[发明专利]用于时域电磁测量的补偿线圈和B场测量系统及装置

说明书

本申请要求2008年8月29日提交的美国专利申请No.12/201,305的优先权，该申请的内容通过引用结合于此。

领域

以下公开内容一般涉及地球物理电磁测量领域，更具体地涉及利用通过包括补偿线圈和信号处理装置的装置产生的时域电磁测量来获得B场的方法和系统。

背景技术

地球物理电磁(EM)技术在确定离地表深度约达三千米的土壤、岩石以及其它导电物质的电导率时会是有效的。那些从事贱金属和铀矿床、含水层以及其它地质建造的地图绘制的人员对如此深度下的电导率分布是极为感兴趣的。

地球物理EM方法涉及对地面附近由主磁场所产生的随时间变化的磁场的测量和大地电导率分布的建模。这些磁场或由施加至发射器的周期性电流产生，或由主要源自地球大气中的闪电的自然产生的电磁场产生。EM场可具有与大地电导率和频率二者的平方根的倒数成比例的特征大地穿透深度。

在已知方法中，利用接收器线圈系统(可测量磁场对时间的导数dB/dt的多达三个正交分量)或磁强计(测量磁场B)测量磁场信号。然后将所接收的模拟信号放大、滤波和通过高分辨率高速模数转换器(ADC)进行数字化，并可将该数据与从全球定位系统(GPS)获得的定位信息一起存储。数据后处理涉及对大地的电学和物理建模，以产生地球物理电导率等值线图。

现有的地球物理测量方法典型地要求高信噪比(SNR)、高电导率分辨以及在横向和深度二者上的高空间分辨率。

现有的EM系统包括基于地面的测量和空中的测量两者。空中测量结果通过利用飞机和直升机来收集。空中方法对于大面积测量是有用的，且可用于对掩埋在电阻性岩床中的导电矿体的勘探、地理绘图、水文地质学以及环境监测。已知的空中电磁(AEM)系统如此工作：当飞机或直升机以几乎恒定速度(例如分别达到75m/s或30m/s)沿几乎平行等距的线路(例如50m到200m)以接近恒定离地高度(例如分别约120m或30m)飞行时获取数据。以规则间距进行测量，该规则间距通常在1m到100m的范围内。

已知EM测量的附加特征是，它们可在频域或时域中获得。在FDEM测量中，发射器线圈以固定的多种频率连续地发射电磁信号，同时接收器线圈在时间上连续测量该信号。测得量是作为频率函数的信号幅值和相位，或等价地，作为频率函数的同相和正交幅值。在这些测量中，信号灵敏度随着电导率升高而降低，从而简化了电导率对比度测绘。

在通过已知方法收集时间TDEM测量的过程中，典型地以等于本地输电线频率(例如典型为50Hz或60Hz)的一半的奇数倍的重复率在导通周期期间对发射器线圈施加电流脉冲，且在截止周期期间切断该电流脉冲。在接收器处测量作为时间函数的该信号。截止周期期间的信号幅值衰减，结合对地下的地质体的电导率和几何形状的建模，产生电导率等值线图。

在已知TDEM系统中，在电流导通期间，弱导体在接收器线圈中产生弱dB/dt信号，而良导体产生大的同相信号，但相比于由发射器线圈系统所产生的不需要的主EM场仍太小。在电流截止期间，弱导体由于迅速衰减的EM场而在接收器线圈处产生大dB/dt信号，而良导体由于缓慢衰减的EM场产生小信号。测量典型地在截止周期期间进行，而且虽然对dB/dt的测量对绘制弱导体有用，但对被称为B场的磁场的测量能提高为良导体提供的信息的准确度。

在已知方法中，磁场B可通过利用磁强计的直接测量获得，或通过对利用接收器线圈测得的信号dB/dt在时间上积分来获得。当要通过积分获得磁场B时，必须在包括导通周期的整个波形上测量dB/dt响应，以确定在整个周期上提供零DC分量的积分常数(参见Smith，R.S.和Annan 4.P.的“利用感应线圈传感器来间接测量瞬态电磁体方法的带宽中的B场响应(Using an induction coil sensor to indirectly measure the B-field response in the bandwidth of the transient electromagnet method)”(Geophysics，65，第1489-1494页)。

例如，测量磁场对时间的导数dB/dt的TDEM HTEM系统的示例可在美国专利No.7,157,914中找到，该专利的内容通过引用结合于此。

需要在有效测量B场时能高效工作的TDEM系统。

发明内容