[发明专利]一种线阵列多路同步瞬变电磁定向探测方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种线阵列多路同步瞬变电磁定向探测技术和实施方法。适用于在隧道或钻孔中进行超前预报，也实用于地面和钻孔结合的瞬变电磁法勘探，还适用于水域和空中瞬变电磁法勘探。

技术背景

瞬变电磁法是一种常用的地球物理勘探方法，实施时发射机通过发射线框发射一次电磁场，在一次场关断瞬间或之前一定时刻为参考，给接收仪器送出同步信号，接收仪器通过接收线圈或磁棒采集一次场激励下周围介质的电磁感应信号；通常测量磁场垂直分量的变化值，用公式dB_Z/dt表示，其中B为磁场，该电磁感应信号被称为二次场，随时间不断衰减，最后归于一次场激励前的背景或零值。当周围介质中存在低阻介质体时，由于低阻介质体中感应涡流的存在，二次场信号衰减变慢，由此特征可以推断低阻异常体的有无或进行定量计算解释。

现有的瞬变电磁法通常采用一发一收模式，而且发射线框和接收线框都在同一平面上，三大主要难题制约了该方法的应用。一是由于发射线框和接收线框的互感信号强，这一信号叠加在有效信号上很难识别或压制；第二是一发一收的多次观测信号由于观测时间和激励环境有变化，相互之间的比对性不强，影响了异常的分辨解释；其三是接收线圈接收的信号来自四面八方，处于一个接收平面上的收发线圈无法识别异常信号来自线圈的哪个方向，这一点在隧道中应用时尤其突出。

事实上，瞬变电磁激励的响应信号，来自不同对象的信号有其空间分布的规律，把握空间分布的规律才能有效解决限制瞬变电磁法应用的障碍问题。

为说明该方法的异常解释原理，发明人进行了物理模拟试验，如图1为使用长沙白云仪器开发有限公司研制的MSD-1瞬变电磁仪器在15cm×20cm铜板(厚1mm)上方模拟试验获得的数据。发射线圈为10cm×10cm的10匝漆包线绕制线圈，接收线圈为5cm×5cm的20匝漆包线绕制线圈，都与铜板平行，发射线圈与铜板间距离50cm且固定不动，接收线圈分别在距离铜板45cm～5cm间隔以5cm等距离平行移动观测，得到9条记录(分别对应于多路采集系统的9路信号：data1～data9)。为说明效果，图2给出了没有放置铜板时的测量数据，物理模拟参数不变。发射频率225Hz，发射电流2.9安培。图中横坐标为发射频率为225Hz时所对应的40个时间采样序号；纵坐标为经过指数函数调整后的dB_Z/dt数值，指数函数为：

U(i)＝[dB_Z(i)/dt]^1/10(i为记录时间编号)。

从9路多道测量曲线上可以看出二次场信号的变化特征：即接收线圈随离开发射线圈的距离增大，收发线圈互感产生的信号很快减弱(如15号时间点之前)，来自于铜板产生的二次场感应信号则不断增强(如15号时间点之后)，由此可以很好判断铜板的存在和趋近情况，而无需疑虑低阻响应异常来自何方。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种提供一种能识别异常信号来自线圈的哪个方向的线阵列多路同步瞬变电磁定向探测方法。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种实现该线阵列多路同步瞬变电磁定向探测方法的装置。

为了解决上述第一个技术问题，本发明提供的线阵列多路同步瞬变电磁定向探测方法，选定探测方向，垂直于所述的探测方向布设发射线框，在垂直于发射线框面的中轴线上，以所述的发射线框中心为起点沿探测方向向前方布设多个接收装置，将所述的发射线圈连接至瞬变电磁发射机上，将多个所述的接收装置信号连接至多路同步采集系统上，多路同步采集系统的同步信号通过导线同步方式控制连接至瞬变电磁发射机；启动所述的瞬变电磁发射机和多路同步采集系统，根据所述的瞬变电磁发射机提供的同步信号，所述的多路同步采集系统同步采集瞬变电磁响应信号，所述的发射线框周围和后方干扰体的响应信号以及所述的源线框和多路所述的接收装置的互感信号呈现向前衰减规律，前方目标体的异常响应信号呈现向前增强规律，根据有规律向前增强信号的幅度和变化特征进行前方有无低阻异常体存在的定向解释。

所述的接收装置采用单分量测量或正交分量测量，单分量测量时接收装置的耦合方向与轴向方向一致，正交分量测量时接收装置的耦合方向与轴向方向垂直。

所述的接收装置是接收线框或磁棒。