专利名称：电法勘探方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电法勘探领域，具体而言，涉及一种电法勘探方法和装置。
背景技术：
在寻找金属矿产方面电法勘探(特别是激电法)的应用非常广泛，但是由于生产矿山及其附近存在大量的高压输电线和各种用电设施，这将产生极其强烈的电磁干扰信号；地下开采坑道内大量的金属管道、车辆轨道和废石渣都给电法的供电和电场接收造成很大的困难。所有这一切，都影响了电法勘探方法的应用效果，因此电法勘探在解决危机矿山问题时存在严重的噪声干扰问题。生产矿山附近电磁干扰尽管很大，但一般是随机性的干扰，而相关辨识技术是一种可以有效地去除随机噪声干扰的系统辨识方法，在机械、自动化、仪器仪表、认知科学、生物信息学等领域都已经得到了广泛的应用，但是在地球物理探测方面却没有得到足够的重视和应用。目前，电法勘探中一般是通过堆叠、滤波、远参考等方法去除噪声，但是在矿山电法勘探中这些方法用于去除噪声就显得无能为力，因此勘察效果差，直接带来人力财力的巨大浪费。而且，为了提高信噪比，一个常用的方法就是提高发送电源的功率，这必然造成发送机异常笨重，这给山区的勘探工作带来巨大的困难。另一方面，激电法是电法勘探中用于找矿的最有效的手段，特别是复电阻率法，能够提供较多的电性参数，探测精度较高。复电阻率法是指通过测量得到复电阻率谱也就是频率响应的一种电法勘探方法，但是需要测量多个频点的电场响应才能得到一条频率响应曲线，而且低频的时候需要的时间很长，因此探测效率很低，这是造成复电阻率法效果虽好却不能得到广泛运用的原因。在电法勘探中如果采用相关辨识技术，那么一次测量就能得到一条频率响应曲线，可以有效解决复电阻率法的效率低下问题，并且具有复电阻率法探测精度高的优点，因此这是一种新的时间域测量的复电阻率法。
图1(a)和(b)示出了现有技术中复电阻率法的观测装置和等效电路。传统的复电阻率法是通过在相当宽的超低频段上观测视复电阻率的幅度谱和相位谱或实分量和虚分量谱，以研究地下介质情况。如图1(a)和(b)所示，发送电流源AB 每次发送一个频率的正弦波或者方波，接收端子MN测得对应的电压信号，多次测量得到一个频段内的多个频率的幅度和相位特性，得到复电阻率谱，再利用科尔-科尔模型进行拟合和反演，得到直流电阻率、充电率、时间常数和频率相关系数等电性参数进行地球物理解释。这种方法能提供比较丰富的激电信息，但需在许多频率上做观测才能获得较完整的频谱，所以生产效率低
发明内容
本发明的目的是利用相关辨识技术去除随机噪声；在时间域测量一次就可以得到一条频率响应曲线从而提高探测效率；另外，通过采用双科尔-科尔模型进行解释，不仅可以去除电磁耦合效应的影响，还可以得到电磁参数，探测精度提高。
根据本发明的一方面，提供一种电法勘探方法，其利用测量装置进行勘探，所述测量装置包括发送机和接收机，其特征在于，所述方法包括以下步骤所述发送机发送伪随机序列V (t)，接收机接收时间序列信号u (t)；利用所述伪随机序列ν (t)对所述接收机接收到的时间序列u (t)进行互相关运算，得到时域冲激响应、(t)；将所述时域冲激响应、(t)变换到频域，从而得到频率响应扎(《)；利用双科尔-科尔模型进行拟合和反演，得到复电阻率法的4个激电参数P α, +、T1以及电磁耦合效应的3个参数m2、c2、τ 2 ；其中，Pq表示零频视电阻率反映电极排列勘探体积内的平均电阻率叫为激电效应的视充电率激电效应强度参数(％)，与电极排列勘探体积内的可极化物质体积含量正相关；T1为激电效应的视时间常数激电效应特征参数(秒)，与电极排列勘探体积内的可极化物质的粒度大小等结构信息相关；Cl为激电效应的视频率相关系数，是无量纲的基地啊效应过程参数；与电极排列勘探体积内的可极化物质的激电效应类型以及极化物质混合分布均勻性相关；m2 为电磁效应的视充电率；τ 2为电磁效应的视时间常数；c2为电磁效应的视频率相关系数。优选地，所述方法还包括步骤执行反卷积运算去除所述测量装置的影响。优选地，通过多极距的观测方式得到目标极化体的真谱参数和几何分布。优选地，所述伪随机序列为m序列或逆重复m序列。优选地，将电极、导线、接地阻抗及测量装置的影响归结为一个系统，它的冲激响应为hs(t)，大地系统的冲激响应记为he(t)，则U (t) =v (t) *he (t) *hs (t) +η (t)两边用输入伪随机序列ν(t)进行互相关运算，消去随机噪声的影响，得到Rvu (t) = Rvv (t) *he (t) *hs (t)因此，先求输入和输出信号的互相关Rvu(t)以及输入信号的自相关Rvv⑴，反卷积运算后得到观测系统和大地系统总的冲激响应he (t) *hs (t)，然后再通过反卷积运算去除观测系统hs(t)的影响得到大地系统的冲激响应、(t)；或者在频域实现上述运算Pvu(CO) = Ρνν(ω) · He ( ω ) · Η3(ω)得到待辨识系统的频率响应
权利要求
1.一种电法勘探方法，其利用测量装置进行勘探，所述测量装置包括发送机和接收机， 其特征在于，所述方法包括以下步骤(1)所述发送机发送伪随机序列V(t)，接收机接收时间序列信号u (t)；(2)利用所述伪随机序列ν(t)对所述接收机接收到的时间序列u (t)进行互相关运算， 得到时域冲激响应、(t)；(3)将所述时域冲激响应、(t)变换到频域，从而得到频率响应Η3(ω)；(4)利用双科尔-科尔模型进行拟合和反演，得到复电阻率法的4个激电参数Ppmp C1^ τ工以及电磁耦合效应的3个参数m2、c2, τ2 ；其中，P ^表示零频视电阻率反映电极排列勘探体积内的平均电阻率叫为激电效应的视充电率激电效应强度参数(％)，与电极排列勘探体积内的可极化物质体积含量正相关；τ工为激电效应的视时间常数激电效应特征参数(秒)，与电极排列勘探体积内的可极化物质的粒度大小等结构信息相关；Cl为激电效应的视频率相关系数，是无量纲的基地啊效应过程参数；与电极排列勘探体积内的可极化物质的激电效应类型以及极化物质混合分布均勻性相关;m2为电磁效应的视充电率；τ 2为电磁效应的视时间常数；c2为电磁效应的视频率相关系数。
2.根据权利要求1所述的电法勘探方法，其特征在于，所述方法还包括步骤执行反卷积运算去除所述测量装置的影响。
3.根据权利要求1或2所述的电法勘探方法，其特征在于，通过多极距的观测方式得到目标极化体的真谱参数和几何分布。
4.根据权利要求1或3所述的电法勘探方法，其特征在于，所述伪随机序列为m序列或逆重复m序列。
5.根据权利要求1或4所述的电法勘探方法，其中将电极、导线、接地阻抗及测量装置的影响归结为一个系统，它的冲激响应为hs(t)，大地系统的冲激响应记为he(t)，则u (t) =v (t) *he (t) *hs (t) +η (t)两边用输入伪随机序列v(t)进行互相关运算，消去随机噪声的影响，得到Rvu ⑴=Rvv(t)*he(t)*hs(t)因此，先求输入和输出信号的互相关Rvu(t)以及输入信号的自相关Rvv(t)，反卷积运算后得到观测系统和大地系统总的冲激响应 (t) *hs (t)，然后再通过反卷积运算去除观测系 ^hs(t)的影响得到大地系统的冲激响应、(t)；或者在频域实现上述运算Ρνυ(ω) = Ρνν(ω) · Ηε(ω) · Hs ( ω )得到待辨识系统的频率响应Ηλω)= P PvMyHs(CO)将在发送机附近相关辨识得到的结果就认为是观测系统的冲激响应hs(t)，变到频域即为 Hs(CO)；计算复电阻率谱P (ω)；P (ω) = K · He(ω)其中K称为装置系数，
6.根据权利要求5所述的电法勘探方法，其中拟合时Pc^mpCpTl*m2、C2、τ 2初值的选择方法如下=C1的取值范围在0. 1-0. 6之间，C2的取值范围为0. 9-1. 0，mi、m2的取值范围在0-0. 98之间，而且Hi1 < m2，P ^的初值设为幅度谱或者实分量谱的低频渐近线的值，根据虚分量谱在高频段的峰值频率求出12的初值，T1的初值定为τ 2的初值的50倍。
7.一种用于电法勘探的发送机，其特征在于所述发送机包括全球定位系统GPS(Global Positioning System)模块(1)、伪随机信号发生器O)、驱动及保护模块(3)、智能功率模 Ife IPM(Intelligent Power Modules) (5)、温度控制模块(4)和供电模块(7)，和发送电极 AB (6)；其中，GPS模块(1)通过串口向伪随机信号发生器( 传递授时同步信息，完成数据信息的存储，并控制驱动及保护模块⑶；驱动及保护模块(3)驱动IPM(5)工作，保护电路用于保护整个系统的安全；温度控制系统(4)监测发射机内部的温度，当超过预定值后复位机器或关闭机器；IPM(5)将输出信号转换成用于电法勘探的电流信号并向发送电极AB(6) 输送电流；供电模块(7)为板卡提供低压电源，并为IPM(5)提供所需高压。
8.根据权利要求7所述的用于电法勘探的发送机，其特征在于伪随机信号发生器(2) 进一步根据需要输出不同阶数、不同频率的m序列或者逆重复m序列，配置LCD用于显示发射机信号类型、参数及状态。
9.一种用于电法勘探的接收机，其特征在于所述接收机包括GPS模块(8)、伪随机信号发生器(9)、接收电极MN(IO)、前置放大模块(11)、滤波及陷波模块(12)、精密放大模块 (13)、自相关器(14)、互相关器(15)、第一反卷积器(16)、第二反卷积器(17)、FFT变换器 (18)、复电阻率谱生成器(19)、拟合器(20)、反演器；其中，GPS模块(8)通过串口向伪随机信号发生器(9)传递授时同步信息，实现精准同步并且和发送机的伪随机序列保持精确同相，伪随机信号发生器(9)根据需要输出与发送机相同阶数、相同频率的伪随机序列；接收电极丽(10)接收通过地下介质传来的电位差， 然后经过前置放大模块(11)将接收到的电磁信号进行初步的放大，并经过滤波及陷波模块(12)滤除高频噪声及系统的工频噪声，再通过精密放大模块(13)将滤除噪声的信号进行低噪精密放大；自相关器(14)实现伪随机信号的自相关运算；互相关器(15)实现伪随机信号和接收信号的互相关运算；经过第一反卷积器(16)得到总的冲激响应，第二反卷积器(17)去除观测系统影响处理后获得大地系统冲激响应，FFT变换器(18)对大地冲激响应进行处理获得大地系统的频率响应，大地系统频率响应经过复电阻率谱生成器(19)得到大地系统的复电阻率谱，拟合器00)依据双科尔-科尔模型拟合获得视谱参数，反演器 (21)进行联合反演获得真谱参数，从而获得地球物理参数信息，并进行实时数据图形显示及存储。
10. 一种电法勘探系统，其特征在于包含如权利要求7或8所述的发送机以及如权利要求9所述的接收机。
全文摘要
本发明涉及一种电法勘探方法，其通过发送机发送信号以及接收机对接收到的信号进行处理，得到冲激响应和频率响应，其特征在于，所述方法包括以下步骤所述发送机发送伪随机序列，并利用所述伪随机序列对所述接收机接收到的时间序列进行互相关运算，进而得到时域冲激响应；将所述时域冲激响应变换到频域，从而得到频率响应；利用双科尔-科尔模型进行拟合和反演，得到复电阻率法的参数。
文档编号G01V3/00GK102426393SQ20111036270
公开日2012年4月25日 申请日期2011年11月16日 优先权日2011年11月16日
发明者刘景贤, 李梅, 罗维斌, 顾强, 魏文博 申请人:中国地质大学(北京)