专利名称：一种收发自动同步变频的电磁勘探方法
技术领域：
本发明涉及一种地球物理勘探新方法，特别涉及频率域的电磁勘探方法。
背景技术：
可控源频率域电磁法勘探为地球物理勘探的重要手段。可控源频率域电磁法的原理是根据电磁信号在地下的穿透深度与地下介质的导电性质以及所用电磁波的频率有密切的关系。高频的电磁波穿透较浅，反映浅层信息；低频的电磁波穿透得深，了解地下深部信息。可控源频率域电法在寻找地下金属矿藏、地质灾害探测、水资源分布、煤炭、油气等资源勘查方面都有着十分广泛的应用。目前比较常用的频率域电法主要有:传统变频法、奇次谐波法、双频电流法、可控源音频大地电磁法、伪随机法、多频等幅法等。传统变频法需要逐次改变频率，一个一个频率的供电和测量，测量速度慢、效率低下，观测精度相对较低等不足。为克服这种变频观测的问题，实现勘探仪器的轻便、高效、抗干扰，可控源勘探法不断的发展，收发方法不断创新，发展了谐波法、双频法、序列伪随机法、多频等幅同步供电等勘探方法。谐波法比起早期的变频法有所进步，能够一次供电进行多个频率谐波的测量，然而谐波法谐波强度随谐波次数成反比衰减，且谐波频率分布不均匀；双频法将两种频率的电流合成，同时供入地下，一次性同时接收两种频率的信号，一定程度上改善了早期变频法的不足，与奇次谐波法相比，它的两个频率成分强度完全相等。为了实现新发展的电磁勘探方法，当前可控源电磁勘探仪器发展趋势是:利用信号编码和同步技术实现多频信号收发严格同步；利用宽带模拟通道、高速数据采集和大容量存储实现宽带多频信号的同时采集；对采集数据利用现代数字信号处理实现抗干扰、高信噪比的信号提取。比如伪随机观测法和多频等幅供电技术是利用发射机同时向地下发射含有多个主要频率成分的合成电流，接收机同时接收这些频率信号的大地响应，从而实现一次观测就可以提取多个不同频率的响应。但电磁勘探发展趋势也对勘探仪器的设计与实现提出的较高的要求，实际工程应用存在较大难度:首先，电磁勘探主要使用电磁频谱中的低频段信号，而在这个频段，存在大量的干扰，特别是工业干扰。而多频信号接收机需要宽带的模拟通道。宽带通带让较大的外部噪声进入接收机，信噪比低，模拟-数字转换器(ADC)的对有用信号的分辨率降低，增大了非线性失真，降低了后继信号处理的效果。其次，为了实现对宽带信号的直接采集，需要采用高速ADC，又为了兼顾接收系统的动态范围，往往在低频段采用低速高精度ADC。高速数据采集需要相应的高速数据传输和大容量数据存储，增加了系统设计的复杂度。最后，为了处理采集的海量数据，为从干扰提取高质量的测量信号，需要复杂的处理算法和高性能的处理计算机。降低了信号处理的实时性。现场工程师不能及时和直观的了解测量结果，不能及时根据情况纠正测量问题，降低了现场工程师的参与度，降低了仪器的使用效果。

发明内容
为了克服上述现有方法的不足，本发明提出一种收发自动同步变频的电磁勘探方法。本发明采用“时间-频率表”来实现自动收发同步同频，按照预定的“时间-频率表”，在不同时间段发送和接收不同频率信号。“时间-频率表”可以根据勘探的需要灵活设定。本发明的探测系统采用接收机与发送机同步同频接收频率信号，用乘法器实现接收信号的频率搬移，结合带通滤波器，实现任意中心频率的带通滤波器，滤除带外噪声。接收机还通过实时的相关检测技术，对当前频率的信号实现极滤波，具有抗干扰、高效灵活、易实现的特点。本发明利用发送机按照“时间-频率表”在预定时间向地下供入预定频率的电流信号作为人工激励源，采用接收机同步同频接收所在位置的大地电磁响应，经过模拟滤波以及数字信号处理方法去除噪声，得到大地的频谱响应，计算得到卡尼亚视电阻率P s、阻抗相位φζ、视复电阻率等地球物理信息。本发明为电磁探测的高效灵活、抗干扰、高分辨率测深提供新的思路和方法。本发明方法的步骤如下:(I)发送机按照“时间-频率表”在预定时间向地下供入预定频率的电流信号，以此电流信号作为人工激励源；
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(2)接收机在距离人工激励场源数米到数十公里范围内，接收大地的电磁响应信息；(3)发送和接收之间通过GPS/北斗授时定位模块实现同步同频，并记录收发位置
信息；(4)接收机将传感器信号经前置滤波放大后，通过乘法器将信号频率搬移，再经过带通滤波器滤除带外噪声；(5)滤波后的信号经模拟-数字转换器转换为数字信号，再利用数字相关检测算法，去除不相关噪声，提取大地电磁响应；(6)由步骤5)所得的大地电磁响应计算得到卡尼亚视电阻率P s和阻抗相位φζ。所述的大地电磁响应为地电阻率、收发距及频率的函数。根据大地电磁测深法(MT)的理论，由大地电磁响应计算卡尼亚视电阻率P s和阻抗相位φ等相关地球物理信息。接收机根据信号频谱的特征，利用乘法器将任意频率搬移到固定频率，再采用带通滤波器滤除带外噪声带外噪声的方法为:根据如下公式:
权利要求
1.种收发自动同步变频的电磁勘探方法，其特征在于，所述的方法是:由发送机按照“时间-频率表”在预定时间向地下供入预定频率的电流信号作为人工激励源，采用接收机同步同频接收所在位置的大地电磁响应，经过模拟滤波以及数字信号处理方法去除噪声，得到大地的频谱响应，然后计算得到地球物理信息。
2.据权利要求1所述的收发自动同步变频的电磁勘探方法，其特征在于，所述的方法步骤如下: 1)发送机按照“时间-频率表”在预定时间向地下供入预定频率的电流信号，以此电流信号作为人工激励源； 2)接收机在距离人工激励场源数米到数十公里范围内，接收大地的电磁响应信息； 3)发送和接收之间通过GPS/北斗授时定位模块实现同步同频，并记录收发位置信息； 4)接收机将传感器信号经前置滤波放大后，通过乘法器将信号频率搬移，再经过带通滤波器滤除带外噪声； 5)滤波后的信号经模拟-数字转换器转换为数字信号，再利用数字相关检测算法，去除不相关噪声，提取 大地电磁响应； 6)由步骤5)所得的大地电磁响应计算得到卡尼亚视电阻率Ps和阻抗相位φ2。
3.据权利要求2所述的收发自动同步变频的电磁勘探方法，其特征在于:所述的步骤3)中，接收机根据“时间-频率表”中当前的频率实现同频检测，滤除非同频的干扰信号；同频检测的原理如下:接收的信号r (t)表示为:
4.据权利要求2所述的收发自动同步变频的地面电磁勘探方法，其特征在于:所述的步骤4)中，接收机根据信号频谱的特征，利用乘法器将任意频率搬移到固定频率，再采用带通滤波器滤除带外噪声带外噪声的方法为； 根据如下公式:
5.据权利要求1或2所述的收发自动同步变频的电磁勘探方法，其特征在于，所述的“时间-频率表”中的信号频率和时长根据勘探要求设定N个信号频率和发射时长，制定“时间-频率表”，所述的发送机按所述的时间-频率表”发送,每发送完一组N个频率之后，再次循环发送，一组N个频率的发射时长为一个循环周期；接收机在任意时刻开始接收；一组N个频率的发射时间 为一个循环周期，N为整数；Ν的取值范围在1-255之间。所述的发送机发送的电流信号的频率范围为0.0lHz^lOOkHz0
全文摘要
一种收发自动同步变频的电磁勘探方法，发送机通过发送电极向大地供入一定的频率和大小的电流信号作为人工激励源，发送的电流信号频率按照预设的“时间-频率表”自动切换。接收机按照与发送机相同的“时间-频率表”同步接收大地电磁响应，经过相关检测方法，去除不相关噪声，得到包含有地电阻率信息的大地电磁响应，最终得出地电阻率分布。
文档编号G01V3/08GK103091717SQ20131000702
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月9日 优先权日2013年1月9日
发明者夏正武, 李艳红, 刘国强, 李士强, 夏慧 申请人:中国科学院电工研究所