专利名称：电法勘探方法及测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电法勘探。特别是涉及一种具有抗干扰性强的主动源频率域的电 法勘探方法及测量装置。
背景技术：
有色金属应用广阔而地位重要，是我国国民经济与国防建设中具有重要的战略性 资源。随着我国低附加值有色金属产品低价出口和铁矿石、高端产品大量依赖进口的矛盾 越来越突出，提高资源的自给保障程度，支持国民经济发展乃至保障国家安全等方面都越 来越需要在生产矿山深部或附近以及相应的成矿区带进行深部矿、隐伏矿的勘探工作。电法勘探主要利用物质的导电性、激发极化性、导磁性、介电性、压电性和震电性 等，现在可以在地面、空中或海洋中进行电法测量，但仍以地面电法勘探为主。电法勘探的 方法种类很多，从场源的形成机制一人工场源和天然场源来分，可分为主动源电法和被动 源电法两大类，其中主动源电法应用较多，其代表方法有电阻率法、激发极化法、充电法、频 率电磁测深法、可控源音频大地电磁测深法、瞬变电磁法等。随着电子计算技术的飞速发展，电法勘探方法技术和仪器越来越多，美国、法国、 加拿大、俄罗斯、中国等都生产各种电法勘探仪器。自上世纪八十年代后，我国相继引进了 美国、加拿大有关公司的V8、SIROTEM、EM67、VIP、⑶P32、IPR-12等仪器设备开展过找矿工 作。通过十多年来我国的近百项电法专题研究和勘查项目实践，证明电法勘查在新一轮地 质找矿领域可以取得很好的效果。但是，现代信息化社会电磁信号无所不在，工业及生活电磁干扰日益严重，现有的 电法勘探仪器均难以很好地克服电磁干扰取得满意的电法勘探资料；另一方面，随着地表 资源的枯竭和采矿技术手段的提高，向深部要矿是人类社会发展的必然趋势。一些仪器厂 家为了提高仪器的抗强电磁干扰性能和提高深层勘探的分辨率，采取了加大供电电流的方 法技术，在电磁干扰不太严重的地区也的确取得了一些令人满意的效果。但是，受安全和技 术等因素制约，供电电流不能无限提高，而且在正生产的矿区、铁路沿线、高压走廊和城市、 集镇等人文活动频繁地区，加大供电电流的方法在强大的游散电流干扰面前仍旧是无能为 力。无需大电流、抗干扰、高分辨率是未来电法勘探仪器的发展方向，也只有如此，电 法勘探才能保持强大的生命力，才能实现强电磁干扰区的电法勘探，才能提高深层电法勘 探的分辨率。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种抗干扰性强，能在小功率下进行有效测 量，并且能够多套设备同时进行测量的电法勘探方法及测量装置。本发明所采用的技术方案是一种电法勘探方法及测量装置，其中，电法勘探方 法，包括通过发射机向地下发送具有伪随机码特性的电流波形作为激励信号，接收机接收由激励信号产生的电压信号，通过数学处理得到脉冲过渡函数，再通过快速傅立叶变换得 到相应频率段的幅频曲线和相频曲线，并得到各频点的幅度值、相位值，通过这些参数取得 具有地球物理意义的视电阻率和相位参数。所述的发送具有伪随机码特性的电流波形的伪随机码的码长可调、本源多项式可 选择、码速率可调、起始相位可调，所发送的激励信号是从初相开始，按照设定的码长、本源 多项式、码速率和起始相位将具有伪随机特性的电流波形依次发送，以2n-l为周期，η是一 个大于0小于20的整数。所述的数学处理过程如下( +COy(t) = G(t-a)^u(a)^da + e(t)J—oo其中y(t)是仪器获得的测量信号，即接收电极丽之间的测量信号，G(t_0)是脉 冲过渡函数，U(O)是供电信号，为伪随机信号，e(t)是干扰信号；将仪器获得的测量信号卷积供电信号u( ο )，对y (t)进行重构，得到J —oo广+oo广+oo广+oo= G{t-G)\ u(a-Ty U(T)^dT ^ da+ - σ) * "(σ) * ΛτJ -coJ -coJ -co由于使用的供电信号是伪随机码，即脉冲信号，因此( +CO= -\)G(T)+「φ-σ)5^)*^!J-CO由于干扰信号与伪随机码的相关性很小，所以可以近似成^t) = (2n - \)G(T) + 2n^|是卷积的干扰信号。这样当η足够大时，有用信号与噪声的放大倍数之比为J2n-l)/2n，所以通过改变 η获得足够信噪比特性，从而获得更接近于真值的脉冲过渡函数。所述的取得地球物理意义的参数是对发送的激励信号做自相关处理得到发送的激励信号的脉冲过渡函数，对接收信 号做互相关处理得到接收信号的脉冲过渡函数，对发送的激励信号的脉冲过渡函数做快速 傅立叶变换，得到各个频点下信号的实部和虚部，从而分别得到发送的激励信号的幅频特 征曲线和相频特征曲线；同理，对接收信号的脉冲过渡函数做快速傅立叶变换，得到接收信 号的幅频特征曲线和相频特征曲线；用接收信号的相频特征曲线的各频点值减去发送的激 励信号的相频特征曲线相应频点值，得到各个频点的绝对相位值；用接收信号的幅频特 征曲线各频点值除以发送的激励信号的幅频特征曲线对应频点的值，再乘以装置系数K即 得到视电阻率值P s = KXU/I。发射机发送的激励信号的电流波形最小频率为2_1(ιΗζ，最大频率为22°Ηζ。其中，用于电法勘探方法的测量装置，包括有发射机和接收机，所述的发射机包5括发射机大规模可编程逻辑器件与发射机控制计算机的输入输出相连，发射机大规模可 编程逻辑器件的输出与逻辑时序发生器相连，所述的逻辑时序发生器的输出连接驱动及保 护电路，所述的驱动及保护电路的输出连接到供电电极AB，所述的驱动及保护电路的输出 还依次通过自采样滤波电路及自采样处理电路连接到发射机大规模可编程逻辑器件的输 入端，所述的发射机大规模可编程逻辑器件还连接发射机时钟同步电路，所述的驱动及保 护电路由直流电源供电；所述的接收机包括将来自接收电极的输入信号依次通过滤波及保护电路、放大 及AD采样电路和接收机大规模可编程逻辑器件后输出给接收机控制计算机，所述的接收 机大规模可编程逻辑器件还连接接收机时钟同步电路。所述的发射机时钟同步电路包括依次串接的发射机外接GPS天线、发射机GPS模 块、发射机隔离电路和发射机同步输出线，其中，所述的发射机隔离电路的输出端与发射机 大规模可编程逻辑器件。所述的逻辑时序发生器包括控制信号电平转换电路与发射机大规模可编程逻辑 器件的输出端相连，所述的控制信号电平转换电路的输出端连接隔离及正负倒向电路，所 述的隔离及正负倒向电路的输出连接驱动及保护电路。所述的驱动及保护电路包括第一取样电阻、过流检测、隔离电路、高压开关驱动 电路、高速IGBT电路、第二取样电阻，其中，所述的第一取样电阻串接在直流电源的正电压 端，取样电阻的两端连接到过流检测电路的输入端，所述的过流检测电路的输出端连接到 隔离电路的输入端，所述隔离电路的输出端接到发射机大规模可编程逻辑器件的电路输入 端；所述的高压开关驱动电路的输入端连接逻辑时序发生器的电路输出端，高压开关驱动 电路的输出端接到高速IGBT电路的控制端，高速IGBT电路的输出端通过第二取样电阻后 连接到供电电极AB上；第二取样电阻的两端接到自采样滤波电路)的输入端。所述的自采样处理电路包括依次串接的放大电路、低通及陷波滤波电路和AD采 样电路，其中，所述的放大电路的输入端连接自采样滤波电路的输出端，所述的AD采样电 路的输出端连接发射机大规模可编程逻辑器件的输入端。所述的接收机时钟同步电路包括接收机外接GPS天线、接收机GPS模块、时钟同步 线、接收机隔离电路，所述的接收机外接GPS天线连接到接收机GPS模块的输入端，所述的 接收机GPS模块的输出端连接到接收机隔离电路的一路输入，所述的时钟同步线连接到接 收机隔离电路的另一路输入，所述的接收机隔离电路的输出信号连接到接收机大规模可编 程逻辑器件上。本发明的电法勘探方法及测量装置，所述的方法将接收信号与供电信号进行数学 处理，成功实现了抗干扰的目标，而且伪随机码的特性还使此系统能在小功率下进行有效 测量，并且能够多套设备同时进行测量。所述的测量装置在高山丛林地区和交通不发达地 区因电源功率低、设备轻便、机动性强，能多台仪器同时工作，这就为大面积快速普查和生 产矿区深边部资源勘探提供了有效手段。本发明具有如下特点1.发射机发送的伪随机码波形可以按照不同的码长、本源多项式、码速率和初相 任意选择确定，可以针对不同地区的干扰情况选择合适的伪随机码波形取得满意的信噪 比，从而能很好压制生产矿山工业电磁干扰，可在生产矿山深边部开展勘探；2.同一地区工作的多台测量装置可以选择不同的码长和本源多项式工作，解决了电法勘探仪器互为干扰源从而不能同时工作的问题；3.发射机和接收机精确同步，保证了各频点下起始相位相同，可实现多个频率的 振幅、绝对相位、相对相位的精确测量，有利于更准确判别异常源的性质，进行找矿；4.测量装置的抗干扰设计有效降低了主动源的功率，实现了轻便化和可一机发送 多机接收工作方式，能满足快速大面积勘查，特别是降低了在西部荒漠和高山地区的劳动 强度，同时提高了工作效率。


图1是本发明的发射机供电波形图；图2是本发明的发射机示意框图；图3是本发明的接收机示意框图；图4是发射机时钟同步电路框图；图5是逻辑时序发生器电路框图；图6是驱动及保护电路框图；图7是自采样处理电路框图；图8是接收机时钟同步电路框图。
具体实施例方式下面结合实施例和附图对本发明的电法勘探方法及测量装置做出详细说明。本发明的电法勘探方法，包括通过发射机向地下发送具有伪随机码特性的电流波 形作为激励信号，接收机接收由激励信号产生的电压信号，通过数学处理得到脉冲过渡函 数，再通过快速傅立叶变换得到相应频率段的幅频曲线和相频曲线，并得到各频点的幅度 值、相位值，通过这些参数从而取得具有地球物理意义的视电阻率和相位参数。所述的发送具有伪随机码特性的电流波形的伪随机码的码长可调、本源多项式可 选择、码速率可调、起始相位可调，所发送的激励信号是从初相开始，按照设定的码长、本源 多项式、码速率和起始相位将具有伪随机特性的电流波形依次发送，以2n-l为周期，η是一 个大于0小于20的整数。所述的数学处理过程如下
权利要求
1.一种电法勘探方法，其特征在于，包括通过发射机向地下发送具有伪随机码特性的 电流波形作为激励信号，接收机接收由激励信号产生的电压信号，通过数学处理得到脉冲 过渡函数，再通过快速傅立叶变换得到相应频率段的幅频曲线和相频曲线，并得到各频点 的幅度值、相位值，通过这些参数取得具有地球物理意义的视电阻率和相位参数。
2.根据权利要求1所述的电法勘探方法，其特征在于，所述的发送具有伪随机码特性 的电流波形的伪随机码的码长可调、本源多项式可选择、码速率可调、起始相位可调，所发 送的激励信号是从初相开始，按照设定的码长、本源多项式、码速率和起始相位将具有伪随 机特性的电流波形依次发送，以2n-l为周期，η是一个大于0小于20的整数。
3.根据权利要求1所述的电法勘探方法，其特征在于，所述的数学处理过程如下
4.根据权利要求1所述的电法勘探方法，其特征在于，所述的取得地球物理意义的参 数是对发送的激励信号做自相关处理得到发送的激励信号的脉冲过渡函数，对接收信号做 互相关处理得到接收信号的脉冲过渡函数，对发送的激励信号的脉冲过渡函数做快速傅立 叶变换，得到各个频点下信号的实部和虚部，从而分别得到发送的激励信号的幅频特征曲 线和相频特征曲线；同理，对接收信号的脉冲过渡函数做快速傅立叶变换，得到接收信号的 幅频特征曲线和相频特征曲线；用接收信号的相频特征曲线的各频点值减去发送的激励信 号的相频特征曲线相应频点值，得到各个频点的绝对相位值；用接收信号的幅频特征曲 线各频点值除以发送的激励信号的幅频特征曲线对应频点的值，再乘以装置系数K即得到 视电阻率值Ps = KXU/I。
5.根据权利要求1所述的电法勘探方法，其特征在于，发射机发送的激励信号的电流 波形最小频率为2_1(ιΗζ，最大频率为22(ιΗζ。
6.一种用于权利要求1所述的电法勘探方法的测量装置，包括有发射机和接收机，其特征在于，所述的发射机包括发射机大规模可编程逻辑器件(1)与发射机控制计算机(O) 的输入输出相连，发射机大规模可编程逻辑器件(1)的输出与逻辑时序发生器(3)相连，所 述的逻辑时序发生器⑶的输出连接驱动及保护电路(6)，所述的驱动及保护电路(6)的输 出连接到供电电极AB(8)，所述的驱动及保护电路(6)的输出还依次通过自采样滤波电路 (7)及自采样处理电路(4)连接到发射机大规模可编程逻辑器件(1)的输入端，所述的发射 机大规模可编程逻辑器件(1)还连接发射机时钟同步电路(2)，所述的驱动及保护电路(6) 由直流电源(5)供电；所述的接收机包括将来自接收电极的输入信号(9)依次通过滤波及保护电路(10)、 放大及AD采样电路(11)和接收机大规模可编程逻辑器件(12)后输出给接收机控制计算 机(14)，所述的接收机大规模可编程逻辑器件(12)还连接接收机时钟同步电路(13)。
7.根据权利要求6所述的用于电法勘探方法的测量装置，其特征在于，所述的发射机 时钟同步电路(2)包括依次串接的发射机外接GPS天线(20)、发射机GPS模块(21)、发射 机隔离电路(23)和发射机同步输出线(22)，其中，所述的发射机隔离电路(23)的输出端与 发射机大规模可编程逻辑器件(1)。
8.根据权利要求6所述的用于电法勘探方法的测量装置，其特征在于，所述的逻辑时 序发生器(3)包括控制信号电平转换电路(25)与发射机大规模可编程逻辑器件(1)的输 出端相连，所述的控制信号电平转换电路(25)的输出端连接隔离及正负倒向电路(26)，所 述的隔离及正负倒向电路(26)的输出连接驱动及保护电路(6)。
9.根据权利要求6所述的用于电法勘探方法的测量装置，其特征在于，所述的驱动及 保护电路(6)包括第一取样电阻(32)、过流检测(31)、隔离电路(30)、高压开关驱动电路 (34)、高速I6BT电路(33)、第二取样电阻(35)，其中，所述的第一取样电阻(32)串接在直 流电源(5)的正电压端，取样电阻(32)的两端连接到过流检测电路(31)的输入端，所述的 过流检测电路(31)的输出端连接到隔离电路(30)的输入端，所述隔离电路(30)的输出端 接到发射机大规模可编程逻辑器件(1)的电路输入端；所述的高压开关驱动电路(34)的 输入端连接逻辑时序发生器(3)的电路输出端，高压开关驱动电路(34)的输出端接到高速 I6BT电路(33)的控制端，高速I6BT电路(33)的输出端通过第二取样电阻(35)后连接到 供电电极AB⑶上；第二取样电阻(35)的两端接到自采样滤波电路(7)的输入端。
10.根据权利要求6所述的用于电法勘探方法的测量装置，其特征在于，所述的自采 样处理电路(4)包括依次串接的放大电路(42)、低通及陷波滤波电路(41)和AD采样电路 (40)，其中，所述的放大电路(42)的输入端连接自采样滤波电路(7)的输出端，所述的AD 采样电路(40)的输出端连接发射机大规模可编程逻辑器件(1)的输入端。
11.根据权利要求6所述的用于电法勘探方法的测量装置，其特征在于，所述的接收机 时钟同步电路(13)包括接收机外接GPS天线(50)、接收机GPS模块(51)、时钟同步线(52)、 接收机隔离电路(53)，所述的接收机外接GPS天线(50)连接到接收机GPS模块(51)的输 入端，所述的接收机GPS模块(51)的输出端连接到接收机隔离电路(53)的一路输入，所 述的时钟同步线(52)连接到接收机隔离电路(53)的另一路输入，所述的接收机隔离电路 (53)的输出信号连接到接收机大规模可编程逻辑器件(12)上。
全文摘要
一种电法勘探方法及测量装置，方法是通过发射机向地下发送具有伪随机码特性的电流波形作为激励信号，接收机接收由激励信号产生的电压信号，通过数学处理得到脉冲过渡函数，再通过快速傅立叶变换得到相应频率段的幅频曲线和相频曲线，并得到各频点的幅度值、相位值，通过这些参数取得具有地球物理意义的视电阻率和相位参数。装置有由计算机、可编程逻辑器件、发射机时钟同步电路、逻辑时序发生器、自采样处理电路、直流电源、驱动及保护电路、自采样滤波电路和供电电极AB构成的发射机，由滤波及保护电路、放大及AD采样电路、可编程逻辑器件和计算机构成的接收机。本发明抗干扰性强，能在小功率下进行有效测量，并且能够多套设备同时进行测量。
文档编号G01V3/02GK102053278SQ20101055531
公开日2011年5月11日 申请日期2010年11月24日 优先权日2010年9月9日
发明者李浩宇, 罗先中, 赵壁如 申请人:天津英驰勘探技术有限公司