本发明涉及地质层勘探领域，具体是一种提高隧道掌子面瞬变电磁探水信噪比的方法。
背景技术：
在地质探测工作中，应用的瞬变电磁法是一种宽频电磁系统，理论上频带宽度是无限的，但由于观察仪器的限制，一般能够观测的频带为几个赫兹到数十千赫兹，而随着谐波次数的增高，电磁能量衰减快，由于高频分量对浅层勘探更有利，所以采集系统的频带应该尽量的宽，然而频带过宽会使得系统的信噪比下降。
为了比瞬变电磁雷达法测得地下更深的数据，一般采用常规瞬变电磁探测方法，根据瞬变电磁信号分析，接受线圈接受的信号为二次场信号，已经很微弱，加上周围噪声信号比较强，会导致信噪比降低。
针对上述背景技术中的问题，本发明提供了一种提高隧道掌子面瞬变电磁探水信噪比的方法。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种提高隧道掌子面瞬变电磁探水信噪比的方法，以解决上述背景技术中提出的目前常规瞬变电磁探测方法导致信噪比降低的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种提高隧道掌子面瞬变电磁探水信噪比的方法，其包括两种技术手段：采用正反向数据采集叠加的抗干扰方案以及对信号数据进行叠加处理，所述采用正反向数据采集叠加的抗干扰方案通过图1、图2、图3、图4以及图5进行说明，图1和2为正反向方波观测，压制稳定和工频干扰，的结果示意图，图3为正反向间歇方波观测压制干扰(稳定干扰)结果示意图，图4为正反向间歇方波观测压制干扰(偶数倍周期)结果示意图，图5为正反向间歇方波观测压制干扰(奇数倍周期)结果示意图；通过对图1—图5的实验结果分析，实验结论为：正反向间歇方波不仅压制稳定干扰还可以压制工频干扰，压制工频干扰要求：基频周期＝工频周期的偶数倍。
所述信号叠加实施方式为：把多个周期的信号逐次累加，再取其平均值，增强和保持有用信号，采用周期性脉冲序列连续激发二次场，使用双极性同步采样。
所述信号叠加原理为：设测量信号为v，输入有用信号为vi，工频干扰为v50，系统直流失调为Δv，忽略其他干扰测量信号：v＝(v+-v-)/2＝[(vi+v50+Δv)-(-vi+v50+Δv)]/2＝vi
为了验证采用正反向数据采集叠加的抗干扰方案的优异性，本发明采用了其他抗干扰实验方案进行对比例证。
所述其他抗干扰实验方案为：在安徽铜陵冬瓜山铜矿复杂环境的测区内，使用多功能接收机，多功能接受机中安装有中心回线装置，通过改变发射频率、发射线圈框长度、发射电流大小、叠加次数(增加一次观测采集周期数)和观测次数(增加重复观测次数)以及将这些参数组合一起进行野外抗干扰实验，实验进行前需要进行测点噪声准备实验。
所述测点噪声实验具体实施方式为：通过等间隔密集采样方式，在发射线框不供电时采集了试验点上的噪声，采样时间间隔为30.5μs，采集1000个数据，实验结果如图6所示，实验结论为：试验点采集到的噪声很强，并且明显具有周期性，这些噪声由周围的高压电线和矿井设备产生，会对瞬变电磁晚期的数据产生很大干扰，影响深部信息的获取。
所述改变发射频率具体实施方式为：GDP32-Ⅱ发射机通过发射双极性方波电流，发射的频率不同，观测时窗长度是不同的，勘探的深度也是不同，实验结果如图7所示，实验结论为：发射频率越小，测量的时窗越长，勘探的深度越大；32Hz数据的时窗较短，其曲线基本与8Hz的曲线重合；另外，2Hz曲线晚期的数据跳动起伏较大，观测数据质量不好，说明该频率对噪声的抗干扰能力不是太强，野外应尽量避免使用。
所述改变发射线圈框长度具体实施方式为：分别使用边长200m和100m发射线框，发射8Hz、20A电流，实验结果如图8所示，结论为：采集到的二次场值越大，边长200m的线框采集到的数据明显比100m线框采集的信息光滑，信噪比高。
所述改变发射电流大小具体实施方式为：分别发射I＝5A、I＝10A以及I＝20A的电流，实验结果如图9所示，实验结论为：发射5A的电流时，1ms前曲线就出现了明显的跳点，整条曲线不光滑，加大发射电流后曲线比较光滑，在2ms前的数据非常光滑，晚期跳点也比较少，所以，增大电流对信噪比的提高是有效的，野外应尽量加大发射电流。
所述叠加次数(增加一次观测采集周期数)具体实施方式为：瞬变电磁仪器使用200m的线框，发射8Hz、20A电流，分别叠加16次和1024次，实验结果如图10所示，实验结论为：叠加16次时，1ms后的数据跳点较多，曲线不光滑，不能有效压制噪声，增大叠加次数后，采集到的曲线比较光滑，叠加次数增加到1024次后，1-10ms后的曲线变得光滑，信噪比提高，多次观测及增加重复采集次数，对噪声压制也有一定的效果。
所述观测次数(增加重复观测次数)具体实施方式为：瞬变电磁仪器使用200m的线框，发射8Hz、20A电流，分别重复观察4次、30次以及60次；实验结果如图10所示，实验结论为：重复次数多时曲线明显圆滑，但是重复到60次时，曲线的光滑程度并不比30次好，可见，观测重复次数也并非越多越好。
所述GDP32-Ⅱ发射机运行参数组合进行野外抗干扰实验具体实施方式为：所述GDP32-Ⅱ发射机的中心回线装置运行状态为：线框边长200m，发射基频8Hz，电流20A，叠加1024次，重复观测30次；实验结果如图11所示，实验结论为：采用了抗干扰方式后，整条曲线明显光滑了，没有跳点，信号的质量很高，采用的抗干扰方案行之有效，可以有效地压制随机干扰，提高信噪比。
作为本发明进一步的方案：所述多功能接收机型号为GDP-32Ⅱ，其主要性能指标为：标准频率范围为0.0625-32Hz，采样道数22-31，恒温石英钟控制同步，最小可检测电信号0.03μV，动态范围190dB，使用TEM/3探头，接受磁距为10000m2。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
所述的一种提高隧道掌子面瞬变电磁探水信噪比的方法设计合理，其通过采用正反向数据采集叠加的抗干扰方案以及对信号数据进行叠加处理的两种技术手段，方法创新有效，实用性强，克服了目前隧道掌子面瞬变电磁探水装置噪声与有效信号一起被接受，影响观测数据的质量及反演解释计算的结果，限制了观测弱信号的能力，相应的限制了探测深度的技术问题，值得推广与应用。
附图说明
图1为一种提高隧道掌子面瞬变电磁探水信噪比的方法的正反向方波观测，压制稳定和工频干扰的实验结果示意图。
图2为一种提高隧道掌子面瞬变电磁探水信噪比的方法的正反向方波观测，压制稳定和工频干扰的实验结果示意图。
图3为提高隧道掌子面瞬变电磁探水信噪比的方法的正反向间歇方波观测压制干扰实验结果示意图。
图4为提高隧道掌子面瞬变电磁探水信噪比的方法的正反向间歇方波观测压制干扰的实验结果示意图。
图5为提高隧道掌子面瞬变电磁探水信噪比的方法的正反向间歇方波观测压制干扰的实验结果示意图。
图6为一种提高隧道掌子面瞬变电磁探水信噪比的方法的测点噪声实验结果示意图。
图7为提高隧道掌子面瞬变电磁探水信噪比的方法的改变发射频率实验结果示意图
图8为提高隧道掌子面瞬变电磁探水信噪比的方法的改变发射线圈框长度实验结果示意图。
图9为提高隧道掌子面瞬变电磁探水信噪比的方法的改变发射电流大小实验结果示意图。
图10为提高隧道掌子面瞬变电磁探水信噪比的方法的叠加次数实验结果示意图与增加观测次数实验结果示意图。
图11为提高隧道掌子面瞬变电磁探水信噪比的方法的GDP32-Ⅱ发射机运行参数组合进行野外抗干扰实验的实验结果示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
请参阅图1-11，一种提高隧道掌子面瞬变电磁探水信噪比的方法，其包括两种技术手段：采用正反向数据采集叠加的抗干扰方案以及对信号数据进行叠加处理，所述采用正反向数据采集叠加的抗干扰方案通过图1、图2、图3、图4以及图5进行说明，图1和图2为正反向方波观测，压制稳定和工频干扰，的结果示意图，图3为正反向间歇方波观测压制干扰(稳定干扰)结果示意图，图4为正反向间歇方波观测压制干扰(偶数倍周期)结果示意图，图5为正反向间歇方波观测压制干扰(奇数倍周期)结果示意图；通过对图1—图5的实验结果分析，实验结论为：正反向间歇方波不仅压制稳定干扰还可以压制工频干扰，压制工频干扰要求：基频周期＝工频周期的偶数倍。
所述信号叠加实施方式为：把多个周期的信号逐次累加，再取其平均值，增强和保持有用信号，采用周期性脉冲序列连续激发二次场，使用双极性同步采样。
所述信号叠加原理为：设测量信号为v，输入有用信号为vi，工频干扰为v50，系统直流失调为Δv，忽略其他干扰测量信号：v＝(v+-v-)/2＝[(vi+v50+Δv)-(-vi+v50+Δv)]/2＝vi
为了验证采用正反向数据采集叠加的抗干扰方案的优异性，本发明采用了其他抗干扰实验方案进行对比例证。
所述其他抗干扰实验方案为：在安徽铜陵冬瓜山铜矿复杂环境的测区内，使用多功能接收机，多功能接受机中安装有中心回线装置，通过改变发射频率、发射线圈框长度、发射电流大小、叠加次数(增加一次观测采集周期数)和观测次数(增加重复观测次数)以及将这些参数组合一起进行野外抗干扰实验，实验进行前需要进行测点噪声准备实验。
所述多功能接收机型号为GDP-32Ⅱ，其主要性能指标为：标准频率范围为0.0625-32Hz，采样道数22-31，恒温石英钟控制同步，最小可检测电信号0.03μV，动态范围190dB，使用TEM/3探头，接受磁距为10000m2。
所述测点噪声实验具体实施方式为：通过等间隔密集采样方式，在发射线框不供电时采集了试验点上的噪声，采样时间间隔为30.5μs，采集1000个数据，实验结果如图6所示，实验结论为：试验点采集到的噪声很强，并且明显具有周期性，这些噪声由周围的高压电线和矿井设备产生，会对瞬变电磁晚期的数据产生很大干扰，影响深部信息的获取。
所述改变发射频率具体实施方式为：GDP32-Ⅱ发射机通过发射双极性方波电流，发射的频率不同，观测时窗长度是不同的，勘探的深度也是不同，实验结果如图7所示，实验结论为：发射频率越小，测量的时窗越长，勘探的深度越大；32Hz数据的时窗较短，其曲线基本与8Hz的曲线重合；另外，2Hz曲线晚期的数据跳动起伏较大，观测数据质量不好，说明该频率对噪声的抗干扰能力不是太强，野外应尽量避免使用。
所述改变发射线圈框长度具体实施方式为：分别使用边长200m和100m发射线框，发射8Hz、20A电流，实验结果如8所示，结论为：采集到的二次场值越大，边长200m的线框采集到的数据明显比100m线框采集的信息光滑，信噪比高。
所述改变发射电流大小具体实施方式为：分别发射I＝5A、I＝10A以及I＝20A的电流，实验结果如图9所示，实验结论为：发射5A的电流时，1ms前曲线就出现了明显的跳点，整条曲线不光滑，加大发射电流后曲线比较光滑，在2ms前的数据非常光滑，晚期跳点也比较少，所以，增大电流对信噪比的提高是有效的，野外应尽量加大发射电流。
所述叠加次数(增加一次观测采集周期数)具体实施方式为：瞬变电磁仪器使用200m的线框，发射8Hz、20A电流，分别叠加16次和1024次，实验结果如图10所示，实验结论为：叠加16次时，1ms后的数据跳点较多，曲线不光滑，不能有效压制噪声，增大叠加次数后，采集到的曲线比较光滑，叠加次数增加到1024次后，1-10ms后的曲线变得光滑，信噪比提高，多次观测及增加重复采集次数，对噪声压制也有一定的效果。
所述观测次数(增加重复观测次数)具体实施方式为：瞬变电磁仪器使用200m的线框，发射8Hz、20A电流，分别重复观察4次、30次以及60次；实验结果如图10所示，实验结论为：重复次数多时曲线明显圆滑，但是重复到60次时，曲线的光滑程度并不比30次好，可见，观测重复次数也并非越多越好。
所述GDP32-Ⅱ发射机运行参数组合进行野外抗干扰实验具体实施方式为：所述GDP32-Ⅱ发射机的中心回线装置运行状态为：线框边长200m，发射基频8Hz，电流20A，叠加1024次，重复观测30次；实验结果如图11所示，实验结论为：采用了抗干扰方式后，整条曲线明显光滑了，没有跳点，信号的质量很高，采用的抗干扰方案行之有效，可以有效地压制随机干扰，提高信噪比。
所述的一种提高隧道掌子面瞬变电磁探水信噪比的方法设计合理，其通过采用正反向数据采集叠加的抗干扰方案以及对信号数据进行叠加处理的两种技术手段，方法创新有效，实用性强，克服了目前隧道掌子面瞬变电磁探水装置噪声与有效信号一起被接受，影响观测数据的质量及反演解释计算的结果，限制了观测弱信号的能力，相应的限制了探测深度的技术问题，值得推广与应用。
上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。