[發明專利]一種電性源時變接地負載的測量和參數提取方法

有效

• 申請號: 202011484861.3
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112649883B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 嵇艷鞠;邱仕林;王世鵬;于一兵;吳瓊;王遠;李剛
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01V3/38
• 分類號: G01V3/38
• 代理公司: 沈陽銘揚聯創知識產權代理事務所(普通合伙) 21241
• 代理人: 屈芳

本發明涉及一種電性源時變接地負載的測量和參數提取方法，根據實際電性源工作方式和負載構成，建立電性源時變接地負載等效電路模型；分別采用1次恒壓直流供電和多次不同頻率的正弦交流供電激勵，測量輸出的電壓和電流的幅值、相位；將電性源等效電路模型轉換為相量模型，根據多次測量的數據建立目標函數并設定約束范圍；采用粒子群歸一算法實現參數提取，迭代過程中成比例調整最優解粒子的各維度位置，使各維度的約束范圍在同一數量級；發射系統控制時序實現動態負載實時匹配。本發明的目的在于考慮了實際電性源負載的時變特性和復雜構成，能夠保證正常工作時發射電流波形的線性度，提取結果有利于剔除數據中一次場和實現目標地下介質的反演。

技術領域

本發明涉及地球物理勘探領域，具體地來講為一種電性源時變接地負載的測量和參數提取方法。

背景技術

在地球物理勘探領域，當采用電性源勘探方法(特別是在可控源音頻大地電磁法(CSAMT)、瞬變電磁法(TEM)、頻率域激發極化法(SIP))時，通常采用大功率發射系統供電，經長導線向大地發射大電流，實現地下介質的激勵。在實際野外工作中，發射電流的大小和關斷時間主要取決于負載電阻，其中負載電阻一般由供電電纜的阻抗、接地電極與土壤的接觸阻抗和地下地質體阻抗組成。為提高發射能量，需要減小負載電阻，而電極間的距離由探測方案決定，因此可以人工調整的部分只有接觸阻抗。實際施工中，采用大面積接地電極和增加鹽水來降低接觸阻抗。過去通常認為電性源負載電阻的阻值是始終不變的。然而在工作過程中電流會導致電極坑內的帶電粒子移動，產生極化效應，使接觸阻抗除了電阻特性還體現出電容特性。隨著電流大小與時間的累積，接地電極發熱和鹽水流失都會導致接地電極與土壤的接觸阻抗發生變化。隨時間變化的電性源負載阻抗，不僅會影響發射電流的幅值大小，也會改變發射電流的關斷時間和上升沿、下降沿的波形，影響和干擾了對后續被測數據的處理，無法準確剔除一次磁場。因此，針對以上情況，建立電性源負載阻抗的等效電路模型，基于現有發射系統硬件條件，準確地實現電性源負載測量和阻抗參數提取是十分必要的。

目前對于實際電性源勘探負載測量和參數提取的方法中，最為廣泛的就是在勘探過程中采集發射電壓和發射電流的幅值，根據歐姆定律計算負載阻抗。劉俊峰對電性源發射端接地電阻的布置方法進行了分析，但其目的是研究如何降低接觸電阻值，而忽略了大面積接地電極和增加鹽水的處理方法都會使接地阻抗隨時間發生改變。陳文廣研究了土壤電阻率在交流電流下的變化規律，雖然僅適用于變電站接地網絡的分析，仍在一定程度說明接地電極與土壤的接觸阻抗與發射電流密度有關，具有極化效應，并不是恒定不變的。

CN106950432A公開了一種地表長導線多頻率電感測量方法及電路，用已知的電壓信號源向長導線和已知阻值的標準電阻的串聯回路供電，通過直流和交流供電分別求得兩端接地長導線的電感值和電阻值。但是該方法只是簡單的認為兩端接地長導線的電抗只由電阻和電感構成，參數的計算方法過于簡單，忽略了接地電極與土壤的接觸阻抗的極化效應的復雜性。對于電性源負載阻抗而言，除了考慮供電長導線的阻抗的影響，還要考慮接地電極與土壤的接觸阻抗和地下地質體的阻性。

CN111398686A公開了一種接地電阻測量系統，通過電阻測量儀直接測量接地裝置的接地電阻，并將測得的電阻測量值與數據庫中的歷史電阻測量數據對比，判斷當前所測電阻值的準確性。但是該方法主要解決的問題是保存和對比同一測點的測量數據，顯然對于地球物理勘探領域來講，大多數情況都是面臨不同地域進行勘探，每次因為地下介質的不同和接地電極的重新布置都會導致電性源的負載不同，因此雖然也要保存和對比被測阻抗大小，更重要的是改進測量方法和提取各個結構的阻抗參數。

發明內容

本發明的目的在于針對現有電性源發射系統的負載測量方法過于簡單，而實際電性源負載構成復雜、具有極化效應且隨時間變化，建立了電性源負載等效電路模型，基于現有發射系統硬件條件，提供一種電性源時變接地負載的測量和參數提取方法。

本發明是這樣實現的，

一種電性源時變接地負載的測量和參數提取方法，該方法包括：