[發明專利]基于擴頻編碼技術的地面電磁勘探方法及其探測系統

有效

• 申請號: 201210214512.9
• 申請日: 2012-06-26
• 公開（公告）號: CN102721982A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 李艷紅;戴世坤;劉國強;李士強
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: G01V3/12
• 分類號: G01V3/12
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種地球物理勘探新方法，特別涉及一種擴頻編碼技術的地面電磁勘探方法及探測系統。

背景技術

頻率域電磁法勘探為地球物理勘探的重要手段。頻率域電磁法的原理是根據電磁信號在地下的穿透深度與地下介質的導電性質以及所用電磁波的頻率有密切的關系。當地下介質的電導率不變時，低頻的電磁波穿透的更深，了解到地下信息更多，高頻則相反。頻率域電法在尋找地下金屬礦藏、地質災害探測、水資源分布、煤炭、油氣等資源勘查方面都有著十分廣泛的應用。

目前比較常用的頻率域電法主要有：變頻法、奇次諧波法、雙頻電流法、可控源音頻大地電磁法（CSAMT）、aⁿ序列偽隨機法等。傳統的變頻激電法需要逐次改變頻率，一個一個頻率的供電和測量，所供電流的波形很難保持完全不變，接收時所受的干擾程度也不同，精度和效率低；奇次諧波法比起變頻法有所進步，能夠一次供電進行多個頻率諧波的測量，然而奇次諧波法諧波強度隨諧波次數成反比衰減，且諧波頻率分布不均勻；雙頻激電法將兩種頻率的電流合成，同時供入地下，一次性同時接收兩種頻率的信號，其成功克服了變頻激電的不足，與奇次諧波法相比，它的兩個頻率成分強度完全相等。但對于需要提取多個頻率地電信息的頻譜激電和電磁法來說，仍然難以一次獲得較為完整的激電頻譜；可控源音頻大地電磁法克服了大地電磁（MT）法場源隨機性的缺點，但其沿用MT法卡尼亞公式要求在“遠區”進行測量，達不到遠區公式不成立。

aⁿ序列偽隨機法實現了工作效率高、觀測精度高、儀器輕便、觀測參數豐富等優點。aⁿ序列偽隨機信號電法是根據偽隨機信號編碼的數學原理，用-1，0和1三個碼元分別表示電流I=-I，0，I，將n個不同頻率的電流，組合為含有n個主要頻率成分的合成電流，同時供入地下。一次觀測可以從地下提取n個不同頻率的響應。這種方法由于探測信號含有多個頻率成分，可同時測量，一定程度上提高了工作效率。以2n偽隨機信號為例，其場源電流中含有的主頻率按2n步進，主頻率的個數為3、5、7…157…等。根據頻率測深的原理，探測信號頻率的不連續性會造成地質探測深度的不連續，分辨率較低，進而影響地質探測的效果；另外，當外界信號與探測信號中某一頻率重合或接近時，極易影響整個波形的探測結果。為此，在采用這種方法進行探測時，人們不得不加大探測發送機功率，以提高接收信號的信噪比。但功率的加大造成其體積和重量的成倍的增長，不利于野外和山區的勘測。

對于頻率域電法而言，我們關注的是大地對供電波形的響應，理想頻率域場源信號應該具有頻率范圍寬、豐富的頻譜信息、頻譜精細化程度高、主頻能量分布均勻、信噪比高等特點。

就發送而言，目前的人工場源電磁探測方法發展的主要瓶頸為發送序列和發送功率兩方面，主要表現在發送序列的單一化和能量分布不均。已有的電磁探測法存在著發送序列復雜度和頻譜細化程度較低，信號功率譜密度低于噪聲功率譜密度、頻譜密度與主頻能量矛盾等問題，制約著電磁探測法的發展，使得單次觀測探測效率低，信噪比的提高依賴于系統能量的提高；就信號檢測方法而言，目前的電磁測探方法為了提高信噪比，均采用了多次疊加的觀測方法，抗干擾能力低，需要多次重復測量來獲得可靠信號。隨著對勘探深度和縱向分辨率要求的提高，以及現代社會人文干擾日益加劇，對電磁勘探檢測方法也提出了更高的要求。

英國愛丁堡大學Hobbs等人提出了用偽隨機編碼代替階躍電流，國內學者也有關于m序列及逆重復m序列偽隨機電磁法的研究。但此處提到的m序列及逆重復m序列電磁法所使用的序列復雜度不夠，頻譜均是在頻帶內等間距分布，其偽隨機譜線的疏密對辨識準確度影響很大，所使用的偽碼序列的限制使得信號功率譜密度低于噪聲功率譜密度；且對于m序列和逆m序列，半周期數T的選取對相關辨識算法精度影響很大，T和信號幅度I越大，誤差越小，T越大，譜線越密，但T太大，信號頻帶變寬，主頻能量變小，各種突變干擾對辨識脈沖響應的不良影響也越大，欲提高系統的信噪比，就需要加大系統功率。即所提出的方法，由于受到擴展信號頻譜的限制，仍然在走增加信號功率，減少噪聲，提高信噪比的路。

就信號檢測方法而言，目前的電磁測探方法為了提高信噪比，均采用了多次疊加的觀測方法，抗干擾能力低，需要很多次重復測量來獲得可靠信號。

發明內容