温SQUID传感器5与接收机6之间通过差分信号线连接，发射单元 与接收单元通过GPS同步进行数据传输。
[0033]接收机6由第一缓冲器10、第二缓冲器11、放大器12、低速模数转换器13、高速模数 转换器14、存储卡15和主控模块16组成，其中第一缓冲器10、高速模数转换器14和存储卡15 相串联，第二缓冲器11、放大器12、低速模数转换器13和存储卡15相串联，SQUID传感器信号 经过第一缓冲器10后被传送到高速模数转换器14内，同时SQUID传感器信号经过第二缓冲 器11后再经过放大器12被传送到低速模数转换器13内，高速模数转换器14和低速模数转换 器13由主控模块16控制将采集的数据存储到存储卡15内。
[0034]本发明提供的基于低温SQUID的磁源激发极化-感应的联合探测方法，其方法如下 所述：
[0035]步骤一、铺设矩形发射回线，大功率发射机双极性方波；
[0036]铺设矩形发射回线4,一般选择边长100米的正方形回线，发射参数可以根据实际 探测需要改变发射频率，为减小上升沿产生的二次场对瞬变电磁信号的影响，采用大功率 发射机1发射低频、占空比50 %的双极性方波，发射脉宽优选大于100ms，发射电流一般选择 100A，发射机采用GPS同步方式。
[0037]步骤二、将无感电阻2串联在发射回线4中，利用电流采集卡3记录完整的发射波 形;无感电阻2阻值一般选择0.001欧姆，利用电流采集卡3记录完整的发射波形，同样采用 GPS同步方式。
[0038]步骤三、低温SQUID传感器5放置在发射回线4所围设区域的中心部位，同时用采样 率为2MSPS和30KSPS的低速模数转换器13、高速模数转换器14采集中心磁场的垂直分量，采 集单元与接收单元采用GPS同步;通过快速SPI接口与主控模块16通信，低速模数转换器13 前端一般接2000倍固定增益仪表放大器12,实现采集动态范围大于140dB;采集数据存储在 高速SD卡中，通过GPS与发射机同步。
[0039] 步骤四、根据记录的发射电流用毕奥沙法尔定律计算中心点的一次场，将一次场 从SQUID接收到的磁场信号中剔除掉；
[0040] 根据步骤一中记录的发射电流I(t)用毕奥沙法尔定律计算中心点的一次场H(t)， 毕奥-沙法尔定律表达式为：
[0041]
[0042] 其中Η为磁场强度，为线元电流，R为元电流相对于中心点的位置矢量。
[0043]其中on-1 ime段在中心点产生的磁场Ho，步骤三中低温SQUID在中心点接收到的磁 场Hz (t)，其中on-time段接收的磁场为Ηζο，得到校正系数K = Hzq/Hq，根据校正系数可以有 效剔除一次场的影响，得到的二次场为Hz'（t) = (Hz(t)-H(t)*K)。
[0044] 步骤五、根据含极化层层状大地瞬变电磁信号时域特征提取极化率-电导率双参 数，并进行电阻率-深度成像。
[0045] 如图4所示的步骤五中含极化层层状大地瞬变电磁信号时域特征，在实测数据的 早期和晚期提取电阻率，中期提取极化率，最后进行电阻率-深度成像。
[0046] 图5为电阻率-深度示意图，实验结果与钻井资料吻合，充分验证了本发明的有效 性，为瞬变电磁在可极化大地进行有效探测提供了新的思路和方法。
【主权项】
1. 一种基于SQUID的磁源激发极化-感应的联合探测系统，其特征在于:包括有发射单 元和接收单元，其中发射单元由大功率发射机、无感电阻、电流采集卡和发射回线组成，其 中大功率发射机和无感电阻与发射回线串联连接，大功率发射机、无感电阻和发射回线形 成闭合回路，电流采集卡并联在无感电阻两端，用于采集发射回线中的发射电流，接收单元 由低温SQUID传感器和接收机组成，其中低温SQUID传感器设在发射回线所围设区域的中心 部位，低温SQUID传感器与接收机之间通过差分信号线连接，发射单元与接收单元通过GPS 同步进行数据传输。2. 根据权利要求1所述的基于SQUID的磁源激发极化-感应的联合探测系统，其特征在 于:所述的接收机由第一缓冲器、第二缓冲器、放大器、低速模数转换器、高速模数转换器、 存储卡和主控模块组成，其中第一缓冲器、高速模数转换器和存储卡相串联，第二缓冲器、 放大器、低速模数转换器和存储卡相串联，SQUID传感器信号经过第一缓冲器后被传送到高 速模数转换器内，同时SQUID传感器信号经过第二缓冲器后再经过放大器被传送到低速模 数转换器内，高速模数转换器和低速模数转换器由主控模块控制将采集的数据存储到存储 卡内。3. -种基于低温SQUID的磁源激发极化-感应的联合探测方法，其特征在于：其方法如 下所述： 步骤一、铺设矩形发射回线，大功率发射机发射双极性方波； 步骤二、将无感电阻串联在发射回线中，利用电流采集卡记录完整的发射波形； 步骤三、将低温SQUID传感器放置在发射回线所围设区域的中心部位，同时用高速模数 转换器和低速模数转换器采集中心磁场的垂直分量，发射单元与接收单元采用GPS同步进 行数据传输； 步骤四、根据记录的发射电流用毕奥沙法尔定律计算中心点的一次场，将一次场从 SQUID接收到的磁场信号中剔除掉； 步骤五、根据含极化层层状大地瞬变电磁信号时域特征提取极化率-电导率双参数，并 进行电阻率_深度成像。4. 根据权利要求3所述的基于低温SQUID的磁源激发极化-感应的联合探测方法，其特 征在于:所述的步骤一中的发射参数根据实际探测需要改变发射频率，采用大功率发射机 发射低频、占空比50 %的双极性方波，发射脉宽优选大于100ms，发射电流一般选择100A，发 射线框大小选择边长100米的矩形。5. 根据权利要求3所述的基于低温SQUID的磁源激发极化-感应的联合探测方法，其特 征在于:所述的步骤三中选择采样率为2MSPS和30KSPS，通过快速SPI串行外设接口与主控 模块通信，低速模数转换器前端接2000倍固定增益仪表放大器，实现采集动态范围大于 140dB;采集数据存储在高速SD卡中。6. 根据权利要求3所述的基于低温SQUID的磁源激发极化-感应的联合探测方法，其特 征在于:所述的步骤四中所述的根据发射电流计算中心点磁场的毕奥-沙法尔定律表达式 为：其中Η为磁场强度，为线元电流，R为元电流相对于中心点的位置矢量。7.根据权利要求3所述的基于低温SQUID的磁源激发极化-感应的联合探测方法，其特 征在于:所述的步骤四中所述的剔除一次场的方法是根据毕奥-沙法尔定律计算电流采集 卡采集的发射电流I (t)在中心点产生的磁场H(t)，其中on-t ime段在中心点产生的磁场Ho， 低温SQUID在中心点接收到的磁场Hz (t )，其中on-time段接收的磁场为Ηζο，得到校正系数K = HZQ/HQ，根据校正系数可以有效剔除一次场的影响，得到的二次场为Hz'（t) = (Hz(t)-H (t)*K)〇
【专利摘要】本发明公开了一种基于SQUID的磁源激发极化-感应的联合探测系统与方法，系统包括有发射单元和接收单元，其中发射单元由大功率发射机、无感电阻、电流采集卡和发射回线组成，其中大功率发射机和无感电阻与发射回线串联连接，大功率发射机、无感电阻和发射回线形成闭合回路，电流采集卡并联在无感电阻两端，用于采集发射回线中的发射电流，接收单元由低温SQUID传感器和接收机组成，方法为：步骤一、铺设发射回线；步骤二、将无感电阻串联在发射回线中；步骤三、发射单元与接收单元同步传输；步骤四、将一次场剔除掉；步骤五、进行电阻率-深度成像。有益效果：满足了早期信号衰减快、带宽大的特点，又满足了有效信号动态范围大(>140dB)的特点。
【IPC分类】G01V3/08
【公开号】CN105676295
【申请号】CN201610065615
【发明人】嵇艳鞠, 杜尚宇, 李宗蔚, 吴燕琪, 吴琼, 王远, 林君
【申请人】吉林大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月30日