地面及坑道准三维测量地下介质电阻率的方法及装置制造方法及图纸

提供一种地面及坑道准三维测量地下介质电阻率分布的装置及其方法，所述装置由传感器部件、分布式地面一坑道电磁接收机主机及辅助部件(装置其他附属部件)组成。各个部件间协同作业，实现了在地面及坑道中对地下介质电阻率准三维的精确测量；并具有大动态范围、抗干扰能力强、低功耗、高可靠性、多通道、智能化的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种物质勘探装置及探测方法，具体涉及一种在地面及坑道中准三维测量以研究地下介质电阻率分布的装置及其方法。
技术介绍
目前，我国已进入经济快速增长时期，对矿产资源的需求量逐年增加。未来一段时期内，我国将面临矿产资源供给不足的不利局面。因此，在现有的条件下，开展物探新技术， 特别地面及坑道电法勘探新技术的研究，加大找矿力度，成为尽快扭转这种不利局面的有效手段，对与解决我国矿产资源供需矛盾具有重要的实际意义。长期以来，电法勘探(包括地面和井中电法)在我国的金属找矿事业中发挥着其它方法无法替代的作用，找矿效果明显。但是，受工作方式、仪器精度以及场源激发能量的限制，以往的勘探方法不利于找深部矿及异常微弱的浅部矿(如地表激发和接收的工作方式，降低了对地下矿体的激发能量，不利于在地面形成强的观测异常；井中或井间激发和接收的工作方式，限制了仪器的布置范围，不利于开展大面积的勘查工作)。针对目前固体矿产资源探测技术存在有效探测深度浅、精度和分辨率低、抗干扰能力差等问题，有必要结合矿山或勘探区现有的钻孔和坑道工程，研发大功率地面及坑道电阻率成像技术和仪器，通过在危机矿山深部资源探测试验、研究，建立具有我国自主知识产权，抗干扰能力强、大探测深度、高精度和高分辨率的矿产资源探测高新技术。为了实现这一目标，拟利用矿区或勘探区已有的坑道、矿井、钻井，将电法的激励场源和测量装置放在地面不同位置和地下，组合成地面动源发射，地面、地下(坑、井)准三维接收的技术装置。这种地面和地下相结合的观测方式可以从不同方位激励异常体，获取地下介质导电性的大量信息，因而有可能提高探测深度和分辨率，并减少资料解释的非唯一性。国内外以往对井-地电磁法的研究，主要集中在跨孔电磁成像技术和井中激发、 地面观测系统的研究，并没有涉及地面激发、地面与坑道准三维接收，以及坑道激发、地面与井中准三维接收的方法技术，也没有准三维数据采集与处理以及准三维反演成像方面的理论研究。现有井-地观测方法技术如瞬变电磁测井和井中无线电波透视等技术，均采用一对一的观测方式，即一个点发射一个点接收，因此，无法实现多测点同步测量，也无法获取直正意义上的电磁成像信息。本研究内容将在国内外现有研究成果的基础上，研究开发出一套可用于金属矿勘查、有较大实用性的准三维测量地下介质电阻率方法及装置，从而组成一套包括理论、技术、仪器和数据处理、反演、成像软件等内容的地面及坑道电阻率成像系统，为我国大深度金属矿勘探提供新的、高分辨率的方法技术。具体地，所要求的仪器装置主要有以下技术难点1)地面及坑道准三维测量地下介质电阻率装置集成技术利用地面及坑道进行准三维测量时，需要利用分布式地面-坑道电磁接收机接收混场源电磁信号(即天然大地电磁场信号和人工激励场源发出且经地下感应的电磁波信号)。利用接收机测量电磁场时，需要利用电场传感器、磁场传感器及其专用连接电缆，另外用于计时和同步的GPS模块和接收机采集电路也必不可少。上述所有部件，都应集成一体，既实现电磁场测量，又能保证多套设备同时正常运作。这样一套仪器系统，涉及理论物理学、电子学、电化学、机械制造、材料学等多种学科，具有复杂的技术含量。2)GPS高精度时间同步技术GPS的精确定位和高精度时间服务功能已经得到普遍使用。高精度同步技术包括发射机和接收机以及接收机之间的精确同步。在电磁后期数据处理过程中，要求发射和接收的波形尽可能能够在时间轴上准确对应；另外，多台接收机的同步采集便于在同一时间坐标系进行查看。因此，对于地球物理仪器而言，高精度同步技术十分重要。基于高精度温度补偿晶振和GPS模块的时间同步技术，可实现电磁测网定时自动化和高精度。3)大动态范围的信号采集技术对于混场源信号来说，其信号频带范围在l/10MHz-1024Hz，信号幅度动态范围涵盖NXuV-NX 100mV，N为自然数。只有满足上述大动态范围的采集电路，才能同时采集到人工源信号和天然场信号。4)抗干扰低噪声信号采集技术为了检测出微弱的有用信号，需要开发出更低噪声性能的信号采集器。一般情况下，在地面或坑道进行电磁场测量时，都会受到工频或其他人为操作的干扰，因此要求研制的分布式地面-坑道电磁接收机采集电路有相对较高的抗干扰能力，能够在强干扰区提取到有用的弱信号，要求仪器系统噪声小于lmVrms，测量动态范围达到120dB。5)低功耗和高可靠性电磁信号采集技术低功耗和高可靠性的设计可保证接收机在野外恶劣条件下长时间连续可靠工作， 其中包括设计性能优越的采集电路和具有防晒、防潮、防尘和防震等功能的框架结构，另外保证仪器具有宽的工作温度范围(_40°C -+70°C )。6)多通道的智能化电磁信号采集技术对于野外的混场源信号采集而言，所有的操作都要求仪器能够自适应和智能化， 自动进行数据分段采集和存储，且可测量仪器位置、内部温度等参数。7)上位机数据交互软件开发接收机将采集后的数据上传至便携式计算机，需要上位机数据回放软件进行查看和预处理。主要包括终端控制、时间序列回放浏览、数据频谱分析等部分。这些技术问题一直困扰着地质探勘的技术进展，也是我国开展大规模探矿急需解决的问题。
技术实现思路
为了克服地面及坑道准三维测量地下介质电阻率所面临的特殊问题，本专利技术正是围绕这些问题展开研究，攻克上述一系列技术难题，并将各项技术有机结合在一起取得了自主创新，设计了一种在地面及坑道中测量地下介质电阻率的装置及其测量方法。本专利技术为满足坑(井)-地电阻率法法对信号提取的技术要求-在工业强干扰的环境下获取幅值在NXuV NX IOOmV范围、频带在l/10MHz_1024Hz范围内的混场源电磁信号，并且考虑到仪器的可靠性、易用性、功耗等因素，设计了一种在地面及坑道准三维测量地下介质电阻率的装置及方法。该装置主要包括传感器部件、分布式地面-坑道电磁接收机主机及其他装置辅助部件(装置其他附属部件)。具体内容如下传感部件，与分布式地面-坑道电磁接收机主机连接，用于将待测的电场和磁场信号转换为一定规律的且接收机能够识别的模拟信号；分布式地面-坑道电磁接收机主机，与所述传感部件连接，用于接收所述电磁场信号，并将其转换为数字信号进行传输与存储，并控制整套仪器智能化运行；其他装置辅助部件，与所述分布式地面-坑道电磁接收机主机连接，用于提供电力、通讯、GPS时钟和位置信息以及数据存储等功能，完成与便携式计算机的命令和数据交互。上述的在地面及坑道中准三维测量地下介质电阻率分布的装置，其特征在于，所述传感器部件包括电场传感器，通过50米的电极线连接传感器与所述分布式地面-坑道电磁接收机主机，用于在地面及坑道中接收混场源中的电场信号并输出与电场变化相对应的模拟信号，由四个固态不极化电极组成的差分传感器测量水平正交的两路电场(Ex、Ey)，仪器外壳通过另外的中间电极接地；磁场传感器，通过专用的电缆连接传感器与所述分布式地面-坑道电磁接收机主机，用于在地面及坑道中接收混场源的磁场信号并输出与磁场变化相对应的模拟信号，由三根感应式磁探头组成的传感器测量水平和垂直相互正交的三路磁场(Hx、Hy、Hz)；连接电缆，用于将所述电场和磁场传感器输出的信号连接至所述分布式地面-坑道电磁接收机主机。上述的在地面及坑道中准三维测量地下介质电本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种在地面及坑道中准三维测量地下介质电阻率分布的装置，其包括传感器部件、分布式地面－坑道电磁接收机主机及辅助部件，其特征在于：传感部件，与分布式地面－坑道电磁接收机主机连接，其用于采集待测的电场和磁场信号并将这些信号转换为能够由分布式地面－坑道电磁接收机识别的模拟信号；分布式地面－坑道电磁接收机主机，与所述传感部件连接，用于接收所述传感部件采集到的模拟信号，并将所述模拟信号转换为数字信号进行传输存储，并控制整套仪器智能化运行；辅助部件（装置其他附属部件），与所述分布式地面－坑道电磁接收机主机连接，用于提供电力、通讯、ＧＰＳ时钟和位置信息以及数据存储的功能，完成与便携式计算机的命令和数据交互。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：魏文博，金胜，邓明，陈凯，王猛，叶高峰，景建恩，张启升，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：11