一种瞬变电磁抗干扰探测方法与流程

1.本发明涉及瞬变电磁探测技术，具体涉及一种瞬变电磁抗干扰探方法。


背景技术：

2.地面瞬变电磁法因其施工方便、分辨率高等原因被广泛应用于煤田水文地质勘查、金属矿勘探等领域。它是利用地面发射回线向地下发送一次场信号，断电期间在地面利用感应线圈探头接收感应电动势分量的一种勘探方法。进一步，将现有技术得到感应电动势分量后进行瞬变电磁反演，就能得到地下地层的电性特征。但是在实际应用中发现，在电磁环境复杂的勘探工区，感应线圈接收的信号易被电磁噪声干扰，接收的数据信噪比低，从而影响勘探精度。
3.授权公告号为cn102176064b的中国发明专利公开了cn105824052b的中国发明专利公开了一种地下目标体的瞬变电磁多分量合成方法和装置，它通过将电场水平和磁场垂直分量进行合成来提高瞬变电磁探测的分辨能力及解释精度，合成方法是将实测的电场感应电动势和磁场感应电动势通过积分转换成电场水平分量和磁场垂直分量，然后利用二者相加求模后的响应，来分析解释地下介质情况，缺点是实际中观测的垂直磁场分量易受周期性的工频干扰，影响原始数据的信噪比。
4.总体来看，现有技术多是从硬件角度、数据处理角度来压制背景电磁干扰信号和随机电磁干扰信号的，对于周期性工频干扰上述方法压制效果比较有限。


技术实现要素：

5.针对现有技术的缺陷或不足，本发明提供了一种瞬变电磁抗干扰探测方法。
6.为此，本发明所提供的方法采用瞬变电磁装置实现，所述瞬变电磁装置包括地面发射机、发射回线、接收机和至少一组接收电极；所述至少一组接收电极布置在发射回线所围设的内部区域，每组接收电极包括一个中心接收电极和围绕该中心接收电极布置的多个外围接收电极，且多个外围接收电极分布在过中心接收电极的x轴和y轴上，同时，中心接收电极x方向两侧分布的外围接收电极个数相同，中心接收电极y方向两侧分布的外围接收电极个数相同；同组内相邻接收电极x方向上的间距δd相同、y方向上的间距δl相同；
7.所述方法包括：所述地面发射机向发射回线周期性的发送正负交替的梯形波；所述发射回线用于向地下发送磁场信号；所述接收机在发射回线断电期间观测每组接收电极内中心接收电极所在测点x方向上的电场强度、y方向上的电场强度、分布在中心接收电极x方向两侧的各接收电极的y方向的电场强度，以及分布在中心接收电极y方向两侧的各接收电极的x方向的电场强度；之后采用公式(ⅰ)计算中心接收电极所在测点的感应电动势z方向分量uz
n,m
：
8.9.其中：中心接收电极所在测点p
n,m
的x方向上的电场强度为ex
n,m
、y方向上的电场强度为ey
n,m
；ex
n a,m
和ex
n-a,m
分别为位于测点p
n,m
y轴方向上两侧的接收电极的x方向上的电场强度，a＝1,2,3,...a，a≥1；ey
n,m b
和ey
n,m-b
分别为位于测点p
n,m
x轴方向上两侧的接收电极的y方向上的电场强度，b＝1,2,3,...,b，b≥1；n＝a 1；m＝b 1。
10.之后对各组接收电极的中心接收电极所在测点的感应电动势z方向分量uz
n,m
分别进行瞬变电磁一维反演，得到探测区域的地下介质的电性分布。
11.进一步，布置多组接收电极时，相邻两组之间共享接收电极。
12.进一步，所述发射回线布置为矩形，且发射回线内的发射电流沿顺时针方向。更进一步，所述x方向和y方向均位于发射回线所在平面，且x方向和y方向分别与矩形发射回线的两个边长平行，垂直发射回线所在平面的方向为z方向，xyz坐标系满足右手螺旋法则。
13.本发明的方法不直接观测瞬变电磁场易受电磁干扰影响的磁场信号，而直接观测抗干扰能力强的水平电场信号，然后利用法拉第电磁感应定律的微分方程，将水平电场分量转换成感应电动势垂直分量进行数据处理，在保证垂向分辨率的情况下，有效降低了观测信号中电磁噪声的成分，从而保证了地面瞬变电磁法的勘探精度。相比于现有技术，本发明不直接利用感应线圈测量垂直感应电动势分量，而是利用阵列电极测量水平电场分量，有效降低了观测信号中的干扰。本发明的方尤其适用于对瞬变电磁干扰区含富水低阻异常体进行勘探。
附图说明
14.图1为实施例中任一组接收电极的布置观测示意图；
15.图2为实施例中中心接收电极布置测点的分布模型示意图；
16.图3为实施例中其中一组接收电极的实测电场分量；
17.图4为图3所观测数据转化感应电动势z分量；
18.图5为实施例所获得的感应电动势z分量反演模型。
具体实施方式
19.除非有特殊说明，本文中的术语根据相关领域普通技术人员的认识理解。
20.本发明探测方法所用的瞬变电磁探测装置包括地面发射机、发射回线、接收机和至少一组接收电极，具体方案中接收电极组的数量根据探测区域范围确定。与现有探测方法不同的是：
21.(1)本发明的接收电极布置方式为：在发射回线所围设的内部区域布置至少一组接收电极，每组接收电极包括一个中心接收电极和围绕该中心接收电极布置的多个外围接收电极，且多个外围接收电极分布在过中心接收电极的x轴和y轴上，同时，中心接收电极x方向两侧分布的外围接收电极个数相同，中心接收电极y方向两侧分布的外围接收电极个数相同；同组内相邻接收电极x方向上的间距δd相同、y轴方向上的间距δl相同，其中δd和δl的取值根据现有瞬变电磁探测中测点点距和测线线距的确定方确定，一般情况下0≤δd≤点距，0≤δl≤线距，所述点距和线距是指根据现有瞬变电磁探测方法确定的点距和线距；布置多组接收电极时，相邻两组之间可共享接收电极；
22.(2)接收机在发射回线断电期间观测每组接收电极内中心接收电极x方向上的电
场强度、y方向上的电场强度、分布在中心接收电极x方向两侧的各接收电极的y方向的电场强度，以及分布在中心接收电极y方向两侧的各接收电极的x方向的电场强度，之后采用公式(ⅰ)计算中心接收电极所在测点的感应电动势z分量uz
n,m
：
[0023][0024]
其中：中心接收电极所在测点p
n,m
的x方向上的电场信号为ex
n,m
、y方向上的电场信号为ey
n,m
；ex
n a,m
和ex
n-a,m
分别为位于测点p
n,m
y轴方向上两侧的接收电极的x方向上的电场强度，a＝1,2,3,...a，a≥1；ey
n,m b
和ey
n,m-b
分别为位于测点p
n,m
x轴方向上两侧的接收电极的y方向上的电场强度，b＝1,2,3,...,b，b≥1；n＝a 1；m＝b 1。
[0025]
进一步，对感应电动势z分量uz
n,m
进行瞬变电磁一维反演，得到地下介质的电性分布。
[0026]
以下结合具体实施例对本发明做进一步详细解释说明。
[0027]
实施例1：
[0028]
该实施例的探测装置包括七组接收电极，发射回线以矩形布置在待观测地表，七组接收电极中的中心接收电极的测点分布如图2所示；任一一组接收电极在发射回线中的布置方式如图1所示，x和y坐标轴均位于水平面内，且分别与矩形发射回线额两个边长平行，垂直水平面方向为z坐标轴，xyz三维坐标系满足右手螺旋法则；任意一组接收电极中δd和δl取值均为10m；
[0029]
对于任意一组接收电极，接收机一段时间内(0.01s内)多次接收到的实测的点p
n,m-1
、p
n,m
、p
n,m 1
的ey分量ey
n,m-1
、ey
n,m
、ey
n,m 1
，和点p
n-1,m
、p
n,m
和p
n 1,m
的ex分量ex
n-1,m
、ex
n,m
、ex
n 1,m
如图3所示；采用公式(ⅰ)对图3所示各时间点采集的数据进行转换，所得中心接收电极所在探测点的感应电动势z分量如图4所示；
[0030]
得到图2所有测点上中心接收电极的感应电动势z分量后分别进行一维反演，获得地下介质的电性分布，如图5所示。
[0031]
按照此方法进行野外数据采集和数据处理，在保证纵向分辨率的情况下，极大的压制了野外数据的噪声，提高了瞬变电磁勘探的精度。