[發明專利]地面三分量磁力定向方法及地面三分量磁力定向勘探裝置

在審

• 申請號: 201610046027.3
• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN105572749A
• 公開（公告）日: 2016-05-11
• 發明（設計）人: 李永濤;高揚;李美宏
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G01V3/08
• 分類號: G01V3/08
• 代理公司: 武漢華旭知識產權事務所 42214
• 代理人: 劉榮;江釗芳

技術領域

本發明涉及一種地面三分量磁力定向方法及地面三分量磁力定向勘探裝置，屬于地 球物理勘探領域。

背景技術

磁法勘探是以巖石、礦石(地層)與其圍巖的磁性差異為物質基礎，用專門的磁法 儀器設備觀測和研究物理場的變化規律，進而達到查明地質構造、尋找礦產資源和解決 水文、工程地質問題和環境監測等問題。縱觀磁法勘探的趨勢，第一階段為標量測量， 第二階段為梯度張量測量，第三階段為矢量測量。目前我國野外移動式磁測主要是以磁 場總場的單一參數測量為主，屬于第一階段。FVM-400型三分量磁力儀是國內新引進的 國外儀器，主要用來進行三個分量的全空間磁測，這是磁法勘探進入第二個階段(梯度 張量測量)的一個中間過程，這從礦產勘查方面來說，也擴大了磁法勘探的應用范圍， 即使在坑道等特殊的地區也可以得到應用。目前，我國的第二、三階段還沒有實現，所 以制約了地質找礦和工程勘查。隨著地質找礦和地質工程問題的要求越來越高，傳統單 一的總場磁測已不能滿足地質勘探要求，多參數及矢量測量是目前的發展趨勢。這是因 為多參數測量對于地質找礦和工程勘查具有重要的應用價值。

目前國內外的“磁通門磁力儀”和“超導磁力儀”雖然已經實現了三分量的實測， 但該儀器在地面勘探時，其探頭的高精度水平平臺及三軸定向裝置問題難以實現，往往 采用機械定向，即采用鏡筒、標尺、人工觀測的方法，費時、精度低、誤差大。如國外 生產的FVM-400三軸磁通門磁力儀能進行三分量磁測，在選用直角坐標模式下顯示磁 場的大小，磁傾角和磁偏角三個參數。這種三分量磁測在測量技術、資料處理、圖示顯 示及解釋等方面還沒有以往儀器的那些較成熟的方法和規范，特別是三軸坐標的校正問 題沒有解決，往往工作人員在野外要花很多時間進行三軸的定向，因而工作效率低，這 就是目前三分量磁力儀在我國沒有普及和推廣的主要原因之一。因而，目前使用三分 量磁力儀的用戶較少，為了克服以上地面三分量找礦中的種種弊端，特開展了該儀器的 研發。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本發明提供了一種地面三分量磁力定向方法及地面三分 量磁力定向勘探裝置，利用儀器可完成傳感器三軸自身正交校正，也可以實現傳感器三 軸坐標與地理坐標轉換，達到既可以進行快速測量，同時又可以獲得比傳統質子磁力儀 更豐富的空間地磁場參數，為地質找礦提供全方位的地球物理數據；此外，為了解決野 外測網的定點問題，系統還設計有GPS或北斗的定位系統，最終形成野外三分量磁測 的“一鍵”完成。

本發明為解決其技術問題所采用的技術方案是：提供了一種地面三分量磁力定向方 法，包括以下步驟：

(1)在探頭中設置定位模塊、磁通門傳感器和慣性測量模塊，將定位模塊、磁通 門傳感器和慣性測量模塊與控制器模塊連接，將控制器模塊與矩陣鍵盤和液晶顯示模塊 連接；

(2)通過矩陣鍵盤發送16進制命令到控制器模塊，控制器模塊接收16進制命令 后控制與其相連的磁通門傳感器、定位模塊和慣性測量進行測量；

(3)磁通門傳感器將測量得到的三軸信號G_x、G_y和G_z傳輸至控制器模塊，定位 模塊實時地將位置數據和時間數據傳輸至控制器模塊，慣性測量模塊實時地將姿態數據 α_x、α_y、α_z、ω_x、ω_y和ω_z傳輸至控制器模塊；

(4)控制器模塊采用最小二乘擬合算法對三軸信號進行正交校正，以補償因為磁通門傳感器內部三軸直接的正交角度誤差所帶來的影響；同時控制器模塊根據探頭中的慣性測量模塊傳輸的姿態數據確定姿態矩陣的初始值；再將α_x、α_y、α_z、ω_x、ω_y和ω_z變換到統一的選定坐標系，最后通過初始對準的誤差補償、姿態矩陣的計算，獲得探頭所在位置的姿態參數，所述姿態參數包括探頭的三軸航向角俯仰角θ和滾轉角γ；

(5)將姿態參數通過液晶顯示模塊進行顯示。

步驟(4)所述的統一的選定坐標系采用地理坐標系或大地坐標系。