专利名称：一种瞬变电磁响应信号水平分量测量方法及其观测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种瞬变电磁响应信号水平分量测量方法及其观测装置。适合航空、海洋、地面、井中和巷道等瞬变电磁勘探领域中使用。
背景技术：
瞬变电磁法是一种常用的地球物理勘探方法，由于采用不接地回线，而且对作业表面的高阻特性影响不敏感，因此得到工程界和矿产资源勘探领域的广泛认同。但瞬变电磁的接收线圈如果靠近发射线圈，则两者之间的互感很强，早时段的瞬变电磁二次 响应信号完全淹没在一次场互感信号中，有效信号难以提取，使得瞬变电磁勘探效果大打折扣。瞬变电磁激励下，隐患目标的响应信号不仅有与发射线圈激励方向一致的二次响应信号，同时也存在与该方向垂直的二次响应信号，即我们常说的水平分量，后者在异常精确定位和边界确定等解释过程中具有重要作用，不少瞬变电磁勘探作业方式采用三分量测量模式，能够更有效地提取异常信息，完成目标体正确推断解释。但这种多分量测量模式同样要受到收发线圈互感作用的影响。保证多分量瞬变电磁信号测量精度，压制一次场互感信号的影响是瞬变电磁勘探中的关键研究方向，也是形成技术突破的一大难题。如图7所示垂直于纸面入射和出射的导线通入电流，图7中12表示对称平面，13表示地表面，在宏观层面上，虚线所示的水平柱面内，水平方向的一次场i!大小相等方向相反，不论电流关断与否，相对来说，内部的磁通量或绕水平柱面的接收线圈中的感生电动势将保持抵消态势，掩蔽目标的响应信号水平分量通过二次场i形式可以被绕水平柱
面的接收线圈接收，如此克服了一次场感应耦合信号的干扰，提岛/ 二次场水平分量的测量精度，尤其是早时段的信号。

发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种抗干扰性高、测量精度高的瞬变电磁响应信号水平分量测量方法。本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种结构简单、性能可靠实现瞬变电磁响应信号水平分量测量方法的观测装置。为了解决上述第一个技术问题，本发明提供的瞬变电磁响应信号水平分量测量方法，设发射线圈存在两个相互垂直对称轴，垂直于其中任一对称轴并经过另一对称轴的平面构成一参考平面，垂直所述的参考平面并平行于第一个对称轴构成接收线圈绕制柱面，以所述的接收线圈绕制柱面为基准在所述的参考平面两侧同方向连续绕制接收线圈，保证绕制的接收线圈在所述的参考平面I两边完全等同，测量和计算所述的发射线圈和接收线圈的信号即可，如此设计的接收线圈压制了一次场耦合干扰，提高了二次场水平分量接收信号的信噪比。所述的接收线圈以参考平面为基准，两侧接收线圈完全等同，等同是指绕制线圈线型和线圈匝数和绕制密度和总长度完全相同。所述的接收线圈绕制柱面是满足条件的规则或不规则椭圆柱面、圆柱面、方形柱面或棱柱面。为了解决上述第二个技术问题，本发明提供的实现瞬变电磁响应信号水平分量测量方法的观测装置，包括发射线圈，所述的发射线圈绕制成分别以A-A’轴左右和以B-B’轴上下对称的形状，A-A’轴和B-B’轴相互垂直；垂直于A-A’轴并经过B-B’轴的平面构成参考平面，垂直所述的参考平面并平行于A-A’轴构成有接收线圈绕制柱面，以所述的接收线圈绕制柱面为基准在所述的参考平面两侧同方向连续绕制有接收线圈，保证所述的接收线圈在所述的参考平面两边完全等同；所述的接收线圈与所述的发射线圈通过支架刚性固定并保证其相对位置精密，所述的接收线圈的两端线分别接入瞬变电磁仪输入端口，所述的发射线圈两端分别接入瞬变电磁仪发射端口。所述的接收线圈围绕所述的接收线圈绕制柱面同方向连续绕制，形成的所述的接收线圈在所述的对称平面两侧等同，等同是指绕制导线线型、线圈匝数、绕制密度和总长度完全相同。 所述的接收线圈与所述的发射线圈通过支架刚性固定连接，所述的支架的外形为满足接收和发射线圈相对位置精密条件的规则或不规则梯形台、立方体或菱柱。基于所述的发射线圈具有两个相互垂直的对称轴，通过相同的绕制方式形成相互垂直的两组接收线圈，从而形成水平方向两个分量的瞬变电磁场测量。所述的接收线圈绕制柱面是满足条件的规则或不规则椭圆柱面、圆柱面、方形柱面、棱柱面。所述的接收线圈，最简易的装置是直接在所述的参考平面内绕制接收线圈。采用上述技术方案实现的瞬变电磁响应信号水平分量测量方法及其观测装置，利用发射线圈相互对称的两组导线中电流相反而导致形成的磁场水平分量相反的特征，利用相反方向导线的磁场相互抵消特点实现压制一次场，精确测量二次场水平分量，科学合理利用了瞬变电磁法作业时一次场空间分布规律，使得接收线圈接收的电场信号相互抵消，二次场信号自然分离提取出来，从而保证了测试信号的分辨能力，提高了瞬变电磁法的效倉泛。使用上述技术方案实现的瞬变电磁响应的水平分量测量，接收线圈的输入端应该输出到具有差分输入功能的瞬变电磁仪输入端，而且必须保障收-发线圈相对位置固定和高精度。支架可以进行折叠设计，但展开后必须保证相对位置的精度。综上所述，本发明是一种既能够在地表进行，同时也能广泛适用于航空、海洋、井中、巷道和钻孔中的瞬变电磁勘探新方法，在受限空间中使用效能尤其突出。


图I是本发明的原理示意图；图2是本发明接收线圈采用分段绕制再串联的方式绕制时的结构附图；图3是根据本发明当接收线圈绕制柱面为方形时的绕制方法和结构附4是使用本发明实现的直接在参考平面内绕制接收线圈的一种线圈绕制方法。图5是根据本发明实现接收线圈和发射线圈通过梯形台支架固定连接的方法和简易结构图。图6是采用本发明专利实现同时测量X和Y两个分量时的测量装置剖面结构示意图。图7是相互平行的导线通入相反电流激励的一次场分布特征示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。参见图I，发射线圈4绕制成分别以A-A’轴左右和以B-B’轴上下对称的形状，A-A’轴和B-B’轴相互垂直；垂直于A-A’轴并经过B-B’轴的平面构成一参考平面I,垂直 该参考平面I并平行于A-A’轴构成接接收线圈绕制柱面6，接收线圈绕制柱面6为圆柱面，以接收线圈绕制柱面6为基准在参考平面I两侧同方向连续绕制接收线圈2，保证绕制的接收线圈2在参考平面I两边完全等同；接收线圈2安装在接收线圈线架8上，二个接收线圈线架8通过连接支架11连接，发射线圈4安装在发射线圈支架10上，接收线圈线架8、连接支架11和发射线圈支架10通过支架9连接，接收线圈2与发射线圈4通过支架9固定并保证其相对位置精密，构成瞬变电磁响应信号分量测量发-收组合线圈，用于测量平行于发射线圈平面的目标瞬变二次响应信号分量；接收线圈2两端的接收线圈信号输出端口 3分别接入具有差分输入功能的瞬变电磁仪输入端口，发射线圈4两端的发射线圈信号输入端口 5分别接入瞬变电磁仪发射端口，开启电源，即可完成瞬变电磁勘探分量测量准备。这种测量装置利用了对称发射线圈一次场水平分量信号的对称性，将一次场信号相互抵消，二次场水平分量信号得以保留，保证了瞬变电磁二次响应信号测量的信噪比，从而提高了勘探系统的分辨能力。参见图2和图3，展示了一种绕制接收线圈2的接收线圈绕制柱面6为圆柱面或方形柱面时的情况，发射线圈4绕制成分别以A-A’轴左右和以B-B’轴上下对称的形状，A-A’轴和B-B’轴相互垂直；垂直于A-A’轴并经过B-B’轴的平面构成一参考平面I,垂直该参考平面I并平行于A-A’轴构成接收线圈绕制柱面6为圆柱面或方形柱面，分别以圆柱面或方形柱面为基准在参考平面I两侧同方向连续绕制两个接收线圈2，保证绕制线圈2在参考平面I两边完全等同，用导线7将两个接收线圈2串联；接收线圈2与发射线圈4通过支架9固定并保证其相对位置精密，构成瞬变电磁响应信号分量测量发-收组合线圈，用于测量平行于发射线圈平面的目标瞬变二次响应信号分量；接收线圈2两端的接收线圈信号输出端口 3分别接入具有差分输入功能的瞬变电磁仪输入端口，发射线圈4两端的发射线圈信号输入端口 5分别接入瞬变电磁仪发射端口，开启电源，即可完成瞬变电磁勘探分量测量准备。参见图4，列出了一种在参考平面内直接绕制接收线圈2的实现方法，由于来自左右两侧的两组发射线圈导线电磁场相互对称，发射线圈通、断电时，电磁场同增同减，宏观上在接收线圈中不产生感生电动势，来自目标体的二次场感应信号能够有效接收并具有极高的信噪比。参见图5，展示了接收线圈2和发射线圈4连接的梯形台支架外形及其连接结构，由于收-发线圈所需对称分布精度对于一次场互感信号的压制效果至关重要，因此必须通过刚性固定装置将两者固定并保持精确位置。
参见图6,展不了米用本发明专利同时测量X和Y两个分量时的测量装置剖面图。基于有两个相互垂直的对称轴的发射线圈4，同时设计安装两套相互垂直的接收线圈2，接 收线圈2的绕制和串联方式用入射和出射标志示意，如此安装的瞬变电磁测量线圈装置可以同时测量两个平行于发射线圈平面的瞬变电磁场分量，这两个分量相互垂直。
权利要求
1.一种瞬变电磁响应信号水平分量测量方法，其特征是设发射线圈(4)存在两个相互垂直对称轴，垂直于其中任一对称轴并经过另一对称轴的平面构成一参考平面(I)，垂直所述的参考平面(I)并平行于第一个对称轴构成接收线圈绕制柱面(6)，以所述的接收线圈绕制柱面(6)为基准在所述的参考平面(I)两侧同方向连续绕制接收线圈(2)，保证绕制的接收线圈(2)在所述的参考平面(I)两边完全等同，测量和计算所述的发射线圈(4)和接收线圈(2)的信号即可。
2.根据权利要求I所述的瞬变电磁响应信号水平分量测量方法，其特征是所述的接收线圈(2)以参考平面为基准，两侧的所述的接收线圈完全等同，等同是指绕制导线线型、线圈匝数、绕制密度和总长度完全相同。
3.根据权利要求I或2所述的瞬变电磁响应信号水平分量测量方法，其特征是所述的接收线圈绕制柱面(6)是满足条件的规则或不规则椭圆柱面、圆柱面、方形柱面或棱柱面。
4.实现权利要求I所述的瞬变电磁响应信号水平分量测量方法的观测装置，包括发射线圈(4)，其特征是所述的发射线圈(4)绕制成分别以A-A’轴左右和以B-B’轴上下对称的形状，A-A’轴和B-B’轴相互垂直；垂直于A-A’轴并经过B-B’轴的平面构成参考平面(I)，垂直所述的参考平面(I)并平行于A-A’轴构成有接收线圈绕制柱面(6)，以所述的接收线圈绕制柱面(6)为基准在所述的参考平面(I)两侧同方向连续绕制有接收线圈(2)，保证所述的接收线圈(2)在所述的参考平面(I)两边完全等同；所述的接收线圈(2)与所述的发射线圈(4)通过支架刚性固定并保证其相对位置精密，所述的接收线圈(2)的两端线分别接入瞬变电磁仪输入端口，所述的发射线圈(4)两端分别接入瞬变电磁仪发射端口。
5.根据权利要求4所述的瞬变电磁响应信号水平分量测量方法的观测装置，其特征是所述的接收线圈(2)围绕所述的接收线圈绕制柱面(6)同方向连续绕制，形成的所述的接收线圈(2)在所述的对称平面(I)两侧等同，等同是指绕制导线线型、线圈匝数、绕制密度和总长度完全相同。
6.根据权利要求4或5所述的瞬变电磁响应信号水平分量测量方法的观测装置，其特征是所述的接收线圈(2)与所述的发射线圈(4)通过支架(9)刚性固定连接，所述的支架(9)的外形为满足接收和发射线圈相对位置精密条件的规则或不规则梯形台、立方体或菱柱。
7.根据权利要求4或5所述的瞬变电磁响应信号水平分量测量方法的观测装置，其特征是基于所述的发射线圈(4)具有两个相互垂直的对称轴，通过相同的绕制方式形成相互垂直的两组接收线圈，从而形成水平方向两个垂直分量的瞬变电磁场测量。
8.根据权利要求4或5所述的瞬变电磁响应信号水平分量测量方法的观测装置，其特征是所述的接收线圈绕制柱面(6)是满足条件的规则或不规则椭圆柱面、圆柱面、方形柱面、棱柱面。
全文摘要
本发明公开一种瞬变电磁响应信号水平分量测量方法及其观测装置，设发射线圈(4)存在两个相互垂直对称轴，垂直于其中任一对称轴并经过另一对称轴的平面构成一参考平面(1)，垂直参考平面(1)并平行于第一个对称轴构成接收线圈绕制柱面(6)，以接收线圈绕制柱面(6)为基准在参考平面(1)两侧同方向连续绕制接收线圈(2)，测量和计算发射线圈(4)和接收线圈(2)的信号即可。利用了对称发射线圈一次场水平分量信号的对称性，将接收线圈中的一次场感应信号相互抵消，二次场水平分量信号得以保留，保证了瞬变电磁二次响应信号测量的信噪比，从而提高了勘探系统的分辨能力。适合航空、海洋、地面、井中和巷道等瞬变电磁勘探领域中使用。
文档编号G01V3/10GK102841384SQ20121027426
公开日2012年12月26日 申请日期2012年8月3日 优先权日2012年8月3日
发明者朱德兵 申请人:朱德兵