專利名稱：大地電磁波電阻率測(cè)量方法及其儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地球物理勘探的方法和儀器，具體地說(shuō)，涉及一種直接將頻率轉(zhuǎn)變?yōu)樯疃鹊拇蟮仉姶挪娮杪蕼y(cè)量方法及其儀器。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的大地電磁測(cè)深法始于上世紀(jì)五十年代，距今已有五十多年歷史。它是基于電磁感應(yīng)原理，用于研究地球電性的一種地球物理方法。在研究地球電性的多種電法和電磁法中，大地電磁測(cè)深法具有探測(cè)深度大，不受高阻層屏蔽，分辨能力較強(qiáng)，等值范圍較窄，工作成本低廉和野外裝備較輕便等特點(diǎn)。在很大程度上，這是由于大地電磁測(cè)深法利用頻帶非常寬闊的，能量巨大的天然交變電磁作場(chǎng)源的結(jié)果。大地電磁測(cè)深法建立在電磁波波動(dòng)方程的基礎(chǔ)上，它的標(biāo)量阻抗理論的假設(shè)前提是平面電磁波垂直入射到地球表面，地層為水平層狀介質(zhì)。當(dāng)?shù)貙訛樗椒蔷鶆驑?gòu)造及存在各向異性時(shí)，地層阻抗隨時(shí)間及測(cè)量方向而變化，這時(shí)采用大地電磁測(cè)深張量阻抗理論。根據(jù)大地電磁測(cè)深基本理論，蘇、美、法、德、加等國(guó)家研制了各種大地電磁測(cè)深儀器，我國(guó)也研制了大地電磁測(cè)深儀器。根據(jù)大地測(cè)深理論，提出了對(duì)野外觀測(cè)資料的解釋方法。其中定量解釋主要根據(jù)視電阻率曲線反演地下的電性分層。大地電磁測(cè)深實(shí)測(cè)曲線的電子計(jì)算機(jī)自動(dòng)反演，通常根據(jù)給定的初始參數(shù)(Hi ρi)計(jì)算出理論曲線，然后與一條實(shí)測(cè)曲線進(jìn)行對(duì)比，按最小方差原理不斷修改參數(shù)，找出一條與實(shí)測(cè)曲線擬合最好的理論曲線，這條理論曲線所對(duì)應(yīng)的參數(shù)就是反演的解。后來(lái)又提出了一維連續(xù)模型的大地電磁測(cè)深反演方法。把地球介質(zhì)的電阻率視為各向同性隨深度連續(xù)變化的函數(shù)。它仍然是從初始模型出發(fā)，計(jì)算理論曲線，與實(shí)測(cè)曲線對(duì)比，修改初始模型，逐次逼近實(shí)測(cè)曲線，最后獲得經(jīng)過(guò)唯一性評(píng)價(jià)的電阻率隨深度連續(xù)變化的曲線。大地電磁測(cè)深法應(yīng)用于地殼上地幔研究，普查勘探沉積盆地和含油氣構(gòu)造，尋找和勘探熱田，進(jìn)行地震預(yù)報(bào)和尋找金屬礦產(chǎn)，地下水源等方面。
雖然大地電磁測(cè)深法已經(jīng)得到較廣泛應(yīng)用。但是由于它的勘探精度不高，其分層厚度往往是以百米計(jì)，甚致數(shù)千米，很少見到數(shù)十米的情況。因此它在礦藏勘探中難于發(fā)揮作用。此外其勘探效率有待進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述缺陷，提供一種探測(cè)深度大，不受高阻層屏蔽，高精度、高效率的大地電磁波電阻率測(cè)量方法加強(qiáng)儀器。
本發(fā)明所述的大地電磁波電阻率測(cè)量方法，其步驟是第一步，建立線性坐標(biāo)觀察系統(tǒng)，預(yù)置初始采集參數(shù)進(jìn)入一個(gè)勘探區(qū)，首先建立線性坐標(biāo)觀察系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中頻率與深度的關(guān)系表示為F＝a+bK′/H (1)式中F-頻率a-為表層系數(shù)，是一個(gè)較小的值，在第一步工作中可忽略b-為區(qū)域性地層電阻率隨深度的增長(zhǎng)系數(shù)，其值設(shè)定為0.01H-為深度(單位米)K′-為電磁波在地層中傳播定義的探測(cè)深度值。
在上式中H、H1、H2、S單位為米，F(xiàn)單位為赫茲(HZ)(1)式可以進(jìn)一步表示為F＝a+B/HB定義為深度系數(shù)，在第一步中，B＝bK′測(cè)量時(shí)，分別輸入設(shè)計(jì)要求的起始測(cè)量深度值、終止測(cè)量深度值、采樣間隔值，將由關(guān)系式確定的頻率參數(shù)預(yù)置到電阻率測(cè)量?jī)x器各參數(shù)界面，使儀器正常運(yùn)行。
第二步，進(jìn)行深度系數(shù)的標(biāo)定進(jìn)入采集后，首先應(yīng)當(dāng)在探區(qū)或相鄰地區(qū)，選擇一口已知鉆井。利用第一步基本關(guān)系式確定的參數(shù)，在選擇的已知鉆井旁探測(cè)，測(cè)取一條電磁波電阻率曲線，用這條曲線與已知鉆井的測(cè)井電阻率曲線進(jìn)行對(duì)比，如此反復(fù)，直到找到一條相關(guān)性最好的曲線為止，按下列步驟進(jìn)行深度系數(shù)參數(shù)標(biāo)定將測(cè)得的隨深度變化的電阻率曲線，截取一段與已知鉆井中的電測(cè)電阻率曲線或者具有電性特征的其他地層分層資料進(jìn)行比較，求得采樣間隔S□(單位米)，該S□用下式表示S□＝(Hp2-Hp1)/(L2-L1)(2)式中Hp1-為已鉆探井的第1個(gè)測(cè)井曲線特征點(diǎn)的深度，單位米；
Hp2-為已鉆探井的第2個(gè)測(cè)井曲線特征點(diǎn)的深度，單位米；L1-為新測(cè)探的與第1個(gè)測(cè)井特征點(diǎn)相似特征的電磁波電阻率曲線的采集點(diǎn)號(hào)數(shù)；L2-為新測(cè)探的與第2個(gè)測(cè)井特征點(diǎn)相似特征的電磁波電阻率曲線的采集點(diǎn)號(hào)數(shù)；B＝S′/S(3)B為實(shí)際確定的深度系數(shù)，在以后的工作中用B取代(1)式中的bK值進(jìn)行頻率深度關(guān)系變換；在沒有深度標(biāo)定井的新區(qū)，可以利用以前的與這個(gè)區(qū)塊類似的其他區(qū)域的深度系數(shù)，對(duì)基本關(guān)系式進(jìn)行標(biāo)定后進(jìn)行測(cè)量。
第三步，進(jìn)行表層深度系數(shù)Ha的校正利用經(jīng)過(guò)第二步參數(shù)校正的曲線與已知鉆井電測(cè)井電阻率曲線進(jìn)行全測(cè)量段比較，各特征深度點(diǎn)之間存在的系統(tǒng)誤差值用下式表示Ha＝Hd-HC(4)Hd--為已知鉆井電測(cè)井曲線特征點(diǎn)深度Hc--為探測(cè)電磁波電阻率曲線同一特征點(diǎn)深度式中Ha、Hd、Hc單位為米。
利用Ha對(duì)探測(cè)電磁波電阻率曲線測(cè)量深度進(jìn)行表層深度校正；第四步，其他采集參數(shù)的選擇(1)采集開始/結(jié)束深度根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定；(2)采樣間隔a、進(jìn)行區(qū)域地層對(duì)比，追蹤大地層電性界面使用如5m、10m、20m。
b、進(jìn)行礦層、裂縫帶追蹤與探測(cè)0.2m、0.5m、1m；c、采樣點(diǎn)數(shù)的設(shè)置結(jié)束深度≤1000m取8點(diǎn)，或者結(jié)束深度≤2000m取16點(diǎn)，或者結(jié)束深度≤4000m取32點(diǎn)，或者結(jié)束深度≤8000m取64點(diǎn)d、采樣周期數(shù)對(duì)應(yīng)值為128 64 32 16(3)、通道增益設(shè)置在保證目的層段信號(hào)采集基礎(chǔ)上，選擇較低增益可以抑制交流工業(yè)電源干擾；(4)、低通濾波器設(shè)置在工業(yè)電源干擾較強(qiáng)地區(qū)及淺層測(cè)量時(shí)使用自動(dòng)跟蹤濾波，在工業(yè)電源干擾弱地區(qū)及深層測(cè)量時(shí)可以不使用自動(dòng)跟蹤濾波；第五步，資料的處理對(duì)野外采集資料經(jīng)過(guò)質(zhì)量驗(yàn)收之后，進(jìn)行資料的處理將采集記錄文件調(diào)入解釋處理程序中，輸入起始深度和經(jīng)過(guò)校正的采樣間隔，進(jìn)行適當(dāng)數(shù)值處理，調(diào)節(jié)縱橫向比例，獲得采集點(diǎn)最終處理成果圖。
其中，選擇已知鉆井的條件是(1)地層有代表性；(2)有電阻率測(cè)井資料或鉆井取芯等資料；(3)地層傾角≤15度；(4)地面無(wú)強(qiáng)工業(yè)電網(wǎng)等干擾。
本發(fā)明所述的大地電磁波電阻率測(cè)量?jī)x器，包括接收電場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)的電場(chǎng)傳感器，接收磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)的磁場(chǎng)傳感器，兩個(gè)分別與電場(chǎng)傳感器和磁場(chǎng)傳感器的輸出端連接的前置放大與濾波器、與前置放大與濾波器的輸出端連接的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和采集控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理系統(tǒng)。
所述兩個(gè)前置放大與濾波器的輸出端分別連接到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的兩個(gè)輸入端，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的并行端口與采集控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理系統(tǒng)的打印機(jī)端口連接，或者數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的并行端口與采集控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理系統(tǒng)的并行端口連接。
所述電場(chǎng)傳感器包括一對(duì)銅電極或者鉛電極，或者不極化電極；磁場(chǎng)傳感器采用多匝環(huán)形感應(yīng)線圈，或者具有磁通負(fù)反饋的多匝環(huán)形感應(yīng)線圈。
所述前置放大與濾波系統(tǒng)包括放大器、多級(jí)陷波器、低通濾波器及輸出級(jí)。
所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用通用的高速數(shù)據(jù)采集器。
所述采集控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理系統(tǒng)是高性能筆記本電腦。
在所述采集控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理系統(tǒng)中收錄有深度與傳播頻率之間的基本關(guān)系式，電磁波電阻率與深度的關(guān)系，深度系數(shù)以及參數(shù)選擇所覆蓋的各項(xiàng)界面參數(shù)。
本發(fā)明所述的方法與現(xiàn)有大地電磁測(cè)量法相比，探測(cè)深度相同時(shí)，分層精度大大提高。使得大地電磁測(cè)深由只能進(jìn)行區(qū)域普查進(jìn)入勘探階段，甚至可以少打一部分鉆井，大大提高勘探整體效益；測(cè)取同樣的深度，對(duì)儀器靈敏度要求低得多。有利于儀器的制造；測(cè)量時(shí)間縮短，效率極大提高，外界干擾、儀器漂移、電極極化等影響減少；解釋變得簡(jiǎn)單，在一維解釋中，當(dāng)深度確定以后，只需要讀取深度點(diǎn)上的電場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度便可容易的獲得視電阻率?？梢苑奖愕貙?shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理解釋。由于不進(jìn)行鉆井便可以測(cè)得一條隨深度變化的電阻率曲線，大大拓寬了利用地面地球物理勘探解決地質(zhì)問題的能力。例如，油田水淹層監(jiān)測(cè)，尋找裂縫帶的分布，層間對(duì)比，煤層、金屬礦層的追蹤等等。大地電磁波電阻率測(cè)量方法和儀器成為一種運(yùn)用于各個(gè)勘探階段的有效方法和手段。從而提高總體勘探效益，同時(shí)為深部勘探提供一種有效手段。此外本發(fā)明也可以運(yùn)用到有源的電磁測(cè)深中。
本發(fā)明所述的大地電磁波電阻率測(cè)量?jī)x器經(jīng)過(guò)大量實(shí)測(cè)資料的驗(yàn)證，達(dá)到下列指標(biāo)深度誤差有井標(biāo)定的地區(qū)，其誤差不大于5％；分層精度高電阻率地層≥1米低電阻率地層≥0.5米探測(cè)深度40-8000m300-8000m(在地面電磁干擾嚴(yán)重地區(qū))探測(cè)時(shí)間每個(gè)測(cè)量點(diǎn)次，(測(cè)量深度≤4000m)工作時(shí)間□1h；儀器器重量20kg±，對(duì)施工場(chǎng)地要求簡(jiǎn)單。


圖1是大地電磁波電阻率測(cè)量?jī)x器示意圖；圖2是前置放大濾波器原理框圖；圖3數(shù)據(jù)解釋處理界面圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所述的大地電磁波電阻率測(cè)量方法和儀器技術(shù)思路，是利用實(shí)際數(shù)據(jù)直接標(biāo)定頻率與深度的關(guān)系。改變傳統(tǒng)利用理論公式求取地層深度厚度的方法，使地層電阻率成為唯一的變量，只要獲得每個(gè)采集深度點(diǎn)上的電場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度，便可以得到隨深度連續(xù)變化的電阻率曲線。
電磁波傳播理論指出，場(chǎng)強(qiáng)在地層中傳播呈指數(shù)規(guī)律變化，或者說(shuō)電場(chǎng)的振幅隨地層深度呈指數(shù)規(guī)律衰減，傳統(tǒng)電磁波方法，利用趨膚深度估計(jì)儀器的探測(cè)深度。本發(fā)明所指的探測(cè)深度取決于儀器的靈敏度和入射場(chǎng)源的強(qiáng)度。入射場(chǎng)源強(qiáng)度一定時(shí)，儀器靈敏度越高探測(cè)深度越深。例如定義振幅衰減到1/e3時(shí)(5％)為儀器的探測(cè)深度，則探測(cè)深度K′值是三倍趨膚深度K值。這個(gè)探測(cè)深度是現(xiàn)在的儀器靈敏度能夠達(dá)到的。在一定的條件下，地層深度與電磁波的傳播頻率呈線性關(guān)系。
本發(fā)明所述方法的步驟是第一步，建立線性坐標(biāo)觀察系統(tǒng)，預(yù)置初始采集參數(shù)
進(jìn)入一個(gè)勘探區(qū)，考慮到地層電阻率隨深度的變化趨勢(shì)，建立一個(gè)線性坐標(biāo)觀察系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中頻率(F)與深度(H)的關(guān)系表示為F＝a+bK′/H (1)式中a-為表層系數(shù)，是一個(gè)較小的值，在第一步工作中可忽略b-為區(qū)域性地層電阻率隨深度的增長(zhǎng)系數(shù)，其值設(shè)定為0.01H-為深度，第一步測(cè)量時(shí)分別輸入設(shè)計(jì)要求的起始測(cè)量深度值(H1)、終止測(cè)量深度值(H2)、采樣間隔值(S)K′-為電磁波在地層中傳播定義的探測(cè)探度值。
在上式中H、H1、H2、S單位為米，F(xiàn)單位為赫茲(HZ)；(1)式可以進(jìn)一步表示為F＝a+B/HB定義為深度系數(shù)，在第一步中，B＝bk′測(cè)量前，將由關(guān)系式確定的F參數(shù)預(yù)置到大地電磁波電阻率測(cè)量?jī)x器各參數(shù)界面，分別輸入設(shè)計(jì)要求的起始測(cè)量深度值(H1)、終止測(cè)量深度值(H2)、采樣間隔值(S)，使儀器正常運(yùn)行。
第二步，進(jìn)行深度系數(shù)B的標(biāo)定為了使深度標(biāo)定更加準(zhǔn)確，需要進(jìn)行深度系數(shù)B的標(biāo)定。進(jìn)入采集后，首先應(yīng)當(dāng)在探區(qū)或相鄰地區(qū)，選擇一口已知鉆井。該已知鉆井的條件應(yīng)當(dāng)符合以下條件1、地層有代表性；2、有電阻率測(cè)井資料或鉆井取芯等資料；3、地層傾角≤15度；4、地面無(wú)強(qiáng)工業(yè)電網(wǎng)等干擾。
利用第一步基本關(guān)系式確定的參數(shù)，在選擇的已知鉆井旁，測(cè)取一條電磁波電阻率曲線，用這條曲線與已知鉆井的測(cè)井電阻率曲線進(jìn)行對(duì)比，兩條曲線是否在各特征點(diǎn)上是相似的。如果他們的相關(guān)性不好，按一定角度旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)傳感器和磁場(chǎng)傳感器的方向，重新進(jìn)行采集，直到找到一條相關(guān)性最好的曲線為止。此時(shí)所測(cè)曲線縱坐標(biāo)是電磁波電阻率、電場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度，橫坐標(biāo)是采集點(diǎn)序號(hào)。按下列步驟進(jìn)行B參數(shù)標(biāo)定將測(cè)得的隨深度變化的電阻率曲線，截取一段與已知鉆井中的電測(cè)電阻率曲線或者具有電性特征的其他地層分層資料進(jìn)行比較，求得采樣間隔S□(單位米)，該S□用下式表示S□＝(Hp2-Hp1)/(L2-L1) (2)式中Hp1-為已鉆探井的第1個(gè)測(cè)井曲線特征點(diǎn)的深度(單位米)
Hp2-為已鉆探井的第2個(gè)測(cè)井曲線特征點(diǎn)的深度(單位米)L1-為新測(cè)探的與第1個(gè)測(cè)井特征點(diǎn)相似特征的電磁波電阻率曲線的采集點(diǎn)號(hào)數(shù)L2-為新測(cè)探的與第2個(gè)測(cè)井特征點(diǎn)相似特征的電磁波電阻率曲線的采集點(diǎn)號(hào)數(shù)深度系數(shù)B＝S′/S (3)B為實(shí)際確定的深度系數(shù)，在以后的工作中用B取代(1)中的bK′值進(jìn)行頻深關(guān)系變換。在沒有深度標(biāo)定井的新區(qū)，可以利用以前的與這個(gè)區(qū)塊類似的其他區(qū)域的深度系數(shù)，對(duì)基本關(guān)系式進(jìn)行標(biāo)定后進(jìn)行測(cè)量，也能獲得較為滿意的效果。儀器預(yù)置了一套經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)的深度系數(shù)參數(shù)供使用。
第三步，進(jìn)行表層深度系數(shù)Ha的校正利用經(jīng)過(guò)第二步參數(shù)校正的電磁波電阻率曲線與已知鉆井電測(cè)井電阻率曲線進(jìn)行全測(cè)量段比較，各特征深度點(diǎn)之間往往存在一個(gè)系統(tǒng)誤差，求取該誤差值HaHa＝Hd-HC (4)Hd--為已知鉆井電測(cè)井曲線特征點(diǎn)深度Hc--為探測(cè)電磁波電阻率曲線同一特征點(diǎn)深度式中Ha、Hd、Hc單位為米。
利用表層深度系數(shù)Ha對(duì)探測(cè)電磁波電阻率曲線測(cè)量深度進(jìn)行表層深度校正；第四步，其他采集參數(shù)的選擇1、采集開始/結(jié)束深度根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定2、采樣間隔(1)進(jìn)行區(qū)域地層對(duì)比，追蹤大地層電性界面使用如5m、10m、20m。
(2)進(jìn)行礦層(油層、煤層、金屬礦層)、裂縫帶追蹤與探測(cè)0.2m、0.5m、1m。
(3)采樣點(diǎn)數(shù)的設(shè)置結(jié)束深度≤1000m取8點(diǎn)；≤2000m取16點(diǎn)≤4000m取32點(diǎn)≤8000m取64點(diǎn)(4)采樣周期數(shù)對(duì)應(yīng)值為128 64 32 163、通道增益設(shè)置在使用雙傳感器時(shí)，選擇通道1(CH1)、通道2(CH2)，在使用多傳感器時(shí)，選擇通道1-8(CH1-8)；在保證目的層段信號(hào)采集基礎(chǔ)上，選擇較低增益可以抑制交流工業(yè)電源干擾。
4、低通濾波器設(shè)置在工業(yè)電源干擾較強(qiáng)地區(qū)及淺層測(cè)量時(shí)使用自動(dòng)跟蹤濾波，在工業(yè)電源干擾弱地區(qū)及深層測(cè)量時(shí)可以不使用自動(dòng)跟蹤濾波。
第五步，資料的處理對(duì)野外采集資料經(jīng)過(guò)質(zhì)量驗(yàn)收之后，進(jìn)行資料的處理將采集記錄文件調(diào)入解釋處理程序中，輸入起始深度和經(jīng)過(guò)校正的采樣間隔，進(jìn)行適當(dāng)數(shù)值處理，調(diào)節(jié)縱橫向比例，便可以獲得采集點(diǎn)最終處理成果圖。見圖3，其中橫坐標(biāo)為線性坐標(biāo)，表示深度，深度比例可以根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)；縱坐標(biāo)在上曲線中表示電磁波電阻率，具有線性和對(duì)數(shù)兩種坐標(biāo)供選擇，比例可以調(diào)節(jié)，在中曲線中表示電場(chǎng)強(qiáng)度，比例可以調(diào)節(jié)，在下曲線中表示磁場(chǎng)強(qiáng)度，比例可以調(diào)節(jié)。
為完成本發(fā)明所述的方法，設(shè)計(jì)了大地電磁波電阻率測(cè)量?jī)x器。
參見圖1，本發(fā)明所述的大地電磁波電阻率測(cè)量?jī)x器由五部分組成接收電場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)的電場(chǎng)傳感器1，接收磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)的磁場(chǎng)傳感器2，兩個(gè)前置放大與濾波器3，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4和采集控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理系統(tǒng)5。
所述電場(chǎng)傳感器1的輸出端連接到前置放大與濾波器3的輸入端，磁場(chǎng)傳感器2的輸出端連接到另一個(gè)前置放大和濾波器3的輸入端，兩個(gè)前置放大與濾波器3的輸出端分別連接到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的兩個(gè)輸入端CH1 CH2，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4與采集控制及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理系統(tǒng)5的連接有兩種方式方式1，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4的并行端口(PARALLEL PORT)與采集控制及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理系統(tǒng)5的打印機(jī)端口連接；方式2，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4的并行端口(PARALLEL PORT)與采集控制和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理系統(tǒng)5的并行端口連接。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸給采集控制及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理系統(tǒng)，同時(shí)采集控制及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理系統(tǒng)向數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸送控制、采集指令。
所述電場(chǎng)傳感器1由一對(duì)銅電極或者鉛電極組成，或者采用其他不極化電極。磁場(chǎng)傳感器一般情況用多匝環(huán)形感應(yīng)線圈，或者使用具有磁通負(fù)反饋的多匝環(huán)形感應(yīng)線圈。兩個(gè)傳感器分別接收電場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)(Ex)和磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)(Hy)。
參見圖2，前置放大與濾波器3由放大器、多級(jí)陷波器、低通濾波器及輸出級(jí)組成，對(duì)由電場(chǎng)、磁場(chǎng)傳感器接收的信號(hào)進(jìn)行放大，并濾掉由工業(yè)電源及其諧波造成的干擾，防止混迭干擾的產(chǎn)生。
所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4用通用的高速數(shù)據(jù)采集器。其主要性能采樣率1MHz并可受程序控制調(diào)節(jié)，通道數(shù)≥6，A/D轉(zhuǎn)換12或16位，可調(diào)增益1-100，波形同步，程控抗混迭濾波器。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在程序控制下，對(duì)前置放大濾波器輸入的模擬信號(hào)數(shù)字化，把按頻率分組的數(shù)字信號(hào)輸出到采集控制及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理系統(tǒng)5。
所述采集控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理系統(tǒng)5為高性能筆記本電腦，其內(nèi)存儲(chǔ)有根據(jù)方法中頻率深度基本方程式F＝＝a+bK/H的程序，以及預(yù)置各項(xiàng)測(cè)量參數(shù)的程序，其主要任務(wù)是對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行程序控制，按照要求完成預(yù)定的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，并將成果數(shù)據(jù)紀(jì)錄在硬盤中。電腦內(nèi)還存儲(chǔ)有數(shù)據(jù)處理的程序，根據(jù)大地電磁測(cè)深中的基本關(guān)系式ρ＝|Ex/Hy|2/ωμ，將采集的電場(chǎng)強(qiáng)度Ex和磁場(chǎng)強(qiáng)度Hy轉(zhuǎn)換為電磁波電阻率。并可將最終成果打印輸出。
儀器控制軟件的設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)技術(shù)思路，為了采集到不同深度的信息，不斷改變采集頻率，可以采集到相應(yīng)深度點(diǎn)上的電場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度。最高可以按0.2米的深度等間隔采樣；可以從技術(shù)指標(biāo)范圍內(nèi)任意深度點(diǎn)對(duì)任意深度段采樣；實(shí)時(shí)顯示隨深度線性變化的電場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度曲線；利用數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)采集資料進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理，獲得隨深度H變化的電磁波電阻率曲線ρ。
權(quán)利要求
1.大地電磁波電阻率測(cè)量方法，其步驟是第一步，建立線性坐標(biāo)觀察系統(tǒng)，預(yù)置初始采集參數(shù)進(jìn)入一個(gè)勘探區(qū)，首先建立線性坐標(biāo)觀察系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中頻率(F)與深度(H)的關(guān)系表示為F＝a+bK′/H (1)式中a-為表層系數(shù)，是一個(gè)較小的值，在第一步工作中可忽略b-為區(qū)域性地層電阻率隨深度的增長(zhǎng)系數(shù)，其值設(shè)定為0.01H-為深度(單位米)K′-為電磁波在地層中傳播定義的探測(cè)深度值。在上式中H、H1、H2、S單位為米，F(xiàn)單位為赫茲(HZ)(1)式可以進(jìn)一步表示為F＝a+B/HB定義為深度系數(shù)，在第一步中，B＝bK′測(cè)量時(shí)，分別輸入設(shè)計(jì)要求的起始測(cè)量深度值(H1)、終止測(cè)量深度值(H2)、采樣間隔值(S)，將由關(guān)系式確定的F參數(shù)預(yù)置到電阻率測(cè)量?jī)x器各參數(shù)界面，使儀器正常運(yùn)行。第二步，進(jìn)行深度系數(shù)B的標(biāo)定進(jìn)入采集后，首先應(yīng)當(dāng)在探區(qū)或相鄰地區(qū)，選擇一口已知鉆井。利用第一步基本關(guān)系式確定的參數(shù)，在選擇的已知鉆井旁探測(cè)，測(cè)取一條電磁波電阻率曲線，用這條曲線與已知鉆井的測(cè)井電阻率曲線進(jìn)行對(duì)比，如此反復(fù)，直到找到一條相關(guān)性最好的曲線為止，按下列步驟進(jìn)行B參數(shù)標(biāo)定將測(cè)得的隨深度變化的電阻率曲線，截取一段與已知鉆井中的電測(cè)電阻率曲線或者具有電性特征的其他地層分層資料進(jìn)行比較，求得采樣間隔S□(單位米)，該S□用下式表示S□＝(Hp2-Hp1)/(L2-L1) (2)式中Hp1-為已鉆探井的第1個(gè)測(cè)井曲線特征點(diǎn)的深度，單位米Hp2-為已鉆探井的第2個(gè)測(cè)井曲線特征點(diǎn)的深度，單位米L1-為新測(cè)探的與第1個(gè)測(cè)井特征點(diǎn)相似特征的電磁波電阻率曲線的采集點(diǎn)號(hào)數(shù)L2-為新測(cè)探的與第2個(gè)測(cè)井特征點(diǎn)相似特征的電磁波電阻率曲線的采集點(diǎn)號(hào)數(shù)B＝S′/S (3)B為實(shí)際確定的深度系數(shù)，在以后的工作中用B取代(1)式中的bK值進(jìn)行頻率深度關(guān)系變換；在沒有深度標(biāo)定井的新區(qū)，可以利用以前的與這個(gè)區(qū)塊類似的其他區(qū)域的深度系數(shù)，對(duì)基本關(guān)系式進(jìn)行標(biāo)定后進(jìn)行測(cè)量。第三步，進(jìn)行表層深度系數(shù)Ha的校正利用經(jīng)過(guò)第二步參數(shù)校正的曲線與已知鉆井電測(cè)井電阻率曲線進(jìn)行全測(cè)量段比較，各特征深度點(diǎn)之間存在的系統(tǒng)誤差值用下式表示Ha＝Hd-HC (4)Hd-為已知鉆井電測(cè)井曲線特征點(diǎn)深度Hc-為探測(cè)電磁波電阻率曲線同一特征點(diǎn)深度式中Ha、Hd、Hc單位為米；利用Ha對(duì)探測(cè)電磁波電阻率曲線測(cè)量深度進(jìn)行表層深度校正；第四步，其他采集參數(shù)的選擇(1)采集開始/結(jié)束深度根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定；(2)采樣間隔a、進(jìn)行區(qū)域地層對(duì)比，追蹤大地層電性界面使用如5m、10m、20m。b、進(jìn)行礦層(油層、煤層、金屬礦層)、裂縫帶追蹤與探測(cè)0.2m、0.5m、1m。c、采樣點(diǎn)數(shù)的設(shè)置結(jié)束深度≤1000m取8點(diǎn)，或者結(jié)束深度≤2000m取16點(diǎn)，或者結(jié)束深度≤4000m取32點(diǎn)，或者結(jié)束深度≤8000m取64點(diǎn)d、采樣周期數(shù)對(duì)應(yīng)值為128 64 32 16(3)、通道增益設(shè)置在保證目的層段信號(hào)采集基礎(chǔ)上，選擇較低增益可以抑制交流工業(yè)電源干擾；(4)、低通濾波器設(shè)置在工業(yè)電源干擾較強(qiáng)地區(qū)及淺層測(cè)量時(shí)使用自動(dòng)跟蹤濾波，在工業(yè)電源干擾弱地區(qū)及深層測(cè)量時(shí)可以不使用自動(dòng)跟蹤濾波；第五步，資料的處理對(duì)野外采集資料經(jīng)過(guò)質(zhì)量驗(yàn)收之后，進(jìn)行資料的處理將采集記錄文件調(diào)入解釋處理程序中，輸入起始深度和經(jīng)過(guò)校正的采樣間隔，進(jìn)行適當(dāng)數(shù)值處理，調(diào)節(jié)縱橫向比例，獲得采集點(diǎn)最終處理成果圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是選擇已知鉆井的條件是(1)地層有代表性；(2)有電阻率測(cè)井資料或鉆井取芯等資料；(3)地層傾角≤15度；(4)地面無(wú)強(qiáng)工業(yè)電網(wǎng)等干擾。
3.大地電磁波電阻率測(cè)量?jī)x器，其特征是包括接收電場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)的電場(chǎng)傳感器(1)，接收磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)的磁場(chǎng)傳感器(2)，兩個(gè)分別與電場(chǎng)傳感器(1)和磁場(chǎng)傳感器(2)的輸出端連接的前置放大與濾波器(3)、與前置放大與濾波器(3)的輸出端連接的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(4)和采集控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理系統(tǒng)(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測(cè)量?jī)x器，其特征是所述兩個(gè)前置放大與濾波器(3)的輸出端分別連接到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的兩個(gè)輸入端(CH1 CH2)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(4)的并行端口與采集控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理系統(tǒng)(5)的打印機(jī)端口連接，或者數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(4)的并行端口與采集控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理系統(tǒng)(5)的并行端口連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的測(cè)量?jī)x器，其特征是所述電場(chǎng)傳感器(1)包括一對(duì)銅電極或者鉛電極，或者不極化電極；磁場(chǎng)傳感器采用多匝環(huán)形感應(yīng)線圈，或者具有磁通負(fù)反饋的多匝環(huán)形感應(yīng)線圈。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)量?jī)x器，其特征是所述前置放大與濾波系統(tǒng)包括放大器、多級(jí)陷波器、低通濾波器及輸出級(jí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測(cè)量?jī)x器，其特征是所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用通用的高速數(shù)據(jù)采集器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測(cè)深儀器，其特征是所述采集控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理系統(tǒng)是高性能筆記本電腦。
9.根據(jù)權(quán)利要求3-8中任意一項(xiàng)所述的測(cè)量?jī)x器，其特征是在所述采集控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理系統(tǒng)中收錄有深度(H)與傳播頻率(F)之間的基本關(guān)系式，電磁波電阻率(ρ)與深度(H)的關(guān)系，深度系數(shù)B以及參數(shù)選擇所覆蓋的各項(xiàng)界面參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明是大地電磁波電阻率測(cè)量方法和儀器。方法是建立線性坐標(biāo)觀察系統(tǒng)，預(yù)置基本采集參數(shù)；進(jìn)行深度系數(shù)的標(biāo)定、表層深度系數(shù)的校正、確定采集開始/結(jié)束深度、進(jìn)行通道增益設(shè)置和低通濾波器設(shè)置；儀器包括接收電場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)的電場(chǎng)傳感器，接收磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)的磁場(chǎng)傳感器，兩個(gè)分別與電場(chǎng)傳感器和磁場(chǎng)傳感器的輸出端連接的前置放大與濾波器、與前置放大與濾波器的輸出端連接的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和采集控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理系統(tǒng)。該方法由實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)出發(fā)建立線性坐標(biāo)觀察系統(tǒng)，使大地電磁測(cè)深測(cè)量精度大大提高，直接應(yīng)用予礦藏勘探，減少部分鉆井，提高勘探整體效益；儀器實(shí)時(shí)測(cè)量隨深度變化的電場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度曲線；利用儀器對(duì)采集資料進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理，獲得隨深度變化的電磁波電阻率曲線。
文檔編號(hào)G01V3/18GK1632617SQ20031011303
公開日2005年6月29日 申請(qǐng)日期2003年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月25日
發(fā)明者郭自任, 周仁安 申請(qǐng)人:周仁安, 郭自任