多源多頻地空電磁探測(cè)發(fā)射方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及一種地空電磁探測(cè)發(fā)射方法，尤其是適用于在地形復(fù)雜，氣象條件較 差，飛行時(shí)間窗口較短的情況下采用地面多個(gè)發(fā)射源發(fā)射含有多個(gè)頻率成分的電流，空中 一次飛行同步測(cè)量多個(gè)頻點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)區(qū)域地下電性結(jié)構(gòu)快速探測(cè)的多源多頻地空電 磁探測(cè)發(fā)射方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 地空電磁探測(cè)方法，或稱半航空電磁法，是在地面電磁探測(cè)方法和航空電磁探測(cè) 方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型的地空電磁探測(cè)方法。地空電磁探測(cè)方法通過在地面 布置人工發(fā)射源，空中飛行平臺(tái)搭載接收系統(tǒng)探測(cè)目標(biāo)區(qū)域。該方法綜合了地面電磁探 測(cè)方法和航空電磁探測(cè)方法優(yōu)勢(shì)，具有探測(cè)效率高、探測(cè)深度大、探測(cè)成本低等特點(diǎn)，可以 在城區(qū)、沿海灘涂、山區(qū)密林、丘陵沼澤等復(fù)雜地形區(qū)域開展工作，在地下中深部范圍內(nèi) (0-2000m)資源勘探和工程勘察領(lǐng)域具有良好的發(fā)展前景和應(yīng)用價(jià)值。
[0003] 現(xiàn)階段，地空電磁探測(cè)方法包括時(shí)間域地空電磁探測(cè)方法和頻率域地空電磁探測(cè) 方法。時(shí)間域地空電磁探測(cè)方法通過在發(fā)射電流停止期間采集到的二次場(chǎng)信號(hào)反演視電阻 率，獲取目標(biāo)區(qū)域地下信息。由于感應(yīng)的二次場(chǎng)信號(hào)微弱，該方法的探測(cè)區(qū)域較小，適用于 近區(qū)探測(cè)，測(cè)線與發(fā)射源的最大距離一般不超過3km。頻率域地空電磁探測(cè)方法通過發(fā)射不 同頻率的電流波形來獲取不同深度的地下電阻率信息，在發(fā)射電流期間采集磁場(chǎng)信號(hào)，適 用于中遠(yuǎn)區(qū)探測(cè)，測(cè)線與發(fā)射源的最小距離一般不低于2km。地空電磁探測(cè)系統(tǒng)在20世紀(jì) 后期開始出現(xiàn)，目前國(guó)際上已有澳大利亞的FLIRTEM系統(tǒng)和日本的GREATEM系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)吉林 大學(xué)成功研制首套時(shí)間域地空電磁探測(cè)系統(tǒng)。然而，對(duì)于頻率域地空電磁探測(cè)方法，國(guó)內(nèi)外 未見相關(guān)研宄成果公布。
[0004] 地空電磁探測(cè)方法采用飛行平臺(tái)搭載接收系統(tǒng)在空中對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行探測(cè)，飛行 平臺(tái)的作業(yè)受氣象條件影響較大，當(dāng)風(fēng)力大于4級(jí)時(shí)很難進(jìn)行野外作業(yè)。而氣象條件受多 種因素影響，具有不可控性和多變性，當(dāng)在野外進(jìn)行勘探時(shí)，氣象條件可能會(huì)隨時(shí)威脅飛行 安全，從而終止勘探作業(yè)，導(dǎo)致探測(cè)任務(wù)無法順利完成，并且浪費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力。 同時(shí)，飛行平臺(tái)的有效飛行時(shí)間還受飛行器的續(xù)航能力影響，特別是對(duì)于當(dāng)前旋翼無人機(jī) 來說，當(dāng)搭載探測(cè)系統(tǒng)后，其續(xù)航時(shí)間在幾十分鐘左右，較長(zhǎng)的飛行時(shí)間需要多次的起飛降 落，增加飛行成本。另外，飛行時(shí)間越長(zhǎng)，人為操作失誤的可能性和飛行平臺(tái)內(nèi)部器件的故 障率將增加，從而使航空事故的發(fā)生率增加。針對(duì)以上原因，要求完成探測(cè)任務(wù)的前提下， 盡可能的減小飛行時(shí)間，充分利用寶貴的飛行時(shí)間窗口。
[0005] 地空頻率域電磁探測(cè)方法在地面布置人工場(chǎng)源，通過發(fā)射不同頻率的電磁場(chǎng)來探 測(cè)不同深度的地下電阻率信息。針對(duì)目標(biāo)區(qū)域具體的探測(cè)深度，要求在一定頻率范圍內(nèi)采 集多個(gè)頻點(diǎn)的磁場(chǎng)信息。常規(guī)地面發(fā)射系統(tǒng)通常采用單個(gè)發(fā)射源發(fā)射方波電流，一次飛行 探測(cè)一個(gè)頻點(diǎn)，通過變頻方案完成整個(gè)測(cè)區(qū)內(nèi)大深度范圍探測(cè)。這種方法在完成目標(biāo)區(qū)域 探測(cè)時(shí)需要在不同時(shí)間段內(nèi)多次飛行，效率難以提高，探測(cè)成本和探測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，不同時(shí)間 段內(nèi)的觀測(cè)精度難以保證。
[0006] CN1325031A公開了一種主動(dòng)源頻率域電法勘探方法，該方法通過向地下發(fā)送包含 2n+l(n為多1的實(shí)數(shù)）個(gè)按2倍等間隔分布的主頻點(diǎn)的偽隨機(jī)波形電流作為激勵(lì)場(chǎng)源，可 實(shí)現(xiàn)一次性接收多個(gè)頻率，在一定程度上提高了探測(cè)效率。但是該方法頻率覆蓋范圍有限， 頻點(diǎn)分布相對(duì)固定，靈活性較差，不能滿足頻率域地空電磁探測(cè)需求，在進(jìn)行寬頻帶，多種 頻率，或者加密頻點(diǎn)的地空電磁測(cè)量時(shí)，仍需要多次飛行。因?yàn)槎啻物w行的時(shí)間不同，且飛 行參數(shù)不同，導(dǎo)致在各組頻點(diǎn)上測(cè)量數(shù)據(jù)的相對(duì)誤差較大。同時(shí)，當(dāng)每組主頻率成分大于7 時(shí)，要保證各個(gè)頻率成分的幅度不明顯衰減，發(fā)射機(jī)發(fā)射功率需要提高近4倍，在接地電阻 大于20D時(shí)，將大幅增加發(fā)射機(jī)的體積和重量，實(shí)際應(yīng)用困難。
[0007] CN101369025A公布了一種組合場(chǎng)源人工源頻率域電磁測(cè)深方法，該方法通過在不 同的收發(fā)距設(shè)置多個(gè)發(fā)送設(shè)備，實(shí)現(xiàn)全頻段收發(fā)距滿足"遠(yuǎn)區(qū)"要求。該方法簡(jiǎn)化了對(duì)設(shè)備 的要求，不需要進(jìn)行近區(qū)校正，同時(shí)也提高了探測(cè)效率。該方法為保證各頻段收發(fā)距滿足 "遠(yuǎn)區(qū)"要求，使得高中低各個(gè)頻率組收發(fā)距不同，發(fā)送設(shè)備之間相距較遠(yuǎn)，通常在幾百米到 幾公里之間。對(duì)于地空頻率域電磁探測(cè)而言，采用這種方法發(fā)射將增加發(fā)送設(shè)備布置的難 度和成本，而且各發(fā)射源之間的區(qū)域不適合探測(cè)，另外發(fā)送的低頻電流波形諧波可能對(duì)其 它組電流波形頻率成分重合，從而影響整體探測(cè)精度。
[0008] 航空電磁探測(cè)方法采用飛機(jī)搭載發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)的方式進(jìn)行快速探測(cè)，探測(cè) 效率高，覆蓋面積大。航空電磁探測(cè)發(fā)射系統(tǒng)通常采用磁偶極線圈作為發(fā)射源，受飛機(jī)載重 量和機(jī)載電源功率限制，發(fā)射線圈尺寸較小，發(fā)射磁矩受限，同時(shí)由于發(fā)射線圈與接收線圈 的距離較小，從根本上限制了航空電磁探測(cè)方法的有效探測(cè)深度，目前普遍探測(cè)深度不超 過500m，無法適用于深部目標(biāo)體的快速探測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0009] 本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述現(xiàn)有方法技術(shù)的不足，提供一種多源多頻地空電磁探 測(cè)發(fā)射方法。
[0010] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0011] 一種多源多頻地空電磁探測(cè)發(fā)射方法，通過在發(fā)射源區(qū)布置2個(gè)以上發(fā)射源，每 個(gè)發(fā)射源發(fā)射電流包含f\~fk(k多1)頻率成分，實(shí)現(xiàn)在目標(biāo)區(qū)域上空接收系統(tǒng)一次飛行 完成所有目標(biāo)探測(cè)中發(fā)射頻點(diǎn)的同步采集，其中目標(biāo)區(qū)域?yàn)閷?shí)際勘探任務(wù)的工作區(qū)域，發(fā) 射源區(qū)為電磁探測(cè)過程中2個(gè)以上發(fā)射源集中布置的區(qū)域。
[0012] 所述的發(fā)射源是由發(fā)射機(jī)、發(fā)射導(dǎo)線和接地電極組成，發(fā)射導(dǎo)線長(zhǎng)度通常為 0? 5_3km〇
[0013] 多源多頻地空電磁探測(cè)發(fā)射方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0014] A、根據(jù)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)測(cè)線方向，確定目標(biāo)區(qū)域中軸線，該中軸線與目標(biāo)區(qū)域內(nèi)多數(shù) 測(cè)線垂直或者近似垂直，在目標(biāo)區(qū)域交通便利一側(cè)的中軸線上圈定發(fā)射源區(qū)最近邊界，其 中發(fā)射源區(qū)最近邊界與目標(biāo)區(qū)域距離大于2km，發(fā)射源區(qū)沿目標(biāo)區(qū)域中軸線對(duì)稱布置；
[0015] B、在發(fā)射源區(qū)內(nèi)沿中軸線對(duì)稱布置2個(gè)以上個(gè)發(fā)射源，按照單個(gè)發(fā)射源最佳探測(cè) 區(qū)域覆蓋目標(biāo)區(qū)域原則確定發(fā)射源與目標(biāo)區(qū)域的相對(duì)位置，按照發(fā)射源相互獨(dú)立原則確定 任意兩個(gè)發(fā)射源之間的位置，其中每個(gè)發(fā)射源由發(fā)射機(jī)、發(fā)射導(dǎo)線和接地電極組成，發(fā)射導(dǎo) 線長(zhǎng)度通常為0. 5-3km;
[0016]C、由目標(biāo)區(qū)域總體地質(zhì)環(huán)境、探測(cè)深度范圍和探測(cè)精度確定探測(cè)所需頻率范圍， 由發(fā)射源電流波形頻點(diǎn)獨(dú)立原則確定每個(gè)發(fā)射源的電流波形和頻率；
[0017]D、設(shè)定控制器的電流參數(shù)，由控制器控制各個(gè)發(fā)射源同步發(fā)射電流，在發(fā)射源工 作期間，空中接收系統(tǒng)同步接收信號(hào)，其中同步方式以時(shí)間信息為基準(zhǔn)。
[0018] 步驟B中所述單個(gè)發(fā)射源最佳探測(cè)區(qū)域覆蓋目標(biāo)區(qū)域原則為目標(biāo)區(qū)域位于任意 發(fā)射源的最佳探測(cè)區(qū)域內(nèi)，任意一個(gè)發(fā)射源的最佳探測(cè)區(qū)域由以下條件確定：
[0019] 一一在最佳探測(cè)區(qū)域內(nèi)，接收系統(tǒng)的噪聲低于當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境噪聲；
[0020] 一一在最佳探測(cè)區(qū)域內(nèi)，當(dāng)發(fā)射源工作時(shí)，接收系統(tǒng)所測(cè)量發(fā)射頻點(diǎn)的磁場(chǎng)信號(hào) 幅度高于環(huán)境噪聲的2倍；
[0021] 在最佳探測(cè)區(qū)域內(nèi)，相對(duì)于均勾大地介質(zhì)，當(dāng)?shù)叵麓嬖诋惓ｓw時(shí)，相對(duì)異常響 應(yīng)高于10%。
[0022] 步驟B中所述發(fā)射源相互獨(dú)立原則為發(fā)射源區(qū)內(nèi)任意兩個(gè)發(fā)射源發(fā)射導(dǎo)線之間 互感引起的尖峰電流幅值低于同頻發(fā)射電流幅值的十分之一，任意兩個(gè)接地電極獨(dú)立接 地，接地電極電阻區(qū)域互不交疊。
[0023] 步驟C中所述的由目標(biāo)區(qū)域總體地質(zhì)環(huán)境、探測(cè)深度范圍和探測(cè)精度確定探測(cè)所 需頻率范圍，分為以下兩種方式：
[0024]a、根據(jù)已知目標(biāo)區(qū)域地質(zhì)環(huán)境，結(jié)合頻率域電磁探測(cè)深度經(jīng)驗(yàn)公式D= 356\|^ 估算確定，其中D為探測(cè)深度，f為發(fā)射頻率，P為地下電阻率。
[0025]b、根據(jù)已知目標(biāo)區(qū)域地質(zhì)環(huán)境，建立初始電阻率模型，在仿真軟件中通過正演仿 真計(jì)算確定。
[0026] 步驟C中所述的發(fā)射源電流波形頻點(diǎn)獨(dú)立原則為每個(gè)發(fā)射源發(fā)射的電流波形包 含有效頻點(diǎn)和無效頻點(diǎn)，有效頻點(diǎn)為探測(cè)時(shí)可利用的幅值較大的頻點(diǎn)，無效頻點(diǎn)為發(fā)射電 流中未利用幅值較小的諧波頻點(diǎn)，任意一臺(tái)發(fā)射源電流波形滿足以下要求：
[0027]一一該發(fā)射源電流波形的有效頻點(diǎn)分布在探測(cè)所需頻率范圍內(nèi)，與其它發(fā)射源有 效頻點(diǎn)可以交叉設(shè)置，也可以分離設(shè)置；
[0028]一一該發(fā)射源電流波形有效頻點(diǎn)與其它發(fā)射源有效和無效頻點(diǎn)不重合，或者當(dāng)與 其它發(fā)射源頻點(diǎn)重合時(shí)，其它發(fā)射源頻點(diǎn)幅值低于該發(fā)射源有效頻點(diǎn)幅值的5%。
[0029] 有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，（1)本發(fā)明通過采用多源多頻發(fā)射模式，實(shí)現(xiàn)空中一 次飛行采集多個(gè)頻點(diǎn)，充分利用有效飛行時(shí)間窗口，提高了探測(cè)效率，降低了空中飛行成 本和事故風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也降低了各頻點(diǎn)數(shù)據(jù)之間的相對(duì)測(cè)量誤差。（2)采用多個(gè)發(fā)射源發(fā)射 不同頻率，可以使一次飛行采集的頻點(diǎn)設(shè)置更加靈活豐富，多個(gè)頻點(diǎn)由不同的發(fā)射源發(fā)出， 減小了每個(gè)源發(fā)射頻點(diǎn)負(fù)擔(dān)，保證了有效發(fā)射功率，降低了發(fā)射源的設(shè)計(jì)難度，使設(shè)備更加 輕便。（3)通過對(duì)發(fā)射源之間互感、接地點(diǎn)距離以及發(fā)射電流頻點(diǎn)的限制，減小了發(fā)射源之 間的相互影響，提高了探測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度。（4)多個(gè)發(fā)射源集中布置在一個(gè)區(qū)域，減小了施 工的難度和成本。（5)本發(fā)明中發(fā)射源的布設(shè)方式還可以用于地面電磁探測(cè)方法，用于提高 野外測(cè)量工作效率，降低施工成本。
【附圖說明】：
[0030] 圖1 :野外多源多頻地空電磁探測(cè)示意圖
[0031]圖2 :單個(gè)發(fā)射源一側(cè)的最佳探測(cè)區(qū)域及允許偏轉(zhuǎn)角度示意圖
[0032] 圖3:三源布置方式示意圖
[0033] 圖4表1 :三源有效頻點(diǎn)的幅值及分布
[0034] 圖5表2 :三源多頻方式與單源多頻方式頻