一种基于多频段自适应接地的音频大地电磁测深法稳定数据采集方法与流程

本技术涉及地球物理勘探，特别涉及一种基于多频段自适应接地的音频大地电磁测深法稳定数据采集方法。

背景技术：

1、音频大地电磁测深法（amt，audio-frequency magnetotelluric method）是一种利用天然电磁场在预设工作频段内研究地下电性结构的地球物理勘探方法，广泛应用于矿产资源勘查、地质构造研究及地热资源调查等领域。在该方法中，接地装置用于将amt信号采集主机与大地电性连接，为电磁场信号提供参考电位并构成测量回路。现有amt接地装置通常采用金属电极或金属接地网结构，在测点处将电极插入地表或埋入浅层土壤中，通过电极与土壤的接触形成接地通路；为降低接触电阻，部分现有技术采用增大电极与土壤接触面积、增加电极数量或向电极周围添加导电介质等方式，使电极与大地之间形成电性连接，随后由amt信号采集主机通过该接地通路采集电磁场信号。

2、在一些特殊地区，比如在广西壮族自治区山地碎石裸露地区，地表覆盖层薄、碎石层电阻率极高，电极与大地之间接触不良，导致现有接地装置在全频段内的接地阻抗普遍偏高，且高频段接地阻抗显著大于低频段，造成amt信号在高频段衰减严重、信噪比降低、有效数据获取率下降，视电阻率曲线和相位曲线在高频段出现断点或跳动，影响后续反演解释精度。其根本原因在于，现有接地装置多采用单一材料或单一结构的电极形式，无法在amt全频段内同时兼顾低频、中频和高频信号的接地需求，且缺乏对碎石裸露山地环境参数变化和接地阻抗变化的动态响应能力，导致接地阻抗随频率和环境条件变化而波动，难以在全频段内维持稳定的低阻抗接地状态。

技术实现思路

1、本技术提供了一种基于多频段自适应接地的音频大地电磁测深法稳定数据采集方法，用于解决如何针对碎石裸露山地高阻、接触不良的条件，在amt全频段内实现稳定、低阻抗的接地，以提高amt数据采集质量和稳定性的问题。

2、本技术第一方面提供了一种基于多频段自适应接地的音频大地电磁测深法稳定数据采集方法，包括：

3、在amt测点处构建多频段自适应接地系统，所述多频段自适应接地系统包括环境自适应控制单元、智能接地阻抗匹配模块、信号质量监测与反馈模块和导电凝胶自动释放装置；

4、根据所述amt测点的环境参数和amt信号频率，通过所述环境自适应控制单元选择接地模式，并通过所述智能接地阻抗匹配模块进行初始阻抗匹配，得到匹配后的多频段自适应接地系统；

5、通过所述匹配后的多频段自适应接地系统，在预设amt工作频段内采集电磁场信号，并通过所述信号质量监测与反馈模块实时监测所述多频段自适应接地系统的接地状态参数；

6、当所述接地状态参数中的接地阻抗超过设定阈值时，控制所述导电凝胶自动释放装置向电极周围释放导电凝胶，和/或通过所述智能接地阻抗匹配模块动态调整阻抗匹配参数，并根据监测结果对所述多频段自适应接地系统进行反馈优化；

7、当amt数据质量满足预设条件时，输出稳定采集的amt数据；当amt数据质量不满足预设条件时，重复所述反馈优化，直至amt数据质量满足预设条件。

8、更进一步地，所述多频段自适应接地系统还包括宽频带低阻抗接地电极阵列和分布式电容耦合网络；其中，所述宽频带低阻抗接地电极阵列和所述分布式电容耦合网络布置于所述amt测点，通过所述宽频带低阻抗接地电极阵列在amt工作频段内形成多频段接地通路，并通过所述分布式电容耦合网络提供高频信号的低阻抗耦合通路。

9、更进一步地，所述宽频带低阻抗接地电极阵列包括高频响应层、中频传导层和低频渗透层；所述分布式电容耦合网络包括多个电容耦合单元；所述宽频带低阻抗接地电极阵列和所述分布式电容耦合网络布置于所述amt测点，包括：

10、将所述高频响应层平铺于所述amt测点的地表，将所述中频传导层植入所述amt测点的碎石层下伏湿润土层，将所述低频渗透层埋设于所述宽频带低阻抗接地电极阵列周围；

11、以所述宽频带低阻抗接地电极阵列为中心，呈放射状铺设所述多个电容耦合单元，并使各所述电容耦合单元之间对应连接；

12、其中，所述高频响应层用于优化高频信号接地，所述中频传导层用于优化中频信号传导，所述低频渗透层用于通过释放导电离子优化低频信号接地，所述多个电容耦合单元用于通过电容耦合效应为高频信号提供低阻抗通路。

13、更进一步地，所述根据所述amt测点的环境参数和amt信号频率，通过所述环境自适应控制单元选择接地模式，包括：

14、通过所述环境自适应控制单元采集所述amt测点的环境参数，所述环境参数包括温度、湿度和土壤电阻率中的至少一种，并检测amt信号频率；

15、根据所述环境参数和所述amt信号频率，从预设的多种接地模式中选择与当前环境参数和amt信号频率相匹配的接地模式；其中，不同接地模式对应不同的接地电极阵列配置、分布式电容耦合网络接入方式或导电凝胶释放策略。

16、更进一步地，所述通过所述智能接地阻抗匹配模块进行初始阻抗匹配，得到匹配后的多频段自适应接地系统，包括：

17、通过所述智能接地阻抗匹配模块的阻抗监测电路测量所述多频段自适应接地系统的初始接地阻抗；

18、通过所述智能接地阻抗匹配模块的dsp处理器，根据所述初始接地阻抗和所述amt信号频率计算初始匹配参数；

19、基于所述智能接地阻抗匹配模块的可调匹配网络，按照所述初始匹配参数调整匹配状态，使所述多频段自适应接地系统处于初始匹配状态。

20、更进一步地，所述通过所述匹配后的多频段自适应接地系统，在预设amt工作频段内采集电磁场信号，并通过所述信号质量监测与反馈模块实时监测所述多频段自适应接地系统的接地状态参数，包括：

21、通过amt信号采集主机和磁传感器，在所述匹配后的多频段自适应接地系统的支持下，按照预设采集参数在amt工作频段内采集电场信号和磁场信号；

22、通过所述信号质量监测与反馈模块的电位差监测电路实时监测所述宽频带低阻抗接地电极阵列的接地电极电位差，通过所述信号质量监测与反馈模块的接地电流监测电路实时监测通过所述多频段自适应接地系统的接地电流，并通过所述信号质量监测与反馈模块的信号分析模块实时计算amt信号的信噪比和频谱特性，以得到接地状态参数。

23、更进一步地，所述当所述接地状态参数中的接地阻抗超过设定阈值时，控制所述导电凝胶自动释放装置向电极周围释放导电凝胶，包括：

24、当所述接地状态参数中的接地阻抗超过设定阈值时，根据所述接地阻抗超过所述设定阈值的程度确定导电凝胶的释放量；

25、通过所述导电凝胶自动释放装置的控制阀按照所述释放量开启，并通过所述导电凝胶自动释放装置的压力释放机构将储胶罐中的导电凝胶经所述宽频带低阻抗接地电极阵列的导电凝胶释放孔向电极周围均匀释放。

26、更进一步地，所述通过所述智能接地阻抗匹配模块动态调整阻抗匹配参数，包括：

27、通过所述智能接地阻抗匹配模块的阻抗监测电路实时测量所述多频段自适应接地系统在当前amt信号频率下的当前接地阻抗；

28、通过所述智能接地阻抗匹配模块的dsp处理器，根据所述当前接地阻抗和所述当前amt信号频率计算动态匹配参数；

29、通过所述智能接地阻抗匹配模块的可调匹配网络，按照所述动态匹配参数调整匹配状态，以降低所述当前amt信号频率下的接地阻抗。

30、更进一步地，所述根据监测结果对所述多频段自适应接地系统进行反馈优化，包括：

31、根据所述接地状态参数中的信噪比和/或频谱特性，通过所述信号质量监测与反馈模块的反馈控制算法生成反馈优化指令；

32、根据所述反馈优化指令，调整所述环境自适应控制单元所选择的接地模式、所述智能接地阻抗匹配模块的阻抗匹配参数、所述导电凝胶自动释放装置的导电凝胶释放策略以及所述分布式电容耦合网络的接入方式中的至少一种。

33、更进一步地，所述当amt数据质量满足预设条件时，输出稳定采集的amt数据，包括：

34、根据当前采集的amt数据的视电阻率曲线连续性、相位曲线质量、信噪比和有效数据获取率中的至少一种，判断当前采集的amt数据是否满足预设条件；

35、当当前采集的amt数据满足预设条件时，将当前采集的amt数据作为稳定采集的amt数据输出至数据处理终端。

36、从以上技术方案可以看出，本技术具有以下优点：

37、本技术在amt测点处构建的多频段自适应接地系统包括环境自适应控制单元、智能接地阻抗匹配模块、信号质量监测与反馈模块和导电凝胶自动释放装置，使接地系统具备环境自适应、阻抗匹配、信号监测和导电凝胶释放等多种功能，从而为在碎石裸露山地条件下实现全频段稳定接地提供了系统基础；根据amt测点的环境参数和amt信号频率，通过环境自适应控制单元选择接地模式，并通过智能接地阻抗匹配模块进行初始阻抗匹配，使接地系统能够随环境条件和信号频率变化自动选择相匹配的接地模式并完成初始阻抗匹配；在匹配后的多频段自适应接地系统支持下采集电磁场信号，并通过信号质量监测与反馈模块实时监测接地状态参数，使数据采集与接地状态监测同步进行；在接地阻抗超过设定阈值时，控制导电凝胶自动释放装置向电极周围释放导电凝胶，和/或通过智能接地阻抗匹配模块动态调整阻抗匹配参数，并根据监测结果进行反馈优化，使接地系统能够在接地阻抗升高时自动作出响应，无需人工干预即可维持全频段内的低阻抗接地状态，减少因接触不良导致的信号衰减；在amt数据质量满足预设条件时输出稳定采集的amt数据，在不满足预设条件时重复反馈优化直至满足预设条件，保证输出数据的稳定性和可靠性，显著提高了amt数据采集的质量和稳定性。