一種大地電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及其采集方法
【專利摘要】本發(fā)明實施例的大地電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括能夠同時采集低頻大地電磁數(shù)據(jù)和高頻或音頻大地電磁數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集站和能夠進行高低頻切換的寬頻磁場傳感器。本發(fā)明的大地電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及其采集方法針對不同勘探目的設(shè)有3種采集方式。采集方式1采集高頻或音頻大地電磁數(shù)據(jù)；當設(shè)置為采集方式2時，在任意的一個觀測點，可以順序采集低頻大地電磁數(shù)據(jù)和高頻或音頻大地電磁數(shù)據(jù)，并能夠?qū)⒌皖l大地電磁數(shù)據(jù)和高頻或音頻大地電磁數(shù)據(jù)合并在一個寬頻大地電磁數(shù)據(jù)文件內(nèi)；采集方式3采集低頻大地電磁數(shù)據(jù)。本發(fā)明的采集系統(tǒng)具有生產(chǎn)成本低、數(shù)據(jù)采集效率高、野外生產(chǎn)操作簡單可靠、使用的儀器設(shè)備少等優(yōu)點。
【專利說明】一種大地電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及其采集方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于應(yīng)用地球物理勘探領(lǐng)域，具體涉及一種大地電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及其采集方法。

【背景技術(shù)】
[0002]地球物理勘探中的大地電磁法(Magnetotellurie，簡稱MT)，出現(xiàn)于上世紀五十年代初期，是法國的卡格尼阿德(L.Cagniard)和蘇聯(lián)的吉洪諾夫(A.N.Tikhonov)提出的。它是利用天然電磁場作為場源的一種地球物理方法，也稱為磁大地電流法(TheMagnetotellurie Method)。從某種意義上講,可以說是大地電流法的發(fā)展。當交變電磁場以波的形式在地下傳播時，在不同介質(zhì)的分界面上發(fā)生反射和折射作用，可以帶來地下介質(zhì)電阻率分布的信息。實際上是通過測量各種頻率下的地表水平電場分量Ex(或Ey)，與正交的水平磁場分量Hx(或Hy)之比，從而達到了解地下電性結(jié)構(gòu)的目的。
[0003]音頻大地電磁法(Aud1magnetotelluric method,簡稱AMT)是大地電磁法的一個分支。它與大地電磁法一樣，是利用天然的大地電磁場作為場源，來測定地下巖石的電性參數(shù)，并通過研究地電斷面的變化來達到了解地質(zhì)構(gòu)造、找礦、找水、找油氣等地質(zhì)目的的一種地球物理勘探方法。它是通過觀測由遠程天電引起的天然平面電磁波信號以確定地下電阻率值的方法。其測量的頻率范圍為10?10000赫茲，與大地電磁法相比，由于頻率較高，對淺部的分辨率較高，更適于淺層地質(zhì)構(gòu)造調(diào)查和資源勘探。
[0004]目前地球物理勘探領(lǐng)域一般是在同一個觀測點分別采集低頻的大地電磁數(shù)據(jù)(幾百赫茲到幾千秒甚至幾萬秒)和高頻或音頻的大地電磁數(shù)據(jù)(10?10000赫茲)，然后將兩套數(shù)據(jù)合并后再進行處理；也可以在一個觀測點上只采集低頻的大地電磁數(shù)據(jù)，或者只采集高頻或音頻的大地電磁數(shù)據(jù)，以降低數(shù)據(jù)采集成本。當在同一個觀測點分別采集低頻的大地電磁數(shù)據(jù)和高頻或音頻的大地電磁數(shù)據(jù)時，一般需要使用兩種不同的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(如加拿大鳳凰公司生產(chǎn)的V5-2000、MTU和MTU-A儀器)，同時還需要分別使用低頻的大地電磁磁場傳感器(如加拿大鳳凰公司的MTC-50或MTC-80H磁棒)來采集低頻的大地磁場數(shù)據(jù)和高頻或音頻的大地電磁磁場傳感器(如加拿大鳳凰公司的AMTC-30磁棒)來采集高頻或音頻的大地磁場數(shù)據(jù)。這種傳統(tǒng)的分開采集低頻的大地電磁數(shù)據(jù)和高頻或音頻的大地電磁數(shù)據(jù)的采集方式，野外操作時必需更換磁場傳感器，有時還需要更換數(shù)據(jù)采集儀器，野外操作復(fù)雜，效率低，成本高，極大地制約了高效率低成本采集寬頻大地電磁數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展。另外，發(fā)明人在實踐過程中還發(fā)現(xiàn)，由于大量用于石油勘探和深部地殼結(jié)構(gòu)探測的大地電磁系統(tǒng)往往采用一類儀器，致使應(yīng)用于石油勘探時造成采集信息冗余和浪費，即當采集低頻大地電磁數(shù)據(jù)時，低頻采集時間太長，采集時間占多半，致使生產(chǎn)效率低，并且低頻信息沒有用上，這部分頻點反映的深度往往大于1km ;而應(yīng)用于深部構(gòu)造勘探時，對于采集的高頻信息又存在冗余，采樣率高導(dǎo)致占用內(nèi)存大，影響長時間的采集數(shù)據(jù)存儲，而且高頻部分頻率點多，反映深部頻點少。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明實施例的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中需要使用兩種不同的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分別采集低頻的大地電磁數(shù)據(jù)和高頻或音頻的大地電磁數(shù)據(jù)的技術(shù)問題，提供一種能夠在同一個觀測點采集寬頻大地電磁數(shù)據(jù)的采集系統(tǒng)及其采集方法。
[0006]本發(fā)明實施例提供的一種大地電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的技術(shù)方案如下:
[0007]一種大地電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括大地電磁數(shù)據(jù)采集站、磁場傳感器和電場傳感器，所述磁場傳感器和所述電場傳感器與所述大地電磁數(shù)據(jù)采集站相連接，其特征在于，所述磁場傳感器是頻帶響應(yīng)范圍同時覆蓋低頻大地磁場和高頻或音頻大地磁場頻帶范圍的寬頻磁場傳感器。
[0008]所述寬頻磁場傳感器包括低頻磁場傳感器和高頻或音頻磁場傳感器，所述低頻磁場傳感器和所述高頻或音頻磁場傳感器之間的交替切換由電子開關(guān)控制。所述大地電磁數(shù)據(jù)采集站包括電場數(shù)據(jù)采集通道和磁場數(shù)據(jù)采集通道，所述電場數(shù)據(jù)采集通道在低頻大地電場和高頻或音頻大地電場之間交替切換，所述磁場數(shù)據(jù)采集通道在低頻大地磁場和高頻或音頻大地磁場之間交替切換。所述電場數(shù)據(jù)采集通道和所述磁場數(shù)據(jù)采集通道包括低頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器和高頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述低頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器和所述高頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間的交替切換由電子開關(guān)控制。
[0009]優(yōu)選地，所述電場數(shù)據(jù)采集通道的電子開關(guān)、所述磁場數(shù)據(jù)采集通道的電子開關(guān)和所述寬頻磁場傳感器的電子開關(guān)同步交替切換。
[0010]優(yōu)選地，所述采集系統(tǒng)有3種采集方式，采集方式I采集高頻或音頻大地電磁數(shù)據(jù)，采集方式2順序采集低頻大地電磁數(shù)據(jù)和高頻或音頻大地電磁數(shù)據(jù)，采集方式3采集低頻大地電磁數(shù)據(jù)。在所述采集方式2時，所述采集系統(tǒng)將低頻大地電磁數(shù)據(jù)和高頻或音頻大地電磁數(shù)據(jù)合并在一個寬頻大地電磁數(shù)據(jù)文件內(nèi)。
[0011]本發(fā)明實施例提供的一種大地電磁數(shù)據(jù)采集方法的技術(shù)方案如下:
[0012]一種大地電磁數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于，所述采集方法包括:
[0013]確定米集時間、米集方式和米集參數(shù)；
[0014]確定觀測點的地理坐標和數(shù)據(jù)記錄時間；
[0015]用電場傳感器采集大地電場數(shù)據(jù)，用寬頻磁場傳感器采集大地磁場數(shù)據(jù)；
[0016]對采集到的所述大地電場數(shù)據(jù)和所述大地磁場數(shù)據(jù)進行處理和解釋。
[0017]本發(fā)明實施例提供的一種大地電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及其采集方法能夠在任意的一個觀測點，采集低頻的大地電磁數(shù)據(jù)和高頻或音頻的大地電磁數(shù)據(jù)，即采集寬頻大地電磁數(shù)據(jù)。所述大地電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有生產(chǎn)成本低、數(shù)據(jù)采集效率高、野外生產(chǎn)操作簡單可靠、使用的儀器設(shè)備少等優(yōu)點，在地質(zhì)構(gòu)造研究、地下水和地?zé)豳Y源調(diào)查、礦產(chǎn)資源和石油及天然氣資源的勘探等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0019]圖1是本發(fā)明實施例大地電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明實施例大地電磁數(shù)據(jù)采集站結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3是本發(fā)明實施例大地電磁數(shù)據(jù)采集站的任一磁場通道結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3a是本發(fā)明實施例大地電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任一磁場傳感器功能示意圖；
[0023]圖4是本發(fā)明實施例大地電磁數(shù)據(jù)采集站的任一電場通道結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖5是本發(fā)明實施例大地電磁數(shù)據(jù)采集方法流程圖。

【具體實施方式】
[0025]為了使本【技術(shù)領(lǐng)域】的人員更好地理解本申請中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒旧暾堉械膶嵤├绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)當屬于本申請保護的范圍。
[0026]為使本申請的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本申請作進一步詳細的說明。
[0027]在以下敘述中，低頻大地電磁數(shù)據(jù)的頻率范圍為0.00001?300赫茲；高頻或音頻大地電磁數(shù)據(jù)的頻率范圍為10?10000赫茲；寬頻大地電磁數(shù)據(jù)包括了低頻大地電磁(MT)數(shù)據(jù)和高頻或音頻大地電磁(AMT)數(shù)據(jù)，頻率范圍為0.00001?10000赫茲。
[0028]如圖1，該圖示出了本發(fā)明實施例的一種大地電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括一臺大地電磁數(shù)據(jù)采集站1、GPS接收天線2、無線數(shù)據(jù)發(fā)送接收天線3、電場傳感器4、5、6和7、磁場傳感器9、10和11、接地電極8。大地電磁數(shù)據(jù)采集站I能夠采集低頻的大地電磁數(shù)據(jù)和高頻或音頻的大地電磁數(shù)據(jù)，即該大地電磁數(shù)據(jù)采集站不僅能夠采集低頻的大地電磁數(shù)據(jù)，還能夠采集高頻或音頻的大地電磁數(shù)據(jù)。接收電場信號的電場傳感器為兩組正交的水平電極對4、5 (用Ex表不)和6、7 (用Ey表不),用于記錄大地電磁場的兩分量電場數(shù)據(jù),兩組正交的水平電極對同時連接到數(shù)據(jù)采集站I上，所記錄的電場數(shù)據(jù)可以是低頻的大地電場數(shù)據(jù)，還可以是高頻或音頻的大地電場數(shù)據(jù)。磁場傳感器9 (用Hz表示)、10 (用Hx表示)、11 (用Hy表示)是3個頻帶響應(yīng)范圍能同時覆蓋低頻的大地磁場和高頻或音頻的大地磁場頻帶范圍的寬頻磁場傳感器，即寬頻磁場傳感器不僅可以用來測量低頻的大地磁場數(shù)據(jù)，還可以用來測量高頻或音頻的大地磁場數(shù)據(jù)，3個寬頻磁場傳感器同時連接到數(shù)據(jù)采集站I上，用于記錄大地電磁場的三分量磁場數(shù)據(jù)。接地電極8用于接地。GPS接收天線2用于確定觀測點的地理坐標和數(shù)據(jù)記錄時間。無線數(shù)據(jù)發(fā)送接收天線3用于設(shè)置數(shù)據(jù)采集站I的采集方式、采集時間和采集參數(shù)，并實時監(jiān)控大地電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作狀態(tài)。優(yōu)選地，所述寬頻磁場傳感器為感應(yīng)式磁場傳感器或者磁通門式磁場傳感器，所述寬頻磁場傳感器的數(shù)量也可以是I個、2個或3個，用于分別記錄大地電磁場的一分量、二分量或3分量磁場數(shù)據(jù)；電場傳感器也可以是三組正交的水平電極對，用于記錄大地電磁場的三分量電場數(shù)據(jù)，三組正交的水平電極對同時連接到數(shù)據(jù)采集站I上。
[0029]如圖2，該圖示出了數(shù)據(jù)采集站I的功能結(jié)構(gòu)圖。數(shù)據(jù)采集站I包括電場數(shù)據(jù)采集通道、磁場數(shù)據(jù)采集通道、主控制器、采集軟件和數(shù)據(jù)存儲單元。主控制器將電場數(shù)據(jù)采集通道采集到的電場數(shù)據(jù)和磁場數(shù)據(jù)采集通道采集到的磁場數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)存儲單元中。采集軟件包括用戶交互界面和操作面板，系統(tǒng)操作人員通過操作面板設(shè)置大地電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采集方式和采集時間，主控制器執(zhí)行設(shè)置的采集方式和采集時間。采集方式在采集工作開始前由系統(tǒng)操作人員根據(jù)勘探項目的目的進行設(shè)置，采集軟件有三種采集方式，對淺層勘探設(shè)置為I方式，采集高頻或音頻的大地電磁數(shù)據(jù)，采樣率高，主要獲得1Hz以上的高頻數(shù)據(jù)，采集時間為2小時左右；對石油勘探設(shè)置為2方式，順序采集低頻的大地電磁數(shù)據(jù)和高頻或音頻的大地電磁數(shù)據(jù)，即先采集低頻的大地電磁數(shù)據(jù)，再用較高采樣率采集高頻或音頻的大地電磁數(shù)據(jù)，主要獲得0.0OlHz以上的寬頻大地電磁數(shù)據(jù)，采集時間為8?12小時左右；對深部構(gòu)造設(shè)置為3方式，采集低頻的大地電磁數(shù)據(jù)，主要獲得低至10_5Hz的數(shù)據(jù)，采集時間在5天以上。一般低頻大地電磁信號的采集時間大約是高頻或音頻大地電磁信號采集時間的5?10倍。當采集方式設(shè)置為2方式時，通過預(yù)先的編程設(shè)置，采集軟件讀取數(shù)據(jù)存儲單元中的低頻的大地電磁數(shù)據(jù)和高頻或音頻的大地電磁數(shù)據(jù)，經(jīng)過運算和處理，采集軟件再將這些數(shù)據(jù)合并在一個寬頻大地電磁數(shù)據(jù)文件內(nèi)，這些指令都是通過主控制器來完成的。由于低頻大地電磁數(shù)據(jù)的高頻端和高頻或音頻大地電磁數(shù)據(jù)的低頻端之間有一小段重復(fù)的數(shù)據(jù)，即兩個頻段之間有一小段重復(fù)的頻點，所述運算和處理的過程是將重復(fù)頻段的數(shù)據(jù)取平均值后作為該頻段的數(shù)據(jù)，并與其它的低頻和高頻或音頻大地電磁數(shù)據(jù)一起合并成一個寬頻大地電磁數(shù)據(jù)文件。采集時間由系統(tǒng)操作人員根據(jù)觀測點的實際大地電磁場的信號特征和噪音水平，通過一次或數(shù)次采集試驗工作后才能確定下來。采集方式和采集時間可以直接選定預(yù)先在系統(tǒng)中已經(jīng)設(shè)置好的采集方式和采集時間，也可以直接在采集軟件的操作面板上進行設(shè)置，還可以使用W1-Fi及藍牙等方式將在遠程終端中編程設(shè)定的采集方式和采集時間輸入到大地電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。優(yōu)選地，大地電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以有2或3個電場數(shù)據(jù)采集通道和3個磁場數(shù)據(jù)采集通道；相對應(yīng)的，當有2個電場數(shù)據(jù)采集通道和3個磁場數(shù)據(jù)采集通道時，大地電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是5通道電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，當有3個電場數(shù)據(jù)采集通道和3個磁場數(shù)據(jù)采集通道時，大地電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是6通道電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；相對應(yīng)的，數(shù)據(jù)存儲單元由5或6個64GB容量的存儲卡組成，對于每個電場和磁場數(shù)據(jù)采集通道，都有I個64GB容量的存儲卡與之相連接，主控制器將采集到的低頻的大地電磁數(shù)據(jù)和高頻或音頻的大地電磁數(shù)據(jù)存儲在每個數(shù)據(jù)采集通道板上的64GB容量的存儲卡上。遠程終端優(yōu)選筆記本電腦或掌上電腦。
[0030]圖3示出了數(shù)據(jù)采集站I的任一磁場通道連線示意圖，圖4示出了數(shù)據(jù)采集站I的任一電場通道連線示意圖。每一個電場或磁場數(shù)據(jù)采集通道的輸入端都有一個低噪音的前置放大器13，前置放大器13的輸出端同時連接到兩個不同頻率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器件16、17，其中16是低頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器件，用于采集低頻的大地電磁數(shù)據(jù)；17是高頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器件，用于采集高頻或音頻的大地電磁數(shù)據(jù)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器件16、17的輸出端與數(shù)據(jù)采集站I的數(shù)據(jù)存儲單元的64GB容量的存儲卡18相連接。兩種不同頻率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器件之間的自動交替切換由數(shù)據(jù)采集站I的電子開關(guān)14、15控制。優(yōu)選地，低頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器件16為32位4000赫茲的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，高頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器件17為24位50000赫茲以上的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。如圖3所示，寬頻磁場傳感器12與前置放大器13相連接，寬頻磁場傳感器12測量到的大地磁場信號通過前置放大器13的輸出端依次進入到低頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器件16或高頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器件17，最后存儲到64GB容量的存儲卡18上。寬頻磁場傳感器12可以是圖1大地電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中寬頻磁場傳感器9、10、11中的任意一個，并且寬頻磁場傳感器12的頻帶響應(yīng)范圍可以在低頻的大地磁場和高頻或音頻的大地磁場的頻帶范圍之間交替切換，即寬頻磁場傳感器12的頻帶響應(yīng)范圍有2個模式，模式I的頻帶響應(yīng)范圍覆蓋低頻的大地磁場，模式2的頻帶響應(yīng)范圍覆蓋高頻或音頻的大地磁場，寬頻磁場傳感器12能夠在模式I和模式2之間交替切換。如圖4所示，不極化電極對19、20與前置放大器13相連接，不極化電極對19、20測量到的大地電場信號通過前置放大器13的輸出端依次進入到低頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器件16或高頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器件17，最后存儲到64GB容量的存儲卡18上。圖3a示出了寬頻磁場傳感器12的功能結(jié)構(gòu)圖(感應(yīng)線圈之間的連接位置關(guān)系)。寬頻磁場傳感器12包括一個低頻磁場傳感器21和一個高頻磁場傳感器22，低頻磁場傳感器21的感應(yīng)線圈和高頻磁場傳感器22的感應(yīng)線圈共同繞制在同一根磁芯(未在圖中示出)上。兩個不同頻率的磁場傳感器的感應(yīng)線圈之間的自動交替切換由數(shù)據(jù)采集站I的電子開關(guān)23控制。低頻磁場傳感器21和高頻磁場傳感器22封裝為一根磁棒(一支磁場傳感器)，寬頻磁場傳感器12的低頻磁場傳感器21和高頻磁場傳感器22封裝后共用一個數(shù)據(jù)和供電源線接口(接頭)。電子開關(guān)23與電子開關(guān)14、15通過主控制器同步受預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)采集軟件的控制，實現(xiàn)同步交替切換，即大地電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的電子開關(guān)同步控制低頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器16和高頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器17之間以及低頻磁場傳感器21和高頻磁場傳感器22之間的同步交替切換。即當數(shù)據(jù)采集站I采集低頻的大地電磁數(shù)據(jù)時，所有的電場和磁場數(shù)據(jù)采集通道自動接通32位4000赫茲的低頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器件16和低頻磁場傳感器21 ;當數(shù)據(jù)采集站I采集高頻或音頻的大地電磁數(shù)據(jù)時，所有的電場和磁場數(shù)據(jù)采集通道自動接通24位50000赫茲以上的高頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器件17和高頻磁場傳感器22。優(yōu)選地，電子開關(guān)14、15和23為可編程電子開關(guān)，通過軟件控制來實現(xiàn)，也可以由軟件定時控制硬件開關(guān)來實現(xiàn)。
[0031]由于寬頻磁場傳感器12的低頻感應(yīng)線圈和高頻感應(yīng)線圈共同繞制在同一根磁芯上，低頻磁場傳感器21和高頻磁場傳感器22封裝為一根磁棒(一支磁場傳感器)，共用一個數(shù)據(jù)和供電源線接口(接頭)，并且兩個感應(yīng)線圈之間的切換由電子開關(guān)自動控制。因此寬頻磁場傳感器12的制造成本降低，并且在采集現(xiàn)場的工作可靠性獲得提高，進而使得本申請實施例的大地電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集效率得到極大提高，同時降低了數(shù)據(jù)采集設(shè)備的成本。
[0032]本發(fā)明實施例的大地電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工作過程如下:
[0033]在采集工作開始前，需要確定大地電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采集時間、采集方式、采集參數(shù)。大地電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在任一觀測點采集低頻的大地電磁數(shù)據(jù)和高頻或音頻的大地電磁數(shù)據(jù)時，所需的采集時間由系統(tǒng)操作人員根據(jù)觀測點的實際大地電磁場的信號特征和噪音水平，通過一次或數(shù)次采集試驗工作后確定下來，并在數(shù)據(jù)采集工作開始前編程設(shè)定。采集方式在數(shù)據(jù)采集工作開始前由操作人員根據(jù)勘探項目的目的進行設(shè)置。采集參數(shù)包括觀測點的三維地理坐標、磁場和電場通道數(shù)目、磁場和電場的方位角、電場通道的接地電阻、每個磁場傳感器的型號和序列號、每個磁場傳感器的標定文件名稱、低頻大地電磁信號和高頻或音頻大地電磁信號的具體采集起始時間和采集時長、天氣情況、地面溫度和觀測點附近的干擾源等特征；采集參數(shù)由系統(tǒng)操作人員根據(jù)觀測點的實際情況在現(xiàn)場進行確定，并用遠程終端通過無線數(shù)據(jù)發(fā)送接收天線3進行設(shè)置。
[0034]在采集工作開始前，還需要先對系統(tǒng)進行初始化和自檢，保證每個模塊、每個數(shù)據(jù)通道、每對電場傳感器和每個磁場傳感器工作正常，然后設(shè)置或輸入預(yù)先設(shè)計好的采集方式、采集時間和采集參數(shù)，最后才能啟動數(shù)據(jù)采集工作。
[0035]在利用如圖1所示的大地電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)時，用GPS接收天線2確定數(shù)據(jù)觀測點的地理坐標和數(shù)據(jù)記錄時間，用遠程終端通過無線數(shù)據(jù)發(fā)送接收天線3設(shè)置數(shù)據(jù)采集站I的采集參數(shù)并實時監(jiān)控大地電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作狀態(tài)；大地電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作狀態(tài)有3種:只采集固定時長的低頻大地電磁信號；只采集固定時長的高頻或音頻大地電磁信號；順序采集固定時長的低頻大地電磁信號和固定時長的高頻或音頻大地電磁信號。無線數(shù)據(jù)發(fā)送接收天線3可以設(shè)置為W1-Fi或藍牙模式。在數(shù)據(jù)采集站I附近地面安置兩組或三組相互正交的水平電極對，用于記錄大地電磁場的兩分量或三分量電場數(shù)據(jù)；在采集站附近地面相互正交地安置I?3個頻帶響應(yīng)范圍能同時覆蓋低頻的大地磁場和高頻或音頻的大地磁場頻帶范圍的寬頻磁場傳感器，用以記錄大地電磁場的I?3分量磁場數(shù)據(jù)；將接地電極8接地。大地電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的采集時間、采集方式和采集參數(shù)，自動采集并保存高頻或音頻的大地電磁數(shù)據(jù)、低頻的大地電磁數(shù)據(jù)或者寬頻的大地電磁數(shù)據(jù)。
[0036]本發(fā)明實施例的大地電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在同一個觀測點，能夠采集低頻的大地電磁數(shù)據(jù)和高頻或音頻的大地電磁數(shù)據(jù)，即采集寬頻大地電磁數(shù)據(jù)，不需要更換磁場傳感器和數(shù)據(jù)采集站，因而具有生產(chǎn)成本低、野外生產(chǎn)操作簡單可靠、使用的儀器設(shè)備少等優(yōu)點。本發(fā)明實施例的大地電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還能夠根據(jù)不同勘探項目的目的有選擇的設(shè)置采集方式，提高了采集大地電磁數(shù)據(jù)的針對性和數(shù)據(jù)有效性，減少不必要數(shù)據(jù)的采集時間，提高了生產(chǎn)效率。最后，本發(fā)明實施例的大地電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠?qū)⒉杉降牡皖l大地電磁數(shù)據(jù)和高頻或音頻大地電磁數(shù)據(jù)自動合并在一個寬頻大地電磁數(shù)據(jù)文件內(nèi)，寬頻大地電磁數(shù)據(jù)的編輯、預(yù)處理、去噪、時間域到頻率域的轉(zhuǎn)換都在同一個數(shù)據(jù)文件內(nèi)進行，不需要分別進行低頻大地電磁數(shù)據(jù)和高頻或音頻大地電磁數(shù)據(jù)兩套數(shù)據(jù)的處理工作，因而極大地簡化了數(shù)據(jù)處理工作，對這一寬頻大地電磁數(shù)據(jù)的反演處理可以一次性獲得地下巖石高分辨率的淺層和常規(guī)分辨率的深層電性參數(shù)和電性斷面。
[0037]本發(fā)明實施例還提出一種使用所述大地電磁數(shù)據(jù)系統(tǒng)采集大地電磁數(shù)據(jù)的采集方法，如圖5所示，該方法依照以下步驟進行:
[0038]步驟S501:確定采集時間、采集方式和采集參數(shù)；
[0039]采集時間由操作人員根據(jù)觀測點的實際大地電磁場的信號特征和噪音水平，通過一次或數(shù)次采集試驗工作后確定下來，并在數(shù)據(jù)采集工作開始前設(shè)定。
[0040]采集方式在采集工作開始前由操作人員根據(jù)勘探項目的目的進行設(shè)置。采集方式可以有3種，對淺層勘探設(shè)置為I方式，采集高頻或音頻的大地電磁數(shù)據(jù)，采樣率高，主要獲得1Hz以上的高頻數(shù)據(jù)，采集時間為2小時左右；對石油勘探設(shè)置為2方式，性順序采集低頻的大地電磁數(shù)據(jù)和高頻或音頻的大地電磁數(shù)據(jù)，即先采集低頻的大地電磁數(shù)據(jù)，再用較高采樣率采集高頻或音頻的大地電磁數(shù)據(jù)，主要獲得0.0OlHz以上的寬頻大地電磁數(shù)據(jù)，采集時間為8?12小時左右；對深部構(gòu)造設(shè)置為3方式，采集低頻的大地電磁數(shù)據(jù)，主要獲得低至10_5Hz的數(shù)據(jù)，采集時間在5天以上。一般低頻大地電磁信號的采集時間大約是高頻或音頻大地電磁信號采集時間的5?10倍。
[0041]采集參數(shù)包括觀測點的三維地理坐標、磁場和電場通道數(shù)目、磁場和電場的方位角、電場通道的接地電阻、每個磁場傳感器的型號和序列號、每個磁場傳感器的標定文件名稱、低頻大地電磁信號和音頻大地電磁信號的具體采集起始時間和采集時長、天氣情況、地面溫度和觀測點附近的干擾源等特征。采集參數(shù)由操作人員根據(jù)觀測點的實際情況在現(xiàn)場進行確定，并用遠程終端通過無線數(shù)據(jù)發(fā)送接收天線設(shè)置。
[0042]采集方式和采集時間可以直接選定預(yù)先在大地電磁數(shù)據(jù)系統(tǒng)中已經(jīng)設(shè)置好的采集方式和采集時間，也可以直接在采集軟件的操作面板上進行設(shè)置，還可以使用W1-Fi及藍牙等方式將在遠程終端中編程設(shè)定的采集方式和采集時間輸入到大地電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。
[0043]步驟S502:確定觀測點的地理坐標和數(shù)據(jù)記錄時間；
[0044]用GPS接收天線確定觀測點的地理坐標和數(shù)據(jù)記錄的時間。
[0045]步驟S503:用電場傳感器采集大地電場數(shù)據(jù)，用寬頻磁場傳感器采集大地磁場數(shù)據(jù)；
[0046]電場傳感器可以是兩組或三組相互正交的水平電極對，用于記錄大地電磁場兩分量或三分量的電場數(shù)據(jù)，所記錄的電場數(shù)據(jù)可以是低頻的大地電場數(shù)據(jù)，還可以是高頻或音頻的大地電場數(shù)據(jù)。寬頻磁場傳感器可以是相互正交放置的I?3個寬頻磁場傳感器，用于記錄大地電磁場I?3分量的磁場數(shù)據(jù)。
[0047]寬頻磁場傳感器的頻帶響應(yīng)范圍能同時覆蓋低頻的大地電磁和高頻或音頻的大地電磁頻帶范圍。即所述寬頻磁場傳感器不僅可以用來測量低頻的大地磁場數(shù)據(jù)，還可以用來測量高頻或音頻的大地磁場數(shù)據(jù)。所述寬頻磁場傳感器包括低頻磁場傳感器和高頻磁場傳感器，所述寬頻磁場傳感器的低頻磁場傳感器的感應(yīng)線圈和高頻或音頻磁場傳感器的感應(yīng)線圈共同繞制在同一根磁芯上，所述寬頻磁場傳感器的低頻磁場傳感器和高頻或音頻磁場傳感器封裝為一根磁棒(一支磁場傳感器)，所述寬頻磁場傳感器的低頻磁場傳感器和高頻或音頻磁場傳感器封裝后共用一個數(shù)據(jù)和供電源線接口(接頭)，兩個不同頻率的磁場傳感器之間的自動交替切換由大地電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件和電子開關(guān)控制。
[0048]采集過程中，用遠程終端通過無線數(shù)據(jù)發(fā)送接收天線實時監(jiān)視大地電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作狀態(tài)。
[0049]步驟S504:對大地電磁數(shù)據(jù)進行處理和解釋。
[0050]當采集方式設(shè)置為2方式時，由于低頻大地電磁數(shù)據(jù)的高頻端和高頻或音頻大地電磁數(shù)據(jù)的低頻端之間有一小段重復(fù)的數(shù)據(jù)，即兩個頻段之間有一小段重復(fù)的頻點，大地電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將重復(fù)頻段的數(shù)據(jù)取平均值后作為該頻段的數(shù)據(jù)，并與其它的低頻和高頻或音頻大地電磁數(shù)據(jù)一起合并成一個寬頻大地電磁數(shù)據(jù)文件。
[0051]對高頻或音頻大地電磁數(shù)據(jù)、低頻大地電磁數(shù)據(jù)或?qū)掝l大地電磁數(shù)據(jù)的反演處理可以一次性獲得地下巖石高分辨率的淺層和常規(guī)分辨率的深層電性參數(shù)和電性斷面。
[0052]本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以了解到本發(fā)明實施例列出的各種說明性邏輯塊(illustrative logical block),單元,和步驟可以通過電子硬件、電腦軟件,或兩者的結(jié)合進行實現(xiàn)。為清楚展示硬件和軟件的可替換性(interchangeability),上述的各種說明性部件(illustrative components),單元和步驟已經(jīng)通用地描述了它們的功能。這樣的功能是通過硬件還是軟件來實現(xiàn)取決于特定的應(yīng)用和整個系統(tǒng)的設(shè)計要求。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對于每種特定的應(yīng)用，可以使用各種方法實現(xiàn)所述的功能，但這種實現(xiàn)不應(yīng)被理解為超出本發(fā)明實施例保護的范圍。
[0053]本發(fā)明實施例中所描述的各種說明性的邏輯塊，或單元都可以通過通用處理器，數(shù)字信號處理器，專用集成電路(ASIC)，現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或其它可編程邏輯裝置，離散門或晶體管邏輯，離散硬件部件，或上述任何組合的設(shè)計來實現(xiàn)或操作所描述的功能。通用處理器可以為微處理器，可選地，該通用處理器也可以為任何傳統(tǒng)的處理器、控制器、微控制器或狀態(tài)機。處理器也可以通過計算裝置的組合來實現(xiàn)，例如數(shù)字信號處理器和微處理器，多個微處理器，一個或多個微處理器聯(lián)合一個數(shù)字信號處理器核，或任何其它類似的配置來實現(xiàn)。
[0054]本發(fā)明實施例中所描述的方法或算法的步驟可以直接嵌入硬件、處理器執(zhí)行的軟件模塊、或者這兩者的結(jié)合。軟件模塊可以存儲于RAM存儲器、閃存、ROM存儲器、EPROM存儲器、EEPROM存儲器、寄存器、硬盤、可移動磁盤、⑶-ROM或本領(lǐng)域中其它任意形式的存儲媒介中。示例性地，存儲媒介可以與處理器連接，以使得處理器可以從存儲媒介中讀取信息，并可以向存儲媒介存寫信息。可選地，存儲媒介還可以集成到處理器中。處理器和存儲媒介可以設(shè)置于ASIC中，ASIC可以設(shè)置于用戶終端中?？蛇x地，處理器和存儲媒介也可以設(shè)置于用戶終端中的不同的部件中。
[0055]在一個或多個示例性的設(shè)計中，本發(fā)明實施例所描述的上述功能可以在硬件、軟件、固件或這三者的任意組合來實現(xiàn)。如果在軟件中實現(xiàn)，這些功能可以存儲與電腦可讀的媒介上，或以一個或多個指令或代碼形式傳輸于電腦可讀的媒介上。電腦可讀媒介包括電腦存儲媒介和便于使得讓電腦程序從一個地方轉(zhuǎn)移到其它地方的通信媒介。存儲媒介可以是任何通用或特殊電腦可以接入訪問的可用媒體。例如，這樣的電腦可讀媒體可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盤存儲、磁盤存儲或其它磁性存儲裝置，或其它任何可以用于承載或存儲以指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和其它可被通用或特殊電腦、或通用或特殊處理器讀取形式的程序代碼的媒介。此外，任何連接都可以被適當?shù)囟x為電腦可讀媒介，例如，如果軟件是從一個網(wǎng)站站點、服務(wù)器或其它遠程資源通過一個同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、數(shù)字用戶線(DSL)或以例如紅外、無線和微波等無線方式傳輸?shù)囊脖话谒x的電腦可讀媒介中。所述的碟片(disk)和磁盤(disc)包括壓縮磁盤、鐳射盤、光盤、DVD、軟盤和藍光光盤，磁盤通常以磁性復(fù)制數(shù)據(jù)，而碟片通常以激光進行光學(xué)復(fù)制數(shù)據(jù)。上述的組合也可以包含在電腦可讀媒介中。
[0056]以上所述的【具體實施方式】，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的【具體實施方式】而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種大地電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括大地電磁數(shù)據(jù)采集站、磁場傳感器和電場傳感器，所述磁場傳感器和所述電場傳感器與所述大地電磁數(shù)據(jù)采集站相連接，其特征在于，所述磁場傳感器是頻帶響應(yīng)范圍同時覆蓋低頻大地磁場和高頻或音頻大地磁場頻帶范圍的寬頻磁場傳感器。
2.如權(quán)利要求1所述的采集系統(tǒng)，其特征在于，所述寬頻磁場傳感器包括低頻磁場傳感器和高頻或音頻磁場傳感器，所述低頻磁場傳感器和所述高頻或音頻磁場傳感器之間的交替切換由第一電子開關(guān)控制。
3.如權(quán)利要求2所述的采集系統(tǒng)，其特征在于，所述低頻磁場傳感器的感應(yīng)線圈和所述高頻磁場傳感器的感應(yīng)線圈或所述音頻磁場傳感器的感應(yīng)線圈繞制在一根磁芯上。
4.如權(quán)利要求3所述的采集系統(tǒng)，其特征在于，所述低頻磁場傳感器的感應(yīng)線圈和所述高頻磁場傳感器的感應(yīng)線圈或所述音頻磁場傳感器的感應(yīng)線圈之間的交替切換由第一電子開關(guān)控制。
5.如權(quán)利要求1所述的采集系統(tǒng)，其特征在于，所述寬頻磁場傳感器的頻帶響應(yīng)范圍為 0.0OOOIHz ?10000Hz。
6.如權(quán)利要求2所述的采集系統(tǒng)，其特征在于，所述大地電磁數(shù)據(jù)采集站包括電場數(shù)據(jù)采集通道和磁場數(shù)據(jù)采集通道，所述電場數(shù)據(jù)采集通道在低頻大地電場和高頻或音頻大地電場之間交替切換，所述磁場數(shù)據(jù)采集通道在低頻大地磁場和高頻或音頻大地磁場之間交替切換。
7.如權(quán)利要求6所述的采集系統(tǒng)，其特征在于，所述電場數(shù)據(jù)采集通道和所述磁場數(shù)據(jù)采集通道包括低頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器和高頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述電場數(shù)據(jù)采集通道的低頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器和高頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間的交替切換由第二電子開關(guān)控制，所述磁場數(shù)據(jù)采集通道的低頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器和高頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間的交替切換由第三電子開關(guān)控制。
8.如權(quán)利要求7所述的采集系統(tǒng)，其特征在于，所述第一電子開關(guān)、所述第二電子開關(guān)和所述第三電子開關(guān)同步交替切換。
9.如權(quán)利要求1所述的采集系統(tǒng)，其特征在于，所述采集系統(tǒng)有3種采集方式，采集方式I采集高頻或音頻大地電磁數(shù)據(jù)，采集方式2順序采集低頻大地電磁數(shù)據(jù)和高頻或音頻大地電磁數(shù)據(jù),采集方式3采集低頻大地電磁數(shù)據(jù)。
10.如權(quán)利要求9所述的采集系統(tǒng)，其特征在于，在所述采集方式2時，所述采集系統(tǒng)將低頻大地電磁數(shù)據(jù)和高頻或音頻大地電磁數(shù)據(jù)合并在一個寬頻大地電磁數(shù)據(jù)文件內(nèi)。
11.如權(quán)利要求9或10所述的采集系統(tǒng)，其特征在于，所述采集方式I獲得10赫茲以上的大地電磁數(shù)據(jù)，所述采集方式2獲得0.001赫茲以上的大地電磁數(shù)據(jù)，所述采集方式3獲得10_5赫茲以上的大地電磁數(shù)據(jù)。
12.如權(quán)利要求7或8所述的采集系統(tǒng)，其特征在于，所述低頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器是32位4000赫茲的低頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述高頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器是24位50000赫茲以上的高頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
13.如權(quán)利要求1至10中任一權(quán)利要求所述的采集系統(tǒng)，其特征在于，所述寬頻磁場傳感器是感應(yīng)式磁場傳感器或磁通門式磁場傳感器。
14.如權(quán)利要求6、7或8所述的采集系統(tǒng)，其特征在于，所述采集系統(tǒng)是5通道或6通道大地電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
15.如權(quán)利要求14所述的采集系統(tǒng)，其特征在于，所述采集系統(tǒng)包括:2或3個電場數(shù)據(jù)采集通道，3個磁場數(shù)據(jù)采集通道。
16.如權(quán)利要求1至10中任一權(quán)利要求所述的采集系統(tǒng)，其特征在于，所述電場傳感器是兩組或三組正交的水平電極對。
17.如權(quán)利要求1至10中任一權(quán)利要求所述的采集系統(tǒng)，其特征在于，所述寬頻磁場傳感器的數(shù)量是I?3個。
18.如權(quán)利要求1至10中任一權(quán)利要求所述的采集系統(tǒng)，其特征在于，所述大地電磁數(shù)據(jù)采集站包括:GPS接收天線、無線數(shù)據(jù)發(fā)送接收天線和接地電極,所述GPS接收天線、所述無線數(shù)據(jù)發(fā)送接收天線和所述接地電極與所述大地電磁數(shù)據(jù)采集站相連接。
19.一種使用如權(quán)利要求1至18中任一權(quán)利要求所述的采集系統(tǒng)采集大地電磁數(shù)據(jù)的方法，其特征在于，所述方法包括: 確定米集時間、米集方式和米集參數(shù)； 確定觀測點的地理坐標和數(shù)據(jù)記錄時間； 用電場傳感器采集大地電場數(shù)據(jù)，用寬頻磁場傳感器采集大地磁場數(shù)據(jù)； 對采集到的所述大地電場數(shù)據(jù)和所述大地磁場數(shù)據(jù)進行處理和解釋。
20.如權(quán)利要求19所述的采集方法，其特征在于，在所述采集大地電場數(shù)據(jù)和所述采集大地磁場數(shù)據(jù)的過程中，所述方法還包括用遠程終端通過無線數(shù)據(jù)發(fā)送接收天線實時監(jiān)視采集系統(tǒng)的工作狀態(tài)。
【文檔編號】G01V3/08GK104375191SQ201410742428
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年12月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月8日
【發(fā)明者】余剛, 何展翔, 孫衛(wèi)斌 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油集團東方地球物理勘探有限責(zé)任公司