CN105866848B - 一种深部矿电磁探测方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深部矿电磁探测方法与装置。深部矿电磁探测方法包括：采用人工源形式，通过接地电极向地下发射预定频带信号；利用同步的阵列分布式观测***同时进行数据采集，作为实测数据；以及对实测数据进行数据筛选，以利用筛选后的数据实现深部矿的电磁探测。深部矿电磁探测装置能够执行与上述深部矿电磁探测方法相同的数据采集与处理功能。本发明的上述技术能够通过去除不合格数据来获得高质量观测数据，提高信噪比，实现对地下深部资源更精准的探测。

Description

一种深部矿电磁探测方法与装置

技术领域

本发明涉及电磁探测技术，尤指一种深部矿电磁探测方法与装置。

背景技术

人工源电磁法是一种利用人工可控的接地导线或者不接地回线向地下发射电磁波或者电磁场，地下矿体会对这种电磁场产生响应，在地面、空中、地下等一定空间范围内接收这种感应信号，通过对这种感应信号进行分析处理，实现对地下矿体赋存状态进行预测的一种地球物理勘探。

目前，虽然市场上用于人工源电磁法的现有设备可用作频率域和时间域的大地电性结构探测及地下资源探测，但不适合三维电磁法观测、数据易受环境干扰，以及不利于野外实时查看数据质量等缺点。

发明内容

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，本发明提供了一种深部矿电磁探测方法与装置，以至少解决用于人工源电磁法的现有技术不适合三维电磁法观测、数据易受环境干扰，以及不利于野外实时查看数据质量等缺点。

根据本发明的一个方面，提供了一种深部矿电磁探测方法，该方法包括：采用人工源形式，通过接地电极向地下发射预定频带信号；利用同步的阵列分布式观测***同时进行数据采集，作为实测数据；以及对实测数据进行数据筛选，以利用筛选后的数据实现深部矿电磁探测。

进一步地，阵列分布式观测***的精度高于100ns。

进一步地，对实测数据进行数据筛选的步骤包括：采用人机交互方式剔除实测数据中的突变测片数据；和/或剔除实测数据中的突变点；和/或剔除实测数据中均方差大于或等于预定阈值的数据。

进一步地，剔除实测数据中均方差大于或等于预定阈值的数据的步骤中，采用低通滤波圆滑方法来进行数据剔除。

进一步地，预定频带信号包括如下频带：10^-3Hz～10⁴Hz。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种深部矿电磁探测装置，该装置包括：发射单元，其用于采用人工源形式，将发电机能量通过发射机转换为向地下发射预定频带信号的激发能量，并通过接地电极注入地下；采集单元，其用于利用同步的阵列分布式观测***同时进行数据采集，作为实测数据；以及数据处理单元，其用于对实测数据进行数据筛选，以利用筛选后的数据实现深部矿电磁探测。

进一步地，数据处理单元用于：采用人机交互方式剔除实测数据中的突变测片数据；和/或剔除实测数据中的突变点；和/或剔除实测数据中均方差大于或等于预定阈值的数据。

进一步地，数据处理单元在剔除实测数据中均方差大于或等于预定阈值的数据的过程中，采用低通滤波圆滑方法来进行数据剔除。

进一步地，预定频带信号包括如下频带：10^-3Hz～10⁴Hz。

本发明采用人工源的形式，通过接地电极，向地下发射一种宽频带信号，并通过一种阵列分布式观测***采集包括地下矿体信息电场与磁场的感应信号，通过去除不合格数据来获得高质量观测数据，提高信噪比，实现对地下深部资源更精准的探测。

现有技术的缺陷是：用于人工源电磁法现有技术不适合三维电磁法观测、干扰数据滤波效果差，通过仪器上的屏幕在野外实时查看数据质量，存在操作不方便、易受阳光影响看不清、功耗大、仪器体积大等缺点。本发明通过高精度采集站同步，实现接收机大规模阵列式观测，采用低通滤波圆滑方法等技术，去除干扰数据，获得高信噪比信号，采用WIFI无线传输技术与平板电脑监控技术，使得野外观测数据质量更便捷、仪器体积更小、功耗小，适合野外大规模三维勘探需求。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为本发明的深部矿电磁探测方法的一个示例性处理的流程图；

图2A为向地下发射的预定频带信号的波形图；

图2B为传统的赤道向单机观测装置的结构示意图；

图2C为本发明采用的阵列分布式观测***的结构示意图；

图3为本发明的深部矿电磁探测方法的一个示例结构的框图；

图4A为优选实施例中对实测信号进行处理后的结果示意图；

图4B为优选实施例中L2测线电阻率剖面示意图及其与钻孔岩性柱状图的比对示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机***中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本发明的实施例提供了一种深部矿电磁探测方法，该方法包括：采用人工源形式，通过接地电极向地下发射预定频带信号；利用同步的阵列分布式观测***同时进行数据采集，作为实测数据；以及对实测数据进行数据筛选，以利用筛选后的数据实现深部矿电磁探测。在本发明中，依靠接地导线向地下发射电磁波，电磁波向地下传播至地下矿体，然后含有地下电阻率信息的电磁波返回至地面，在距离接地导线一定的范围内进行观测，根据观测信号，能够实现对地下矿体赋存状态的推测。

下面结合图1描述上述深部矿电磁探测方法的一个示例处理流程。

如图1所示，开始执行步骤S101，采用人工源形式，通过接地电极向地下发射预定频带信号。然后，执行步骤S102。

例如，接地电极的导线长度可以为1000-2000米，发射功率最大可以为50千瓦，根据接地电阻的不同，发射电压可以为500--1000伏，发射电流可以为10-50A。此外，向地下发射预定频带信号为宽频带方波(如图2A所示)，频带范围为为10^-3Hz～10⁴Hz，也即，高频端频率为10kHz，低频端为1000s。

在步骤S102中，利用同步的阵列分布式观测***同时进行数据采集，作为实测数据。然后，执行步骤S103。其中，阵列分布式观测***的精度例如高于100ns。

目前，现有技术中采用的是如图2B所示的传统的赤道向单机观测装置。与现有技术不同，在本发明中，采用如图2C所示的阵列分布式观测***来进行观测。也即，在本发明中，在离开发射导线源4-10公里的地方布设阵列式采集站(最多可达200个)，即阵列分布式观测***，各个阵列式采集站的数据采集是在同一时间进行的。在采集站之间，由于某种需要(例如地形障碍等)，可以相隔较远，采用若干手持终端来对就近的采集站进行配置、监督和管理。手持终端可以按照要求批量配置无线覆盖区域内的所有采集站或抽检区域内任意采集站的工作状况，对区域内各采集站进行监控和管理。

在步骤S103中，对实测数据进行数据筛选，以利用筛选后的数据实现深部矿电磁探测，然后结束处理。在步骤S103中，例如可以采用3D积分方程法进行偏移成像，以实现深部矿电磁探测。

进一步地，步骤S103中对实测数据进行数据筛选的步骤可以包括：采用人机交互方式剔除实测数据中的突变测片(slice)数据(以下简称第一筛选处理)；和/或剔除实测数据中的突变点(以下简称第二筛选处理)；和/或剔除实测数据中均方差大于或等于预定阈值的数据(以下简称第三筛选处理)。也就是说，步骤S103中可以根据实际需要来选择执行第一至第三筛选处理中的一种处理或多种处理，而且处理的先后顺序也不限于此，例如可以按照第三、第二、第一筛选处理的顺序执行，等等。

由于在数据采集过程中，某些测片可能会受到如雷电、电焊等人文环境突变干扰。在这种情况下，需要对将要叠加的测片进行编辑，将受到干扰的记录剔除，保留未受到干扰或受到干扰小的数据进行频域叠加(即第一筛选处理)，从而得到更好的结果。

此外，在电磁干扰严重的区域，某些频点所有测片的数据可能均会受到很大的干扰，造成叠加后的数据在频率-视电阻率曲线上突跳，从而形成飞点，对于此类数据，进行人工交互剔除操作，保留剩余数据(即第二筛选处理)，从而使得后续处理的效果更好。

此外，针对第三筛选处理，例如可以采用诸如相邻三点线性回归、alpha-trim滤波之类的低通滤波圆滑方法来进行数据剔除，处理效果较好。

本发明采用人工源的形式，通过接地电极，向地下发射一种宽频带信号，并通过一种阵列分布式观测***采集包括地下矿体信息的感应信号，通过去除不合格数据来获得高质量观测数据，实现对地下深部资源更精准的探测。

此外，本发明还提供了一种深部矿电磁探测装置，如图3所示，该装置包括：发射单元1，其用于采用人工源形式，将发电机能量通过发射机转换为向地下发射预定频带信号的激发能量，并通过接地电极注入地下；采集单元2，其用于利用同步的阵列分布式观测***(阵列分布式观测***的精度例如高于100ns)同时进行数据采集，作为实测数据；以及数据处理单元3，其用于对实测数据进行数据筛选，以利用筛选后的数据实现深部矿电磁探测。本发明采用人工源的形式，通过接地电极，向地下发射一种宽频带信号，并通过一种阵列分布式观测***采集包括地下矿体信息的感应信号，通过去除不合格数据来获得高质量观测数据，实现对地下深部资源更精准的探测。

进一步地，数据处理单元3用于：采用人机交互方式剔除实测数据中的突变测片数据；和/或剔除实测数据中的突变点；和/或剔除实测数据中均方差大于或等于预定阈值的数据。

进一步地，数据处理单元3在剔除实测数据中均方差大于或等于预定阈值的数据的过程中，采用诸如相邻三点线性回归、alpha-trim滤波之类的低通滤波圆滑方法来进行数据剔除。

进一步地，预定频带信号包括如下频带：10^-3Hz～10⁴Hz。

优选实施例

测区坐落于葫芦岛市西北35km处附近。测区内有三个钻孔，分别是JK-1井、JK-2井和JK-3井。共布置了西北-东南方向N-W302°四个剖面线作为四条测线L1、L2、L3和L4，其中L2线穿过JK-1井和JK-2井。四条测线各长约3.75km，长度共15.24km，物理测深点数(即测点)744个。测点间距20m，测线间距50m。

地面长导线源(接地电极)的长度大约为1500米，发射功率为40千瓦，发射电压为1000伏，发射电流为40A，工作频率范围为0.25～7680Hz，发射波形如图2A所示。此外，采用如图2C所示的阵列分布式观测***进行测量，收发距离约10km。

图4A是按照步骤S103中的数据筛选处理所得结果，具体包括如下处理：将实测数据中的突变点剔除；将在双对数坐标中视电阻率随频率的变化超过45度范围的数据剔除；将均方差大于预定阈值的数据剔除。图中空心点数据曲线表示处理前的信号曲线，而实心点数据曲线则表示处理后的信号曲线，显然，处理后的曲线比较光滑，数据质量明显改善。

图4B为L2线部分剖面的测量视电阻率剖面(视电阻率的计算方法与常规方法相同，在此不再叙述)，并与钻孔的岩性柱状图进行对比对。钻孔揭示了5个电性层，厚度390m左右为砂岩、粉砂岩和含砾砂岩层；其下为厚度237m左右的砾岩并含铝土矿层；第三层为电阻率极低的泥岩夹含煤层，岩芯揭示煤为质量较好的无烟煤，电阻率低至几个欧姆米；第四层为中高阻的灰岩、结晶灰岩、矽卡岩；终孔深度1700多米，为高电阻率的花岗岩基底。从图4B可以看出，勘查结果能很好地反映地下的岩性差异，特别是对于-600m深度附近的低阻煤层的解释结果与钻井的岩性吻合，充分说明了本专利技术的实用性和有效性。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种深部矿电磁探测方法，其特征在于，所述深部矿电磁探测方法包括：

采用人工源形式，通过接地电极向地下发射预定频带信号；

利用同步的阵列分布式观测***同时进行数据采集，作为实测数据；以及对所述实测数据进行数据筛选，以利用筛选后的数据实现深部矿电磁探测；

其中，在对所述实测数据进行数据筛选的过程中：

针对数据采集过程中测片受到雷电、电焊突变干扰的情况，采用人机交互方式剔除所述实测数据中的突变测片数据；以及

针对在电磁干扰严重的情况，剔除所述实测数据中的突变点；以及

采用低通滤波圆滑方法来剔除所述实测数据中均方差大于或等于预定阈值的数据。

2.根据权利要求1所述的深部矿电磁探测方法，其特征在于，所述阵列分布式观测***的精度高于100ns。

3.根据权利要求1所述的深部矿电磁探测方法，其特征在于，所述剔除实测数据中均方差大于或等于预定阈值的数据的步骤中，采用低通滤波圆滑方法来进行数据剔除。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的深部矿电磁探测方法，其特征在于，所述预定频带信号频带范围为：10^-3Hz～10⁴Hz。

5.一种深部矿电磁探测装置，其特征在于，所述深部矿电磁探测装置包括：

发射单元，其用于采用人工源形式，将发电机能量通过发射机转换为向地下发射预定频带信号的激发能量，并通过接地电极注入地下；

采集单元，其用于利用同步的阵列分布式观测***同时进行数据采集，作为实测数据；以及

数据处理单元，其用于对所述实测数据进行数据筛选，以利用筛选后的数据实现深部矿电磁探测；其中，在对所述实测数据进行数据筛选的过程中：

针对数据采集过程中测片受到雷电、电焊突变干扰的情况，采用人机交互方式剔除所述实测数据中的突变测片数据；以及

针对在电磁干扰严重的情况，剔除所述实测数据中的突变点；以及

采用低通滤波圆滑方法来剔除所述实测数据中均方差大于或等于预定阈值的数据。

6.根据权利要求5所述的深部矿电磁探测装置，其特征在于，所述预定频带信号包括如下频带：10^-3Hz～10⁴Hz。