一种全区测量电流源频率域电场水平x分量的装置及方法
【专利摘要】本发明提供了一种全区测量电流源频率域电场水平x分量的装置及方法，所述装置包括：发送电源，布置于指定区域，用于将产生的电能发送至单频或2n序列伪随机多频电流发送机；单频或2n序列伪随机多频电流发送机，与所述两个供电电极连接，用于产生包含一个或多个频率的电流；两个供电电极，用于将所述电流发送至地下；至少一台电磁接收设备，用于通过测量电极接收来自地下的一个或多个频率的水平x方向的电场响应，获得当前测试位置的不同频率的电场水平x分量。本发明能够获得全区(近区、过渡区和远区)的视电阻率，大大扩展了观测范围，提高了观测速度、精度及工作效率，加大了勘探深度。
【专利说明】
一种全区测量电流源频率域电场水平X分量的装置及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及勘查地球物理领域的电磁测深技术领域，尤其涉及一种全区测量电流 源频率域电场水平X分量的装置及方法。
【背景技术】
[0002] 1950年代初，前苏联的Tikhonov和法国的Carniard分别独立地提出测量相互正交 的电场和磁场来计算大地的视电阻率，奠定了大地电磁法(MT)的理论基础。MT具有利用天 然场源、采用平面波理论和探测深度大等优点，但同时也有信号微弱和场源随机的缺点。 Goldtein于1971年对大地电磁法进行了改进，提出采用人工场源代替天然场源，在距离场 源很远的地区（远区，一般为9倍的探测深度）进行测量，从而也得到了卡尼亚视电阻率公 式，形成了可控源音频大地电磁法(CSAMT)，CSAMT克服了MT场源随机和信号弱的缺点。
[0003] 可控源音频大地电磁法(CSAMT)要求在远区测量，且仍采用卡尼亚公式计算视电 阻率，舍弃了许多代表非远区特点的高次项，引入了不小的人为误差。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种全区测量电流源频率域电场水平X分量 的装置及方法，避免了现有技术中远区测量导致信号微弱、人为误差较大、装备笨重复杂且 野外工作效率低的问题，保留了计算公式中的高次项，获得了全区的视电阻率，大大扩展了 观测范围，提高了观测速度、精度及工作效率，加大了勘探深度。
[0005] 第一方面，本发明提供了一种全区测量电流源频率域电场水平X分量的装置，所述 装置包括:发送电源、与所述发送电源连接的单频或2 n序列伪随机多频电流发送机、与所述 单频或2n序列伪随机多频电流发送机连接的两个供电电极、至少一台电磁接收设备；
[0006] 所述发送电源，布置于指定区域，用于将产生的电能发送至所述单频或2n序列伪 随机多频电流发送机；
[0007] 所述单频或2n序列伪随机多频电流发送机，与所述两个供电电极连接，用于产生 包含一个或多个频率的电流；
[0008] 所述两个供电电极，用于将所述电流发送至地下；
[0009] 所述至少一台电磁接收设备，布置在与所述发送电源相距预设收发距的目标区域 的测试位置，电磁接收设备用于通过测量电极接收来自地下的一个或多个频率的水平X方 向的电场响应，获得当前测试位置的不同频率的电场水平X分量。
[0010]优选地，所述装置还包括:计算机；
[0011]所述计算机，与所述至少一台电磁接收设备分别连接，用于接收所述至少一台电 磁接收设备获得的电场水平X分量，并根据测试位置的不同频率的电场水平X分量、预设发 送和接收的空间距离、两个供电电极之间的距离、两个测量电极之间的距离、测试位置与供 电电极AB中点的连线与供电电极AB连线的夹角、单频或2 n序列伪随机多频电流发送机发送 的一个或多个频率的电流参数，通过电磁场精确公式，采用迭代算法获得目标区域的全区 视电阻率。
[0012] 优选地，所述电磁接收设备为装有中央处理器的单频或多频电位差测量装置，且 所述电磁接收设备与所述单频或2"序列伪随机多频电流发送机的工作频率对应设置。
[0013] 优选地，所述单频或2n序列伪随机多频电流发送机包括：中央处理器；
[0014]所述中央处理器，用于控制所述单频或2n序列伪随机多频电流发送机发送指定电 压、指定电流、指定频率及指定频率数目的电流。
[0015] 优选地，所述发送电源为发电机。
[0016] 第二方面，本发明提供了一种全区测量电流源频率域电场水平X分量的方法，所述 方法包括：
[0017] 布置于指定区域的发送电源，将产生的电能发送至与所述发送电源连接的单频或 2"序列伪随机多频电流发送机；
[0018] 所述单频或2n序列伪随机多频电流发送机产生包含一个或多个频率的电流，并将 所述电流发送至与所述单频或2"序列伪随机多频电流发送机连接的两个供电电极；
[0019] 所述两个供电电极将所述电流发送至地下；
[0020] 布置在与所述发送电源相距预设收发距的目标区域的测试位置的至少一台电磁 接收设备，通过测量电极接收来自地下的一个或多个频率的水平X方向的电场响应，获得当 前测试位置的不同频率的电场水平X分量。
[0021 ]优选地，所述方法还包括：
[0022] 将所述至少一台电磁接收设备获得的目标区域测试位置的不同频率的电场水平X 分量、预设发送和接收的空间距离、两个供电电极之间的距离、两个测量电极之间的距离、 测试位置与供电电极AB中点的连线与供电电极AB连线的夹角、单频或2 n序列伪随机多频电 流发送机发送的一个或多个频率的电流参数发送至计算机；
[0023] 所述计算机根据接收的数据，通过电磁场精确公式获得目标区域的全区视电阻 率。
[0024] 优选地，所述计算机根据接收的数据，通过电磁场精确公式获得目标区域的全区 视电阻率，包括：
[0025] 所述计算机根据所述目标区域测试位置的不频率度的电场水平X分量、预设发送 和接收的空间距离、两个供电电极之间的距离、两个测量电极之间的距离、测试位置与供电 电极AB中点的连线与供电电极AB连线的夹角、单频或2 n序列伪随机多频电流发送机发送的 一个或多个频率的电流参数及预设的初始电阻率值，通过电磁场精确公式，采用迭代算法 获得目标区域测试位置的不同频率的视电阻率的最优值。
[0026]优选地，所述方法还包括：
[0027]根据所述目标区域的全区视电阻率，获得所述目标区域的地质构造。
[0028]优选地，所述方法还包括：
[0029]根据勘察需要设定所述预设收发距，所述预设收发距大于或等于3D，所述D是的探 测深度。
[0030]由上述技术方案可知，本发明提供一种全区测量电流源频率域电场水平X分量的 装置及方法，发送端设置的单频或2n序列伪随机多频电流发送机通过与其连接的两个供电 电极向地下发送包含一个或多个频率的电流，通过在目标区域设置至少一台电磁接收设备 同时测量来自地下的一个或多个频率的水平X方向的电场响应，从而获得目标区域测试位 置的不同频率的电场水平X分量。由此可见，本发明避免了现有技术中远区测量导致信号微 弱、人为误差较大、装备笨重复杂且野外工作效率低的问题，保留了计算公式中的高次项， 获得了全区的视电阻率，大大扩展了观测范围，提高了观测速度、精度及工作效率，加大了 勘探深度。
【附图说明】
[0031] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些图获得其他的附图。
[0032] 图1是本发明一实施例提供的一种全区测量电流源频率域电场水平X分量的装置 的结构示意图；
[0033] 图2是本发明另一实施例提供的一种全区测量电流源频率域电场水平X分量的方 法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0034]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0035] 图1是本发明一实施例提供的一种全区测量电流源频率域电场水平X分量的装置 的结构示意图，如图1所示，所述装置包括:发送电源1、与所述发送电源1连接的单频或2"序 列伪随机多频电流发送机2、与所述单频或2 n序列伪随机多频电流发送机2连接的两个供电 电极A和B、至少一台电磁接收设备3。
[0036] 如图1所示，在发送端，所述发送电源1布置于指定区域，用于将产生的电能发送至 所述单频或2n序列伪随机多频电流发送机2。所述单频或2 n序列伪随机多频电流发送机2,与 所述两个供电电极A和B连接，用于产生包含一个或多个频率的电流;所述两个供电电极A和 B，用于将所述包含一个或多个频率的电流发送至地下。
[0037] 在接收端即目标区域，设置有至少一台电磁接收设备3,电磁接收设备3布置在与 所述发送电源相距预设收发距的目标区域的测试位置，电磁接收设备3用于通过测量电极 (如图1所示的测量电极Μ和N)接收来自地下的一个或多个频率的水平X方向的电场响应，获 得当前测试位置的不同频率的电场水平X分量。
[0038] 需要说明的是，电场水平X分量具体指与两个供电电极ΑΒ的连线平行的电场响应 Εχ〇
[0039] 由此可见，本实施例中，发送端设置的由发送电源1供电的单频或2η序列伪随机多 频电流发送机2通过与其连接的两个供电电极Α和Β向地下发送包含一个或多个频率的电 流，通过在目标区域设置至少一台电磁接收设备3同时测量来自地下的一个或多个频率的 水平X方向的电场响应，从而获得目标区域测试位置的不同频率的电场水平X分量。由此可 见，本实施例能够避免现有技术中远区测量导致信号微弱、人为误差较大、装备笨重复杂且 野外工作效率低的问题，保留了计算公式中的高次项，获得了全区的视电阻率，大大扩展了 观测范围，提高了观测速度、精度及工作效率，加大了勘探深度。
[0040] 在本发明的一个可选实施例中，除了上述实施例中的各组成结构，本实施例中的 全区测量电流源频率域电场水平X分量的装置还包括图1未示出的计算机。
[0041] 具体地，计算机，与所述至少一台电磁接收设备3连接，用于接收所述电磁接收设 备3获得的测试位置的不同频率的电场水平X分量，并根据测试位置的不频率度的电场水平 X分量、预设发送和接收的空间距离、两个供电电极之间的距离、两个测量电极之间的距离、 测试位置与供电电极AB中点的连线与供电电极AB连线的夹角、单频或2 n序列伪随机多频电 流发送机发送的一个或多个频率的电流参数，通过电磁场精确公式，采用迭代算法获得目 标区域的全区视电阻率。
[0042] 由此可见，本实施例进一步通过计算机根据至少一台电磁接收设备3获得的测试 位置的不同频率的电场水平X分量，对包括近区、过渡区和远区在内的目标区域电场数据通 过电磁场精确公式，采用迭计算机代算法获得目标区域的全区视电阻率，即本实施例通过 在全区（近区、过渡区和远区）进行地下电性分布的探测，以查明地下地质构造及矿产分布， 解决常规油气、页岩气及其它工程、水文、环境等地质问题。观测效率高，精度高，施工简单。 既有重要的理论意义，又有重要的实用价值。
[0043]其中，所述电磁接收设备3为装有中央处理器的单频或多频电位差测量装置，且所 述电磁接收设备3与所述单频或2n序列伪随机多频电流发送机2的工作频率对应设置。
[0044]其中，所述单频或2n序列伪随机多频电流发送机2包括：中央处理器。具体地，所述 中央处理器，用于控制所述单频或2n序列伪随机多频电流发送机2发送指定电压、指定电 流、指定频率及指定频率数目的电流。
[0045] 具体来说，单频或2n序列伪随机多频电流发送机2是由中央处理器控制的电流发 送器，该电流发送机可产生和同时发送指定波形的电流，此电流发送机所含频率的高低和 频率的个数η可事先确定并人工调节;它产生的电压、电流大小及频率均可根据勘查需要进 行人工调节和选择。
[0046] 本实施例中，所述发送电源1可为发电机。
[0047]其中，供电电极Α和Β之间的距离根据勘查需要确定，一般可设置为lkm左右。
[0048] 图2是本发明另一实施例提供的一种全区测量电流源频率域电场水平X分量的方 法的流程示意图，如图2所示，所述方法包括：
[0049] S1:布置于指定区域的发送电源，将产生的电能发送至与所述发送电源连接的单 频或2"序列伪随机多频电流发送机。
[0050] 其中，发送电源可为发电机。
[0051] S2:所述单频或2n序列伪随机多频电流发送机产生包含一个或多个频率的电流， 并将所述电流发送至与所述单频或2"序列伪随机多频电流发送机连接的两个供电电极。 [0052]其中，单频或2"序列伪随机多频电流发送机是由中央处理器控制的电流发送器， 该电流发送机可产生和同时发送指定波形的电流，此电流发送机所含频率的高低和频率的 个数η可事先确定并人工调节;它产生的电压、电流大小及频率均可根据勘查需要进行人工 调节和选择。
[0053] S3:所述两个供电电极将所述电流发送至地下。
[0054]其中，供电电极A和B之间的距离根据勘查需要确定，一般可设置为lkm左右。
[0055] S4:布置在与所述发送电源相距预设收发距的目标区域的测试位置的至少一台电 磁接收设备，通过测量电极接收来自地下的一个或多个频率的水平X方向的电场响应，获得 当前测试位置的不同频率的电场水平X分量。
[0056] 其中，所述电磁接收设备为装有中央处理器的单频或多频电位差测量装置，且所 述电磁接收设备与所述单频或2"序列伪随机多频电流发送机的工作频率对应设置。
[0057] 由此可见，本实施例中，发送端设置的由发送电源供电的单频或2n序列伪随机多 频电流发送机通过与其连接的两个供电电极A和B向地下发送包含一个或多个频率的电流， 通过在目标区域设置至少一台电磁接收设备同时测量来自地下的一个或多个频率的水平X 方向的电场响应，从而获得目标区域测试位置的不同频率的电场水平X分量。由此可见，本 实施例能够避免现有技术中远区测量导致信号微弱、人为误差较大、装备笨重复杂且野外 工作效率低的问题，保留了计算公式中的高次项，获得了全区的视电阻率，大大扩展了观测 范围，提高了观测速度、精度及工作效率，加大了勘探深度。
[0058]在本发明的一个可选实施例中，上述步骤S4之后，所述方法还包括图2中未示出的 如下步骤：
[0059] S5:将所述至少一台电磁接收设备获得的目标区域测试位置的不同频率的电场水 平X分量、预设发送和接收的空间距离、两个供电电极之间的距离、单频或2 n序列伪随机多 频电流发送机发送的一个或多个频率的电流参数发送至计算机。
[0060] S6:所述计算机根据接收的数据，通过电磁场精确公式获得目标区域的全区视电 阻率。
[0061] 具体地，所述步骤S6,具体包括：
[0062] 所述计算机根据所述目标区域测试位置的不频率度的电场水平X分量、预设发送 和接收的空间距离、两个供电电极之间的距离、两个测量电极之间的距离、测试位置与供电 电极AB中点的连线与供电电极AB连线的夹角、单频或2 n序列伪随机多频电流发送机发送的 一个或多个频率的电流参数及预设的初始电阻率值，通过电磁场精确公式，采用迭代算法 获得目标区域多个测试位置的不同频率的视电阻率的最优值。
[0063]根据电磁场理论，本实施例中的电磁场精确公式，即为均匀半空间上水平电偶极 源(供电电极A和B)产生的电场水平X分量Ex的表达式为：
[0065]根据(1)式可以定义广域意义上的视电阻率：
[0070] AVmn = Ex*MN (5)(2)式构成了E-Ex广域电阻率的计算基础。
[0071] 式中:Ex为X方向的电场水平X分量;P为电阻率，Ω ·πι;Ι为供电电流(即单频或2"序 列伪随机多频电流发送机发送的包含一个或多个频率的电流），A;dL为供电电极ΑΒ的直线 长度，m;识为测点与供电电极AB中点的连线与供电电极AB连线的夹角;r为测试位置到供电 电极AB中点的距离，m; i为虚数单位;k为波数;MN为M、N测量电极（即电磁接收设备的两个测 量电极)之间的距离，m。
[0072] (2)式右边分布的函数尽（H)中，仍然含有未知的电阻率p(波数k为与P相关的 参数），（2)式只不过是含有未知电阻率P的一个方程，而不是方程的解。由于(2)式含有复宗 量的指数函数，采用一般的代数方法无法简单地提取出其中含有的电阻率信息。
[0073] 为了从(2)式中提取电阻率，本实施例提出的方法是:采用计算机迭代的办法，首 先任取一个可能的电阻率P值，将它与发送电流I、源尺寸dL、发送和接收的空间距离r、方位 角工作频率ω (即发送电流的频率)等参数一同代入(1)式，编程并在计算机计算，看得到 的Εχ与实测到的Εχ相差多少，反复修改选取的Ρ值，逐次迭代，直到得到的Ε χ与实测到的Εχ符 合的满意精度为止，并且把最后选取的P值作为该装置、该工作频率条件下大地的视电阻率 的最佳值。
[0074]需要说明的是，为了减少迭代次数，尽快地找到最佳值，可以采用数学上的"优选 法"
[0075] 进一步地，所述步骤S6之后，所述方法还包括如下步骤：
[0076] 根据所述目标区域的全区视电阻率，获得所述目标区域的地质构造。
[0077] 由此可见，本实施例通过在全区（近区、过渡区和远区）进行地下电性分布的探测， 能够查明地下地质构造及矿产分布，解决常规油气、页岩气及其它工程、水文、环境等地质 问题。观测效率高，精度高，施工简单。既有重要的理论意义，又有重要的实用价值
[0078]本实施例中，所述方法还包括：
[0079]根据勘察需要设定所述预设收发距，所述预设收发距大于或等于3D，所述D是探测 深度。
[0080] 应当注意的是，在本发明的系统的各个部件中，根据其要实现的功能而对其中的 部件进行了逻辑划分，但是，本发明不受限于此，可以根据需要对各个部件进行重新划分或 者组合，例如，可以将一些部件组合为单个部件，或者可以将一些部件进一步分解为更多的 子部件。
[0081] 本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行 的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用 微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的系统中的一些或者全部部 件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全 部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品）。这样的实现本发明的程序 可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以 从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
[0082] 应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领 域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中， 不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词"包含"不排除存在未 列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词"一"或"一个"不排除存在多个这样的 元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实 现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项 来具体体现。单词第一、第二以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名 称。
[0083]以上实施方式仅适于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通 技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有 等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
【主权项】
1. 一种全区测量电流源频率域电场水平X分量的装置，其特征在于，所述装置包括:发 送电源、与所述发送电源连接的单频或2 n序列伪随机多频电流发送机、与所述单频或2n序列 伪随机多频电流发送机连接的两个供电电极、至少一台电磁接收设备； 所述发送电源，布置于指定区域，用于将产生的电能发送至所述单频或2n序列伪随机多 频电流发送机； 所述单频或2n序列伪随机多频电流发送机，与所述两个供电电极连接，用于产生包含一 个或多个频率的电流； 所述两个供电电极，用于将所述电流发送至地下； 所述至少一台电磁接收设备，布置在与所述发送电源相距预设收发距的目标区域的测 试位置，电磁接收设备用于通过测量电极接收来自地下的一个或多个频率的水平X方向的 电场响应，获得当前测试位置的不同频率的电场水平X分量。2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括:计算机； 所述计算机，与所述至少一台电磁接收设备连接，用于接收所述电磁接收设备获得的 电场水平X分量，并根据测试位置的不同频率的电场水平X分量、预设发送和接收的空间距 离、两个供电电极之间的距离、两个测量电极之间的距离、测试位置与供电电极AB中点的连 线与供电电极AB连线的夹角、单频或2"序列伪随机多频电流发送机发送的一个或多个频率 的电流参数，通过电磁场精确公式，采用迭代算法获得目标区域的全区视电阻率。3. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电磁接收设备为装有中央处理器的单 频或多频电位差测量装置，且所述电磁接收设备与所述单频或2 n序列伪随机多频电流发送 机的工作频率对应设置。4. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述单频或2n序列伪随机多频电流发送机 包括：中央处理器； 所述中央处理器，用于控制所述单频或2n序列伪随机多频电流发送机发送指定电压、指 定电流、指定频率及指定频率数目的电流。5. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述发送电源为发电机。6. -种全区测量电流源频率域电场水平X分量的方法，其特征在于，所述方法包括： 布置于指定区域的发送电源，将产生的电能发送至与所述发送电源连接的单频或2"序 列伪随机多频电流发送机； 所述单频或2n序列伪随机多频电流发送机产生包含一个或多个频率的电流，并将所述 电流发送至与所述单频或2"序列伪随机多频电流发送机连接的两个供电电极； 所述两个供电电极将所述电流发送至地下； 布置在与所述发送电源相距预设收发距的目标区域的测试位置的至少一台电磁接收 设备，通过测量电极接收来自地下的一个或多个频率的水平X方向的电场响应，获得当前测 试位置的不同频率的电场水平X分量。7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括： 将所述至少一台电磁接收设备获得的目标区域测试位置的不同频率的电场水平X分 量、预设发送和接收的空间距离、两个供电电极之间的距离、两个测量电极之间的距离、测 试位置与供电电极AB中点的连线与供电电极AB连线的夹角、单频或2 n序列伪随机多频电流 发送机发送的一个或多个频率的电流参数发送至计算机； 所述计算机根据接收的数据，通过电磁场精确公式获得目标区域的全区视电阻率。8. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述计算机根据接收的数据，通过电磁场 精确公式获得目标区域的全区视电阻率，包括： 所述计算机根据所述目标区域测试位置的不同频率的电场水平X分量、预设发送和接 收的空间距离、两个供电电极之间的距离、两个测量电极之间的距离、测试位置与供电电极 AB中点的连线与供电电极AB连线的夹角、单频或2n序列伪随机多频电流发送机发送的一个 或多个频率的电流参数及预设的初始电阻率值，通过电磁场精确公式，采用迭代算法获得 目标区域测试位置的不同频率的视电阻率的最优值。9. 根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括： 根据所述目标区域的全区视电阻率，获得所述目标区域的地质构造。10. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括： 根据勘察需要设定所述预设收发距，所述预设收发距大于或等于3D，所述D是探测深 度。
【文档编号】G01V3/08GK105866844SQ201610406761
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月12日
【发明人】何继善
【申请人】何继善