第二傳感器系統(tǒng)測得的磁場分量變換為第一傳感器系統(tǒng)測得的磁場分量的轉(zhuǎn)移函數(shù)，并從該轉(zhuǎn)移函數(shù)計(jì)算與第一傳感器系統(tǒng)或第二傳感器系統(tǒng)關(guān)于其任何軸的旋轉(zhuǎn)無關(guān)的參數(shù)。
根據(jù)另一示例實(shí)施例，提供了一種地球物理勘測系統(tǒng)，包括第一傳感器系統(tǒng)，其包括用于測量勘測區(qū)域中的低頻磁場數(shù)據(jù)的三個(gè)磁傳感器，這些傳感器各自具有不同的相對定向并在不同的相對方向上測量磁場數(shù)據(jù)；與第一傳感器系統(tǒng)空間上分開的第二傳感器系統(tǒng)，其包括用于測量勘測區(qū)域中的低頻磁場數(shù)據(jù)的兩個(gè)或三個(gè)磁傳感器，第二傳感器系統(tǒng)的這些傳感器各自具有不同的相對定向并在不同的相對方向上測量電磁場數(shù)據(jù)；以及處理系統(tǒng)，其用于依賴通過第一傳感器系統(tǒng)測得的磁場數(shù)據(jù)來演算隨時(shí)間的第一向量值集合并依賴通過第二傳感器系統(tǒng)測得的磁場數(shù)據(jù)來演算隨時(shí)間的第二向量值集合并比較第一向量值和第二向量值的一個(gè)或多個(gè)特性以標(biāo)識(shí)關(guān)于勘測區(qū)域的地球物理信息。根據(jù)另一示例實(shí)施例，提供了一種地球物理勘測的方法，包括使用第一傳感器系統(tǒng)在勘測區(qū)域內(nèi)的多個(gè)位置上沿多個(gè)軸測量源于自然發(fā)生的電磁源的低頻磁場的磁場分量；使用第二傳感器系統(tǒng)沿多個(gè)軸測量源于自然發(fā)生的電磁源的低頻磁場的磁場分量；以及接收關(guān)于第一傳感器系統(tǒng)和第二傳感器系統(tǒng)測得的磁場分量的信息并依賴它從所收到信息計(jì)算與第一傳感器系統(tǒng)和第二傳感器系統(tǒng)關(guān)于其任何軸的旋轉(zhuǎn)無關(guān)的參數(shù)。附圖簡述在以下描述中提供了本發(fā)明的示例實(shí)施例。此類描述參照了附圖，附圖中

圖1是根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例的多接收器線圈組合件的示例實(shí)施例的透視圖。圖2A、2B和2C各自是圖1中接收器線圈組合件的透視圖，每幅圖突出顯示了該線圈組合件的三個(gè)接收器線圈中的相應(yīng)一個(gè)。圖3是圖1的接收器線圈組合件的內(nèi)部框架的透視圖。圖4是該接收器線圈組合件的一部分沿圖2A的線IV-IV的截面圖。圖5是該接收器線圈組合件的一部分沿圖4的線V-V的截面圖。圖6是圖1的接收器線圈組合件的拐角部分的透視圖。圖7A是示出了圖1中接收器線圈組合件可能的拖繩連接的透視圖。圖7B是示出了圖1中接收器線圈組合件可能的拖繩連接的透視圖。圖8是接收器線圈組合件的替換實(shí)施例的透視圖。圖9是該接收器線圈組合件的一部分根據(jù)替換實(shí)施例沿圖2A的線IV-IV的截面圖。圖IOA是該接收器線圈組合件的一部分根據(jù)替換實(shí)施例沿圖9的線X-X的截面圖。圖IOB是該接收器線圈組合件的一部分根據(jù)另一替換實(shí)施例的截面圖。圖IOC是在與圖IOB的截面圖的成直角的該接收器線圈組合件的一部分的截面圖。圖IOD是該接收器線圈組合件的一部分根據(jù)另一替換實(shí)施例的截面圖。圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例實(shí)施例的AFMAG地球物理勘探系統(tǒng)的表示。圖12是圖11的地球物理勘探系統(tǒng)的示意圖。圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的另一示例實(shí)施例的地球物理勘探系統(tǒng)的表示。圖14示出了根據(jù)本發(fā)明的另一示例實(shí)施例的地球物理勘探系統(tǒng)的表示。圖15是接收器線圈組合件可能的骨骼框架的另一示例實(shí)施例。圖16是接收器線圈組合件可能的骨骼框架的另一示例實(shí)施例。
示例實(shí)施例的描述接收器線圈組合件圖1解說根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例用于地球物理勘測的多接收器線圈組合件10。 該接收器線圈組合件10包括支撐在骨骼框架8內(nèi)的多個(gè)接收器線圈，骨骼框架8將這些線圈相對于彼此維持在基本固定的位置。如將在下面更詳細(xì)地解釋的，在至少一些配置中，接收器線圈組合件10可允許相對低的重量-線圈大小比，并且在接收器線圈組合件10在諸如空氣或水之類的流體中移動(dòng)的應(yīng)用中可以減輕阻力。圖1的多接收器線圈組合件10包括支撐在框架8內(nèi)的三個(gè)空心接收器線圈16A、 16B和16C。在至少一個(gè)示例實(shí)施例中，線圈16A、16B和16C中的每一個(gè)纏繞在各自相應(yīng)的平面中并且具有各自相應(yīng)的偶極軸，這三個(gè)線圈16A、16B和16C的軸相交于公共中央位置， 其中每個(gè)線圈軸與另兩個(gè)線圈的軸基本正交。在示例實(shí)施例中，骨骼框架8由限定了內(nèi)部通道的管狀構(gòu)件構(gòu)成，在這些內(nèi)部通道中內(nèi)部框架20被彈性地懸掛著且接收器線圈16A、16B和16C被固定至該內(nèi)部框架20。更為具體地，在所解說的實(shí)施例中，骨骼框架包括三個(gè)互相連接的管狀外框架部分8A、8B和 8C，它們基本彼此相同且各自分別包含基本相同的內(nèi)部支撐框架部分20A、20B和20C。內(nèi)部支撐框架部分20A、20B和20C各自支撐相應(yīng)的接收器線圈16A、16B和16C。內(nèi)部支撐框架部分20A、20B和20C互相連接以形成如圖3中圖示出的內(nèi)部框架20。相應(yīng)地，接收器線圈 16AU6B和16C中的每一個(gè)基本被包含在相應(yīng)的獨(dú)立框架部分8A、8B和8C中。提供了圖2A、2B和2C以分別突出顯示框架部分8A、8B和8C?？蚣懿糠?A、8B和 8C各自限定容納相應(yīng)的接收器線圈16A、16B和16C的相應(yīng)環(huán)。在當(dāng)前描述的實(shí)施例中，框架部分8A、8B和8C以及內(nèi)部框架部分20A、20B和20C各自成形為平行四邊形，并且可以是例如方形的以使骨骼框架8基本成形為類似規(guī)則八面體。如圖2A中所示，外框架部分8A由通過4個(gè)拐角部分18連接的4個(gè)伸長的管狀框架構(gòu)件14A形成，從而形成了限定一連續(xù)內(nèi)部通道22A的方形框架部分8A，在該連續(xù)內(nèi)部通道22A中相應(yīng)的方形內(nèi)部框架部分20A被彈性地懸掛著。內(nèi)部框架部分20A由通過拐角部分M連接的4個(gè)伸長的框架構(gòu)件12A形成(圖3)。在本文中當(dāng)指代框架部分20A、20B和20C以及框架構(gòu)件12A、12B和12C時(shí)，術(shù)語“內(nèi)部”和“內(nèi)”是可互換使用的。接收器線圈16A被固定在由內(nèi)部框架部分20A限定的溝槽或通道內(nèi)。類似地，如圖2B中所示，子框架8B由通過4個(gè)拐角部分18連接的4個(gè)伸長的管狀框架構(gòu)件14B形成，從而形成了限定一連續(xù)內(nèi)部通道22B的方形框架部分8B，在該連續(xù)內(nèi)部通道22B中相應(yīng)的方形內(nèi)部框架部分20B被彈性地懸掛著。內(nèi)部框架部分20B由通過拐角部分M連接的4個(gè)伸長的框架構(gòu)件12B形成。接收器線圈16B被固定在由內(nèi)部框架部分20B限定的溝槽或通道內(nèi)。如圖2C中所示，子框架8C由通過4個(gè)拐角部分18連接的 4個(gè)伸長的管狀框架構(gòu)件14C形成，從而形成了限定一連續(xù)內(nèi)部通道22C的方形框架部分 8C，在該連續(xù)內(nèi)部通道22C中相應(yīng)的方形內(nèi)部框架部分20C被彈性地懸掛著。內(nèi)部框架部分20C由通過拐角部分M連接的4個(gè)伸長的框架構(gòu)件12C形成。接收器線圈16C被固定在由內(nèi)部框架部分20C限定的溝槽或通道內(nèi)。如圖1-3中可見，外框架拐角部分18中的每一個(gè)由管狀框架部分8A、8B和8C中的兩個(gè)的拐角共享并互連該拐角，并且內(nèi)部框架拐角部分M中的每一個(gè)由管狀框架部分20A、20B和20C中的兩個(gè)的拐角共享并互連該拐角。在所解說的示例實(shí)施例中，接收器線圈16B和16C及其相應(yīng)的支撐內(nèi)框架構(gòu)件和外框架構(gòu)件12B、14B、12C和14B與接收器線圈16A及其支持內(nèi)框架構(gòu)件和外框架構(gòu)件12A、 14A基本相同地構(gòu)造，現(xiàn)在將參照圖4和5中所示的截面圖更詳細(xì)地對其進(jìn)行描述。如圖 4中可見，在一示例實(shí)施例中，每個(gè)管狀框架構(gòu)件14A包括兩個(gè)基本相同的伸長的半圓柱部分沈，這兩個(gè)半圓柱部分沈通過配合的外圍凸緣部分觀固定在一起以限定內(nèi)部接收器線圈通道22A。螺栓30或其他緊固件可穿過對準(zhǔn)的緊固孔30(圖幻以將半圓柱部分沈固定在一起。半圓柱部分26可以例如由允許電磁信號(hào)穿過且對接收器線圈16A干擾最小或沒有干擾的輕量型剛性復(fù)合材料構(gòu)成。內(nèi)框架構(gòu)件12A通過沿每一個(gè)管狀框架構(gòu)件14A的長度內(nèi)部間隔開的多個(gè)緊固組合件40被彈性地懸掛在管狀框架構(gòu)件14A內(nèi)的近似內(nèi)線圈通道22A的中心處。如圖5中可最佳地看出，每個(gè)緊固組合件40包括在管狀框架構(gòu)件14A的內(nèi)壁與內(nèi)框架構(gòu)件12A之間延伸的彈性懸掛構(gòu)件32。在一個(gè)示例實(shí)施例中，每個(gè)彈性懸掛構(gòu)件32(例如可以由橡膠形成)在相對的第一和第二端38固定至內(nèi)框架構(gòu)件12A的一側(cè)上的縱向隔開的位置，并在近似中點(diǎn)36處固定至管狀框架構(gòu)件14A的內(nèi)壁以使得彈性懸掛構(gòu)件32形成向內(nèi)框架構(gòu)件12A施加相對的縱向力以及側(cè)向力的“V”字型。(將領(lǐng)會(huì)，“V”字型彈性構(gòu)件可用兩個(gè)分開的彈性片來替代。)緊固塊34可通過粘合劑或其他緊固件被固定到管狀框架構(gòu)件14A的內(nèi)壁以提供用于通過螺栓或其他緊固件來固定中點(diǎn)36的表面。在所解說的實(shí)施例中，緊固組合件40成對地位于內(nèi)框架構(gòu)件12A的相對側(cè)從而通過彈性懸掛構(gòu)件32 將基本相等但相反的力施加到內(nèi)框架構(gòu)件12A以使得內(nèi)框架構(gòu)件12A正常靜止位置處在由管狀框架構(gòu)件14A所限定的線圈通道22A的中心而無關(guān)于框架10的定向。在一個(gè)示例實(shí)施例中，管狀框架構(gòu)件14A中的彈性懸掛構(gòu)件32被全部固定到其一個(gè)半圓柱部分沈以便于在用另一半圓柱部分沈封閉接收器線圈通道22A之前將內(nèi)框架構(gòu)件12A固定于適當(dāng)位置。彈性構(gòu)件32可用橡膠或其他合適的彈性或有彈力的材料構(gòu)成。緊固組合件40可采用許多與圖4和5中所示配置不同的配置以彈性地懸掛內(nèi)框架構(gòu)件12A。再次參照圖4，在一些實(shí)施例中，內(nèi)框架構(gòu)件12A具有V字型橫截面且限定側(cè)端打開的溝槽42，溝槽42提供在其中接納接收器線圈16A的內(nèi)纜線通道44。在一些實(shí)施例中， 內(nèi)框架構(gòu)件12A可替換地具有半矩形、或半圓形或圓形或其他橫截面區(qū)域。在至少一些實(shí)施例中，接收器線圈16A是通過帶子和/或其他類型的緊固機(jī)構(gòu)被固定在溝槽42中的環(huán)或多匝線圈形狀。在所解說的實(shí)施例中，八面體骨骼框架8總共包括12根管狀框架構(gòu)件14A、14B和 14C (每個(gè)構(gòu)件14A、14B和14C有四根)以及6個(gè)拐角部分18。每個(gè)拐角部分將支撐接收器線圈之一的一對管狀框架構(gòu)件與支持另兩個(gè)接收器線圈之一的一對管狀框架構(gòu)件相連接， 從而使得兩個(gè)接收器線圈的部分穿過每一個(gè)拐角部分18。圖6更詳細(xì)地解說了根據(jù)示例實(shí)施例在未示出任何接收器線圈的情況下的其中一個(gè)拐角部分18。該拐角部分18包括可拆卸的內(nèi)壁部分62 (在圖6中被去除——參見圖2C)和外籃部分48。外籃部分48包括半球形中心部分，4個(gè)半圓柱短樁50從該中心部分延伸。每個(gè)短樁50具有用于與對應(yīng)的管狀框架構(gòu)件14A、14B或14C上的對應(yīng)凸緣60(圖2C)配合的側(cè)向外圍凸緣52。沿凸緣52和60設(shè)置了對準(zhǔn)的固定孔58以用于將凸緣52和60固定在一起。內(nèi)壁部分62具有與外籃部分形狀相對應(yīng)的形狀，并且包括與外籃部分的凸緣部分M以及對應(yīng)管狀框架構(gòu)件14A、14B或 14C的凸緣60相配合的外圍凸緣部分。內(nèi)框架12包括內(nèi)拐角部分M，后者包括被固定到內(nèi)框架構(gòu)件12A、12B和12C并在一對接收器線圈在拐角部分18處交迭的那一點(diǎn)處支撐這對接收器線圈的溝槽限定臂56。在一些示例實(shí)施例中，內(nèi)框架拐角部分M通過彈性構(gòu)件被固定到外框架籃部分48和/或可拆卸的內(nèi)壁部分62，然而在一些實(shí)施例中，內(nèi)框架拐角部分M僅被連接到內(nèi)框架12的其余部分并由其所支撐。在至少一些配置中，骨骼八面體接收器線圈組合件10提供相對輕量的結(jié)構(gòu)用于容納和支撐在關(guān)于一公共中心點(diǎn)的不同平面中的三個(gè)接收器線圈16A、16B和16C。此外，在與例如固體球形拖曳組合件相比時(shí)，接收器線圈組合件的骨骼性質(zhì)可減輕諸如空氣或水之類的流體穿過組合件10所引起的阻力。內(nèi)部框架20的彈性懸掛在至少一些應(yīng)用中可減輕噪聲，否則接收器線圈可能會(huì)受到噪聲所引起的振動(dòng)的影響。骨骼框架8的八面體結(jié)構(gòu)在至少一些示例實(shí)施例中可提供堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)以將接收器線圈16A、16B和16C相對于彼此固定在基本穩(wěn)定的位置上。圖7A解說了用于從飛行器或其他運(yùn)載工具拖曳該拖曳組合件10的一種可能的拖曳配置。在所解說的示例中，三條連接繩索80具有各自分別被連接到拖曳組合件框架8的三個(gè)上拐角18的第一端和被連接到公共接頭82的相對端。連接繩索80的第一端例如可以被連接到拐角18上所設(shè)的連接環(huán)或連接眼(未示出)、或者可直接系到框架8的拐角。 在一些示例實(shí)施例中，公共接頭82通過一個(gè)或多個(gè)橡皮筋型的繩84被連接到拖曳繩索64 的一端，拖曳繩索64的該端被附連至飛行器。橡皮筋繩84 (或合適的彈性替換物)在一些配置中可以幫助將接收器線圈組合件10與飛行器振動(dòng)隔離開來。相應(yīng)連接繩索80的長度可以隨繩索而不同，并且可被選擇成在不同的水平飛行速度下為框架8提供不同的期望定向。例如，連接繩索長度可被選擇成使得在典型的勘測速度下接收器線圈8具有諸如圖7A 中所示的某種定向，但在較低或者無水平速度下框架8可以垂直下降從而以圖1中所示的位置一般同時(shí)著落在三個(gè)下拐角18上以減少對框架的著落和起飛應(yīng)力。在一些實(shí)施例中， 可以在框架8的一個(gè)或多個(gè)部分上選擇性地放置由織物或其他輕量型材料構(gòu)成的一個(gè)或多個(gè)鰭或阻板從而提供空氣界面以在飛行期間得到框架8的期望定位。 在一些示例實(shí)施例中，前置放大器被包括在該框架組合件中并連接到來自接收器線圈16A、16B和16C的引線以放大接收器線圈16A、16B和16C接收到的信號(hào)。例如，如圖 7A中所解說的，前置放大器86可被設(shè)置在框架8的對應(yīng)兩個(gè)接收器線圈(例如，線圈16A 和16B)的一個(gè)拐角8 (這兩個(gè)接收器線圈通過該拐角)內(nèi)，而用于另一接收器線圈(例如， 線圈16C)的另一前置放大器86被設(shè)置在該框架的另一拐角18內(nèi)。位于拐角18之一上的接線盒108可通過前置放大器86被連接到接收器線圈16A、16B和16C中的每一個(gè)。接線盒108又被連接到鄰近連接線纜80之一并沿拖曳繩索64延伸到從接收器線圈16A、16B和 16C接收信息的數(shù)據(jù)監(jiān)視計(jì)算機(jī)和用于向前置放大器86和諸如GPS接收機(jī)或其他定位設(shè)備等可能附連到框架8的其他有源設(shè)備供電的功率源的電纜線124。在一些實(shí)施例中，從位于框架的一個(gè)拐角18上的前置放大器86到接線盒108的引線可以在框架的一個(gè)管狀構(gòu)件內(nèi)與該特定管狀構(gòu)件中的接收器線圈空間上隔開地內(nèi)部設(shè)置，如圖7A中的虛線88所指示的。
在一些示例實(shí)施例中，諸如GPS傳感器和/或加速計(jì)之類的位置傳感器90例如可位于框架8的一個(gè)或多個(gè)位置上，圖7A解說了位于框架8的三個(gè)相應(yīng)拐角18上的GPS天線90，它們電連接至安設(shè)到接頭82或拖曳線纜64的GPS接收機(jī)92。在一些示例實(shí)施例中， 其他定位技術(shù)可被安設(shè)到框架8，例如，諸如SPAN IMU-LN200或SPAN CPT之類的Novatel SPAN定位技術(shù)，在一些情形中，可以向框架8附連子框架以在該框架的中心安設(shè)定位技術(shù)。圖7B解說了用于從飛行器或其他運(yùn)載工具拖曳該拖曳組合件10的另一可能的拖曳線纜配置。在所解說的示例中，單獨(dú)的連接繩索66從接收器線圈組合件10的每個(gè)拐角部分18延伸到中央的中樞連接68，該中樞連接被固定到拖曳繩索64。相應(yīng)連接繩索66的至少一些的長度可以不同從而為接收器線圈組合件提供期望的飛行定向。連接繩索66還可向相應(yīng)拐角部分18施加張力并由此為接收器線圈組合件10增加強(qiáng)度和剛性。拖曳線纜配置可取決于應(yīng)用而不同于圖7中所示的配置，例如該組合件可替換地從連接到框架8的不同于拐角18或除拐角18之外的部分的網(wǎng)或連接繩索66被懸掛。在一些示例實(shí)施例中，(例如，通過連接線纜長度和位置、以及可能通過使用附連到拖曳組合件10的一個(gè)或多個(gè)穩(wěn)定器鰭)選擇拖曳線纜配置以使得接收器線圈軸在飛行期間基本維持在所期望的定向上，例如，一個(gè)線圈軸在垂直方向上，一個(gè)線圈軸定向于行進(jìn)方向上，以及一個(gè)線圈軸水平地定向成與行進(jìn)方向成直角。在一個(gè)示例實(shí)施例中，接收器線圈16A、16B和16C中每一個(gè)的電引線穿過外框架8 中所設(shè)的相應(yīng)開口，并被連接至固定到拖曳繩索64的電纜線，以使得可從拖曳飛行器遠(yuǎn)程地監(jiān)視接收器線圈16A、16B和16C。如從以上描述將領(lǐng)會(huì)的，在示例實(shí)施例中，線圈組合件10以使其能被分解和運(yùn)輸并且隨后在勘測位置被重新組裝的方式來構(gòu)造。如上所述，在示例實(shí)施例中，內(nèi)部框架部分 20A、內(nèi)部框架部分20B和內(nèi)部框架部分20C各自由分別通過拐角部分M連接的4個(gè)伸長的框架構(gòu)件12A、12B、12C構(gòu)成，并且接收器線圈16A、16B和16C各自通過伸長的框架構(gòu)件 12A、12B和12C的相應(yīng)線圈溝道或通道42內(nèi)的帶子或粘合劑或其他緊固件來固定。參照內(nèi)部框架部分20A，在示例實(shí)施例中，拐角部分M在4個(gè)筆直框架構(gòu)件12A的末端處可松開地連接，這樣在拖曳組合件10的分解期間，4個(gè)筆直伸長的框架構(gòu)件12A可以從接收器線圈組合件10被拆卸，同時(shí)接收器線圈16A仍被固定到伸長的框架構(gòu)件12A從而使得接收器線圈16A沿四側(cè)將是基本剛性的但在四個(gè)拐角是柔性的，這允許接收器線圈(連同4個(gè)筆直伸長的框架構(gòu)件12A—起)被折疊成緊湊的捆束，其中4個(gè)筆直伸長的框架構(gòu)件12A彼此全部平行定位同時(shí)維持構(gòu)成接收器線圈的導(dǎo)體的連續(xù)性并允許接收器線圈16A隨后以基本類似的配置在接收器線圈組合件10中被重新安裝起來。支撐接收器線圈16B和16C的內(nèi)部框架部分20B和20C可以類似地被拆卸和折疊以便運(yùn)輸。在一些示例實(shí)施例中，管狀框架構(gòu)件14A、14B和14C以及內(nèi)框架構(gòu)件12A、12B和 12C可以各自由固定在一起的多個(gè)較短的段組成，并且從這一方面說圖8解說了由通過緊固件72在配合部分固定在一起的多個(gè)子部分70構(gòu)成的管狀框架構(gòu)件14B。分段的框架構(gòu)件可便于較大的接收器線圈組合件作為能在勘測位置處被組裝和分解的成套工具運(yùn)輸至該勘測位置或從該勘測位置運(yùn)輸。此外，可使用相同的框架構(gòu)件來組裝不同大小的框架8。參照圖9和10A，在另一替換實(shí)施例中，使用雙懸掛系統(tǒng)將接收器線圈內(nèi)部框架20 懸掛在接收器線圈組合件10的外框架8內(nèi)。盡管圖9和IOA解說了被用于容納接收器線圈16A的框架部分8A和20A，框架部分8B、20B以及8C和20C與圖9和IOA中所示的基本相同。在圖9和IOA的雙懸掛配置中，位于沿內(nèi)部框架構(gòu)件12A、12B和12C的每一個(gè)的長度的懸掛組合件40被連接到中間框架構(gòu)件74，后者又自外框架構(gòu)件14A、14B和14C懸掛下來。例如，第一彈性懸掛構(gòu)件32在圓柱或半圓柱中間構(gòu)件74的中心懸掛內(nèi)框架構(gòu)件12A， 該圓柱或半圓柱中間構(gòu)件74隨后通過在該圓柱中間構(gòu)件74和外框架構(gòu)件14A之間延伸的又一彈性構(gòu)件76以類似方式在中央懸掛。如圖在IOA中可看出，該又一彈性構(gòu)件76也可以被布置成V字型模式從而以與第一彈性懸掛構(gòu)件32類似的方式阻止縱向移動(dòng)和徑向移動(dòng)。因此，在圖9和IOA的實(shí)施例中，支撐接收器線圈16A的內(nèi)框架部分20A通過數(shù)個(gè)第一彈性懸掛構(gòu)件32從數(shù)個(gè)相應(yīng)的中間框架部分74被懸掛，中間框架部分74又通過一個(gè)或多個(gè)第二彈性懸掛構(gòu)件76(例如可由橡膠構(gòu)成)從外框架8A被懸掛。內(nèi)框架部分20A 可被進(jìn)一步定位于處在或靠近外框架的中心。(i)接近第一懸掛構(gòu)件32與內(nèi)框架部分20A 和中間框架部分74中每一個(gè)之間的連接、和(ii)接近第二懸掛構(gòu)件76與中間框架部分74 和外框架8A中每一個(gè)之間的連接的區(qū)域可用諸如硅酮之類的減摩劑來涂覆。硅酮涂敷可以減少由于附著點(diǎn)或連接點(diǎn)處的摩擦所引起的噪聲。在一些示例實(shí)施例中，第一懸掛構(gòu)件可以通過穿過預(yù)先鉆下的孔或附連的環(huán)的纜線帶被連接到相應(yīng)的框架部分。替換地，可使用任何數(shù)目的其他可能的方法來附連第一和第二懸掛構(gòu)件，包括連接到附著點(diǎn)的鉤或經(jīng)加工的鉤狀附著點(diǎn)，由此懸掛構(gòu)件可成環(huán)繞著鉤子上并隨后被覆蓋硅酮；替換地，第一和第二懸掛構(gòu)件上的環(huán)可被擰入附著點(diǎn)中；另一可能性是將第一和第二懸掛構(gòu)件粘合到內(nèi)框架以及粘合到外框架或中間框架部分。如圖9和IOA中所示，第一和第二懸掛構(gòu)件32和76在除90度之外的角度上延伸以同時(shí)在徑向和縱向上分別偏壓位于內(nèi)部接收器線圈通道22A、22B和22C中的中心位置上的內(nèi)框架部分20A、20B和20C以及接收器線圈16A、16B和16C。以上討論的單和雙懸掛配置在至少一些實(shí)施例中可通過減少接收器線圈組合件10對接收器線圈16A、16B和16C的振動(dòng)的影響來改善接收器線圈組合件的信噪比(“SNR”)。在其他示例實(shí)施例中，可使用其他支撐機(jī)構(gòu)，包括三懸掛、彈簧、用泡沫包圍住線圈、或者以降低噪聲的方式將線圈定位在內(nèi)框架的中心的其他手段。在一些實(shí)施例中，懸掛構(gòu)件的位置和定位可能在接收器線圈組合件中是不同的， 例如可在組合件的預(yù)期頂部定位比朝底部定位更多數(shù)目的彈性懸掛構(gòu)件。圖IOB和IOC解說了接收器線圈組合件10的內(nèi)部框架12的另一種可能的懸掛配置。盡管圖IOB和IOC解說了被用于容納接收器線圈16A的框架部分8A和20A，框架部分 8B、20B以及8C和20C與圖IOB和IOC中所示的基本相同。圖IOB和IOC中所示的配置類似于上文關(guān)于圖4和5描述的配置，多了介于內(nèi)部框架構(gòu)件12A的相對側(cè)與外框架構(gòu)件14A 所限定的壁之間在圓柱通道22k中縱向延伸的中間剛性棒94。框架部分20A的內(nèi)框架構(gòu)件14A的一側(cè)上的彈性懸掛構(gòu)件32各自在近似中點(diǎn)98處附連至剛性棒94中的一根，以及內(nèi)框架部分20A的相對側(cè)上的彈性懸掛構(gòu)件32各自在中點(diǎn)98附連至剛性棒94中的另一根。棒94能將懸掛構(gòu)件系在一起以將所施加的力分布到數(shù)個(gè)彈性構(gòu)件中的任何個(gè)體構(gòu)件。 另外，棒94自身可充當(dāng)能量吸收或反射結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@些棒充當(dāng)提供內(nèi)框架對外框架的振動(dòng)的附加隔離級(jí)的質(zhì)量或慣性。在一個(gè)示例實(shí)施例中，棒94基本延伸其所處的相應(yīng)框架構(gòu)件 12A的長度。在一些示例實(shí)施例中，棒94可被分裂成較小的棒部分。圖IOC是與圖IOB的視角成直角的解說該懸掛系統(tǒng)的又一橫截面表示。在一些實(shí)施例中，棒94可以例如由玻璃纖維或其他復(fù)合材料或金屬來構(gòu)成。圖IOD解說了圖IOB和IOC的接收器線圈懸掛系統(tǒng)的又一變形。在圖IOD所示的實(shí)施例中，接收器線圈16A的每一側(cè)上的彈性懸掛構(gòu)件32由在內(nèi)框架構(gòu)件12A和外框架構(gòu)件14A之間以ζ字型來回方式延伸的單個(gè)彈性構(gòu)件構(gòu)成。棒94被固定在懸掛構(gòu)件32的中點(diǎn)處。圖10還解說了被分裂成較小的棒部分的棒94。除了被用在上述的三接收器線圈拖曳組合件中之外，附圖中所示出且上文描述的彈性接收器線圈懸掛系統(tǒng)還可被應(yīng)用于用在其他配置中的接收器線圈，例如包括僅包括單個(gè)接收器線圈的單線圈拖曳組合件和雙線圈拖曳組合件。盡管在附圖中已經(jīng)示出了八面體接收器線圈組合件10，但骨骼接收器線圈組合件 10可替換地采用封閉式接收器線圈的不同形狀和配置。例如，骨骼框架可包括共同定義例如骨骼球形、或立方體或錐體的接收器線圈框架部分。另外，可在一些應(yīng)用中使用三個(gè)以上的接收器線圈。例如，圖15示出了與組合件10基本類似的接收器線圈組合件10’的示例， 區(qū)別在于骨骼框架8’的三個(gè)正交的管狀方形框架部分8A’、8B’和8C’不是在拐角而是在中點(diǎn)96處彼此連接。圖16示出了與組合件10基本類似的另一接收器線圈組合件10”的示例，區(qū)別在于骨骼框架8”具有普通球形輪廓并且由在點(diǎn)96處互連的三個(gè)相交的管狀圓形框架部分8A”、8B”和8C”構(gòu)成。已經(jīng)提供了對接收器線圈組合件10的示例實(shí)施例的描述，現(xiàn)在將更詳細(xì)地解釋可以如何使用接收器線圈組合件10的一些示例。多軸 AFMAG在一個(gè)示例實(shí)施例中，接收器線圈組合件10被用于空中AFMAG地質(zhì)勘測系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)中以用于測量從諸如閃電放電之類的自然發(fā)生的信號(hào)源得到的聲頻和次聲頻磁場?，F(xiàn)存的基于AFMAG的空中地質(zhì)勘測系統(tǒng)通?；谝患僭O(shè)來工作，即在不存在局部導(dǎo)體的情況下，在被勘測地帶上方測得的自然發(fā)生的AFMAG磁場分量將具有隨機(jī)方向但位于水平面中，而在被勘測地帶中存在局部導(dǎo)體或局部磁體將改變磁場分量的方向從而使其不是水平的。然而，如果地下導(dǎo)電性沒有變化則自然磁場就水平這一假設(shè)可能在一些應(yīng)用中會(huì)弓I入誤差，因?yàn)殡婋x層導(dǎo)體在時(shí)間上不是同質(zhì)和穩(wěn)定的，并且還可能導(dǎo)致聲-磁場垂直分量的變化。在勘測飛行期間傳感器線圈組合件空間姿態(tài)的不穩(wěn)定性也可能導(dǎo)致誤差，因?yàn)樵跍y量傾斜角時(shí)傳感器線圈的任何角旋轉(zhuǎn)都產(chǎn)生均等誤差。此誤差可通過使用諸如美國專利號(hào) 6，876，202 (Morrison等人)中所示的姿態(tài)傳感器來緩解，但是在其中結(jié)合飛行測量使用基站測量的一些情形中，由于基站和飛行點(diǎn)中的聲-磁場量值之間的未知差異可能會(huì)影響誤差校正的準(zhǔn)確性。不同于典型的AFMAG技術(shù)，本文描述了不依賴于聲-磁場的垂直和水平分量(或傾斜角)之間的關(guān)系但依賴于在同一時(shí)間在勘測區(qū)域的兩個(gè)(或更多個(gè))不同點(diǎn)處的聲磁場3D向量量值的關(guān)系的示例實(shí)施例。參照圖11，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例實(shí)施例的地球物理勘探系統(tǒng)110包括至少兩個(gè)空間上分開的傳感器系統(tǒng)112、114以用于同時(shí)測量勘測地區(qū)中兩個(gè)不同位置上的三維 (“3D”)向量量值。在一個(gè)示例實(shí)施例中，傳感器系統(tǒng)112和114在功能性上基本等效并且各自包括3D向量磁傳感器。一個(gè)傳感器系統(tǒng)112包括自拖曳線纜64懸掛下來并被勘測地區(qū)上空諸如直升機(jī)或飛機(jī)或飛艇之類的飛行器86拖曳的拖曳接收器線圈組合件10-1，并且另一傳感器系統(tǒng)114包括靜止并位于地面88上的基于地面的接收器線圈組合件10-2。 如將在下文更詳細(xì)地解釋的，傳感器系統(tǒng)112、114中的每一個(gè)包括安排成用于測量聲-電磁場在三個(gè)不同的維度的量值的三個(gè)電磁傳感器。在一個(gè)示例實(shí)施例中，接收器線圈組合件10-1和10-2各自使用與上文針對圖1-8描述的單懸掛線圈組合件10、或上文針對圖9 和IOA描述的雙懸掛線圈組合件10、或者上文針對圖10B-10D描述的懸掛系統(tǒng)基本相同的接收器線圈組合件來實(shí)現(xiàn)。在至少一些應(yīng)用中，地球物理勘探系統(tǒng)110對不是由于在聲-磁場傾斜角中存在導(dǎo)體所導(dǎo)致的自然發(fā)生的變動(dòng)(例如，由于電離層或表面地形的改變所導(dǎo)致的變動(dòng))較不敏感，并且不像典型的AFMAG系統(tǒng)那樣依賴于飛行器拖曳的傳感器的空間姿態(tài)。如在本領(lǐng)域所已知的，幾乎在任何地方可以觀測并測量在聲-頻范圍中的地球的自然電磁場。對電離層狀況變化依賴最小的最穩(wěn)定的頻率范圍通常為8-400HZ，因此這是用于地球物理勘測的便利范圍。在一些應(yīng)用中，測量范圍在近似25Hz處開始，因?yàn)轱w行器拖曳的傳感器組合件上運(yùn)動(dòng)所感生的噪聲在較低頻率下往往更大，然而在一些配置中，可能在低于25Hz (諸如8Hz)和高于400Hz的頻率上測量。當(dāng)一地區(qū)在地表之下具有電同質(zhì)材料時(shí)，該地區(qū)的交變自然電磁場的磁分量也將是同質(zhì)的。因此，在使用空中傳感器系統(tǒng)112和靜止基站傳感器系統(tǒng)114對該地區(qū)進(jìn)行勘測時(shí)，在靜止地面站傳感器系統(tǒng)11和飛行器拖曳傳感器系統(tǒng) 114處測得的聲磁場的3D向量量值將通常是相同的，區(qū)別只在于主要由于傳感器系統(tǒng)112、 114空間分離所引起的差異。在存在地下導(dǎo)體或其他散射體的情形中，由于該地下導(dǎo)體中的自然電磁事件所感生的渦電流所生成的附加電磁場，一地區(qū)的場強(qiáng)是非同質(zhì)的并且貫穿該地區(qū)中變化。在靜止地面基站傳感器系統(tǒng)114和飛行器拖曳傳感器系統(tǒng)112處測得的聲磁場的 3D向量量值的差異將典型地在地下導(dǎo)體上空最大，并且此差異在地球物理勘探系統(tǒng)110中被用于檢測可能的地下導(dǎo)體。因此，使用地球物理勘探系統(tǒng)110檢測到的異常的峰值在至少一些應(yīng)用中位于地下電導(dǎo)體的頂端上空，相比之，在依賴場傾斜角的典型基于傾斜角的 AFMAG系統(tǒng)中峰值異常發(fā)生在導(dǎo)體的側(cè)邊上(例如，在不同導(dǎo)電率的材料之間的過渡處)。 在至少一些應(yīng)用中，本文描述的檢測導(dǎo)體頂端上空的異常的地球物理勘探系統(tǒng)110可促成更簡單的地質(zhì)解釋，因?yàn)榭倛鰪?qiáng)異常會(huì)比在已知的傾斜角AFMAG系統(tǒng)中使用的僅Z分量異常更強(qiáng)。此外，在至少一些示例實(shí)施例中，本文描述的3D向量場量值比較系統(tǒng)不需要任何姿態(tài)傳感器，這可以簡化系統(tǒng)裝置。已經(jīng)提供了概述，現(xiàn)在將參照圖11和12更詳細(xì)地描述空中地球物理勘探系統(tǒng) 110。在一個(gè)示例實(shí)施例中，空中傳感器系統(tǒng)112的拖曳接收器線圈組合件10-1包括三個(gè)電磁傳感器16A、16B和16C，其形式為彼此基本正交的三個(gè)基本平面線圈。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，第一或Z軸線圈16A具有沿Z軸延伸的偶極軸，第二或X軸線圈16B具有定向在X 軸方向的偶極軸，以及第三或Y軸線圈16C具有沿Y軸方向定向的偶極軸。X、Y和Z軸相對于接收器線圈組合件10-1而不是任何外部參照物固定，并對應(yīng)于在基本位于接收器線圈組合件10-1的中心處的公共點(diǎn)相交的三條線，其中每條軸正交于其他兩條軸。在一個(gè)非限制性示例實(shí)施例中，正交的Ζ、X和Y傳感器線圈16A、16B和16C各自是具有3米直徑和1000平方米有效面積的多匝空心線圈；然而也可使用其他有效面積和其他傳感器形狀和配置。如將從上文對圖1-10的描述所領(lǐng)會(huì)的，接收器線圈組合件10-1在至少一些應(yīng)用中能維持線圈16A、16B和16C中每一個(gè)基本一致的線圈面積，并在線圈之間維持基本一致的相對姿態(tài)和間距。來自Z線圈16A、X線圈16B和Y線圈16C的表示自然磁場強(qiáng)度的模擬信號(hào)通過接線盒108(可包括低噪聲放大器)和纜線IM被提供給通常將位于飛行器86內(nèi)的空中數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)122。計(jì)算機(jī)122包括被連接用以接收來自傳感器線圈16A、16B和16C的模擬信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器器件(ADC) 128。在一個(gè)示例實(shí)施例中，ADC器件1 包括用于對來自 Z線圈16A、X線圈16B和Y線圈16C的模擬信號(hào)同時(shí)數(shù)字化的三個(gè)M位模數(shù)轉(zhuǎn)換器通道 (每個(gè)測量軸對應(yīng)一個(gè)通道)。在一個(gè)非限制性示例中，在2000Hz上對各通道進(jìn)行采樣，然而也可使用其他采樣率。飛行器上計(jì)算機(jī)122配備有一個(gè)或多個(gè)可包括RAM、閃存存儲(chǔ)器、 硬盤驅(qū)動(dòng)器、或其他類型的電子存儲(chǔ)的存儲(chǔ)元件以存儲(chǔ)從拖曳接收器線圈組合件10-1以及連接到計(jì)算機(jī)122的其他輸入設(shè)備導(dǎo)出的數(shù)字化信號(hào)。計(jì)算機(jī)122可被配置成對其接收到的信號(hào)執(zhí)行數(shù)據(jù)處理功能。在示例實(shí)施例中，空中傳感器系統(tǒng)112或主飛行器包括全球定位系統(tǒng)(“GPS”)設(shè)備138以使得從拖曳接收器線圈組合件13獲得的數(shù)據(jù)能與地理位置和GPS時(shí)間信號(hào)相關(guān)聯(lián)。在示例實(shí)施例中，空中傳感器系統(tǒng)還包括連接到空中計(jì)算機(jī)122的高度計(jì)136以將從拖曳接收器線圈組合件10-1獲得的數(shù)據(jù)與高度測量相關(guān)聯(lián)。在示例實(shí)施例中，高度計(jì)系統(tǒng) 136包括提供關(guān)于拖曳接收器線圈組合件10-1在實(shí)際勘測地帶上方的相對高度的數(shù)據(jù)的高度計(jì)設(shè)備。它還可包括提供拖曳接收器線圈組合件10-1在固定參照物(例如，海平面) 上方的絕對高度的又一高度計(jì)設(shè)備。靜止傳感器系統(tǒng)114類似于空中傳感器系統(tǒng)112但被配置成放置在靜止的基點(diǎn)上，且包括與拖曳接收器線圈組合件10-1基本相同的基地接收器線圈組合件10-2。在這一點(diǎn)上，基地接收器線圈組合件10-2也包括Z、X和Y傳感器16A、16B和16C。同空中傳感器系統(tǒng)112—樣，在靜止傳感器系統(tǒng)114中，來自Z線圈16A、X線圈 16B和Y線圈16C的表示自然磁場強(qiáng)度的模擬信號(hào)通過接線盒108 (可包括低噪聲放大器) 和纜線IM被提供給通常將位于地面接收器線圈組合件10-2附近的數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)123。 基地?cái)?shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)123包括被連接以用于接收來自基地接收器線圈組合件10-2的三個(gè)傳感器線圈16A、16B和16C的模擬信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器器件(ADC) 128。在一個(gè)示例實(shí)施例中，ADC器件1 包括用于對來自Z線圈16A、X線圈16B和Y線圈16C的模擬信號(hào)同時(shí)數(shù)字化的三個(gè)M位模數(shù)轉(zhuǎn)換器通道(每個(gè)測量軸對應(yīng)一個(gè)通道)。在一個(gè)非限制性示例中， 以與在空中傳感器系統(tǒng)計(jì)算機(jī)122處所使用的采樣率相似的速率對每個(gè)通道進(jìn)行采樣。基地?cái)?shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)123配備有一個(gè)或多個(gè)可包括RAM、閃存存儲(chǔ)器、硬盤驅(qū)動(dòng)器、或其他類型的電子存儲(chǔ)的存儲(chǔ)元件以存儲(chǔ)從地面接收器線圈組合件10-2以及連接到計(jì)算機(jī)123的其他輸入設(shè)備導(dǎo)出的數(shù)字化信號(hào)。計(jì)算機(jī)123也可被配置成對其接收到的信號(hào)執(zhí)行進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理功能。靜止傳感器系統(tǒng)114包括全球定位系統(tǒng)(“GPS”)設(shè)備138從而使得從基地接收器線圈組合件10-2獲得的數(shù)據(jù)能與GPS時(shí)間信號(hào)以及一些情形中的地理位置相關(guān)聯(lián)。在示例實(shí)施例中，空中數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)122所收集的數(shù)據(jù)和基地?cái)?shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī) 123所收集的數(shù)據(jù)最終通過相應(yīng)通信鏈路130、132(可以是有線或無線鏈路或者可包括諸如光盤或閃存卡等存儲(chǔ)器介質(zhì)的物理傳遞)被傳遞給諸如數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)1 之類的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，在該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)處，從傳感器系統(tǒng)112和114的接收器線圈組合件10-1和 10-2獲得的電磁場數(shù)據(jù)、來自高度計(jì)系統(tǒng)136的數(shù)據(jù)以及來自與空中接收器線圈組合件 10-1和地面接收器線圈組合件IO-M中的每一者相關(guān)聯(lián)的GPS傳感器138的GPS數(shù)據(jù)可全部被處理以確定是否存在可指示感興趣的地下巖體的任何異常。在一些示例實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)1 所執(zhí)行的一些或全部處理功能可以在空中或基地?cái)?shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)122和 123中的一者或兩者上執(zhí)行。在操作中，空中傳感器系統(tǒng)112可在勘測區(qū)域上空按一系列平行直線以基本恒定的速度飛過以對聲頻范圍磁場進(jìn)行三個(gè)正交向量上的一系列測量。同時(shí)，靜止傳感器系統(tǒng) 114位于勘測地區(qū)內(nèi)的地面上也對磁場進(jìn)行三個(gè)正交向量上的一系列測量。在至少一些示例使用中，靜止傳感器系統(tǒng)114應(yīng)被放置在離諸如電線之類的任何工業(yè)電磁場源有足夠的距離，以使得自然聲-頻磁場支配在靜止傳感器系統(tǒng)114處接收到的信號(hào)以及在后續(xù)信號(hào)處理中被過濾的殘余工業(yè)噪聲。例如，在一個(gè)應(yīng)用中，靜止傳感器系統(tǒng)114離主要電線的距離可以為至少3Km。在示例實(shí)施例中，不要求空中或地面接收器線圈組合件10-1、10-2的任何特殊空間定向或姿態(tài)。例如，空中接收器線圈組合件10-1的X、Y和X軸不需要與基地接收器線圈組合件10-2的X、Y和Z軸定向在相同方向上，且空中組合件10-1的定向在飛行期間可以改變而不會(huì)對勘測結(jié)果有不利影響。因此，在對一地區(qū)進(jìn)行勘測時(shí)，空中數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)122接收并存儲(chǔ)數(shù)字化數(shù)據(jù)流，該數(shù)字化數(shù)據(jù)流表示由空中Z軸傳感器線圈16Α測得的自然發(fā)生的聲頻磁場Hz(s)(t)、 由空中X軸傳感器線圈16B測得的自然發(fā)生的聲頻磁場Hx(s)(t)和由空中Y軸傳感器線圈 16C測得的自然發(fā)生的聲頻磁場Hy(s)(t)。每個(gè)空中磁場測量用接收自GPS傳感器138的 GPS位置和時(shí)間信息、和用來自高度計(jì)系統(tǒng)138的高度信息進(jìn)行加戳。同時(shí)，基地?cái)?shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)123接收并存儲(chǔ)數(shù)字化數(shù)據(jù)流，該數(shù)字化數(shù)據(jù)流表示由基地Z軸傳感器線圈16A測得的自然發(fā)生的聲頻磁場Ηζ(λ) (t)、由基地X軸傳感器線圈16B測得的自然發(fā)生的聲頻磁場扎(地)(t)和由基地Y軸傳感器線圈16C測得的自然發(fā)生的聲頻磁場Hy(地)(t)。每個(gè)基地磁場測量至少用接收自GPS傳感器138的時(shí)間信息、并且在一些實(shí)施例中還用位置信息進(jìn)行加戳。因此，空中和靜止傳感器系統(tǒng)112、114中的每一個(gè)分別收集各自包括三個(gè)通道的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)記錄，每個(gè)通道對應(yīng)傳感器線圈中的相應(yīng)一個(gè)所作的磁場測量。在信號(hào)處理計(jì)算機(jī)1 處，來自空中和靜止系統(tǒng)112、114中每一者的三個(gè)通道數(shù)據(jù)記錄根據(jù)與每個(gè)記錄相關(guān)聯(lián)的GPS信號(hào)時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行合并以生成包括六個(gè)通道的數(shù)字化磁場數(shù)據(jù)的記錄，其中每個(gè)記錄對應(yīng)于在地面和空中傳感器系統(tǒng)兩處基本同時(shí)所作的測量。在一個(gè)示例實(shí)施例中，隨后通過對多個(gè)連貫的時(shí)間塊(作為非限制性示例，時(shí)間塊可以每個(gè)為0. 5-2秒長)應(yīng)用窄帶濾波器或應(yīng)用快速傅立葉變換對數(shù)據(jù)記錄執(zhí)行頻域處理，得到表示在特定聲頻上由相應(yīng)傳感器線圈中的每一個(gè)測得的磁場的數(shù)據(jù)的時(shí)間序列。 該數(shù)據(jù)包括對在空中和地面上測得的對應(yīng)X、Y和Z軸中每一者的磁場分量的實(shí)數(shù)和虛數(shù)表示。使用此信息，在空中和地面?zhèn)鞲衅髦械拿恳徽呱纤鶞y得的特定頻率上的磁場的強(qiáng)度可以被確定并針對勘測地區(qū)中的不同位置進(jìn)行對比。某些頻率可以被濾除掉，例如在一些實(shí)施例中去除掉60Hz噪聲。作為示例，在空中接收器線圈組合件10-1處測得的在特定時(shí)間的特定頻率上的磁場強(qiáng)度可被表示為H(S)(f) =V (Hz(空)(f)2+Hx(空)(f)2+Hy(空)(f)2)并且在基地接收器線圈組合件10-2測得的在相同頻率和時(shí)間上的磁場強(qiáng)度可被表示為|H(地)(f) I = V (Hz(地)(f)2+Hx(地)(f)2+Hy(地)(f)2)這些向量的量值并不依賴于傳感器的空間姿態(tài)，并且通過比較在勘測飛行的不同點(diǎn)上向量|H(s)(f) ι |H(tt)(f) I的量值，可以標(biāo)識(shí)指示可能的感興趣的地下巖體的異常。作為示例，在同質(zhì)地帶的情形中，空中和地面測得的向量量值將基本相同，從而提供等于或接近1的空中對地面比。偏離此水平可被看作地球物理異常，其中空中對地面比(|H(S) (f) I/|H(地)(f) I)高于ι指示可能的導(dǎo)電地下(或散射)體，而低于1則指示欠導(dǎo)電體。盡管以上示例聚焦于將空中傳感器組合件13測得的磁場向量H(s)(f)的量值或強(qiáng)度相對于在空間上分開的傳感器組合件15處測得的磁場向量Η(λ) (f)的強(qiáng)度作比較，然而在一些示例實(shí)施例中，可以比較磁場向量H(s)(f)和Hm)(f)的其他特征以確定是否能檢測到意味著導(dǎo)電或散射體的異常。例如，除了向量的相對量值的變化之外，磁場向量H(s) (f)和H(i4)(f)的相對相位或定向的變化可提供意味著導(dǎo)電或散射體的異常。相應(yīng)地，在示例實(shí)施例中，可以比較磁場向量H(s)(f)和H(i4)(f)的相對量值、相位和定向中的一者或多者以確定是否已經(jīng)記錄了指示導(dǎo)電或散射體的異常。在另一示例實(shí)施例中，比較實(shí)際的向量分量，并計(jì)算相關(guān)張量的姿態(tài)不變量屬性。 一旦電磁波對于任何特定頻率都是平面的，就存在一坐標(biāo)系，其中3D磁復(fù)向量{Mx，My，Mz} 可被視為實(shí)和虛兩個(gè)2D向量，例如Re(M) = {Mu, Mv}，第三坐標(biāo)向量等于0 (除去噪聲影響)。該新坐標(biāo)系可使用已知的向量代數(shù)法通過旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系來找到，并且隨后使用已知的用于處理2D電向量的方法的變形來處理得到的2D向量。例如，在地面地球物理磁-地方法中使用了用于處理2D電向量的過程——探通和仿形(例如，參見(I)Vozoff, K. 1972年的 The magnetotelluric method in the exploration of sedimentary basins (探 貝|J沉禾只盆地的磁地方法)<60 1^8化8(地球物理學(xué))，37，98-141，和(2) Anav, A. ,Cantarano, S.、 Cermli-Irelli,P.禾口 Pallotino，G. V. 1976 年的 A correlation method for measurement of variable magnetic fields (用于測量可變磁場的相關(guān)方法)Inst. Elect, and Electron. Eng. Trans.，Geosc. Elect.，GE14，106-114，上述文獻(xiàn)通過引用納入于此)。在這些方法中被應(yīng)用于電2D向量的過程可被改編和應(yīng)用于磁2D向量。得到的參數(shù)之一是反映地面?zhèn)鞲衅飨到y(tǒng)和飛行傳感器系統(tǒng)導(dǎo)出的磁向量之間的關(guān)系的矩陣的行列式。此行列式不依賴于傳感器的空間姿態(tài)(在坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)時(shí)不變)，并且還反映在地面和空中勘測點(diǎn)的總信號(hào)的能量之間的關(guān)系。該行列式在同質(zhì)地區(qū)上空也等于1，并且在任何側(cè)向?qū)щ娐首兓纳峡掌x。替換信號(hào)處理方法現(xiàn)在將描述用于處理在空中和基地傳感器處接收到的信號(hào)的替換方法。根據(jù)另一示例實(shí)施例，空中地球物理勘探系統(tǒng)110測量在基站傳感器系統(tǒng)114和在空中傳感器系統(tǒng) 112處若干頻帶中的磁場，并將磁場的量值和相位表示為復(fù)數(shù)。例如，這些復(fù)數(shù)可以是上文提到的頻域處理的輸出。對于每個(gè)頻帶，系統(tǒng)110估計(jì)將基站場變換為空中場的3 X 3矩陣。 該估計(jì)是從0. 4到Is的每個(gè)時(shí)間區(qū)間所測得的信號(hào)演算出的。
A = TB其中A是在空中系統(tǒng)參照系中在空中傳感器系統(tǒng)112處觀測到的磁場的3列的復(fù)數(shù)向量，B是在東北下參照系中在基站傳感器系統(tǒng)114處觀測到的磁場的3列的復(fù)數(shù)向量，T是3X3轉(zhuǎn)移函數(shù)矩陣。由于空中系統(tǒng)112姿態(tài)是隨意的，所以在那里觀測到的場相對于在東北下參照系中將觀測到的場被旋轉(zhuǎn)一正交矩陣。A = R T0 B其中R是將向量從東北下參照系變換到空中系統(tǒng)參照系的3X3實(shí)正交矩陣，Ttl = IT1 T是東北下坐標(biāo)中的3X3轉(zhuǎn)移函數(shù)矩陣。目的是要定義可在不知曉R的情況下能從已知的T演算出的Ttl的參數(shù)。S卩，所導(dǎo)出的參數(shù)在空中傳感器系統(tǒng)112旋轉(zhuǎn)或姿態(tài)變化的情況下必須不變。為了找到導(dǎo)電體，處理數(shù)據(jù)以標(biāo)識(shí)源場(用B進(jìn)行標(biāo)識(shí))明顯被放大或衰減的位置。如果B中僅有一個(gè)分量，則比|A|/|B|將是這種旋轉(zhuǎn)不變量參數(shù)。由于B存在三個(gè)分量，所以可標(biāo)識(shí)給出最大的放大的向量~。最大可能的放大可通過T的奇異值分解來確定(例如，參見http:// en. wikipedia. orR/wiki/SinRular value decomposition)。奇異值分角軍是滿足這些準(zhǔn)貝lJ 的一組矩陣U、TS、V T = U Ts V*其中U 是酉矩陣，即，U* U = U U* = I，Ts是具有非負(fù)的實(shí)數(shù)值的對角矩陣，V 是酉矩陣，SP，V* V = V V* = I，*標(biāo)示共軛轉(zhuǎn)置。(在非方矩陣的情況下，“對角”意味著那些僅有的非零元素是其行編號(hào)與列編號(hào)相等的那些元素，就像方陣的情況一樣。)Ts的非零對角元素是奇異值。如果它們以量值的降序放置，則Ts是唯一的。(然而，U和V并不唯一。)由于Ttl = IT1 T，得到T0 = U0 Ts V*其中Utl = R-1U也是酉矩陣。所以，T和Ttl的奇異值是一樣的，因此它們相對于空中傳感器系統(tǒng)112的旋轉(zhuǎn)是不變量。(它們相對于基站傳感器系統(tǒng)114的旋轉(zhuǎn)也是不變量。)具有最大量值的奇異值是最大的放大因子。T的非零奇異值的平方是fT的本征值。奇異值分解可用可公開獲取的標(biāo)準(zhǔn)軟件模塊來計(jì)算，例如GNU科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的函數(shù)gsl_linalg_SV_deC0mp，參見http:// www. Rnu. orR/software/Rsl/0由于Bz (在MT理論中)依存于Bx和By，所以T的秩除了噪聲和誤差效應(yīng)之外至多為2，所以其對角元素的至少一個(gè)應(yīng)該可忽略地異于零。
另一選擇是使T為3X2矩陣，并相應(yīng)地計(jì)算奇異值。在奇異值分解中，所有相位信息在不是唯一的U和V中。U和V的元素的相位在至少一些情形中可被分析以得到關(guān)于基站傳感器系統(tǒng)114和空中傳感器系統(tǒng)112之間的相移的一些有意義信息。U和V可被分離為在某種意義上是“零相位”的酉矩陣、和是對角矩陣且包含相位信息的酉矩陣。U = U0 UP，V = V0 Vp其中U0，V。是“零相位”酉矩陣，UP，Vp是對角酉矩陣。隨后T = U0Up Ts VP*V0* = U0 Tp V0*其中Tp = Up Ts Vp*是包含按量值的降序排列的復(fù)放大因子的對角矩陣?？赏ㄟ^此過程來使U0的相位最小化Upjj = [ Σ k=L.3UkJ]/| Σ k = L.3UkJ|，若Σ R = L3Aj 乒 0，=丄，若Σ k = i = ο.U0ij = UijZUpii.其中Xij標(biāo)示矩陣X中在行i、列j的元素。S卩，Utl是通過將U的每一列乘以單位量值的相位因子獲得的，從而Utl的每一列的和是非負(fù)實(shí)數(shù)。相同的過程可被用來最小化Vtl的相位。其它過程也是可能的。所描述的過程得到三個(gè)旋轉(zhuǎn)不變量參數(shù)，即Tp的對角元素，其包含相位信息并與存在地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的情況下一次場的放大有關(guān)。更精確的一組參數(shù)在至少一些應(yīng)用中是所期望的。如先前所述的，T的(因此也是Tp的)秩除了噪聲和誤差效應(yīng)之外至多為2。由于Tp的元素在量值上是降序，所以第三對角元素將可忽略地異于零并因此可被丟棄。為了獲得單個(gè)旋轉(zhuǎn)不變量參數(shù)，可以將第一和第二參數(shù)相乘。K = Tpi Tp2其中Tpi是Tp的第i個(gè)對角元素。在不存在任何地下特征的情況下，磁場是處處均勻的。在此情形中，Tpi = Tp2 = 1，并因此K=1。在導(dǎo)體上空，預(yù)期放大因子將具有> ι的量值，因此|κ| > 1。盡管參數(shù) K的具體行為將被復(fù)雜化，但在簡化形式下，導(dǎo)體的存在將由參數(shù)K的分布或地圖上的正異常所指示。可使用不同的(并且可能是更簡單的)算法來獲得相關(guān)的、盡管不是一樣的單個(gè)旋轉(zhuǎn)不變量參數(shù)。K = T1XT2.K' = K · Re (K)/I Re ((K)其中Ti是3X3轉(zhuǎn)移函數(shù)矩陣T的第i列向量。此替換參數(shù)K'的旋轉(zhuǎn)不變性是明顯的，因?yàn)榈仁絇 = QXR、點(diǎn)積Q · R、以及長度 (模數(shù))IQI在任何向量Q、R及其叉積Ρ的基的任何旋轉(zhuǎn)下是得以維持的。通過作酉矩陣 U0, V0不是如上所定義的“最小相位”但沒有虛部并因此是旋轉(zhuǎn)或反射這樣的簡化近似，與參數(shù)K的相似性是明顯的。由于K'在旋轉(zhuǎn)下是不變量(并且在反射下變號(hào))，因此它可以從Tp計(jì)算出。K = TpiXTp2 =
K' = 士Tpi Tp2 = 士K其中Tpi是Tp的第i個(gè)對角元素。在U0和Vtl沒有虛部這一簡化假設(shè)下，參數(shù)K'是這兩個(gè)非零放大參數(shù)的積、或其復(fù)數(shù)。參數(shù)K和K'是使用自然源和磁性接收器通過演算和顯示不依賴于三軸空中傳感器系統(tǒng)112和/或兩軸或三軸基傳感器系統(tǒng)114的任何旋轉(zhuǎn)(包括關(guān)于非垂直軸的旋轉(zhuǎn)) 的參數(shù)來映射地下結(jié)構(gòu)的方法的示例實(shí)施例。因此將領(lǐng)會(huì)在上文討論的低頻磁場感測方法中，可以與傳感器系統(tǒng)的姿態(tài)或旋轉(zhuǎn)無關(guān)地進(jìn)行和使用測量。在這一方面，該勘測系統(tǒng)相對于空中系統(tǒng)112和/或基站114關(guān)于任何軸——不論垂直與否——的旋轉(zhuǎn)是旋轉(zhuǎn)不變的。在地球物理勘探系統(tǒng)110的一些應(yīng)用中，還可以使用其他類型的支撐配置來安設(shè)線圈16A、16B和16C，例如不同于每個(gè)線圈被包含在其自身的管狀框架部分內(nèi)，線圈可被纏繞在位于球形保護(hù)殼內(nèi)的線圈架上(諸如在例如上文提到的美國專利號(hào)6，876，202中所示)。此外，線圈無需是空心線圈，例如，它們可以是透磁心線圈。在一些實(shí)施例中，傳感器可以不是線圈。替換地，空中接收器線圈組合件10-1和基地線圈組合件10-2可以使用3D 超導(dǎo)磁傳感器(SQUID)技術(shù)或低噪聲向量磁力計(jì)來實(shí)現(xiàn)。圖13解說在操作和配置上類似于系統(tǒng)110的空中地球物理勘探系統(tǒng)200的另一示例實(shí)施例，差別將從附圖和以下描述中顯而易見。在圖3的系統(tǒng)200中，系統(tǒng)110的靜止傳感器系統(tǒng)114被用一通過比拖曳纜線64長的相應(yīng)拖曳纜線202與第一空中傳感器組合件113自相同的飛行器懸掛下來的第二空中傳感器組合件115替代。盡管自同一飛行器沈懸掛下來，但是第一和第二傳感器組合件113和115彼此在空間上是分開的，其中第二傳感器組合件115處于較低的高度?；?cái)?shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)123以及在至少一些配置中數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)126的功能被整合到空中計(jì)算機(jī)122中。在同質(zhì)地帶的情形中，3D傳感器組合件 113、115兩者將接收到相同的AFMAG信號(hào)，但在存在局部地下導(dǎo)體的情況下，二次聲磁場在較低高度上更強(qiáng)，因?yàn)槠涓咏鼘?dǎo)體。除了信號(hào)記錄合并，此差異可通過和在第一示例中一樣的信號(hào)處理來檢測。所有信號(hào)由僅一臺(tái)計(jì)算機(jī)122同時(shí)收集，并可以實(shí)時(shí)地處理。傾倒AFMAG在一些示例實(shí)施例中，接收器線圈組合件10-1和10-2可替換地被用在例如在上文提到的美國專利號(hào)6，876，202中所示的依賴于傾倒或傾斜角測量的AFMAG型地球物理勘探系統(tǒng)中。在此類應(yīng)用中，姿態(tài)傳感器可位于接收器線圈組合件10-1和10-2上從而可以檢測此類組合件的定向并將該定向信息用于計(jì)算從收集自接收器線圈組合件10-1和10-2 的信號(hào)導(dǎo)出的傾斜角信息。例如，可將一個(gè)或多個(gè)加速計(jì)固定到線圈組合件10-1和10-2以確定姿態(tài)信息。替換地，可在接收器線圈組合件10-1和10-2上空間分開地位置放置三個(gè) GPS接收機(jī)以跟蹤其相應(yīng)姿態(tài)。在一些示例實(shí)施例中，例如在美國專利號(hào)6，876，202中描述的傾倒測量方法和上文描述的3D向量處理方法可被整合到單個(gè)地球物理勘探系統(tǒng)110中， 其中接收器線圈組合件10-1和10-2測量兩種類型的演算所需要的信號(hào)。時(shí)域或頻域電磁
接收器線圈組合件10還可被整合到諸如時(shí)域電磁(TDEM)地球物理勘測系統(tǒng)或頻域電磁系統(tǒng)(FDEM)等有源地球物理勘探系統(tǒng)。作為示例，接收器線圈組合件10可被整合到諸如在美國專利號(hào)7，157,914中所示的TDEM系統(tǒng)。圖14示出了包括發(fā)射器線圈204和接收器線圈組合件10 (具有3個(gè)正交線圈16A、16B和16C)的空中TDEM勘測系統(tǒng)200的示意圖。TDEM勘測系統(tǒng)200可通過諸如飛機(jī)、直升機(jī)、氣球或飛船之類的飛行器2 來攜帶。 在至少一些示例實(shí)施例中，發(fā)射器線圈204和接收器線圈組合件10是被飛行器2 所拖曳的拖曳組合件212的部分。在圖14所示的示例實(shí)施例中，發(fā)射器線圈204和接收器線圈組合件10是基本同心的，其中發(fā)射器線圈204被安設(shè)到自多根支撐纜線或繩索216懸掛下來的框架，這些繩索216在一端各自被附連至該發(fā)射器線圈框架的圓周上的不一樣的點(diǎn)而在另一端被附連到公共的拖曳纜線215。接收器線圈組合件10通過延伸到發(fā)射器線圈框架的一系列徑向延伸的纜線或繩索214被支撐在中央。在一個(gè)示例實(shí)施例中，在使用時(shí)，發(fā)射器線圈204被水平定位并具有基本垂直的偶極軸，而接收器線圈組合件10位于發(fā)射器線圈 104的中心，其中第一接收器線圈16A的軸位于基本垂直的平面中、第二接收器線圈16B的軸位于基本水平的平面中與行進(jìn)方向?qū)R，第二接收器線圈16B的軸位于基本水平的平面中與行進(jìn)方向正交地對齊。可使用來自這三個(gè)接收器線圈的測量確定位于勘測地區(qū)中的巖體的導(dǎo)電性。本領(lǐng)域技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)，也可在不背離本發(fā)明的范圍的情況下實(shí)踐本文描述的實(shí)施例的其他變形。其他變形因此是可能的。
權(quán)利要求
1.一種地球物理勘測系統(tǒng)，包括第一傳感器系統(tǒng)，其包括用于測量源自自然發(fā)生的電磁源的低頻磁場的磁場分量的多個(gè)磁場傳感器，所述第一傳感器系統(tǒng)的所述磁傳感器測量表示彼此基本垂直的三個(gè)軸的磁場分量；與所述第一傳感器系統(tǒng)在空間上分開的第二傳感器系統(tǒng)，其包括用于測量源自自然發(fā)生的電磁源的低頻磁場的磁場分量的多個(gè)磁場傳感器，所述第二傳感器系統(tǒng)的所述磁傳感器測量表示彼此基本垂直的兩個(gè)或三個(gè)軸的磁場分量；以及處理系統(tǒng)，其用于接收關(guān)于所述第一傳感器系統(tǒng)和所述第二傳感器系統(tǒng)測得的所述磁場分量的信息并依賴該信息估計(jì)在多個(gè)頻率上用于將所述第二傳感器系統(tǒng)測得的磁場分量變換為所述第一傳感器系統(tǒng)測得的磁場分量的轉(zhuǎn)移函數(shù)，并從所述轉(zhuǎn)移函數(shù)計(jì)算與所述第一傳感器系統(tǒng)或所述第二傳感器系統(tǒng)關(guān)于其任何軸的旋轉(zhuǎn)無關(guān)的參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的地球物理勘測系統(tǒng)，其特征在于，所述處理系統(tǒng)通過確定3X2 或3X3矩陣T的元素以使得所述矩陣T的第i行第j列的元素是所述第二傳感器系統(tǒng)測得的第j個(gè)磁場分量對所述第一傳感器系統(tǒng)測得的第i個(gè)磁場分量的轉(zhuǎn)移函數(shù)的估計(jì)來估計(jì)每個(gè)頻率上的所述轉(zhuǎn)移函數(shù)，且所述處理系統(tǒng)通過計(jì)算所述矩陣T的奇異值分解U Ts V* 來計(jì)算在每個(gè)頻率上的所述參數(shù)，其中U和V是酉矩陣且Ts是具有實(shí)元素的對角矩陣，其中奇異值為所述對角矩陣Ts的對角元素，其中所述參數(shù)是(i)兩個(gè)最大的奇異值和(ii)兩個(gè)最大奇異值的積中的一者或兩者。
3.如權(quán)利要求2所述的地球物理勘測系統(tǒng)，其特征在于，所述處理系統(tǒng)將所述酉矩陣U 和V分解成對角酉矩陣Up和Vp以及酉矩陣U0和Vtl ；其中Up和Vp被選擇為最小化U0和Vtl 的元素的相位；從而所述奇異值分解可被表示為T = UtlTpVc;其中Tp = UpTsVp* ；所述處理系統(tǒng)標(biāo)識(shí)Tp的對角元素，其中所述參數(shù)還包括Tp的兩個(gè)最大對角元素的幅角(相位角)或者 Tp的兩個(gè)最大對角元素的積的幅角(相位角)或者這兩者。
4.如權(quán)利要求1所述的地球物理勘測系統(tǒng)，其特征在于，所述處理系統(tǒng)通過確定3X2 或3X3矩陣T的元素以使得所述矩陣T的第i行第j列的元素是所述第二傳感器系統(tǒng)測得的第j個(gè)磁場分量對所述第一傳感器系統(tǒng)測得的第i個(gè)磁場分量的轉(zhuǎn)移函數(shù)的估計(jì)來估計(jì)在每個(gè)頻率上的所述轉(zhuǎn)移函數(shù)，且所述處理系統(tǒng)通過確定叉積K = T1XT2來計(jì)算所述參數(shù)，其中Ti是所述矩陣T的第i列向量；且所述參數(shù)是復(fù)數(shù)K' =K.Re(K)/|Re(K)的實(shí)部和虛部。
5.如權(quán)利要求1到4中任意一項(xiàng)所述的地球物理勘測系統(tǒng)，其特征在于，所述第一傳感器系統(tǒng)包括在勘測區(qū)域內(nèi)移動(dòng)的移動(dòng)傳感器系統(tǒng)，以及所述第二傳感器系統(tǒng)包括靜止傳感器系統(tǒng)。
6.如權(quán)利要求5所述的地球物理勘測系統(tǒng)，其特征在于，所述移動(dòng)傳感器系統(tǒng)是在所述勘測區(qū)域上空飛過的空中傳感器系統(tǒng)，而所述靜止傳感器系統(tǒng)是基地傳感器系統(tǒng)。
7.如權(quán)利要求5或6所述的地球物理勘測系統(tǒng)，其特征在于，所述第一傳感器系統(tǒng)包括接收器線圈拖曳組合件，其用于從飛行器進(jìn)行拖曳并包括固定在框架中的多個(gè)接收器線圈，所述框架將所述接收器線圈相對于彼此維持在基本恒定的位置上。
8.如權(quán)利要求7所述的地球物理勘測系統(tǒng)，其特征在于，所述接收器線圈拖曳組合件的每個(gè)接收器線圈被容納在相應(yīng)的管狀外框架部分內(nèi)，所述管狀外框架部分限定所述接收器線圈在其中延伸的連續(xù)通路并且在空間隔開的位置上被連接在一起以使得所述框架具有空氣可從其通過的骨骼配置，并且其中每個(gè)接收器線圈被彈性地懸掛在其相應(yīng)管狀外框架部分的通路內(nèi)。
9.如權(quán)利要求1到8中任意一項(xiàng)所述的地球物理勘測系統(tǒng)，其特征在于，所述第一和第二傳感器系統(tǒng)被配置成在基本落在8Hz到400Hz的多個(gè)不同頻帶中測量磁場分量。
10.一種地球物理勘測系統(tǒng)，包括第一傳感器系統(tǒng)，其包括用于測量勘測區(qū)域中的低磁場數(shù)據(jù)的三個(gè)磁傳感器，所述傳感器各自具有不同的相對定向并在不同的相對方向上測量所述磁場數(shù)據(jù)；與所述第一傳感器系統(tǒng)空間上分開的第二傳感器系統(tǒng)，其包括用于測量所述勘測區(qū)域中的低頻磁場數(shù)據(jù)的兩個(gè)或三個(gè)磁傳感器，所述第二傳感器系統(tǒng)的所述傳感器各自具有不同的相對定向并在不同的相對方向上測量所述電磁場數(shù)據(jù)；以及處理系統(tǒng)，其用于依賴通過所述第一傳感器系統(tǒng)測得的所述磁場數(shù)據(jù)來演算隨時(shí)間的第一向量值集合并依賴通過所述第二傳感器系統(tǒng)測得的所述磁場數(shù)據(jù)來演算隨時(shí)間的第二向量值集合并比較所述第一向量值和所述第二向量值的一個(gè)或多個(gè)特性以標(biāo)識(shí)關(guān)于所述勘測區(qū)域的地球物理信息。
11.如權(quán)利要求10所述的地球物理勘測系統(tǒng)，其特征在于，所述第一向量值和第二向量值包括磁場量值，其中比較所述第一向量值和所述第二向量值的一個(gè)或多個(gè)特性包括比較多個(gè)不同頻率上的磁場量值。
12.如權(quán)利要求10或11所述的地球物理勘測系統(tǒng)，其特征在于，所述第一傳感器系統(tǒng)的所述三個(gè)磁傳感器被安排成測量沿三個(gè)正交軸的低頻磁場數(shù)據(jù)，且所述第二傳感器系統(tǒng)包括被安排成測量沿兩個(gè)或三個(gè)正交軸的低磁場數(shù)據(jù)的兩個(gè)或三個(gè)磁傳感器。
13.如權(quán)利要求12所述的地球物理勘測系統(tǒng)，其特征在于，所述第一傳感器系統(tǒng)是在所述勘測區(qū)域上空飛行的空中傳感器系統(tǒng)而所述第二傳感器系統(tǒng)是靜止傳感器系統(tǒng)，其中所述第一傳感器系統(tǒng)包括用于從飛行器進(jìn)行拖曳的接收器線圈拖曳組合件，所述接收器線圈拖曳組合件包括固定在框架中的三個(gè)接收器線圈，所述框架將所述接收器線圈相對于彼此維持在基本恒定的位置上。
14.如權(quán)利要求10到13中任意一項(xiàng)所述的地球物理勘測系統(tǒng)，其特征在于，所述第一和第二傳感器系統(tǒng)被配置成在基本落在8Hz到400Hz的多個(gè)不同頻帶中測量磁場數(shù)據(jù)。
15.一種地球物理勘測的方法，包括使用第一傳感器系統(tǒng)在勘測區(qū)域內(nèi)的多個(gè)位置上沿多個(gè)軸測量源于自然發(fā)生的電磁源的低頻磁場的磁場分量；使用第二傳感器系統(tǒng)沿多個(gè)軸測量源于自然發(fā)生的電磁源的低頻磁場的磁場分量；以及接收關(guān)于所述第一傳感器系統(tǒng)和所述第二傳感器系統(tǒng)測得的所述磁場分量的信息并依賴它從所接收的信息計(jì)算與所述第一傳感器系統(tǒng)或所述第二傳感器系統(tǒng)關(guān)于其任何軸的旋轉(zhuǎn)無關(guān)的參數(shù)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述參數(shù)包括由在所述第一傳感器系統(tǒng)測得的所述磁場分量表示的第一磁場量值和由在所述第二傳感器系統(tǒng)測得的所述磁場分量表示的第二磁場量值。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，計(jì)算參數(shù)包括估計(jì)用于將所述第二傳感器系統(tǒng)測得的磁場分量變換成所述第一傳感器系統(tǒng)測得的磁場分量的在多個(gè)頻率上的轉(zhuǎn)移函數(shù)，所述參數(shù)是從所述轉(zhuǎn)移函數(shù)計(jì)算出的。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，估計(jì)每個(gè)頻率上的所述轉(zhuǎn)移函數(shù)包括確定3X2或3X3矩陣T的元素以使得所述矩陣T的第i行第j列的元素是所述第二傳感器系統(tǒng)測得的第j個(gè)磁場分量對所述第一傳感器系統(tǒng)測得的第i個(gè)磁場分量的轉(zhuǎn)移函數(shù)的估計(jì)，且計(jì)算所述參數(shù)包括計(jì)算所述矩陣T的奇異值分解U Ts V*，其中U和V是酉矩陣且Ts 是具有實(shí)元素的對角矩陣，其中奇異值為所述對角矩陣Ts的對角元素，其中所述參數(shù)是兩個(gè)最大的奇異值和兩個(gè)最大奇異值的積中的一者或兩者。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，包括將所述酉矩陣U和V分解成對角酉矩陣Up和Vp以及酉矩陣U0和Vtl ；其中Up和Vp被選擇為最小化U0和Vtl的元素的相位；從而所述奇異值分解可被表示為T = UciTpVc;,其中Tp = UpTsVp* ；并標(biāo)識(shí)Tp的對角元素，其中所述參數(shù)還包括Tp的兩個(gè)最大對角元素的幅角(相位角)或者Tp的兩個(gè)最大對角元素的積的幅角(相位角)或者這兩者。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，估計(jì)在每個(gè)頻率上的所述轉(zhuǎn)移函數(shù)包括確定3X2或3X3矩陣T的元素以使得所述矩陣T的第i行第j列的元素是所述第二傳感器系統(tǒng)測得的第j個(gè)磁場分量對所述第一傳感器系統(tǒng)測得的第i個(gè)磁場分量的轉(zhuǎn)移函數(shù)的估計(jì)，且計(jì)算所述參數(shù)包括演算叉積K = T1XT2，其中Ti是所述矩陣T的第i列向量；且所述參數(shù)是復(fù)數(shù)K' = K· Re (K)/I Re (K)的實(shí)部和虛部。
21.如權(quán)利要求15到20中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，包括在使所述第二傳感器系統(tǒng)維持在靜止位置的同時(shí)從所述勘測區(qū)域上空的飛行器拖曳所述第一傳感器系統(tǒng)，與此同時(shí)使用所述第一傳感器系統(tǒng)進(jìn)行測量和使用所述第二傳感器系統(tǒng)進(jìn)行測量。
全文摘要
一種地球物理勘測方法和系統(tǒng)包括使用第一傳感器系統(tǒng)在勘測區(qū)域內(nèi)的多個(gè)位置上沿多個(gè)軸測量源于自然發(fā)生的電磁源的低頻磁場的磁場分量；使用第二傳感器系統(tǒng)沿多個(gè)軸測量源于自然發(fā)生的電磁源的低頻磁場的磁場分量；以及接收關(guān)于由第一傳感器系統(tǒng)和第二傳感器系統(tǒng)測得的磁場分量的信息并依賴它從所接收的信息計(jì)算與第一傳感器系統(tǒng)和第二傳感器系統(tǒng)關(guān)于其任何軸的旋轉(zhuǎn)無關(guān)的參數(shù)。
文檔編號(hào)G01V3/165GK102265185SQ200980152869
公開日2011年11月30日 申請日期2009年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月23日
發(fā)明者E·B·莫里森, G·博雷爾, J·多茲, P·V·庫茨明 申請人:吉?dú)W泰科航空物探有限公司