【摘要】：瞬變電磁法(TEM)是以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ),采用人工場源激發(fā)的時間域電磁探測方法,是以大地中巖礦石的導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性為物性前提,通過不接地磁性源或接地電性源方式向地下發(fā)送脈沖信號,大地受激發(fā)產(chǎn)生瞬變電磁場,導(dǎo)電地質(zhì)體受感應(yīng)產(chǎn)生渦旋電流,產(chǎn)生二次場。TEM方法通過觀測、分析二次磁場的過渡過程,進(jìn)行地下地質(zhì)異常體的探測。近年來,國內(nèi)外對瞬變電磁法的儀器研發(fā)提出了較高的要求,為了能夠更好的適應(yīng)工程地球物理勘探和油氣地球物理勘探的需要,新型的多分量、多參數(shù)、大深度探測的瞬變電磁儀器進(jìn)入電磁探測領(lǐng)域,從原有的單一垂直分量測量到電場和磁場同時測量的時頻電磁法(TFEM)、長偏移距瞬變電磁法(LOTEM)、以及多通道瞬變電磁法(MTEM)等。其中,發(fā)射方式從以磁性源方式居多,朝大功率、大電流發(fā)射的電性源方式過渡,發(fā)射波形從雙極性信號往偽隨機信號過渡,為瞬變電磁法在不同深度和不同領(lǐng)域的應(yīng)用提供了巨大的發(fā)展空間。根據(jù)時間域瞬變電磁方法的發(fā)展和對儀器功能擴展的需求,設(shè)計研發(fā)了一種多通道瞬變電磁接收系統(tǒng),選用接地電性源方式發(fā)射,采用精準(zhǔn)時鐘同步和高精度GPS授時單元,設(shè)計六通道同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),可同步采集地面電磁五分量(Ex、Ey、Hx、Hy、Hz)和磁感應(yīng)強度變化率(dB/dt)。該設(shè)計方案符合未來瞬變電磁觀測系統(tǒng)的多分量、大深度探測和多參數(shù)解釋的發(fā)展方向,可實現(xiàn)同步多通道、多分量張量靈活組合的測量模式。主要研究成果如下:第一,在電法勘探中電磁感應(yīng)方法的理論指導(dǎo)下,以電路電子技術(shù)和計算機技術(shù)為支撐,通過進(jìn)一步研究瞬變電磁收發(fā)系統(tǒng)的特點、信息的采集方法和數(shù)據(jù)的處理技術(shù),開發(fā)設(shè)計了低噪聲電源電路板、采集與存儲控制板,以及通道數(shù)可靈活組合的模擬信號采集板,可以實現(xiàn)兩通道、四通道或六通道三種組合方式的新型多通道瞬變電磁接收儀系統(tǒng)。按照預(yù)設(shè)的思路進(jìn)行設(shè)計,該系統(tǒng)既可以作為電磁場信息的大地響應(yīng)接收系統(tǒng),也可以作為瞬變電磁發(fā)射系統(tǒng)的電流波形記錄裝置,具有靈活、多樣、高效等特點。第二,在接收儀的程序設(shè)計中,采用跨時鐘域同步技術(shù),實現(xiàn)了高達(dá)128k采樣速率的、多通道同步的數(shù)據(jù)采集及存儲功能,還兼具控制器之間的信息同步傳輸和數(shù)據(jù)交換。研發(fā)設(shè)計過程中,使用可編程邏輯器件設(shè)計了一個28位的高精度計時器來配合GPS秒脈沖信號,使各接收采集單元與發(fā)射系統(tǒng)的電流波形高精度同步,實現(xiàn)了時間信息和采集數(shù)據(jù)共同存儲;同時,為了對接收儀進(jìn)行標(biāo)定,設(shè)計了外置標(biāo)定單元電路;此外,采用超低功耗器件設(shè)計了無線監(jiān)測模塊,實現(xiàn)了接收儀運行狀態(tài)的遠(yuǎn)距離監(jiān)測。第三,多通道瞬變電磁接收儀能夠同步接收磁感應(yīng)強度變化率,還可以同步對兩個方向的電場分量及三個方向的磁場分量進(jìn)行觀測。因此,該方法所能提供的信息量大,空間覆蓋廣;隨著接收儀器動態(tài)范圍的擴大和采樣率的提高,在相同時間內(nèi),可以記錄更加豐富的有用信息。此外,該多通道瞬變電磁接收儀兼容多種發(fā)射機,如加拿大CRONE公司的Digital PEM系統(tǒng),鳳凰公司T-4、TXU-30發(fā)射機,以及ZONGE公司的GDP-32電法儀等;接收傳感器可使用空心線圈、不極化電極、磁探頭等裝置。第四,在實驗室完成了直流信號輸入時的性能測試,及交流信號輸入時的測試實驗;并進(jìn)行了信號精度測量及信噪比計算分析,還開展了儀器的穩(wěn)定性及道間一致性測試,驗證了本接收儀在高速采樣率下能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步采集與存儲,且可靠性很高。在不斷完善電路和改進(jìn)系統(tǒng)程序的過程中,完成了多通道瞬變電磁接收儀的研制。為了進(jìn)一步測試儀器的性能,還在空曠地區(qū)使用鳳凰公司T-4發(fā)射機以接地電性源發(fā)射方式,開展儀器的功能及性能測試,完成了兩條測線的同步接收與采集試驗,形成了兩條測線的剖面圖;并將本接收儀與鳳凰公司的V8系統(tǒng)同步采集的二次場單點數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比,兩套系統(tǒng)生成的衰減曲線形態(tài)一致性良好。第五,為驗證多通道瞬變電磁接收儀的勘探實用性,在四川省樂山市某礦區(qū)開展了儀器對比測試,通過采集橫跨礦脈測線的瞬變電磁數(shù)據(jù),提取瞬變的二次場信息,之后采用深度學(xué)習(xí)方法進(jìn)行去噪,進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的信噪比。在時間抽道后,對應(yīng)高異常的采集點與礦脈的走向趨勢一致,還與對應(yīng)化探數(shù)據(jù)曲線中銅元素的高異常分布位置相吻合。在開展場地測試過程中,選取了一個采集點,將本接收儀與中科院電子研究所的采集站進(jìn)行電場信息的并聯(lián)同步采集,兩個采集系統(tǒng)接收的電場波形一致。綜上所述,本接收儀可通過程序靈活配置為電場強度、磁感應(yīng)強度變化率以及磁場強度信息的采集系統(tǒng),可以實現(xiàn)一機發(fā)射,多機、多通道同步采集及發(fā)射電流記錄于一體的觀測系統(tǒng)。多通道主要表現(xiàn)為在同一偏移距上多個測點的信息同步采集和存儲,采用接地電性源方式發(fā)射,接收電場及磁感應(yīng)強度等信息,對同偏移距的信息處理與地震勘探數(shù)據(jù)處理方法相似,通過共偏移距剖面圖來推測地下某一深度目標(biāo)的地電信息,是一套集采樣通道多、動態(tài)范圍寬、存儲容量大及同步精度高等特點于一體的接收系統(tǒng),在數(shù)據(jù)去噪方面還引入了深度學(xué)習(xí)方法。該儀器的設(shè)計研究對于開展深部礦體的精細(xì)探測具有重要實踐意義,能大幅度的提高勘探效率,同時降低生產(chǎn)成本。
【圖文】：

12圖 1-1 技術(shù)路線圖3 接收儀的指標(biāo)對比如前所述，國內(nèi)電磁儀器在研發(fā)方面存在巨大的發(fā)儀器的研究也從未停歇，各大高校、科研院所及企中，期望憑借不懈努力，將理論方法更先進(jìn)、實用中來。由于物探儀器所涉及到方法種類較多，采用的元器質(zhì)量良莠不齊及其它方面的因素，導(dǎo)致國內(nèi)的儀器在掌握國內(nèi)外瞬變電磁方法理論的基礎(chǔ)上，將可用內(nèi)外知名的儀器公司生產(chǎn)的儀器進(jìn)行一個指標(biāo)對比充。

圖 2-1 瞬變場激發(fā)示意圖行瞬變電磁法觀測時，僅在一次場關(guān)斷后，采集感應(yīng)出的二次磁不做觀測和處理。根據(jù)測量所得到的數(shù)據(jù)，從理論上講，僅處理存在一次場源的干擾，這稱為瞬變電磁時間上的可分性；其次論得知，常用的方波脈沖可以視為由基頻與其他多次諧波頻率不同則對應(yīng)頻率的電磁波的波長則不同，那么不同延時觀測到率成份也不同，相應(yīng)地質(zhì)體中場的傳播速度也不同，因此勘探亭亭 等，2013），稱為空間上的可分性。電磁法就是基于時間和空間的這兩個可分性進(jìn)行勘測。在采集信號（高頻）反映地質(zhì)淺層情況，中晚期信號（低頻）反映較深究大地瞬變電磁場隨著時間變化的規(guī)律，即可探測大地電位在，這就是瞬變電磁的測深原理。變電磁場的激發(fā)方式
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P631.325

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本文編號：2708705