固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)照射大功率瞬變電磁探測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)照射大功率瞬變電磁探測(cè)方法，包括以下步驟：（1）選定測(cè)量點(diǎn)；（2）采用發(fā)射接收重疊組合線框可旋轉(zhuǎn)的瞬變電磁探測(cè)設(shè)備采集測(cè)量點(diǎn)地下目標(biāo)體各個(gè)旋轉(zhuǎn)角度的瞬變電磁數(shù)據(jù)；（3）將采集的瞬變電磁數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，獲取地下目標(biāo)體地質(zhì)信息。本發(fā)明方法能有效克服地形地貌條件苛刻區(qū)域無(wú)法開展電法剖面（掃面）測(cè)量的問(wèn)題，僅需要選擇數(shù)個(gè)可觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行勘測(cè)，便可達(dá)到對(duì)整條剖面和區(qū)域的測(cè)量，在拓寬勘查范圍、消滅勘查盲區(qū)的同時(shí)，大大提高了工作效率。
【專利說(shuō)明】
固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)照射大功率瞬變電磁探測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于地球物理勘探技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)照射大功率瞬變電磁探測(cè)方法，適用于無(wú)法開展電法剖面(掃面)測(cè)量的地形地貌條件苛刻的區(qū)域進(jìn)行勘探工作。
【背景技術(shù)】
[0002]瞬變電磁測(cè)深法(Transient elect romagneticmet hod，簡(jiǎn)稱TEM)是電磁法勘探中應(yīng)用較廣的一種，是近年來(lái)在工程地質(zhì)勘察中普遍應(yīng)用的時(shí)間域電磁探測(cè)方法，它是利用階躍波或其它脈沖電流場(chǎng)源激勵(lì)，在大地產(chǎn)生過(guò)渡過(guò)程場(chǎng)，斷電瞬間在大地中形成渦旋交變電磁場(chǎng)，測(cè)量這種由地下介質(zhì)產(chǎn)生的二次感應(yīng)電磁場(chǎng)隨時(shí)間變化的衰減特性，從測(cè)量得到的異常信號(hào)中分析出地下不均勻體的導(dǎo)電性能和位置，從而推斷礦體、工程基礎(chǔ)、地下水、地質(zhì)災(zāi)害、工程病態(tài)等地下目標(biāo)體的分布性態(tài)。該技術(shù)具有靈敏度高、分辨率強(qiáng)、探測(cè)深度大、靈活多變適應(yīng)性強(qiáng)以及輕便、快速、廉價(jià)諸多優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)發(fā)展十分迅猛，應(yīng)用前景十分廣闊。目前，瞬變電磁法已經(jīng)成為地球物理探測(cè)領(lǐng)域內(nèi)的重要方法之一，已廣泛應(yīng)用于水利、交通、城建、環(huán)保、考古等部門，成功地解決了大量實(shí)際問(wèn)題。
[0003]中國(guó)專利(CN102508308B)公開了一種隧道瞬變電磁多點(diǎn)陣列式探測(cè)方法，，包括以下步驟:1)在隧道掌子面布置瞬變電磁發(fā)射天線;2)連接瞬變電磁設(shè)備;3)對(duì)隧道內(nèi)預(yù)先設(shè)定的測(cè)點(diǎn)采集垂直分量;4)移動(dòng)發(fā)射天線，重復(fù)第3)步直到完成整條測(cè)線的數(shù)據(jù)采集;5)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行處理，計(jì)算二維視電阻率深度;6)將第5)步得到的視電阻率深度數(shù)據(jù)按照測(cè)點(diǎn)空間位置布置形成離散三維視電阻率數(shù)據(jù)體;7)將第6)步的離散數(shù)據(jù)體進(jìn)行三維空間插值形成三維插值視電阻率圖。由該圖即可確定隧道中含水構(gòu)造的形態(tài)和空間分布。該方法通過(guò)三維插值視電阻率圖和切片圖，分析得到了隧道含水構(gòu)造的空間展布規(guī)律，并能夠?qū)τ^察含水構(gòu)造進(jìn)行多方位多角度的觀察。
[0004]中國(guó)專利(CN103472487A)公開了一種瞬變電磁多分量超前探測(cè)方法與裝置。包括三個(gè)探測(cè)線框，每個(gè)探測(cè)線框呈一定角度交叉布置，不同角度布置的探測(cè)線框用于采集三個(gè)方向的瞬變電磁數(shù)據(jù)。本發(fā)明采用多通道瞬變電磁儀，將發(fā)射和接收線框按中心回線裝置布設(shè)三個(gè)分量，實(shí)現(xiàn)巷道掘進(jìn)工作面超前探測(cè)的三分量數(shù)據(jù)采集。一次探測(cè)可獲得多組測(cè)試電性參數(shù)剖面，便于對(duì)探測(cè)空間多方向巖煤層地質(zhì)條件進(jìn)行解釋與分析，提高瞬變電磁法探測(cè)低電阻率異常區(qū)的空間定位能力，為巷道掘進(jìn)安全提供更為有效的技術(shù)參數(shù)。
[0005]但以上方法均需要沿測(cè)線方向布設(shè)大范圍的激發(fā)線框，勘測(cè)時(shí)，完成一個(gè)測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)采集后再按0.2-0.5m間距移動(dòng)測(cè)點(diǎn)距離，進(jìn)行下一點(diǎn)數(shù)據(jù)采集，直至完成對(duì)整個(gè)測(cè)試斷面的數(shù)據(jù)采集，當(dāng)在地形地貌條件苛刻的區(qū)域(如巖溶峰叢地區(qū))進(jìn)行探礦時(shí)，受地形制約，激發(fā)線框難以有效布設(shè)，致使電法剖面(掃面)測(cè)量工作無(wú)法開展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)照射大功率瞬變電磁探測(cè)方法，該方法能有效克服地形地貌條件苛刻區(qū)域無(wú)法開展電法剖面(掃面)測(cè)量的問(wèn)題，僅需要選擇數(shù)個(gè)可觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行勘測(cè)，便可達(dá)到對(duì)整條剖面和區(qū)域的測(cè)量，在拓寬勘查范圍、消滅勘查盲區(qū)的同時(shí)，大大提高了工作效率。
[0007]具體的，本發(fā)明所述固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)照射大功率瞬變電磁探測(cè)方法，包括以下步驟:
(1)選定測(cè)量點(diǎn)；
(2)采用發(fā)射接收重疊組合線框可旋轉(zhuǎn)的瞬變電磁探測(cè)設(shè)備采集測(cè)量點(diǎn)地下目標(biāo)體各個(gè)旋轉(zhuǎn)角度的瞬變電磁數(shù)據(jù)；
(3)將采集的瞬變電磁數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，獲取地下目標(biāo)體地質(zhì)信息。
[0008]地面瞬變電磁法的勘探原理是利用人工在地面布設(shè)的接地線源或不接地發(fā)射線圈中加入脈沖電流，產(chǎn)生一個(gè)瞬變的激勵(lì)磁場(chǎng)VI，該磁場(chǎng)垂直發(fā)射線圈向空間和地下兩個(gè)方向傳播，依據(jù)上半空間介質(zhì)均勻，電導(dǎo)為0，磁場(chǎng)不發(fā)生變化的特征，忽略地面以上磁場(chǎng)，僅考查其向地下的傳播。當(dāng)磁場(chǎng)向地下深部傳播時(shí)，在遇到不同介質(zhì)，會(huì)產(chǎn)生符合法拉第電磁感應(yīng)的渦流場(chǎng)；當(dāng)外加瞬變磁場(chǎng)消失后，這些渦流場(chǎng)開始的釋放，此時(shí)，利用接收線圈便可測(cè)量到包含了地下介質(zhì)電性特征的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)V2。通過(guò)對(duì)歸一化V2或視電阻率的反演便可以得到地下巖層的電性結(jié)構(gòu)，達(dá)到找礦目的。
[0009]本發(fā)明方法是基于地形地貌條件苛刻的探礦工作區(qū)域無(wú)法開展電法剖面(掃面)測(cè)量而設(shè)計(jì)的，其核心是利用可變化角度的發(fā)射接收重疊組合線框，分角度對(duì)礦體進(jìn)行激發(fā)和測(cè)量，消滅勘查盲區(qū)，獲取礦體深部信息而達(dá)到勘查目的。在一條探測(cè)剖面中，僅需要數(shù)個(gè)觀測(cè)點(diǎn)即可達(dá)到對(duì)整條剖面的調(diào)查，克服了垂直觀測(cè)工作地點(diǎn)無(wú)法攀爬的弊端，同時(shí)提高了整條剖面的工作效率，并可以推廣到無(wú)障礙到達(dá)地區(qū)的瞬變電磁法工作中，屬于瞬變電磁法工作方案創(chuàng)新。
[0010]不接地瞬變電磁法通常分為分離回線、中心回線和重疊回線3類，以重疊回線得到的信息最為完整。該方法為同點(diǎn)組合觀測(cè)，屬純異常法，與探測(cè)目標(biāo)有最佳耦合，異常響應(yīng)強(qiáng)，對(duì)低阻體反應(yīng)敏感，能自動(dòng)消除主要噪聲，具有提高探測(cè)深度、無(wú)地形影響、形態(tài)簡(jiǎn)單、分辨能力強(qiáng)、工作效率高等特點(diǎn)。
[0011]作為上述方法的進(jìn)一步說(shuō)明，所述旋轉(zhuǎn)角度為發(fā)射接收重疊組合線框旋轉(zhuǎn)后與測(cè)量點(diǎn)地形線構(gòu)成的角度，角度范圍< 35度。
[0012]針對(duì)地形影響，為保障探測(cè)信號(hào)的畸變值足夠小，半空間解釋結(jié)果良好，按煙圈擴(kuò)散效應(yīng)考慮，野外工作發(fā)射接收重疊組合線框旋轉(zhuǎn)角度的范圍，必須保證激勵(lì)磁場(chǎng)產(chǎn)生的煙圈范圍處于地下半空間中，否則需進(jìn)行全空間場(chǎng)的定量計(jì)算。經(jīng)研究確定，發(fā)射接收重疊組合線框旋轉(zhuǎn)的角度范圍< 35度為佳。
[0013]作為上述方法的進(jìn)一步說(shuō)明，在一條探測(cè)剖面中，僅需要數(shù)個(gè)測(cè)量點(diǎn)(數(shù)量<10)即可達(dá)到對(duì)整條剖面的調(diào)查。
[0014]作為上述方法的進(jìn)一步說(shuō)明，所述瞬變電磁探測(cè)設(shè)備包括重疊組合的發(fā)射線框和接收線框、用于放置發(fā)射接收重疊組合線框的固定支架、大功率超強(qiáng)源電磁發(fā)射儀。
[0015]所述發(fā)射線框的線圈為I?2匝，邊長(zhǎng)為1.5?3.5m。
[0016]所述接收線框的線圈為4?12匝，邊長(zhǎng)為1.5?3.5m。
[0017]所述固定支架可旋轉(zhuǎn)可折疊，邊長(zhǎng)為1.5?3.5m。
[0018]所述大功率超強(qiáng)源電磁發(fā)射儀的供電電流達(dá)1600?2200A。
[0019]由于受地形限制，本發(fā)明方法所采用的瞬變電磁探測(cè)設(shè)備為輕便型。采用可旋轉(zhuǎn)可折疊的小型固定支架可便于攜帶和安裝，帶動(dòng)鑲嵌在其身上的發(fā)射接收重疊組合線框旋轉(zhuǎn)。為解決小型線框的深部探測(cè)信號(hào)問(wèn)題，探測(cè)工作中選擇采用具有電池壓縮技術(shù)的大功率超強(qiáng)源電池發(fā)射儀和多匝接收線圈，供電電流高達(dá)1600?2200A，以增強(qiáng)激勵(lì)磁場(chǎng)磁矩和解決二次場(chǎng)信號(hào)觀測(cè)的微弱問(wèn)題。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是:該方法為同點(diǎn)組合觀測(cè)，屬純異常法，當(dāng)激發(fā)與觀測(cè)角度對(duì)應(yīng)控制目標(biāo)體有效面積最大時(shí)，激勵(lì)二次場(chǎng)產(chǎn)生最佳(低阻)或最弱(高阻)耦合，獲得明顯的響應(yīng)異常，從而區(qū)別于其他角度的觀測(cè)，通過(guò)定量計(jì)算便可獲得對(duì)目標(biāo)體空間位置的確定;具有和瞬變電磁法同點(diǎn)回線裝置一致的優(yōu)點(diǎn)，探測(cè)深度大，可不同角度的旋轉(zhuǎn)獲取不同方位的地下100m以上的地質(zhì)信息，且對(duì)低阻體反應(yīng)靈敏度高，可自動(dòng)消除主要噪聲，還可應(yīng)用于正常探測(cè)和坑道內(nèi)的超前預(yù)測(cè)；無(wú)地形影響，形態(tài)簡(jiǎn)單，分辨能力強(qiáng)、工作效率高。
【附圖說(shuō)明】
[0021]附圖1是本發(fā)明固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)照射大功率瞬變電磁探測(cè)方法的工作原理示意圖。
[0022]附圖2是本發(fā)明垂直觀測(cè)異常與通過(guò)旋轉(zhuǎn)照射獲取目標(biāo)體最佳耦合異常的比對(duì)示意圖。
[0023]圖中:1_發(fā)射接收重疊組合線框;2-發(fā)射接收重疊組合線框旋轉(zhuǎn)角度;3-激勵(lì)磁場(chǎng)及方向；4-地表;5-目標(biāo)體有效面積;6-目標(biāo)體;7-目標(biāo)體最佳耦合旋轉(zhuǎn)角度。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例僅是對(duì)本發(fā)明作更清楚的說(shuō)明，而不是對(duì)本發(fā)明的限制。
[0025]工作概況:廣西某礦田以巖溶地貌為主，礦床所在礦區(qū)為巖溶峰叢區(qū)，地形切割大，坡角常常大于45度，植被覆蓋率高，所發(fā)育的山體與溝壑基本與礦帶走向平行，地面僅有部分沖溝可投入工作，探測(cè)地段稀少，并且無(wú)法穿越礦帶，難以形成對(duì)整個(gè)礦帶的有效控制，達(dá)不到資源勘查的目的。針對(duì)該地貌，
【申請(qǐng)人】創(chuàng)新提出了不接地大功率固定點(diǎn)多角度照射的瞬變電磁法探測(cè)工作方案，發(fā)現(xiàn)了隱伏礦體。
[0026]由于受地形限制，選用大功率輕便型的EMRS-3型TEM探測(cè)儀，采用3mX3m可旋轉(zhuǎn)可折疊的小型固定支架，用于放置重疊回線的發(fā)射線框和接收線框。為增強(qiáng)激勵(lì)磁場(chǎng)磁矩和解決二次場(chǎng)觀測(cè)信號(hào)微弱及小線圈勘探深度小的問(wèn)題，對(duì)整個(gè)TEM測(cè)量系統(tǒng)的供電部分和接收測(cè)量部分的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格限定。
[0027]供電部分技術(shù)指標(biāo):最大供電電流:2200A連續(xù)可調(diào)；供電脈寬時(shí)間:4ms或8ms可選;脈沖前延時(shí)間:小于2ys;脈沖后延時(shí)間:小于2ys;供電次數(shù):1、4、8、16、32可選;供電線圈:單 0?，3m X 3m。
[0028]接收測(cè)量部分技術(shù)指標(biāo):測(cè)量增益:16384倍;主機(jī)帶寬:0_20KHz；疊加次數(shù):1、4、
8、16、32可選;觀測(cè)電壓分辨率:0.1yV;采樣延時(shí):32ms ；抗擾能力:大于60db ；采樣程序:分22道，采樣間隔80ys;接收線圈:6匝，3mX3m。
[0029]為保證設(shè)計(jì)方案具有足夠的探測(cè)深度，使用誤差理論中拉格布斯可靠異常的原貝1J，按規(guī)范要求的三倍均方相對(duì)誤差為異常下限，使用該設(shè)備工作參數(shù)，進(jìn)行了一維正演數(shù)字模擬，對(duì)下層為低阻的兩層電性模型的計(jì)算結(jié)果表明，該探測(cè)方案的儀器探測(cè)能力超過(guò)1000m，滿足探測(cè)需要。
[0030]如圖1所示，選定測(cè)量點(diǎn)后，開始探測(cè)工作。先連接好各工作設(shè)備，搭建發(fā)射接收重疊組合線框，鑲嵌于特制可旋轉(zhuǎn)的小型固定支架上，按擴(kuò)散煙圈邊界在800m的探測(cè)范圍內(nèi)，始終保持在地下半空間的條件計(jì)算發(fā)射接收重疊組合線框旋轉(zhuǎn)角度為< 35度，依照5度的旋轉(zhuǎn)量進(jìn)行感應(yīng)二次場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，獲取地下礦體一定角度連貫的瞬變電磁數(shù)據(jù)。探測(cè)過(guò)程中，為減弱和避免地面不均體的影響，需保持各次觀測(cè)線框邊懸空或與地面同一地點(diǎn)的介質(zhì)接觸。數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，按《時(shí)間域地面瞬變電磁法技術(shù)規(guī)程》、《地面充電法技術(shù)規(guī)程》和《時(shí)間域激發(fā)極化法技術(shù)規(guī)程》執(zhí)行，并現(xiàn)場(chǎng)繪制V/I響應(yīng)曲線，只有曲線沒(méi)有過(guò)阻尼或欠阻尼時(shí)，才保存記錄，否則重測(cè)，重測(cè)的時(shí)間間隔大于2分鐘。
[0031]如圖2所示，當(dāng)組合線框旋轉(zhuǎn)至某個(gè)角度得到最佳耦合異常時(shí)，可通過(guò)多點(diǎn)連線簡(jiǎn)單獲取目標(biāo)體空間分布狀況。
[0032]采用上述方法對(duì)多個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行探測(cè)，然后將觀測(cè)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，由數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)各測(cè)點(diǎn)的有效測(cè)道進(jìn)行編輯，形成各測(cè)道歸一化電壓，使用一維模型對(duì)歸一化數(shù)據(jù)進(jìn)行反演計(jì)算，即可獲取礦體空間位置及規(guī)模。
[0033]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)照射大功率瞬變電磁探測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)選定測(cè)量點(diǎn)； (2)采用發(fā)射接收重疊組合線框可旋轉(zhuǎn)的瞬變電磁探測(cè)設(shè)備采集測(cè)量點(diǎn)地下目標(biāo)體各個(gè)旋轉(zhuǎn)角度的瞬變電磁數(shù)據(jù)； (3)將采集的瞬變電磁數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，獲取地下目標(biāo)體地質(zhì)信息。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)照射大功率瞬變電磁探測(cè)方法，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)角度為發(fā)射接收重疊組合線框旋轉(zhuǎn)后與測(cè)量點(diǎn)地形線構(gòu)成的角度，角度范圍< 35度。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一所述的固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)照射大功率瞬變電磁探測(cè)方法，其特征在于，所述測(cè)量點(diǎn)數(shù)量< 10。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)照射大功率瞬變電磁探測(cè)方法，其特征在于，所述瞬變電磁探測(cè)設(shè)備包括重疊組合的發(fā)射線框和接收線框、用于放置發(fā)射接收重疊組合線框的固定支架、大功率超強(qiáng)源電磁發(fā)射儀。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)照射大功率瞬變電磁探測(cè)方法，其特征在于，所述發(fā)射線框的線圈為I?2阻，邊長(zhǎng)為1.5?3.5m。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)照射大功率瞬變電磁探測(cè)方法，其特征在于，所述接收線框的線圈為4?12匝，邊長(zhǎng)為1.5?3.5m。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)照射大功率瞬變電磁探測(cè)方法，其特征在于，所述固定支架可旋轉(zhuǎn)可折疊，邊長(zhǎng)為1.5?3.5m。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)照射大功率瞬變電磁探測(cè)方法，其特征在于，所述大功率超強(qiáng)源電磁發(fā)射儀的供電電流達(dá)1600?2200A。
【文檔編號(hào)】G01V3/10GK105842740SQ201610208036
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年4月6日
【發(fā)明人】楊立功, 馮章林, 李韋鈺, 蘇新瑤
【申請(qǐng)人】廣西有色金屬集團(tuán)資源勘查有限公司