CN103576205B - 基于组合磁性源技术的地空瞬变电磁勘查方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于组合磁性源技术的地空瞬变电磁勘查方法，该方法首次提出了基于组合源技术的地空瞬变电磁勘探技术，具体是在以勘探目标区域为中心的地面的一个大圆周上等间隔的布置4、6或8个磁性源，在勘探区域上空用无人机采集由各组合源激励下的感生电动势瞬变响应。本发明由于所采用的组合源是多源且是对称分布的，因此大大降低了采用固定源所带来的近远场点的响应结果幅度差异大、局部不均匀体的位置解释不确定等问题，可获得关于地下异常体的多角度观测信息，降低反演多解性的影响，实现复杂区域的高效、高分辨率、大面积和大深度的勘探。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于组合源发射-无人机接收的地空瞬变电磁勘查方法，属于地球物理电磁勘探方法范畴。
背景技术：
瞬变电磁法是一种传统的找矿找水电磁勘探方法，采用在地面上布置发射回线，供以电流脉冲信号，接收线圈也布置在地面上，接收垂直感生电动势瞬变信号。然后根据观测数据反演解释地下电性构造以达到地质勘探的目的。该方法在地形复杂、地面物探难以施工区域，工作效率较低，甚至无法进行工作。于是，人们想到应用航空瞬变电磁勘查技术来实现大面积、长距离地物探工作。航空瞬变电磁方法有以固定翼为平台的和以直升机为平台的两种方法，前者作业速度快，发射磁矩大、勘探深度相对较大，后者空间分辨率高，勘探深度相对较小。该种方法由于需机载发射机、接收机、主机和供电电源等设备，因此航空瞬变电磁勘探深度很有限，固定翼航空瞬变电磁的勘探深度一般在400～800米，直升机航空瞬变电磁的勘探深度一般在300米左右。从上可以看出，现有瞬变电磁勘查法均无法实现复杂区域的高效、高分辨率、大面积和大深度勘探。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于组合磁性源技术的地空瞬变电磁勘查方法，该方法能实现在地表环境复杂区域进行高效、高分辨率、大面积和大深度的勘探。
本发明提供的基于组合磁性源技术的地空瞬变电磁勘查方法，包括在地面上布置发射周期性双极性电流脉冲信号的磁性源，用线圈接收感生电动势瞬变信号，所述磁性源为4、6或8个，间隔均匀的分布在以勘探目标区域为中心的地面上的一个圆周上，各磁性源可视为垂直磁偶极子源；接收线圈载于无人机上，无人机在勘查目标区域上方飞行，采集各种组合源激励下的感生电动势瞬变响应数据，所述组合源是指由对称分布的几个或全部磁性源构成的激励源。
上述无人机在勘查区域上方沿相互平行的路线按首尾相连的往返方式飞行，一种组合源测量完毕后，换另一种组合源激励信号，重新往返飞行进行新的组合激励源信号下的飞行测量，直至各种组合源全部测量为止。
上述磁性源为4个，设各个源的标记依次为A、B、C、D，第一次进行标记为A、C的组合源激励下的飞行测量；第二次进行标记为B、D的组合源激励下的飞行测量；第三次进行标记为A、B、C、D的组合源激励下的飞行测量，最终得到三种组合源的测量数据。
上述磁性源为6个，设各个源的标记依次为A、B、C、D、E、F，第一次进行标记为A、C、E的组合源激励下的飞行测量；第二次进行标记为B、D、F的组合源激励下的飞行测量；第三次进行标记为A、B、C、D、E、F的组合源激励下的飞行测量，最终得到三种组合源的测量数据。
上述磁性源为8个，设各个源的标记依次为A、B、C、D、E、F、G、H，第一次进行标记为A、C、E、G的组合源激励下的飞行测量；第二次进行标记为B、D、F、H的组合源激励下的飞行测量；第三次进行标记为A、B、C、D、E、F、G、H的组合源激励下的飞行测量，最终得到三种组合源的测量数据。
本发明采用在地面上布置多个磁性源，发射脉冲电流信号，在空中用无人机携带接收线圈测量三分量感生电动势响应信号，无人机在空中可以高效地飞行测量。由于勘探区域在多个磁性源的中心区域，因此各个磁性源可视为垂直磁偶极子，同时由于多个磁性源布置在地面上，因此观测数据的强度相对较大、信噪比也相对较高。传统的地面瞬变电磁方法中，要做面积性勘探的话，如果采用移动源的方法，如中心回线或重叠回线法，需要在地面网状测点上逐点采集，地形起伏或地表环境恶劣的话，不但工作量大，而且工作效率低甚至无法开展工作；如果采用定回线装置的话，测点的偏移距较大时，用一个激励源的定回线源瞬变电磁响应幅度较小。另外，如果有局部不均匀***于发射源附近或其下方，如同地面CSAMT方法的场源复印效应等类似，外侧观测区域的响应数据会受到局部不均匀体的影响。用传统的一个激励源进行勘探时，近源的不均匀体会影响很大的一片区域，对地下异常的圈定造成非常不利的影响。采用组合源激励技术，在勘探目标区域周围的一个大的近似圆周上布置激励源，不但会增加勘探区域的响应信号强度，增加勘探深度，同时减弱局部不均匀体对整个区域的响应数据造成的影响。组合源激励技术还有一个优势是，可以获得不同组合源的多次采集数据，从而获得关于地下异常体的多角度观测信息，降低反演多解性的影响。因此本发明方法可以克服大面积区域勘探所面临的诸多困难，实现复杂区域的高效、高分辨率、大面积和大深度的勘探。
下面以一个简单的三层介质模型的组合源-无人机地空瞬变电磁响应为例进行仿真计算，来进一步解释本发明的具体效果。
设三层模型的层电阻率为100、20和100欧姆米，层厚度均为300米。地面上铺设的各个磁性源均为参数相同的垂直磁偶极子（Vertical MagneticDipole,VMD）源，磁矩为1Am2，置于地面一个圆周上的不同的点上。接收线圈为1m2，其高度为100米。设发射信号为阶跃脉冲，测量断电后32个时刻点的感生电动势瞬变响应。
比较五种组合发射源分布时的响应结果，第一种是1个垂直磁偶极子发射源位于(-2000,0,0)m处，第二种也是1个VMD发射源，位于(2000,0,0)m处，第三种是2个VMD发射源分别位于(-2000,0,0)m和(2000,0,0)m处，第四种是4个VMD发射源分别位于(-2000,0,0)m、(2000,0,0)m、(0,-2000,0)m、(0,2000,0)m处，第五种是8个VMD发射源，它们的位置分别在以地面坐标原点为中心、半径为2000m的圆周上八个点，其中第一源位于(2000,0,0)m处，其它源的位置与原点的连线同x正方向夹角分别为45度、90度、135度、180度、225度、270度和315度。
图1～图5是断电后4.32ms时五种组合源激励下飞行面（z=-100m）上三个分量响应的分布图。观察各图可知，只用一个激励源时，响应的分布具有方向性，距离激励源越远，响应的幅度也越小。当运用组合源激励时，勘探目标区域逐渐变得均匀，组合源中对称分布的激励源个数越多，中央区域响应分布也越均匀，响应幅度也越大，对勘探地下构造也越有利。图6是五种组合源下勘探区域中心的飞行面上空对应点（0,0,-100）m的z分量瞬变曲线对比图。从图中可以看出，一个源时，无论布置在勘探区域左或右的位置，响应是一致的，多个组合源时，瞬变响应形态一致，源的个数越多，响应的幅值越大。
图7是三个时刻点y=0m飞行测线上的z分量响应剖面曲线，可以看出，传统的地面单个源激励时，各个瞬时的剖面响应曲线是向远源方向单调衰减的。而采用本发明的对称组合源激励时，各个瞬时剖面曲线中央部分变得相对平缓，利于探测。
从上述的模拟结果可知，对称分布的组合源可以克服单源的远源衰减问题，增强数据的信噪比，降低反演的多解性影响，提高解释结果的可靠性。另外，采用多源组合的多次测量技术，可以获得多角度的探测信息，对局部目标体的分辨能力也更强。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1是第一种激励源（一个左源）接收高度面上4.32ms时的三分量响应分布，其中图a～c分别是x,y,z分量感生电动势响应的分布图。
图2是第二种激励源（一个右源）接收高度面上4.32ms时的三分量响应分布，其中图a～c分别是x,y,z分量感生电动势响应的分布图。
图3是第三种激励源（左右两个源）接收高度面上4.32ms时的三分量响应分布，其中图a～c分别是x,y,z分量感生电动势响应的分布图。
图4是第四种激励源（上下左右四个源）接收高度面上4.32ms时的三分量响应分布，其中图a～c分别是x,y,z分量感生电动势响应的分布图。
图5是第五种激励源（圆周上等间隔分布8个源）接收高度面上4.32ms时的三分量响应分布，其中图a～c分别是x,y,z分量感生电动势响应的分布图。
图6是五种发射源下，（0,0,-100）m处的Vz分量瞬变响应曲线对比图。
图7是三个时刻点y=0m飞行测线上的z分量响应剖面曲线。
图8是4个磁性源在地面的分布图。
图9是无人机飞行路线示意图。
图10是6个磁性源在地面的分布图。
图11是8个磁性源在地面的分布图。
具体实施方式
本发明实施时，首先需确定磁性源所在圆周的半径大小、磁性源采用的个数、发射脉冲波形、采样时间序列、飞行高度、航线等，然后再进行数据采集，下面分别以4个源、6个源和8个源进行说明。
实施例1
磁性源为4个，均为参数相同的垂直磁偶极子源，设各个源的标记依次为A、B、C、D，如图8所示，第一次进行标记为A、C的组合源激励下的飞行测量；第二次进行标记为B、D的组合源激励下的飞行测量；第三次进行标记为A、B、C、D的组合源激励下的飞行测量，最终得到三种组合源的测量数据。
无人机携带三分量接收线圈，在勘探目标区域上空沿图9所示的路线飞行，为便于说明，将路线以1、2、3、4标明，测量时无人机先飞行路线1，然后反方向飞行路线2，再沿路线3返回，如此类推，将全部路线飞行完毕，即完成一种组合源的测量。然后，沿原路线返回进行下一种组合源的飞行测量，直至全部组合源全部测量为止。
数据采集完毕后，按地空瞬变电磁的工作流程进行资料处理、反演解释等工作。
实施例2
磁性源为6个，均为参数相同的垂直磁偶极子源，设各个源的标记依次为A、B、C、D、E、F，如图10所示，第一次进行标记为A、C、E的组合源激励下的飞行测量；第二次进行标记为B、D、F的组合源激励下的飞行测量；第三次进行标记为A、B、C、D、E、F的组合源激励下的飞行测量，最终得到三种组合源的测量数据。
无人机的飞行路线与实施例1相同。数据采集完毕后，按地空瞬变电磁的工作流程进行资料处理、反演解释等工作。
实施例3
磁性源为8个，均为参数相同的垂直磁偶极子源，设各个源的标记依次为A、B、C、D、E、F、G、H，如图11所示，第一次进行标记为A、C、E、G的组合源激励下的飞行测量；第二次进行标记为B、D、F、H的组合源激励下的飞行测量；第三次进行全部8个组合源激励下的飞行测量，最终得到三种组合源的测量数据。
无人机的飞行路线与实施例1相同。数据采集完毕后，按地空瞬变电磁的工作流程进行资料处理、反演解释等工作。
Claims (4)
1.基于组合磁性源技术的地空瞬变电磁勘查方法，包括在地面上布置发射周期性双极性电流脉冲信号的磁性源，用线圈接收感生电动势瞬变信号，其特征在于：所述磁性源为4、6或8个，各磁性源间隔均匀的分布在以勘探目标区域为中心的一个圆周上；接收线圈载于无人机上，无人机在勘查目标区域上方沿相互平行的路线按首尾相连的往返方式飞行，采集各种组合源激励下的感生电动势瞬变响应数据，一种组合源测量完毕后，换另一种组合源激励信号，重新往返飞行进行新的组合激励源信号下的飞行测量，直至全部组合源全部测量为止，所述组合源是指由对称分布的几个或全部磁性源构成的激励源。
2.根据权利要求1所述的基于组合磁性源技术的地空瞬变电磁勘查方法，其特征在于：磁性源为4个，设各个源的标记依次为A、B、C、D，第一次进行标记为A、C的组合源激励下的飞行测量；第二次进行标记为B、D的组合源激励下的飞行测量；第三次进行标记为A、B、C、D的组合源激励下的飞行测量，最终得到三种组合源的测量数据。
3.根据权利要求1所述的基于组合磁性源技术的地空瞬变电磁勘查方法，其特征在于：磁性源为6个，设各个源的标记依次为A、B、C、D、E、F，第一次进行标记为A、C、E的组合源激励下的飞行测量；第二次进行标记为B、D、F的组合源激励下的飞行测量；第三次进行标记为A、B、C、D、E、F的组合源激励下的飞行测量，最终得到三种组合源的测量数据。
4.根据权利要求1所述的基于组合磁性源技术的地空瞬变电磁勘查方法，其特征在于：磁性源为8个，设各个源的标记依次为A、B、C、D、E、F、G、H，第一次进行标记为A、C、E、G的组合源激励下的飞行测量；第二次进行标记为B、D、F、H的组合源激励下的飞行测量；第三次进行标记为A、B、C、D、E、F、G、H的组合源激励下的飞行测量，最终得到三种组合源的测量数据。
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