等值反磁通瞬变电磁法中零磁通面位置的确定方法与流程

本发明具体涉及一种等值反磁通瞬变电磁法中零磁通面位置的确定方法。

背景技术

随着经济技术的发展，电磁勘探等基础学科领域也得到了长足的发展。

瞬变电磁法(transientelectromagneticmethods，简称tem)通过不接地回线向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场的激励下，地下地质体将产生感应涡流，感应涡流产生的二次磁场不会随一次磁场消失而立即消失，在一次脉冲磁场间歇期间利用天线或接地电极观测二次磁场，从而达到探测地下地质体的目的。

等值反磁通瞬变电磁法(opposingcoilstem，简称octem)是一种新型的瞬变电磁法，其原理与传统的瞬变电磁法一致，不同的是octem以等值反磁通的规律作理论依据，采用两个通以大小相同、方向相反电流的大小相同、平行共轴的天线作为发射源，位于等值反磁通零磁通面的接收天线接收地下二次场，测量地下纯二次场响应。

根据矢量叠加原理，正负反向磁源产生的一次场始终存在至少一个磁场得垂直分量为零的平面，该位置称为等值反磁通的零磁通面。由于需要将接收天线设置在所述的等值反磁通零磁通面，因此对于等值反磁通瞬变电磁法的零磁通面的位置确认就显得尤为重要。

目前，等值反磁通瞬变电磁法的零磁通面的位置确认，一般采用的是机械调节接收天线的位置，通过目测二次场衰减曲线早期没有过渡过程(明显畸变)，从而定性判断零磁通面的位置。但是，目前的等值反磁通瞬变电磁法的零磁通面的位置确认方法，主观性较大，无法科学准确的确认零磁通面的位置。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够快速、准确的对零磁通面的位置进行确定的等值反磁通瞬变电磁法中零磁通面位置的确定方法。

本发明提供的这种等值反磁通瞬变电磁法中零磁通面位置的确定方法，包括如下步骤：

s1.采用等值反磁通调瞬变电磁仪连续发送频率为f的信号至发送天线，同时实时采集接收天线的接收信号；

s2.实时对步骤s1得到的接收信号进行离散傅里叶变换，得到带宽为band的频谱数据；

s3.根据步骤s2得到的频谱数据，实时提取频点f的功率谱密度a，形成功率谱密度a随时间变化的曲线；

s4.实时调整接收天线的位置，直至实时接收数据的功率谱密度a位于步骤s3形成的功率谱密度曲线的最小值时，此时接收天线的位置即为等值反磁通瞬变电磁法中零磁通面的位置。

步骤s1所述的等值反磁通调瞬变电磁仪连续发送频率为f的信号至发送天线，具体为等值反磁通调瞬变电磁仪连续发送频率为f的双极性方波信号至发送天线。

所述的频率f的取值规则为：其中，fs为采样频率，nfft为离散傅里叶变换的点数，且f为的整数倍。

步骤s2所述的得到带宽为band的频谱数据，具体为得到带宽为0～2f的频谱数据。

步骤s4所述的实时调整接收天线的位置直至实时接收数据的功率谱密度a位于步骤s3形成的功率谱密度曲线的最小值，具体为实时调整接收天线的位置，直至实时接收数据的功率谱密度a位于步骤s3形成的功率谱密度曲线的第n个极小值时，此时接收天线的位置即为等值反磁通瞬变电磁法中零磁通面的位置；n为自然数。

步骤s4所述的n的取值范围为n≥3。

本发明提供的这种等值反磁通瞬变电磁法中零磁通面位置的确定方法，通过获取接收信号的功率谱密度并进行实时调节的方式，能够快速稳定的确定等值反磁通瞬变电磁法中零磁通面位置，而且本发明方法的方法简单，科学，可靠。

附图说明

图1为本发明方法的方法流程图。

图2为本发明方法的等值反磁通的零磁通面的示意图。

图3为本发明方法的等值反磁通零磁通面的功率密度谱曲线示意图。

具体实施方式

如图1所示为本发明方法的方法流程图：本发明提供的这种等值反磁通瞬变电磁法中零磁通面位置的确定方法，包括如下步骤：

s1.采用等值反磁通调瞬变电磁仪连续发送频率为f的信号至发送天线，同时实时采集接收天线的接收信号；其中，频率f的取值规则为：其中，fs为采样频率，nfft为下述步骤s2中的fft的点数，，且f为的整数倍；

s2.实时对步骤s1得到的接收信号进行离散傅里叶变换(可以采用快速傅里叶变换fft)，得到带宽为band的频谱数据(建议带宽band的取值为0～2f)；

s3.根据步骤s2得到的频谱数据，实时提取频点f的功率谱密度a，形成功率谱密度a随时间变化曲线；

s4.实时调整接收天线的位置，直至实时接收数据的功率谱密度a位于步骤s3形成的功率谱密度曲线的最小值时，此时接收天线的位置即为等值反磁通瞬变电磁法中零磁通面的位置；

在具体的工程应用中，上述的调节天线的位置，可以采用如下的步骤进行等效替代：实时调整接收天线的位置，直至实时接收数据的功率谱密度a位于步骤s3形成的功率谱密度曲线的第n个极小值时，此时接收天线的位置即为等值反磁通瞬变电磁法中零磁通面的位置；n为自然数；

建议n的取值范围为n≥3，即至少找到第3个极小值，此时接收天线的位置即可认定为等值反磁通瞬变电磁法中零磁通面的位置；此外，技术人员也可以继续调整接收天线的位置，功率谱密度a继续往后移动，直至第4个极小值，第5个极小值，……。根据具体的实验结果来看，n的取值越大，接收天线所处的位置与理论的等值反磁通瞬变电磁法中零磁通面的位置越接近；但是，在n≥3后，n的取值越大，在调整接收天线时所耗费的时间、人力等成本将急剧升高，而所消除的接收天线所处的位置与理论的等值反磁通瞬变电磁法中零磁通面的位置之间的差值相对较小，其工程意义已经不大。

根据矢量叠加原理，正负反向磁源产生的一次场始终存在至少一个磁场的垂直分量为零的平面，即采用等值反磁通结构的上下发送天线之间存在一个位置，能使上下天线的发送磁场相互抵消，如图2，该位置称为等值反磁通的零磁通面。

本发明的目的在于调节接收天线至等值反磁通零磁通面上，可以提高仪器的测量准确度，提高仪器的环境适应性，使接收天线准确地接收到地下纯二次场响应。

以下，以20khz的双极性方波为例，对本发明进行进一步说明：

首先，发送20khz双极性方波至发送天线，同时实时采集接收天线的接收信号；

然后，对采集的数据进行离散傅里叶变换，用以下公式计算出0～40khz带宽的频谱：

k＝0,1,...,n1-1

式中xn为采集的离散时间序列，n1为变换区间长度，k为谐波序列号；对于信号的平均功率为然后，根据帕塞瓦尔定理(时间域的功率等于频率域的功率)有：可以得出：考虑到功率谱密度，平均功率有其中因此有

对psd取对数，使振幅较低的成分相对高振幅成分得以拉高，以便观察掩盖在低幅噪声中的周期信号：

计算20khz频点的功率谱密度为a，a称为调零系数；

实时调整接收天线的位置，直至实时接收数据的功率谱密度a位于步骤s3形成的功率谱密度曲线的第n个极小值时，此时接收天线的位置即为等值反磁通瞬变电磁法中零磁通面的位置；n为自然数。

如图3功率谱曲线图所示，首先大幅调节接收天线的上下位置，同时观测采集数据的功率谱密度曲线：如果功率谱值逐渐增大，则向相反方向调节；当功率谱密度明显下降至一个极小值a1后上升时，则继续向同一方向调节天线位置，开始细调，当功率谱密度再次出现一个极小值a2时，此时改变调节方向，进入微调，直至对应的极小值为细调调零系数a3，应a3≤a2≤a1；此时调零完毕，调零次数应不少于3次(即至少找到第三个极小值)。