一种超导瞬变电磁连续测量系统及方法

本发明涉及瞬变电磁勘探，尤其是涉及一种超导瞬变电磁连续测量系统及方法。

背景技术：

1、瞬变电磁法是地质勘探、矿产勘查和水文地质探测领域的核心地球物理勘探方法之一。常规瞬变电磁设备通过观测感应电动势实现信号采集，由于晚期感应信号微弱，通常依赖多次数据叠加压制噪声、提升数据信噪比。随着超导技术的发展，超导磁强计逐步应用于瞬变电磁勘探领域，相较于常规感应线圈传感器，超导磁强计可直接观测磁场信号，具备灵敏度高、低频响应好、晚期探测能力强的突出优势，能够弥补常规瞬变电磁晚期数据微弱、深部探测精度不足的缺陷，在深部地质勘探领域具有较高的应用价值。

2、目前超导瞬变电磁野外测量已逐步落地应用，但受限于超导传感器对工作磁场环境敏感、需维持锁定状态才能稳定输出的工作特性，行业内仍沿用传统的点测式叠加采集模式，尚未形成适配超导磁场测量特性的专属采集方法。当前通用的测量流程为：采用单点独立测量模式，工作人员移动设备至单个测点后，人工手动操作控制器调制补偿信号以抵消当前测点地磁场，使超导磁强计短暂进入锁定稳定状态；在有限的稳定窗口期内多次采集瞬变电磁衰减曲线，通过多次曲线叠加压制噪声，获取该测点的最终衰减数据；单点测量完成后停机移动设备至下一测点，重复人工调制和叠加采集步骤，逐点完成剖面测量。

3、上述点测叠加式测量方案在实际应用中存在多方面不足。采集效率方面，全程依赖人工逐点调试、手动锁机和停机切换测点，无法连续作业，野外勘探工序繁琐、工期漫长，难以适配大面积、长剖面的快速勘探需求。数据质量方面，叠加采集策略与超导磁强计的工作特性并不匹配，超导磁强计直接采集磁场信号，晚期数据幅值强、原生信噪比高，本身无需叠加，盲目叠加反而会将人工调制不稳定和传感器短暂失锁产生的异常数据混入正常数据，叠加次数越多衰减曲线扭曲越严重，导致晚期数据失真。设备稳定性方面，地磁场抵消和传感器锁定完全依赖人工手动调节，存在滞后性强、调制精度差、主观性大的问题，野外复杂磁场环境下传感器频繁失锁，稳定测量窗口期短且不稳定，数据采集随机性大、重复性差。此外，传统叠加模式无法区分正常数据与失锁异常数据，仅通过简单叠加平均处理，异常数据被保留并放大，最终造成地质反演结果偏差，影响勘探准确性。

4、综上，现有点测叠加式测量方案与超导磁强计的工作特性存在根本性不匹配，采集效率、数据精度、设备稳定性和自动化程度均难以满足深部地质勘探的实际需求，制约了超导瞬变电磁技术的野外规模化应用。因此，亟需一种能够自动补偿地磁场、采用非叠加采集模式并支持测点连续切换的超导瞬变电磁测量方法，以克服现有技术的上述缺陷。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种超导瞬变电磁连续测量系统及方法，针对现有超导瞬变电磁点测叠加式测量方案采集效率低、叠加导致数据失真、人工干预依赖度高的缺陷，通过自动地磁场动态补偿锁定、非叠加连续数据采集和测点连续切换自动衔接，实现超导瞬变电磁野外剖面的高效、稳定、高精度连续测量。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种超导瞬变电磁连续测量系统，包括主控控制器、超导磁强计、磁场补偿调制模块、瞬变电磁发射机、数据采集存储设备和姿态监测设备；

3、所述主控控制器分别与所述磁场补偿调制模块、所述瞬变电磁发射机、所述数据采集存储设备和所述姿态监测设备电性连接；所述超导磁强计分别与所述磁场补偿调制模块和所述数据采集存储设备连接；

4、所述主控控制器用于控制所述超导磁强计实时采集当前测点的静态地磁场数据，根据实测地磁场数值与预设磁场补偿阈值的比对结果生成反向补偿控制指令并下发至所述磁场补偿调制模块，由所述磁场补偿调制模块输出补偿信号抵消测点地磁场，以使所述超导磁强计维持锁定状态；

5、所述主控控制器还用于在所述超导磁强计处于锁定状态下，控制所述瞬变电磁发射机发射激励信号，并控制所述数据采集存储设备以非叠加单次原始数据采集模式连续采集每一测量周期的瞬变电磁磁场衰减曲线原始数据；

6、所述主控控制器还用于根据所述姿态监测设备上传的位置数据识别测点切换动作，并在测点切换时自动更新地磁场补偿参数，控制所述磁场补偿调制模块适配新测点的地磁场环境，以实现连续测量。

7、一种超导瞬变电磁连续测量方法，基于如上所述的系统实现，步骤如下：

8、s1，控制超导磁强计实时采集当前测点的静态地磁场数据；

9、s2，将实测地磁场数值与预设磁场补偿阈值（一般设置50000nt左右）进行比对，根据比对结果执行地磁场补偿，使所述超导磁强计维持锁定状态；

10、s3，在所述超导磁强计处于锁定状态下，按照预设时序发射激励信号，发射基频一般小于5hz（对应时基为50ms），占空比50%，发射框边长根据实际情况选择200m~1000m，发射电流一般大于20a。同时以非叠加单次原始数据采集模式连续采集每一测量周期的瞬变电磁磁场衰减曲线原始数据，采样率一般设置为1mhz；

11、s4，采集过程中实时监测所述超导磁强计的锁定状态和地磁场波动幅值，当检测到失锁或地磁场波动超出预设阈值时，剔除当前周期的异常数据；

12、s5，实时采集设备的位置移动数据，根据所述位置移动数据识别测点切换动作，当测点发生切换时，自动更新地磁场补偿参数，并返回执行步骤s2至步骤s4，以实现连续测量。

13、优选地，步骤s1之前，还包括：通过人机交互终端录入预设测量参数并完成系统初始化，所述预设测量参数包括野外测量剖面路径、采样频率、磁场补偿阈值、传感器锁定状态阈值、异常数据判别阈值和瞬变电磁发射时序参数。

14、优选地，步骤s2中，实时监测所述超导磁强计的锁定电压作为锁定状态参数，当所述锁定电压偏离预设范围时，动态微调补偿信号的幅值。

15、优选地，步骤s2中，通过闭环控制方式动态维持所述超导磁强计的锁定状态：实时采集所述超导磁强计的输出信号作为反馈量，将所述反馈量与锁定目标值进行比较，根据比较结果持续调整补偿信号，使所述超导磁强计的工作磁场始终维持在锁定区间内。

16、优选地，步骤s3中，所述非叠加单次原始数据采集模式为：每一测量周期独立采集完整的瞬变电磁磁场衰减曲线原始数据并直接存储，不同测量周期的数据之间不执行叠加平均处理。

17、优选地，步骤s4中，仅将所述超导磁强计处于稳定锁定状态且地磁场波动幅值未超出所述预设阈值时采集的原始测量数据纳入有效数据集。

18、优选地，步骤s5中，通过gps定位单元和九轴姿态传感器实时采集设备的经纬度坐标、航向角、俯仰角和横滚角数据，根据所述经纬度坐标的变化判断测点是否发生切换。

19、优选地，测量完成后，将采集到的有效瞬变电磁衰减数据批量整理并分类存储，生成连续测量剖面数据文件。

20、优选地，在水下或航空瞬变电磁勘探场景中，通过深度传感器或气压高度计采集设备的深度或高度数据，结合所述深度或高度数据与平面位置数据识别三维空间中的测点切换动作。

21、相比于现有技术，本发明公开了以下技术效果：

22、第一，本发明通过主控控制器自动采集静态地磁场数据并生成反向补偿控制指令，配合磁场补偿调制模块动态抵消测点地磁场，替代了传统人工手动调制和手动锁频的操作方式，能够取消测点切换后的停机调试步骤，实现野外剖面连续不间断测量，有利于提升野外测量效率、缩短勘探工期。

23、第二，本发明针对超导磁强计直接观测磁场、晚期数据幅值强、原生信噪比高的特性，采用非叠加单周期原始数据采集模式，避免了传统叠加策略将失锁异常数据混入正常数据而导致的衰减曲线扭曲问题，有利于完整保留超导磁场测量的原生高精度晚期数据，提升数据真实性。

24、第三，本发明通过主控控制器实时监测超导磁强计锁定状态参数并动态微调补偿信号幅值，形成地磁场补偿闭环控制，能够实时适配野外复杂多变的地磁场环境，有利于维持超导磁强计持续锁定工作状态，降低传感器频繁失锁的风险。

25、第四，本发明在数据采集过程中实时监测锁定状态和地磁场波动，对失锁或波动超阈值的周期数据自动标记并剔除，仅保留稳定锁定工况下的有效数据，能够从数据采集源头过滤异常数据，有利于提升测量数据的一致性和可靠性。

26、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。