一06的软件系统MAPROS具有很强的去噪功能,例如剔除干扰尖峰技术和Robust评估算法。Windows系统下的MAPROS软件可实时处理观测数据并获得多种大地电磁参数,例如时间系列、原始谱、计算谱、叠加谱、视电阻曲线、相位曲线、倾子、相干度、走向、二维偏离度和各向异性系数等。
提高生产效率的有效途径是采用网络式或阵列式MT观测排列形式。GMS—O6可以容纳32个移动单位与基站共同组成这种观测排列。此时,可以采用GPS钟同步或同轴电缆同步。在这种排列下,如果与远参考道结合并采用EMAP数据处理方法,既可以有效地压制局部噪声,又可以有效地消除静位移。
二、瞬变电磁仪
瞬变电磁法是一种时间域电磁法,它以局部场做场源,分辨率高于以平面波场做场源的频率域电磁法,近些年来发展很快,在很多领域得到广泛应用。瞬变电磁法对浅层分辨率很高,但随深度加大而降低。PROTEM 可应用于地面观测、井中观测、巷道和掌子面观测。
对瞬变电磁仪所关心的主要问题是如何减少关断时间以获得更早期的瞬变场,如何提高晚期瞬变场的信噪比以增加勘探深度,如何从瞬变场信息中提取更多的地质信息,以及如何适应多种观测排列形式等。
加拿大Geonics公司生产的PROTEM 瞬变电磁仪系统,由于在发射机的关断线路设计和加工工艺上采取了特殊的技术,其关断时间只有0.5μs,在使用40m×40m 的发射线框情况下,关断时间也只有2.5μs,是当今世界关断时间最小的瞬变电磁仪,它可以获得浅至几米的地下信息 。
提高瞬变电磁法的勘探深度是大家所关心的问题之一。瞬变电磁法的最大勘探深度H 可近似地由下式确定。
其中: M为发射磁矩,M=I*S( I为发射电流,S为发射线圈面积);乘积RmN 为最小可分辨信号电平。从上式可见,提高勘探深度的途径包括提高发射电流I ,加大发射线圈尺寸S和降低可分辨信号电平,即提高信噪比。提高发射电流I 是最容易的方式,但它带来很大弊端。首先是一次场消失时间显著加大,大大增加了关断时间,淹没了有效的瞬变电磁场信号;此外还很难保持发射场的稳定,导致观测结果不重复。一般来说,最大发射电流在3O~40A范围。加大发射线圈面积S是提高勘探深度的最好方法之一。其中加大发射线框边长最好,因为它不会导致关断时间的明显增加,如果靠增加发射线圈匝数来增加发射线圈有效面积,将导致关断时间明显增加。降低可分辨信号电平有多种方法,首先是有效地抑制各种噪声,包括天然电磁噪声,人为电磁噪声,感应噪声等。抑制随机噪声的有效方法是多次叠加,抑制工频及其谐波噪声的有效办法是模拟滤波以及剔除坏值。选择接收机最佳的测量增益也是提高信噪比的一种方法。测点尽量靠近发射线框中心,发射线框与高压线斜交,也可改善信噪比。
为了适应不同勘探深度的需要,Geonics公司研发了三种不同的发射系统,即①PROTEM47,其勘探深度可达100~150m;② PROTEM57一MK2,其勘探浑度可达500m;③ PROTEM--67的勘探深度达l500m 当然这里所说的勘探深度是指地层为中等电阻率的情况下.地层电阻率高勘探深度加大.地层电阻率低勘探深度减小。
接收机需要有很高的频带接收机需要有很高的频带、很窄的早期门和极大的动态范围以及很高的分辨率才能满足高质量观测的需要。 PROTEM 瞬变电磁仪频宽高达270kHz,早期门窄为6μs,有30个观测门,动态范围达132dB,仪器分辨率为23位,PROTEM 瞬变电磁仪可以同时观测瞬变电磁场的三分量信号,而不是仅仅观测垂直分量信号 当地下为非均匀水平层状构造时.瞬变场中便会产生x,y水平分量.它们包含着地下构造的更多信息,例如构造走向、倾向、倾角等等。 所 以三分量观测有助于全面了解地下构造情况.也为日后实现多维反演创造条件。
PROTEM 瞬变电磁仪适合十多种野外观测装置.例如同点装置、偶极装置、大定同线源装置和井中装置,不同装置适台于不同勘探目的和深度,均可在现场实时显示瞬变曲线。
三、高密度电法仪
高密度电法勘探是近些年来发展起来的一种应用地球物理方法,2O世纪70年代末期,有人提出阵列电探的模式。高密度电法勘探就是在常规电法勘探基础上借助阵列思想发展起来的一种勘探方式,是集测深和剖面法于一体的多装置、多极距的组合方法,具有一次布极即可进行多装置数据采集以及通过求比值参数而能突出异常信息的特点;且采集效率大大提高,信息量更为丰富。
80年代中期,日本地质计测株式会社曾借助电极转换板实现了野外高密度的电法资料采集以来,随着现代物理学、电子学、计算机和信号处理技术的突飞猛进的发展,高密度电法勘探无论在仪器研制,或是数据采集、处理技术与反演、解释方法的研究,都融合了当代先进的科学理论和高新技术。电法勘探仪器都小型化、轻便化、自动化、智能化和高效化发展。
目前,国内外多个厂家推出了不同性能和特色的高密度电法仪器。分析目前最为常用的最新高密度电法仪器的采集基本方法。同时,通过借鉴其他地球物理仪器采集方法,并结合电子和计算机信息技术的发展和电法勘探的自身特点,对高密度采集方法进行了瞻望。 1.3.2 基本原理
高密度电法测量系统包括数据采集和资料处理两大部分。最新推出的高密度电法仪大多具有现场资料预处理或处理功能,高密度电法勘探实质仍然是电法勘探,是以研究对象与围岩存在的电性差异为物性基础和前提条件。传统的电法勘探是在直流电法勘探的基础上发展起来的,其仪器结构一般是普通电测仪+电极转换开关组成。
直流电法勘探仪器(电测仪)是用于观测测量电极M,N间电位差△U 和供电电极A,B回路中电流强度IAB两个参数的专门仪器(如图1)。根据供电电极A、B和测量电极M、N四个电极的不同排列方式和极距大小,分为多种测量排列装置(如对称四极对称四极a、偶极一偶极J3、单极一偶极、单极一单极7及其这些方式的各
种演变),阵列思想就是在勘探测量时同时把全部电极(几十至上百根)置于测点上,然后利用转换开关并按设定好的模式对接地电极切换到普通电测仪的供电A、B和测量M、N的任何一端。
高密度电法勘探实质是对传统的常规电法仪野外采集的改进,是一个多电极测量系统,其结构一般由电极+连接导线或多芯电缆+电极转换开关+工程电测仪(常规电法仪)。可以看出:要实现常规电法勘探仪器到高密度电法仪器的改进,其关键就是如何实现测量主机与众多电极之间的连接,通过电极转换大大提高了常规电法仪的野外采集效率。如:一系列的接地电极同时接入大地,某一测点的接地电极通过转换开关切换为供电电源的A,同时另一测点切换为供电电源B,按照不同的测量装置的要求,另外相应的电极通过电极转换开关转换为测量电极MN。这样,按预设置的模式进行转换,实现高密度电法采集,如图2所示。
1.3.3 特点
相对与常规电法仪器,高密度电法勘探具有以下优点:
(1)电极布设一次完成,降低了野外工作强度,减少了因电极设置而引起的故障和干扰,为野外数据的快速和自动测量奠定了基础;
(2)能有效地进行多种电极排列方式的扫描测量,因而可以获得较为丰富的地电断面结构特征的地质信息;
(3)数据采集实现了自动化,不仅采集速度快,而且避免了由于手工操作所出现的失误;可以对资料进行预处理并显示剖面曲线形态,甚至可以实时自动绘制和打印各种成果图件;
(4)与传统的电阻率法比,成本低、效率高,信息丰富,解释方便,勘探能力显著提高。
显然,高密度电阻率勘探技术的运用与发展,使电法勘探的智能化程度大大向前迈进了一步。
从以上仪器的采集原理分析可知,传统的高密度电法采集仪器除了常规的电法测量仪外,另一核心功能就是电极转换。早期高密度仪器的发展,就是不同厂家推出的各式各样的电极转换开关的发展。电极转换开关方面主要分为3类:机械式电极转换、电子式电极转换及分布式智能电极。其中机械式电极转换开关见于早期的高密度电法仪,并由人工手工电极转换,之后发展为由微机控制的步进电机的电极转换而实现野外数据的自动采集;后期随着电子技术的发展,实现了电子电极转换;有部分厂家把电极转换部分分布在各个电极,甚至把信号转换部分(A/D转换部分)分布在各个电极。后两类电极转换开关仍在广泛使用,且不同厂家推出的电法仪及其转换开关种类繁多、性能各异、各有千秋。
在集中式的仪器中,每个电极都分别用一条电缆与主机的电极转换箱相连#这样做不仅使得仪器的电极转换部分体积庞大,而且野外施工时所铺的电缆数量极多,使工作效率和可靠性下降,为此采用分布式电极转换装置,其基本思路是在每个电极上放置一个转换装置,所有电极通过一条8芯电缆(VCC、GND、A、B、M、N、TXD、RXD)与电阻率仪相连。
其中分布式智能电极是近些年来推出的新型高密度电法勘探仪器,正在不断发展和改进之中。结合收集的资料,对国内外仪器的采集方法分析如下:
(1)国外主要仪器分析
国外生产高密度电法仪的主要有日本的OYO公司、瑞典的ABEM公司、法国的