專利名稱：分布式多參數(shù)深部電磁斷面成像系統(tǒng)及測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地球物理勘探設(shè)備及探測(cè)方法，尤其是將激發(fā)極化法和可控源 音頻大地電磁法組合成一體的地球物理勘探設(shè)備及勘探方法。
背景技術(shù)：
激發(fā)極化法，簡(jiǎn)稱為激電法(Induced Polarization Method，縮寫為IP)，是尋找
礦產(chǎn)資源最為有效的一種地球物理勘探方法，特別對(duì)與磁法和其他電法找礦效果欠佳的 無(wú)磁或弱磁性黑色金屬礦、呈浸染狀結(jié)構(gòu)的硫化多金屬礦效果明顯，與電阻率類方法相 比，其優(yōu)越性表現(xiàn)為只有電子導(dǎo)體才能引起明顯的激電異常，地形或非極化巖石的不 均勻性不會(huì)引起激電異常。由于激發(fā)極化法測(cè)量時(shí)電極裝置與電阻率法相同，亦通過(guò) 改變極距來(lái)改變探測(cè)深度，屬于尺度測(cè)深，供電極距增大會(huì)帶來(lái)電磁耦合等問(wèn)題而影響 解釋效果，因此該方法探測(cè)深度有限?？煽卦匆纛l大地電磁測(cè)深法(Controlled Source andio-frequency magnetotelluric,縮寫為CSAMT)是在大地電磁法(MT)的基礎(chǔ)上發(fā)展起 來(lái)的一種人工源頻率域電磁測(cè)深方法，通過(guò)在有限長(zhǎng)接地導(dǎo)線或不接地線圈中供入音頻 電流，以產(chǎn)生相應(yīng)頻率的電磁場(chǎng)，在距發(fā)射源十幾公里的測(cè)線上接收相互正交的電磁場(chǎng) 分量，通過(guò)改變頻率測(cè)量不同深度的卡尼亞電阻率。由于采用人工場(chǎng)源且收發(fā)距較大， 因此該方法具有抗干擾能力強(qiáng)，探測(cè)深度大等優(yōu)點(diǎn)。主要用于尋找深部隱伏金屬礦，地 熱、油氣藏和煤田探測(cè)等。由于該方法只能給出地下介質(zhì)的電性結(jié)構(gòu)差異，而引起電性 差異的因素很多，因此無(wú)法直接指示探測(cè)目標(biāo)體的種類及性質(zhì)。如果將激發(fā)極化法尋找金屬礦效果顯著和可控源音頻大地電磁測(cè)深法探測(cè)深度 大的優(yōu)勢(shì)聯(lián)合起來(lái)，先通過(guò)IP測(cè)量尋找到激電異常區(qū)，同時(shí)IP測(cè)量獲得的淺部電阻率信 息指導(dǎo)CSAMT測(cè)量頻率范圍的設(shè)計(jì)，再利用CSAMT刻畫激電異常區(qū)深部的電性結(jié)構(gòu)， 兩者結(jié)果結(jié)合將大大提高尋找目標(biāo)體的準(zhǔn)確度和深度。如果采用兩種設(shè)備投資太大，測(cè) 量時(shí)需要做大量的重復(fù)勞動(dòng)，需要移動(dòng)發(fā)射裝置，浪費(fèi)人力并且效率低下。CN1137640A公布了一種用于地球物理勘探的多功能電磁遙測(cè)系統(tǒng)，由中心主控 站、多個(gè)數(shù)據(jù)采集分站和場(chǎng)源發(fā)送裝置組成，采用無(wú)線通訊技術(shù)或者標(biāo)準(zhǔn)RS232串行接 口電纜在中心站與各分站及發(fā)射裝置之間構(gòu)成一個(gè)聯(lián)絡(luò)網(wǎng)，采集分站為各測(cè)點(diǎn)就間處防 止的采集器，信號(hào)進(jìn)入采集器中，經(jīng)過(guò)模擬信號(hào)預(yù)處理，數(shù)字量化后再發(fā)送回中心控制 站，中心控制站發(fā)布各種作業(yè)命令、回收存盤各分量數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)物探數(shù)據(jù)處理、結(jié)果成 圖顯示及打印；發(fā)送裝置向被測(cè)區(qū)大地供給大功率電性或磁性激發(fā)場(chǎng)源，該發(fā)明變革了 以往的電探數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)模式，變集中采集為就近采集，變模擬信號(hào)傳輸為 數(shù)字信號(hào)傳輸，具有模擬信號(hào)受影響小、系統(tǒng)輕便、通道擴(kuò)展靈活等優(yōu)點(diǎn)。不足是采集 分站多道模擬信號(hào)需要依次通過(guò)多路轉(zhuǎn)換器進(jìn)入公共的數(shù)字量化部分，難以滿足精確相 位測(cè)量的需要。多種方法測(cè)量時(shí)，不同方法的測(cè)量結(jié)果之間缺少聯(lián)系，需要多次移動(dòng)發(fā) 送裝置位置，難以實(shí)現(xiàn)快速獲取多種方法測(cè)量參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種融合IP和CSAMT方法 測(cè)量功能，并能夠發(fā)揮各自優(yōu)點(diǎn)并且實(shí)現(xiàn)多參數(shù)的快速測(cè)量的分布式多參數(shù)深部電磁斷 面成像系統(tǒng)本發(fā)明的另一目的是提供一種分布式多參數(shù)深部電磁斷面成像系統(tǒng)的測(cè)量方法本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的分布式多參數(shù)深部電磁斷面成像系統(tǒng)由1個(gè)主控站和N個(gè)采集站組成， 主控站與N個(gè)采集站之間通過(guò)多芯復(fù)用電纜總線式網(wǎng)絡(luò)連接，多芯復(fù)用電纜中包含通訊 總線、IP供電導(dǎo)線和測(cè)量電極引線，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和命令的交互。主控站通過(guò)液晶屏和鍵盤 進(jìn)行人機(jī)交互，控制采集站進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)回傳等，主控站測(cè)量電場(chǎng)和 磁場(chǎng)信號(hào)，采集站只測(cè)量電場(chǎng)信號(hào)?？稍谕粶y(cè)線上依次進(jìn)行IP和CSAMT測(cè)量。分布式多參數(shù)深部電磁斷面成像系統(tǒng)，可控源供電電極2通過(guò)電纜經(jīng)選擇開關(guān)4 與發(fā)射機(jī)1連接，可控源供電電極或IP無(wú)窮遠(yuǎn)供電電極3通過(guò)電纜與發(fā)射機(jī)1連接，多 芯復(fù)用電纜12通過(guò)電纜和選擇開關(guān)4與發(fā)射機(jī)1連接，磁場(chǎng)傳感器10經(jīng)主控站9與多芯 復(fù)用電纜12連接，一個(gè)以上乃至N個(gè)IP供電電極11經(jīng)一個(gè)以上乃至N個(gè)IP移動(dòng)電極切 換盒6與多芯復(fù)用電纜12連接，一個(gè)以上乃至N個(gè)采集站7與多芯復(fù)用電纜12連接，不 極化電極8a、8b和8c通過(guò)多芯復(fù)用電纜12與采集站7a連接，不極化電極8c、8d和8e 通過(guò)多芯復(fù)用電纜12與主控站9連接，不極化電極8e、8f和8g通過(guò)多芯復(fù)用電纜12與 采集站7b連接，乃至不極化電極8x、8y和8N通過(guò)多芯復(fù)用電纜12與采集站7N連接構(gòu) 成。主控站9是由工控機(jī)分別與液晶顯示屏、鍵盤、鼠標(biāo)、通信模塊和硬盤連接， 多通道同步數(shù)據(jù)采集單元經(jīng)單片機(jī)與工控機(jī)連接構(gòu)成。采集站7是由一個(gè)以上乃至N個(gè)獨(dú)立的測(cè)量通道與FPGA連接，每個(gè)測(cè)量通道 由阻抗匹配電路經(jīng)模擬調(diào)理電路與A/D轉(zhuǎn)換器連接。FPGA分別與校準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生電路、 時(shí)鐘同步電路、SRAM、和微控制器連接，微控制器分別與U盤存儲(chǔ)器和通信模塊連 接，接地電阻測(cè)量電路或者校準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生電路經(jīng)開關(guān)與阻抗匹配電路連接構(gòu)成，電池經(jīng) DC-DC模塊給采集站7供電。模擬信號(hào)調(diào)理電路是由阻抗匹配電路經(jīng)前置放大器、工頻陷波器、程控放大器I 和低通濾波器與程控放大器II連接，或者阻抗匹配電路經(jīng)前置放大器、程控放大器I和低 通濾波器與程控放大器II連接，前置放大器與自然電位補(bǔ)償D/A連接構(gòu)成。GPS模塊經(jīng)串行數(shù)據(jù)讀取電路和比較器連接，微控制器亦和比較器連接，比較 器和GPS模塊與D觸發(fā)器連接，D觸發(fā)器與外觸發(fā)信號(hào)和與門連接，恒溫晶振經(jīng)倍頻電 路和與門與分頻電路連接。分布式多參數(shù)深部電磁斷面成像系統(tǒng)測(cè)量方法，包括以下順序和步驟a、首先進(jìn)行IP測(cè)量，采用雙邊三極觀測(cè)裝置，即在每個(gè)IP供電電極接通發(fā)射 時(shí)，在其左右兩邊所有接收系統(tǒng)同時(shí)采集數(shù)據(jù)，IP測(cè)量時(shí)分布式多參數(shù)深部電磁斷面成 像系統(tǒng)的連接方式為發(fā)射機(jī)1輸出一端連接可控源供電電極或IP無(wú)窮遠(yuǎn)供電電極3， 此時(shí)可控源供電電極或IP無(wú)窮遠(yuǎn)供電電極3作為IP無(wú)窮遠(yuǎn)供電電極，通過(guò)選擇開關(guān)4使 發(fā)射機(jī)1的另一端與多芯復(fù)用電纜12中的供電線連接，磁場(chǎng)傳感器10與主控站9斷開連接；b、測(cè)量過(guò)程為主控站9首先使IP移動(dòng)電極切換盒6a導(dǎo)通，其他IP移動(dòng)電極 切換盒6b，6c...6N斷開，發(fā)射機(jī)1通過(guò)IP無(wú)窮遠(yuǎn)供電電極3和IP供電電極11a向地下供 入電流，主控站9與所有采集站7a，7b…7N同步采集不極化電極8a，8b…8N拾取的電 場(chǎng)信號(hào)；c、采集完畢后，主控站9使IP移動(dòng)電極切換盒6b導(dǎo)通，其他IP移動(dòng)電極切換 盒6a，6c...6N斷開，發(fā)射機(jī)通過(guò)IP無(wú)窮遠(yuǎn)供電電極3和IP供電電極lib向地下供入電 流，主控站9與所有采集站7a，7b…7N同步采集不極化電極8a，8b…8N拾取的電場(chǎng)信 號(hào)，重復(fù)上述測(cè)量過(guò)程，依次使IP移動(dòng)電極切換盒6c，6d…6N導(dǎo)通，直至所有測(cè)量完 畢，測(cè)量時(shí)務(wù)必保證每次測(cè)量只有一個(gè)IP移動(dòng)電極切換盒導(dǎo)通，其余均處于斷開狀態(tài)；d、IP測(cè)量完畢后，野外現(xiàn)場(chǎng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，提取視電阻率、視極化率， 繪制斷面圖，獲得測(cè)線下方淺部視電阻率和視極化率異常的水平位置及深度信息；e、IP測(cè)量完畢及數(shù)據(jù)成像后，進(jìn)行CSAMT測(cè)量，CSAMT測(cè)量時(shí)分布式多參數(shù) 深部電磁斷面成像系統(tǒng)的連接方式為發(fā)射機(jī)1和分布式接收機(jī)的位置與IP保持不變， 發(fā)射機(jī)1輸出一端連接可控源供電電極或IP無(wú)窮遠(yuǎn)供電電極3，此時(shí)3作為CSAMT供電 電極，通過(guò)選擇開關(guān)4使發(fā)射機(jī)1另一端與可控源供電電極2連接，發(fā)射系統(tǒng)與接收系統(tǒng) 完全分離，將磁場(chǎng)傳感器10與主控站9連接用于測(cè)量磁場(chǎng)；f、測(cè)量過(guò)程為發(fā)射機(jī)按照設(shè)定的頻率表逐個(gè)頻率通過(guò)CSAMT供電電極2和 可控源供電電極或IP無(wú)窮遠(yuǎn)供電電極3向大地輸入電流，主控站9與所有采集站7a， 7b…7N同步采集由不極化電極8a，8b…6N拾取的電場(chǎng)信號(hào)和磁場(chǎng)傳感器10拾取的磁場(chǎng) 信號(hào)，直至所有頻率均測(cè)量完畢；g、CSAMT測(cè)量完畢后，對(duì)CSAMT數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取電場(chǎng)和磁場(chǎng)數(shù)據(jù)的
幅度和相位，計(jì)算視電阻率和阻抗相位；對(duì)IP數(shù)據(jù)和CSAMT數(shù)據(jù)進(jìn)行反演成像，將 CSAMT獲得的從淺到深的視電阻率斷面圖與IP獲得的淺部直流視電阻率斷面圖和視極化 率斷面圖進(jìn)行比較分析，從而獲得地下深部地質(zhì)構(gòu)造、固體礦產(chǎn)或液體礦產(chǎn)賦存狀態(tài)信 肩、o有益效果本發(fā)明用一套儀器即實(shí)現(xiàn)了激發(fā)極化測(cè)量，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了可控源音 頻大地電磁測(cè)深法測(cè)量，一套儀器兩種功能，一次布設(shè)多點(diǎn)同步接收，主控站測(cè)量電場(chǎng) 和磁場(chǎng)信號(hào)，采集站只測(cè)量電場(chǎng)信號(hào)，獲得多種測(cè)量數(shù)據(jù)，不同測(cè)量功能獲得的數(shù)據(jù)能 夠相互認(rèn)證，提高了測(cè)試精度、效率和可靠性，降低了設(shè)備投資和野外工作成本。


圖1是分布式多參數(shù)深部電磁斷面成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框2是附圖1中主控站9結(jié)構(gòu)框3是附圖1中采集站7結(jié)構(gòu)框4是附圖3中模擬信號(hào)調(diào)理電路結(jié)構(gòu)框5是附圖3中時(shí)鐘同步電路結(jié)構(gòu)框6是激發(fā)極化測(cè)量的雙邊三極裝置類型圖7是接收電極的排列方式
圖8是MT測(cè)量時(shí)接收電極的排列方式1發(fā)射機(jī)，2可控源供電電極，3可控源供電電極或IP無(wú)窮遠(yuǎn)供電電極，4選擇 開關(guān)，6IP移動(dòng)電極切換盒，7采集站，8不極化電極，9主控站，10磁場(chǎng)傳感器，11IP供 電電極，12多芯復(fù)用(通訊、供電、測(cè)量)電纜，
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)例作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明分布式多參數(shù)深部電磁斷面成像系統(tǒng)，可控源供電電極2通過(guò)電纜經(jīng)選擇開關(guān)4 與發(fā)射機(jī)1連接，可控源供電電極或IP無(wú)窮遠(yuǎn)供電電極3通過(guò)電纜與發(fā)射機(jī)1連接，多 芯復(fù)用電纜12通過(guò)電纜和選擇開關(guān)4與發(fā)射機(jī)1連接，磁場(chǎng)傳感器10經(jīng)主控站9與多芯 復(fù)用電纜12連接，一個(gè)以上乃至N個(gè)IP供電電極11經(jīng)一個(gè)以上乃至N個(gè)IP移動(dòng)電極切 換盒6與多芯復(fù)用電纜12連接，一個(gè)以上乃至N個(gè)采集站7與多芯復(fù)用電纜12連接，不 極化電極8a、8b和8c通過(guò)多芯復(fù)用電纜12與采集站7a連接，不極化電極8c、8d和8e 通過(guò)多芯復(fù)用電纜12與主控站9連接，不極化電極8e、8f和8g通過(guò)多芯復(fù)用電纜12與 采集站7b連接，乃至不極化電極8x、8y和8N通過(guò)多芯復(fù)用電纜12與采集站7N連接構(gòu) 成。主控站9是由工控機(jī)分別與液晶顯示屏、鍵盤、鼠標(biāo)、通信模塊和硬盤連接， 多通道同步數(shù)據(jù)采集單元經(jīng)單片機(jī)與工控機(jī)連接構(gòu)成。采集站7是由一個(gè)以上乃至N個(gè)獨(dú)立的測(cè)量通道與FPGA連接，每個(gè)測(cè)量通道 由阻抗匹配電路經(jīng)模擬調(diào)理電路與A/D轉(zhuǎn)換器連接。FPGA分別與校準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生電路、 時(shí)鐘同步電路、SRAM、和微控制器連接，微控制器分別與U盤存儲(chǔ)器和通信模塊連 接，接地電阻測(cè)量電路或者校準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生電路經(jīng)開關(guān)與阻抗匹配電路連接構(gòu)成，電池經(jīng) DC-DC模塊給采集站7供電。模擬信號(hào)調(diào)理電路是由阻抗匹配電路經(jīng)前置放大器、工頻陷波器、程控放大器I 和低通濾波器與程控放大器II連接，或者阻抗匹配電路經(jīng)前置放大器、程控放大器I和低 通濾波器與程控放大器II連接，前置放大器與自然電位補(bǔ)償D/A連接構(gòu)成。GPS模塊經(jīng)串行數(shù)據(jù)讀取電路和比較器連接，微控制器亦和比較器連接，比較 器和GPS模塊與D觸發(fā)器連接，D觸發(fā)器與外觸發(fā)信號(hào)和與門連接，恒溫晶振經(jīng)倍頻電 路和與門與分頻電路連接。分布式多參數(shù)深部電磁斷面成像系統(tǒng)測(cè)量方法，包括以下順序和步驟a、首先進(jìn)行IP測(cè)量，采用雙邊三極觀測(cè)裝置，即在每個(gè)IP供電電極接通發(fā)射 時(shí)，在其左右兩邊所有接收系統(tǒng)同時(shí)采集數(shù)據(jù)，IP測(cè)量時(shí)分布式多參數(shù)深部電磁斷面成 像系統(tǒng)的連接方式為發(fā)射機(jī)1輸出一端連接可控源供電電極或IP無(wú)窮遠(yuǎn)供電電極3， 此時(shí)可控源供電電極或IP無(wú)窮遠(yuǎn)供電電極3作為IP無(wú)窮遠(yuǎn)供電電極，通過(guò)選擇開關(guān)4使 發(fā)射機(jī)1的另一端與多芯復(fù)用電纜12中的供電線連接，磁場(chǎng)傳感器10與主控站9斷開連 接；b、測(cè)量過(guò)程為主控站9首先使IP移動(dòng)電極切換盒6a導(dǎo)通，其他IP移動(dòng)電極 切換盒6b，6c...6N斷開，發(fā)射機(jī)1通過(guò)IP無(wú)窮遠(yuǎn)供電電極3和IP供電電極11a向地下供 入電流，主控站9與所有采集站7a，7b…7N同步采集不極化電極8a，8b…8N拾取的電場(chǎng)信號(hào)；C、采集完畢后，主控站9使IP移動(dòng)電極切換盒6b導(dǎo)通，其他IP移動(dòng)電極切換 盒6a，6c...6N斷開，發(fā)射機(jī)通過(guò)IP無(wú)窮遠(yuǎn)供電電極3和IP供電電極lib向地下供入電 流，主控站9與所有采集站7a，7b…7N同步采集不極化電極8a，8b…8N拾取的電場(chǎng)信 號(hào)，重復(fù)上述測(cè)量過(guò)程，依次使IP移動(dòng)電極切換盒6c，6d…6N導(dǎo)通，直至所有測(cè)量完 畢，測(cè)量時(shí)務(wù)必保證每次測(cè)量只有一個(gè)IP移動(dòng)電極切換盒導(dǎo)通，其余均處于斷開狀態(tài)；d、IP測(cè)量完畢后，野外現(xiàn)場(chǎng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，提取視電阻率、視極化率， 繪制斷面圖，獲得測(cè)線下方淺部視電阻率和視極化率異常的水平位置及深度信息；e、IP測(cè)量完畢及數(shù)據(jù)成像后，進(jìn)行CSAMT測(cè)量，CSAMT測(cè)量時(shí)分布式多參數(shù) 深部電磁斷面成像系統(tǒng)的連接方式為發(fā)射機(jī)1和分布式接收機(jī)的位置與IP保持不變， 發(fā)射機(jī)1輸出一端連接可控源供電電極或IP無(wú)窮遠(yuǎn)供電電極3，此時(shí)3作為CSAMT供電 電極，通過(guò)選擇開關(guān)4使發(fā)射機(jī)1另一端與可控源供電電極2連接，發(fā)射系統(tǒng)與接收系統(tǒng) 完全分離，將磁場(chǎng)傳感器10與主控站9連接用于測(cè)量磁場(chǎng)；f、測(cè)量過(guò)程為發(fā)射機(jī)按照設(shè)定的頻率表逐個(gè)頻率通過(guò)CSAMT供電電極2和 可控源供電電極或IP無(wú)窮遠(yuǎn)供電電極3向大地輸入電流，主控站9與所有采集站7a， 7b…7N同步采集由不極化電極8a，8b…6N拾取的電場(chǎng)信號(hào)和磁場(chǎng)傳感器10拾取的磁場(chǎng) 信號(hào)，直至所有頻率均測(cè)量完畢；g、CSAMT測(cè)量完畢后，對(duì)CSAMT數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取電場(chǎng)和磁場(chǎng)數(shù)據(jù)的
幅度和相位，計(jì)算視電阻率和阻抗相位；對(duì)IP數(shù)據(jù)和CSAMT數(shù)據(jù)進(jìn)行反演成像，將 CSAMT獲得的從淺到深的視電阻率斷面圖與IP獲得的淺部直流視電阻率斷面圖和視極化 率斷面圖進(jìn)行比較分析，從而獲得地下深部地質(zhì)構(gòu)造、固體礦產(chǎn)或液體礦產(chǎn)賦存狀態(tài)信 肩、oIP測(cè)量時(shí)系統(tǒng)的連接方式為發(fā)射機(jī)1輸出一端連接供電電極2，作為IP三極裝 置的無(wú)窮遠(yuǎn)極，IP與CSAMT供電電極切換開關(guān)4切換到IP供電線一測(cè)，使發(fā)射機(jī)1的 另一端與多芯電纜12中的IP供電線相連，磁場(chǎng)傳感器10與主控站1斷開連接，不需要 測(cè)量磁場(chǎng)，通過(guò)IP移動(dòng)電極切換盒6依次切換供電電極在測(cè)線中的位置進(jìn)行逐次測(cè)量， 保證每次測(cè)量只有一個(gè)供電電極連接到供電線，其他電極均處于斷開狀態(tài)。CSAMT測(cè)量時(shí)系統(tǒng)的連接方式為IP測(cè)量結(jié)束后，發(fā)射機(jī)和分布式接收機(jī)的位 置保持不變，將開關(guān)4切換到CSAMT供電電極5—測(cè)，與供電電極2構(gòu)成與測(cè)線平行的 電偶源，將磁場(chǎng)傳感器10與主控站4的磁場(chǎng)測(cè)量通道連接好，依次改變發(fā)射頻率即可進(jìn) 行可控源音頻大地電磁法測(cè)量。分布式多參數(shù)深部電磁斷面成像系統(tǒng)及其測(cè)量方法，按以下步驟進(jìn)行工作首 先系統(tǒng)進(jìn)行IP測(cè)量，采用雙邊三極觀測(cè)裝置，無(wú)窮遠(yuǎn)極2垂直于測(cè)線，共用CSAMT測(cè)量 方式其中的一個(gè)發(fā)射電極，沿測(cè)線按測(cè)量點(diǎn)位布置主控站、采集站、接收MN電極，主 控站置于測(cè)線中央，MN中點(diǎn)埋設(shè)一個(gè)帶切換開關(guān)6的發(fā)射電極11，同時(shí)沿測(cè)線鋪設(shè)1根 包含供電AB線，接收MN線和通訊線的多芯電纜12，將上述裝置正確連接。主控站9 依次切換發(fā)射電極11的位置，保證每次測(cè)量只有一個(gè)供電電極連接到供電線，其他電極 均處于斷開狀態(tài)。供電電極11與各通道的MN接收電極構(gòu)成三極裝置，控制所有采集站 7同步測(cè)量，為了保證測(cè)線下數(shù)據(jù)的完整性，供電電極位置需要向測(cè)線兩端各延申出幾個(gè)供電點(diǎn)位。測(cè)量完畢后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，獲得淺部電阻率和激電參數(shù)異常的水平 位置及深度信息。然后系統(tǒng)進(jìn)行CSAMT測(cè)量，發(fā)射及接收系統(tǒng)無(wú)需移動(dòng)位置，發(fā)射機(jī) 將IP測(cè)量時(shí)的開關(guān)電極一測(cè)斷開，連接到另一個(gè)CSAMT發(fā)射電極，接收系統(tǒng)主控站連 接好磁傳感器，無(wú)需其它改變即可進(jìn)行測(cè)量，逐個(gè)頻率進(jìn)行測(cè)量直至所有頻點(diǎn)均測(cè)量完 畢。對(duì)可控源音頻大地電磁測(cè)深數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得從淺到深的電阻率斷面圖，與激發(fā) 極化淺部測(cè)得的直流電阻率和激電參數(shù)進(jìn)行比較分析，通過(guò)多種參數(shù)推斷地下介質(zhì)的信 肩、o主控站9兼有主控中心和采集功能，采用工控機(jī)PC104作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核 心，通過(guò)連接鍵盤、鼠標(biāo)、液晶顯示屏進(jìn)行人機(jī)交互，外接大容量硬盤用來(lái)存儲(chǔ)從各采 集站回收上來(lái)的測(cè)量數(shù)據(jù)。通訊模塊實(shí)現(xiàn)與采集站7的通信。主控站中的USB單片機(jī)作 為協(xié)處理器實(shí)現(xiàn)對(duì)多通道數(shù)據(jù)采集卡的控制，采集的數(shù)據(jù)通通過(guò)USB總線送入主控站。采集站7主要用于采集電場(chǎng)信號(hào)，不極化電極和參考電極拾取的差分電信號(hào)進(jìn) 入模擬信號(hào)調(diào)理模塊進(jìn)行放大濾波后，進(jìn)入數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行數(shù)字量化，同步控制模塊 實(shí)現(xiàn)對(duì)采集的起?？刂?，保證所有采集站的同步采集并與發(fā)射信號(hào)同步。采集站采用微 控制器作為控制核心，外接U盤對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行本地存儲(chǔ)。通信模塊負(fù)責(zé)與主控站 進(jìn)行通信。采集站7中的模擬信號(hào)調(diào)理模塊由阻抗匹配電路、差分放大器、工頻陷波器、 程控放大器、抗混疊濾波器等電路構(gòu)成。該模塊主要負(fù)責(zé)模擬信號(hào)的放大和濾波，實(shí)現(xiàn) 寬頻帶大動(dòng)態(tài)范圍模擬信號(hào)的調(diào)理，使模擬信號(hào)以最佳幅度進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器。采集站中的數(shù)據(jù)采集模塊，基于IP和CSAMT方法信號(hào)對(duì)采樣率和采樣精度的 要求，數(shù)據(jù)采集模塊采樣率最高32KHz，采樣精度24位。模擬信號(hào)調(diào)理模塊輸出的信號(hào)為單端交流信號(hào)，需要經(jīng)過(guò)單端轉(zhuǎn)差分電路送入 A/D進(jìn)行采集，由于采樣率較高，采用FPGA實(shí)現(xiàn)串并轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的并行數(shù)據(jù)寫入 SRAM,采集結(jié)束后，數(shù)據(jù)從SRAM中轉(zhuǎn)存到采集站的U盤中形成文件保存。采集站7中的同步控制模塊保證各采集子站和主控站能夠同步開始采集，保證 接收系統(tǒng)與發(fā)射系統(tǒng)之間同步工作，由全球定位系統(tǒng)(GPS)接收模塊、時(shí)間信息讀取電 路、恒溫晶振以及觸發(fā)控制電路組成。采集站7中的通信模塊該模塊負(fù)責(zé)采集子站與主控站之間的通訊，進(jìn)行命令和 采集數(shù)據(jù)的交互，通信協(xié)議采用RS485規(guī)范，通訊總線與測(cè)量回路隔離。
權(quán)利要求
1.一種分布式多參數(shù)深部電磁斷面成像系統(tǒng)，其特征在于，可控源供電電極(2)通過(guò) 電纜經(jīng)選擇開關(guān)⑷與發(fā)射機(jī)⑴連接，可控源供電電極或IP無(wú)窮遠(yuǎn)供電電極⑶通過(guò)電 纜與發(fā)射機(jī)(1)連接，多芯復(fù)用電纜(12)通過(guò)電纜和選擇開關(guān)(4)與發(fā)射機(jī)(1)連接， 磁場(chǎng)傳感器(10)與主控站(9)連接，一個(gè)以上乃至N個(gè)IP供電電極(11)經(jīng)一個(gè)以上乃 至N個(gè)IP移動(dòng)電極切換盒(6)與多芯復(fù)用電纜(12)連接，一個(gè)以上乃至N個(gè)采集站(7) 通過(guò)多芯復(fù)用電纜(12)與主控站9連接，不極化電極(8a)、(8b)和(8c)通過(guò)多芯復(fù)用 電纜(12)與采集站(7a)連接，不極化電極(8c)、(8d)和(8e)通過(guò)多芯復(fù)用電纜(12)與 主控站(9)連接，不極化電極(8e)、(8f)和(8g)通過(guò)多芯復(fù)用電纜(12)與采集站(7b) 連接，乃至不極化電極(8x)、(8y)和(8N)通過(guò)多芯復(fù)用電纜(12)與采集站(7N)連接 構(gòu)成。
2.按照權(quán)利要求1所述的分布式多參數(shù)深部電磁斷面成像系統(tǒng)，其特征在于，主控站 (9)是由工控機(jī)分別與液晶顯示屏、鍵盤、鼠標(biāo)、通信模塊和硬盤連接，多通道同步數(shù)據(jù) 采集單元經(jīng)單片機(jī)與工控機(jī)連接構(gòu)成。
3.按照權(quán)利要求1所述的分布式多參數(shù)深部電磁斷面成像系統(tǒng)，其特征在于，采集站 (7)是由一個(gè)以上乃至N個(gè)獨(dú)立的測(cè)量通道與FPGA連接，每個(gè)測(cè)量通道由阻抗匹配電路 經(jīng)模擬調(diào)理電路與A/D轉(zhuǎn)換器連接。FPGA分別與校準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生電路、時(shí)鐘同步電路、 SRAM、微控制器連接，微控制器分別與U盤存儲(chǔ)器和通信模塊連接，接地電阻測(cè)量電 路或者校準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生電路經(jīng)開關(guān)與阻抗匹配電路連接構(gòu)成，電池經(jīng)DC-DC模塊給采集站 (7)供電。
4.按照權(quán)利要求3所述的分布式多參數(shù)深部電磁斷面成像系統(tǒng)，其特征在于，模擬信 號(hào)調(diào)理電路是由阻抗匹配電路經(jīng)前置放大器、工頻陷波器、程控放大器I和低通濾波器與 程控放大器II連接，或者阻抗匹配電路經(jīng)前置放大器、程控放大器I和低通濾波器與程控 放大器II連接，前置放大器與自然電位補(bǔ)償D/A連接構(gòu)成。
5.按照權(quán)利要求3所述的分布式多參數(shù)深部電磁斷面成像系統(tǒng)，其特征在于，GPS模 塊經(jīng)串行數(shù)據(jù)讀取電路和比較器連接，微控制器亦和比較器連接，比較器和GPS模塊與 D觸發(fā)器連接，D觸發(fā)器與外觸發(fā)信號(hào)和與門連接，恒溫晶振經(jīng)倍頻電路和與門與分頻電 路連接。
6.按照權(quán)利要求1所述的分布式多參數(shù)深部電磁斷面成像系統(tǒng)測(cè)量方法，其特征在 于，包括以下順序和步驟a、首先進(jìn)行IP測(cè)量，采用雙邊三極觀測(cè)裝置，即在每個(gè)IP供電電極接通發(fā)射時(shí)，在 其左右兩邊所有接收系統(tǒng)同時(shí)采集數(shù)據(jù)，IP測(cè)量時(shí)分布式多參數(shù)深部電磁斷面成像系統(tǒng) 的連接方式為發(fā)射機(jī)(1)輸出一端連接可控源供電電極或IP無(wú)窮遠(yuǎn)供電電極3，此時(shí)可 控源供電電極或IP無(wú)窮遠(yuǎn)供電電極(3)作為IP無(wú)窮遠(yuǎn)供電電極，通過(guò)選擇開關(guān)(4)使發(fā) 射機(jī)(1)的另一端與多芯復(fù)用電纜(12)中的供電線連接，磁場(chǎng)傳感器(10)與主控站(9) 斷開連接；b、測(cè)量過(guò)程為主控站(9)首先使IP移動(dòng)電極切換盒(6a)導(dǎo)通，其他IP移動(dòng)電極 切換盒(6b)，(6c)...(6N)斷開，發(fā)射機(jī)⑴通過(guò)IP無(wú)窮遠(yuǎn)供電電極⑶和IP供電電極 (Ila)向地下供入電流，主控站(9)與所有采集站(7a)，(7b)…(7N)同步采集不極化電 極(8a)，(8b)... (8N)拾取的電場(chǎng)信號(hào)；C、采集完畢后，主控站(9)使IP移動(dòng)電極切換盒(6b)導(dǎo)通，其他IP移動(dòng)電極切換 盒(6a)，(6c)...(6N)斷開，發(fā)射機(jī)通過(guò)IP無(wú)窮遠(yuǎn)供電電極(3)和IP供電電極(lib)向 地下供入電流，主控站(9)與所有采集站(7a)，(7b)…(7N)同步采集不極化電極(8a)， (8b)··· (8N)拾取的電場(chǎng)信號(hào)，重復(fù)上述測(cè)量過(guò)程，依次使IP移動(dòng)電極切換盒(6c)， (6(1)···(6Ν)導(dǎo)通，直至所有測(cè)量完畢，測(cè)量時(shí)務(wù)必保證每次測(cè)量只有一個(gè)IP移動(dòng)電極切 換盒導(dǎo)通，其余均處于斷開狀態(tài)；d、IP測(cè)量完畢后，野外現(xiàn)場(chǎng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，提取視電阻率、視極化率，繪制 斷面圖，獲得測(cè)線下方淺部視電阻率和視極化率異常的水平位置及深度信息，根據(jù)這些 信息確定CSAMT測(cè)量的頻率范圍；e、IP測(cè)量完畢及數(shù)據(jù)成像后，進(jìn)行CSAMT測(cè)量，CSAMT測(cè)量時(shí)分布式多參數(shù)深 部電磁斷面成像系統(tǒng)的連接方式為發(fā)射機(jī)1和分布式接收機(jī)的位置與IP測(cè)量時(shí)保持 不變，發(fā)射機(jī)1輸出一端連接可控源供電電極或IP無(wú)窮遠(yuǎn)供電電極(3)，此時(shí)(3)作為 CSAMT供電電極，通過(guò)選擇開關(guān)(4)使發(fā)射機(jī)(1)另一端與可控源供電電極(2)連接， 發(fā)射系統(tǒng)與接收系統(tǒng)完全分離，將磁場(chǎng)傳感器(10)與主控站(9)連接用于測(cè)量磁場(chǎng)；f、測(cè)量過(guò)程為發(fā)射機(jī)按照設(shè)定的頻率表逐個(gè)頻率通過(guò)CSAMT供電電極(2)和可 控源供電電極或IP無(wú)窮遠(yuǎn)供電電極(3)向大地輸入電流，主控站(9)與所有采集站(7a)， (7b)…(7N)同步采集由不極化電極(8a)，(8b)…(6N)拾取的電場(chǎng)信號(hào)和磁場(chǎng)傳感器 (10)拾取的磁場(chǎng)信號(hào)，直至所有頻率均測(cè)量完畢；g、CSAMT測(cè)量完畢后，對(duì)CSAMT數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取電場(chǎng)和磁場(chǎng)數(shù)據(jù)的幅度和 相位，計(jì)算視電阻率和阻抗相位；對(duì)IP數(shù)據(jù)和CSAMT數(shù)據(jù)進(jìn)行反演成像，將CSAMT獲 得的從淺到深的視電阻率斷面圖與IP獲得的淺部直流視電阻率斷面圖和視極化率斷面圖 進(jìn)行比較分析，從而獲得地下深部地質(zhì)構(gòu)造、固體礦產(chǎn)或液體礦產(chǎn)賦存狀態(tài)信息。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種分布式多參數(shù)深部電磁斷面成像系統(tǒng)及測(cè)量方法。是由1個(gè)主控站和N個(gè)采集站組成，主控站與N個(gè)采集站之間通過(guò)多芯復(fù)用電纜實(shí)現(xiàn)總線式網(wǎng)絡(luò)連接，多芯復(fù)用電纜中包含通訊總線、IP供電導(dǎo)線和測(cè)量電極引線。主控站兼有主控中心和采集功能，通過(guò)液晶屏和鍵盤進(jìn)行人機(jī)交互，控制采集站進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)回傳。系統(tǒng)測(cè)量時(shí)不需要改變發(fā)射和接收系統(tǒng)的位置即可在同一測(cè)線上依次進(jìn)行IP和CSAMT測(cè)量。一套儀器兩種功能，一次布設(shè)多點(diǎn)同步接收，主控站測(cè)量電場(chǎng)和磁場(chǎng)信號(hào)，采集站只測(cè)量電場(chǎng)信號(hào)，從而獲得地質(zhì)體多種參數(shù)，不同測(cè)量方法的參數(shù)能夠相互驗(yàn)證，提高了測(cè)量精度、效率和可靠性，降低了設(shè)備投資和野外工作成本。
文檔編號(hào)G01V3/08GK102012525SQ201010596870
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
發(fā)明者劉長(zhǎng)勝, 周逢道, 張文秀, 徐汶東, 林君, 王艷, 薛開昶, 陳健 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)