频率域地空电磁勘探方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及一种航空电磁法，尤其是一种适用于地表环境复杂区域深部勘探的频 率域地空电磁勘探方法。 技术背景：
[0002] 电磁法作为一种重要的勘探地球物理方法，应用领域广泛，分支众多。金属矿产 勘探是电磁法的传统应用领域。随着我国经济的发展，电磁法的应用领域己经拓展到地下 水勘探、工程勘探、油气资源勘探、海洋资源勘探以及地质调查等众多领域，特别是近几年 地球深部构造和地球动力学研宄的兴起，为电磁法发展提供了良好的契机。
[0003] 电磁法种类繁多，按其勘探方式可分为电磁测深法和电磁剖面法，而电磁测深 法又包括时间域方法和频率域方法。频率域电磁测深法发展较快，应用广泛，是地下深部 电性结构探测的主要方法。20世纪50年代，法国的Cagniard和前苏联的Tikhonov提出 了大地电磁法（MT) ;20世纪60年代的Berdiehevski等（1969)，提出了音频大地电磁法 (AMT) ; 1971年和1978年，20世纪70年代初由加拿大多伦多大学D. W. Strangway和Myron Goldtein提出可控源音频大地电磁法（CSAMT)。大地电磁法（MT)和音频大地电磁法（AMT) 测量由太阳风或太阳黑子活动及赤道区的闪电雷击等天然场源在地球表面产生的各种频 率的水平电磁场，通过卡尼亚视电阻率公式计算各频率的视电阻率，从而了解地下不同深 度的电性结构。这些方法不受高阻屏蔽影响，设备轻便，勘探深度能达到数百公里，但缺 点是场源不可控且信号微弱，易受环境噪声影响。尤其是在矿山、城区附近，很难开展工 作。可控源音频大地电磁法（CSAMT)，通过人工发射电磁波解决了天然场源微弱和多变性 问题，增强了信噪比。其不足在于需要大功率发射机，增加了野外工作的难度。
[0004] 大地电磁法、音频大地电磁法和可控音频大地电磁法和瞬变电磁法，均为地面电 磁勘探方法，接收机布置在地面，逐个测点进行数据采集。在进行大面积内地下结构勘探 时，需要花费大量的时间和人力、物力，勘探效率低，勘探成本高。这种地面电磁勘探方法 在地表条件恶劣的区域，则无法施工。为了提高勘探效率和降低成本，上世纪中期就有人提 出了航空电磁法，并得到快速发展。航空电磁法分为频率域航空电磁法及时间域航空电磁 法，以飞机为测量平台，具有快速、成本低、效率高、探测范围大等特点。但对于有源（人工 源）的航空电磁勘探系统，由于发射功率和载重量的限制，勘探深度远远小于地面电磁勘 探系统。而对于无源（天然源）的航空电磁勘探系统则因信号弱难以获取高质量数据。为 了融合地面时间域电磁法和航空时间域电磁法的优势，有人提出了一种半航空时间域电 磁勘探方法，即在地面布置发射源，在空中利用直升机或无人机接收电磁信号。该方法实 现了大功率发射，提高了勘探深度，但探测深度仍远小于地面频率域电磁法的探测深度， 且存在观测范围较小的不足。
【发明内容】
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[0005] 本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种频率域地空电磁勘探方法。
[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007] 频率域地空电磁勘探方法采用频率域地空电磁探测的工作装置，通过地面发射， 空中接收的工作方式获取频率域地空电磁探测数据。
[0008] 频率域地空电磁勘探方法，采用频率域地空电磁探测装置，通过地面发射，空中接 收的工作方式获取频率域地空电磁探测数据；
[0009] 所述的探测装置由位于地面的发射系统、位于空中的接收系统和位于地面的GPRS 远程监控系统组成。
[0010] 所述的发射系统是由一台或一组平行等间距分布的接地长导线、发射机和发射电 流记录装置组成，接地长导线间距依据勘探要求的发射功率和勘探区域的面积而定，通常 为30米?100米。
[0011] 频率域地空电磁勘探方法，包括以下步骤：
[0012] A、根据测量任务和目标确定测区位置、发射系统的位置及发射频率，并在测区正 上方沿平行或垂直接地长导线方向设计测线，保证最大收发距处的接收机能够接收到有效 信号；
[0013] B、布置发射系统并记录接地长导线的长度dl，启动发射机并控制接地长导线源向 地面激发单频方波或多频伪随机波，同时启动发射电流记录装置，记录发射频率及发射电 流并按时间序列存储；
[0014] C、飞行器搭载接收系统在测线正上方固定高度上匀速飞行，GPRS远程监控系统控 制接收机通过GPS与发射机同步采集空中X，y, z三个方向的响应磁场信号，同时记录接收 机的高度H及位置坐标P并按时间序列存储；
[0015] D、以存储时间为依据整理数据得到各测点的采集数据，获取采集信号的归一化频 谱，并通过全区视电阻率法对数据进行处理，反演解释地下电性结构信息。
[0016] 步骤D所述的数据整理按以下步骤进行：
[0017] a、将测线所有时间序列按时间分段，分段时间间隔t依据飞行器的速度V、满足勘 探要求分辨率的测点间距D为50?500m以及最低发射频率而定，保证t时间满足采样 定理即保证t时间内采集到a(a > 2)个整周期的频率为的信号，且t时间内飞行器飞 过的路程不超过测点间距D，即保证：t = ^ (3 ：> 2〕_且νχ t彡D ;
[0018] b、将各时间段数据通过多次叠加合成为一个测点的数据，并通过计算数据段对应 的飞行器的平均位置坐标确定测点的位置坐标P m;
[0019] c、通过频谱分析提取第η条测线位置坐标为Pm的测点，发射频率f k对应的X，y， z 方向磁场的幅度，分别记为 Hx(n，Pm，fk)、Hy(n，Pm，f k)、Hz(n，Pm，fk);
[0020] d、对发射电流记录装置的采集数据进行处理，得到发射频率fk对应的发射电流 Ik，对磁场的幅度进行归一化，即, lkxdl
[0021] 广丨彳八)^ 。 Ik X at Ik X at
[0022] 有益效果：频率域地空电磁勘探方法，实现地下深部电性结构的快速探测，特别是 解决地表条件恶劣区域的深部探测问题，使地面频率域电磁法在探测深度方面的优势与航 空测量在效率方面的优势有机结合。与现有技术相比，采用地面发射，空中接收电磁波信号 的工作模式，提取信号的频谱并通过全区视电阻率法反演解释地下电性结构，是一种新型 的电磁勘探方法。工作于地面的发射系统，通过多台级联向地下发射多频伪随机波，激发一 次可获得多个频率的信号，大大提高了探测效率。接收系统搭载在飞行器上，在测区上空测 量磁场，能够适应地表结构复杂的环境，同时减弱了近场影响引起的静态效应，拓展了电磁 勘探的探测范围。系统可在测量多个磁场分量的情况下对被测磁场分量进行校正和补偿， 提高了磁场测量的信噪比和分辨能力。此方法适用于地表条件恶劣区域的深部探测，具有 探测范围广、探测深度大、探测效率高的特点，具有良好的应用前景和推广价值。
【附图说明】：
[0023] 图1、频率域地空电磁勘探系统示意图
[0024] 图2、频率域地空电磁勘探野外施工方式图
[0025] 2a平行接地长导线方向布置测线
[0026] 2b垂直接地长导线方向布置测线
[0027] 图3、频率域地空电磁勘探数据处理流程图
[0028] 图4