[發明專利]多功能雙向高密度電纜及其應用

有效

• 申請號: 201310469779.7
• 申請日: 2013-09-30
• 公開（公告）號: CN103545022A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 袁泉
• 申請（專利權）人: 深圳市鋇盛機電設備有限公司
• 主分類號: H01B7/00
• 分類號: H01B7/00;G01V1/20;G01V3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及地球物理勘探設備領域，尤其涉及多功能雙向高密度電纜及其應用。

背景技術

地球物理勘探簡稱“物探”，即用物理的原理研究地質構造和解決找礦勘探中問題的方法。它是以各種巖石和礦石的密度、磁性、電性、彈性、放射性等物理性質的差異為研究基礎，用不同的物理方法和物探儀器，探測天然的或人工的地球物理場的變化，通過分析、研究所獲得的物探資料，推斷、解釋地質構造和礦產分布情況。目前主要的物探方法有：重力勘探、磁法勘探、電法勘探、地震勘探、放射性勘探等，其中電法勘探和地震勘探，是成本較低、施工最簡單、探測效果也很明顯的兩種方法，目前在物探領域得到大規模的使用。

電法勘探是根據巖石和礦石電學性質(如導電性、電化學活動性、電磁感應特性和介電性，即所謂“電性差異”)來找礦和研究地質構造的一種地球物理勘探方法。電法勘探分為兩大類：直流電法(包括電阻率法、充電法、自然電場法和直流激發極化法等)和交流電法(包括交流激發極化法、電磁法、大地電磁場法、無線電波透視法和微波法等)。高密度電法是在常規電法基礎上發展起來的，與常規電法相比，它具有成本低、效率高、信息豐富、解釋方便、勘探能力強等優點。高密度電法指的是直流高密度電阻率法，但由于從中發展出直流激發極化法，所以統稱高密度電法。

目前高密度電法測量系統按照接入及布線方式的不同分為兩類：集中式高密度電法測量系統和分布式高密度電法測量系統。其中集中式高密度電法測量系統所采用的電纜為多芯多抽頭高密度電纜(以下簡稱“集中式電纜”)，分布式高密度電法測量系統所采用的電纜為分布式智能電纜(以下簡稱“分布式電纜”)。如圖1，集中式電纜的每根線芯與一個抽頭連接，抽頭與電極連接，從而實現電極與電極交換裝置的連接，因此線芯的數量至少等于電極上數量，線芯的長度為電極至電極交換裝置的長度。若每個抽頭需同時接入兩種類型的電極，那么線芯的數量要增加一倍，電纜重量也將大大增加，因此集中式系統一般只進行電阻率測試而不進行激電測試。分布式電纜將發射和接收回路所需要的線芯，以總線形式分布在高密度電纜里，橫跨所有的抽頭，同時在每個抽頭上嵌入交換電路，將與電極相導通的抽頭交換連接到發射回路、接收回路或空回路上。采用此種方式能夠有效減少電纜中線芯的數量，但分布式電纜需要在每個抽頭內集成交換電路，因此抽頭的結構設計十分復雜，完全依賴手工生產，效率較低且造價昂貴。若單個抽頭損壞，整根電纜都將無法使用，替換成本高。此外，無論是集中式系統還是分布式系統，在進行大電流測試時，均需加大電纜內線芯的線徑，從而增大了電纜的體積與重量。

地震測試時，每個檢波器均需要大線電纜(以下簡稱“大線”)中的兩個線芯構成一個回路，如圖2。很明顯，回路的總線長會隨著測點的不同而發生變化，故不同回路受到的噪聲干擾和線阻差異較大，所得測試結果的精確度受到影響。考慮到大線的重量和體積，目前使用最為廣泛的是規格為24芯12通道。采用這種電纜進行測試時，離設備最遠的檢波器和最近的檢波器相比，測量回路的長度相差11倍，意味著兩個通道被環境噪聲干擾的強度、接入到主機的電纜的線阻都相差11倍，從而導致不同通道之間的一致性得不到保證。對于高精度的地震測試，這種誤差是非常可觀的。

另外，當測試較長或超長的測試面時，往往采用分布式測線系統，即通過多臺設備覆蓋斷面并進行測量，如圖3。因此各分布設備之間的有效通信，對于提高測試效率有著十分重要的意義，否則每臺設備都必須有專業人員進行操作維護，各設備上的測試數據依靠手工拷貝方式進行匯總處理，效率會很低。并且，地震勘探是通過儀器檢測、記錄人工激發地震的反射波、折射波的傳播時間、振幅、波形等以獲取相關數據，因此對時間的同步性要求高，因此必須具備專門的同步功能。傳統的測試中每臺設備均需專人進行控制，因此在時間上難以達到較高的同步性。設備與設備之間往往采用無線通訊的數據傳輸方式，易受周圍環境的影響與干擾，穩定性不強。

電法和地震方法雖然在技術原理上完全不同，但是在施工布置和測試方法上，有一定的相似性。它們都需要在連續的測試斷面上，按照一定的間隔布置一定數量的電極或檢波器，并采用特制的多芯電纜將電極或檢波器接入到測試主機。對于更長的測試面，通常采用有多套獨立的系統進行分布式測量，或者使用更大更長的電纜，覆蓋整個測試區域，連接所有的電極或傳感器。實際測試中，考慮到電纜的體積和重量，因此必須限制電纜的長度和芯數.

隨著各類物探應用逐漸向更大范圍、更長斷面、更深、更偏遠的區域發展，對于物探儀器系統也提出了很大的挑戰。一方面要求設備能夠覆蓋到更大的測試范圍和更長的測試斷面，另一方面還要求設備體積更小、重量更輕，更便于攜帶和搬運。