《一種全區電偶源頻率域磁測深方法及裝置》是湖南繼善高科技有限公司於2008年4月15日申請的專利，該專利申請號為2008100310695，公布號為CN101261327，公布日為2008年9月10日，發明人是何繼善。
《一種全區電偶源頻率域磁測深方法及裝置》，其磁測深方法包括以下步驟：（1）布置傳送電源（發電機組），將傳送電源與多頻電流傳送機連線，將多頻電流傳送機與兩供電電極A和B連線；（2）選定發-收距r，布置接收磁探頭，並將接收磁探頭與接收機連線；（3）啟動傳送電源，多頻電流傳送機及接收機，多頻電流傳送機將指定波形、電壓、大小以及頻率的電流通過供電電極A和B傳送至地下，接收機一次同時測量出來自地下的各個頻率成分的磁場回響，將相關參數自動存入記憶體並分別按相關公式自動計算出近區、遠區、中區的視電阻率，自動繪製成圖並儲存。該發明還包括相應裝裝置。該發明適合於在全區（包括近區、中區和遠區）進行地下電性分布觀測，可以查明地下地質構造及礦產分布或者解決其它工程、水文及環境地質問題。觀測效率高，精度高，裝備簡單。
2021年6月24日，《一種全區電偶源頻率域磁測深方法及裝置》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種全區電偶源頻率域磁測深方法及裝置》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種全區電偶源頻率域磁測深方法及裝置
- 公布號：CN101261327
- 申請人：湖南繼善高科技有限公司
- 發明人：何繼善
- 申請號：2008100310695
- 申請日：2008年4月15日
- 公布日：2008年9月10日
- 地址：湖南省長沙市嶽麓區麓山南路932號中南大學
- 代理機構：長沙星耀專利事務所（普通合夥）
- 代理人：寧星耀
- Int. Cl.：G01V3/02;G01V3/08
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,積極效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,專利榮譽,
專利背景
截至2008年4月，在勘查地球物理領域，人工源頻率域電磁測深方法例如可控源音頻大地電磁法（Control Source Audio-Frequency Magnetotellurics）和磁偶源頻率測深法（MELOS法），都存在一定的缺點。其中CSAMT法，需要在“遠區”（發-收距等於趨膚深度的7-9倍）測量一組相互正交的電、磁場水平分量Ex、Hy（或者Ey、Hx），通過計算二者之比（稱為阻抗）Zxy＝Ex/Hy（或者Zyx＝Ey/Hx），進而獲得地下的視電阻率分布（或者），藉以達到查明地下地質構造或礦產資源的目的。由於需要在遠區測量兩個相互正交的電、磁場水平分量Ex、Hy，可以部署的測量面積十分有限。使用的裝備必須具備既能測量電場Ex又能測量磁場Hy的功能。進行野外作業的時候，須要一邊測量Ex一邊測量Hy，同時還要保證Ex和Hy相互正交。測量Ex和Hy的誤差都被帶入結果中，再通過平方使誤差更加放大。又由於在“遠區”測量，信號微弱，勢必要加大傳送電流，使得傳送裝置笨重。MELOS法雖然不一定要求在“遠區”測量，但也只限於中-遠區的範圍，不能進入近區測量，而且需要對非“遠區”的觀測結果進行一系列的校正，手續繁瑣，使得效率低下。所以現行的CSAMT法和MELOS法，都具有裝備笨重，效率低，手續繁瑣，精度不高等缺點。
發明內容
專利目的
《一種全區電偶源頻率域磁測深方法及裝置》的目的在於提供一種裝備簡單，效率高，測量精度高的測量磁場的垂直分量Hz的全區電偶源頻率域磁測深方法及裝置。
技術方案
《一種全區電偶源頻率域磁測深方法及裝置》提出的全區電偶源頻率域磁測深方法，只測量電偶極源產生的磁場垂直分量Hz，測量出發-收距r，按《一種全區電偶源頻率域磁測深方法及裝置》提出的公式和方法進行計算，能夠獲得發-收距為任意大小的全區的視電阻率。
根據電磁場理論，均勻半空間上電偶極源產生的磁場垂直分量表達式為
藉助感應數p（p＝r/δ，
是電磁波在介質中的趨膚深度）上式可表示為
1，對於p≥9的“遠區”，可以略去（2）中的
，由此引起的誤差不會超過1％（《一種全區電偶源頻率域磁測深方法及裝置》把滿足p≥9的地帶定義為“遠區”）。這時（2）式簡化為
其絕對值為
式中，r為發-收距，I是供給電偶極源的電流，dL為供電的偶極距，ω是電流的圓頻率，μ為地下介質的導磁率，φ為r與傳送電偶極矩（兩供電電極距離）正向的夾角（方位角），ρ是被探測的大地的電阻率。其中I，dL，ω，μ（對於非鐵磁性介質而言可取μ＝4π×10亨利/米）都是已知量，測量出r和Hz，按照公式
就可提取地下物質的視電阻率。
2，對於發-收距很小的近區，同樣藉助感應數p將公式（3）改寫成
（6）可以分為實部
和虛部
對於測量Hz的實部，我們把“近區”定義為p≤0.008的範圍，這時在（7）中略去p的四次及四次以上的項引起的誤差不超過1％，（7）簡化為
在已知發-收距r（這個r是人為布置並且是已知的）的前提下，傳送並接收任何兩個頻率電流產生的垂直磁場的實分量ReHz（ωh）、ReHz（ωl）（其中ωh是高頻電流的頻率，ωl是低頻電流的頻率，二者之比s稱為頻率比，s＝ωh/ωl），
按照公式
即可計算（提取）視電阻率。
也可以測量Hz的虛部，這時把“近區”定義為p≤0.18，使得在（8）中略去p的五次及五次以上的項引起的誤差不超過1％。（8）式成為
傳送和接收任何兩個頻率電流產生的磁場垂直分量的虛部
將低頻虛分量用頻比s加權並與高頻虛分量相減
按照公式
同樣能夠提取（計算）視電阻率。
對於那些既不滿足“遠區”，也不滿足“近區”的中間地區（過渡帶），由公式（4）
可得
其中，
測量出磁場垂直分量的絕對值|Hz|，首先按公式（5）計算得到
因為
將ρa1代入（20）求得p1，再代入（18）得到
然後按公式
求得ρa的二級近似值ρa2。繼續將ρa2代入（20）和（18），得到p2和f（p2），然後得到三級近似值ρa3
如此繼續進行下去，經過若干次疊代，逐次逼近，直到ρa（n-1）與ρan的差別小到滿意的程度為止。得到的ρan就是中間地區（過渡帶）的視電阻率。
《一種全區電偶源頻率域磁測深方法及裝置》之全區電偶源頻率域磁測深方法包括以下步驟：（1）布置傳送電源（發電機組），將傳送電源與多頻電流傳送機連線，將多頻電流傳送機與兩供電電極A和B連線，供電電極A和B之間的距離（即供電的偶極距）dL根據勘查需要確定；（2）根據勘查的目的和勘查地區的具體情況選定發-收距r，在與傳送電源相距r的地方布置接收磁探頭，並將接收磁探頭的輸出端與接收機連線；（3）啟動傳送電源，根據勘查需要選定多頻電流傳送機傳送電流的電壓、大小以及頻率，啟動多頻電流傳送機及接收機，多頻電流傳送機將指定波形、電壓、大小以及頻率的電流通過供電電極A和B傳送至地下，接收機一次同時測量出來自地下的各個頻率成分的磁場回響垂直磁場分量Hz（磁場回響通常小到10安培/米甚至更小），接收機內將傳送和接收的各個參數（I，dL，r，Hz）自動存入記憶體並分別按公式（5）、（10）、（15）、（24）自動計算出遠區、近區、中區的視電阻率ρa，自動繪製成圖並將數據和圖件儲存在接收機的記憶體中。
《一種全區電偶源頻率域磁測深方法及裝置》之磁測深裝置包括傳送電源（發電機組），與傳送電源電連線的多頻電流傳送機與多頻電流傳送機相連的兩供電電極A和B，1-3個接收磁探頭，每個接收磁探頭的輸出端與一接收機連線。
傳送電源為一發電機組。
多頻電流傳送機是一個由中央處理器（CPU）指揮、控制的多頻電流傳送器，它可以產生和同時傳送按指定波形工作的電流（其含有的頻率的高低和頻率的個數n可根據勘查的需要事先確定並人工調節）。它產生的電壓、電流的大小以及頻率均可根據勘查的需要，通過人工進行調節和選擇。
接收機是一個裝有中央處理器（CPU）的智慧型寬頻多頻率電位差測量裝置。接收機的工作頻率與多頻電流傳送機的工作頻率一一對應。
《一種全區電偶源頻率域磁測深方法及裝置》克服了以往CSAMT法只能在遠區分別測量一組正交的Ex和Hy，因而使得信號微弱，裝備笨重、複雜，野外測量手續繁複、效率低，以及計算時取平方放大了誤差等一系列缺點。也能夠克服MELOS法需要對測量結果進行校正，資料整理繁瑣、效率低的缺點。
針對區域的遠近採用不同的公式提取視電阻率，只需要在接收機的CPU中預先存入相應的程式，並不增加野外工作量和校正的手續。
積極效果
《一種全區電偶源頻率域磁測深方法及裝置》的積極效果：（1）可以在發-收距r為任意值的廣大區域進行測量，極大地擴張了可以進行電磁測深的面積，減少了移動傳送裝置的次數，提高了工作效率；（2）不需要同時具備測量Ex和Hy的功能，使用的測量儀器只需要具備測量Hz的功能，儀器裝備比CSAMT法減少一半；由於野外工作時只需要測量Hz，不需要測量Ex和Hy，工效提高一倍；（3）在野外用水平線圈測量Hz，與測量Hy相比，其使用的探頭線圈尺寸可以更大，匝數可以更多，定向可以更精確，靈敏度更高；直接從測量的Hz獲得地下視電阻率，其觀測精度只與一個觀測量Hz有關，不會引入兩個觀測量的誤差，也不會經過平方使誤差放大；能夠獲得比現行的CSAMT法更高的精度；《一種全區電偶源頻率域磁測深方法及裝置》也不需要對測量結果進行任何校正，比MELOS法可測的面積更大，手續更簡便，精度更高；（4）能夠在發-收距（觀測點到偶極遠中心的距離）取任何大小的全區進行觀測，只測電偶源頻率域電磁場的一個磁場垂直分量Hz，就能獲得地下的電性分布。
使用《一種全區電偶源頻率域磁測深方法及裝置》，通過觀測地下的電性分布，可以查明地下地質構造及礦產分布或者解決其它工程、水文及環境地質問題。
《一種全區電偶源頻率域磁測深方法及裝置》對於電磁法勘探的理論和方法的發展以及提高電磁法勘探的野外效率和觀測精度，從而更快、更準確地為經濟建設的發展高效地提供礦產資源和地質基礎資料，既具有重要的理論意義，又具有重要的實用價值。
附圖說明
圖1為《一種全區電偶源頻率域磁測深方法及裝置》裝置及觀測方法實施例的示意圖。
圖1
技術領域
《一種全區電偶源頻率域磁測深方法及裝置》涉及一種勘查地球物理領域的電磁測深方法及裝置，尤其是涉及一種測量磁場垂直分量Hz的全區電偶源頻率域磁測深方法及裝置。
權利要求
1.一種全區電偶源頻率域磁測深方法，其特徵在於，包括以下步驟：（1）布置傳送電源，將傳送電源與多頻電流傳送機連線，將多頻電流傳送機與兩供電電極A和B連線，供電電極A和B之間的距離dL根據勘查需要確定；（2）根據勘查的目的和勘查地區的具體情況選定發-收距r，在與傳送電源相距r的地方布置接收磁探頭，並將接收磁探頭的輸出端與接收機連線；（3）啟動傳送電源，根據勘查需要選定多頻電流傳送機傳送電流的電壓、大小以及頻率，啟動多頻電流傳送機及接收機，多頻電流傳送機將指定波形、電壓、大小以及頻率的電流通過供電電極A和B傳送至地下，接收機一次同時測量出來自地下的各個頻率成分的磁場回響垂直磁場分量Hz，接收機內將接收的相關參數I，dL，r，Hz自動存入記憶體並分別按公式（5）、（10）、（15）、（24）：
式中，r為發-收距，I是供給供電電極A和B的電流，dL為供電電極A和B之間的距離，ω是電流的圓頻率，μ為地下介質的導磁率，φ為r與供電電極正向的夾角，ρ是被探測的大地的電阻率，自動計算出遠區、近區、中區的視電阻率ρa，自動繪製成圖並將數據和圖件儲存在接收機的記憶體中。
2.一種全區電偶源頻率域磁測深裝置，其特徵在於，包括一傳送電源（1），與傳送電源（1）電連線的多頻電流傳送機（2），與多頻電流傳送機（2）相連的兩供電電極A和B，分別置於近區、中區、遠區的3個接收磁探頭（3-1、3-2、3-3），3個接收磁探頭（3-1、3-2、3-3）輸出端分別與置於近區、中區、遠區的3個接收機（4-1、4-2、4-3）連線；多頻電流傳送機（2）是一個由中央處理器指揮、控制的多頻電流傳送器，該多頻電流傳送機（2）可以產生和同時傳送按指定波形工作的電流，此多頻電流傳送機（2）含有的頻率的高低和頻率的個數n可根據勘查的需要事先確定並人工調節；它產生的電壓、電流的大小以及頻率均可根據勘查的需要，通過人工進行調節和選擇；接收機（4-1、4-2、4-3）是一個由中央處理器控制下的寬頻多頻率電位差測量裝置；接收機（4-1、4-2、4-3）的工作頻率與傳送機（2）的工作頻率一一對應。
實施方式
參照附圖，《一種全區電偶源頻率域磁測深方法及裝置》裝置實施例包括傳送電源（發電機組）1，與傳送電源1電連線的多頻電流傳送機2，與多頻電流傳送機2相連的兩供電電極A和B，分別置於近區、中區、遠區的接收磁探頭3-1、3-2、3-3，接收磁探頭3-1、3-2、3-3的輸出端分別與置於近區、中區、遠區的接收機4-1、4-2、4-3連線。
多頻電流傳送機2是一個由中央處理器（CPU）指揮、控制的多頻電流傳送器，它可以產生和同時傳送按指定波形工作的電流（其含有的頻率的高低和頻率的個數n可根據勘查的需要事先確定並人工調節）；它產生的電壓、電流的大小以及頻率均可根據勘查的需要，通過人工進行調節和選擇。
接收機4-1、4-2、4-3是一個由中央處理器（CPU）控制下的寬頻多頻率電位差測量裝置。接收機4的工作頻率與傳送機2的工作頻率一一對應。
工作原理如下：傳送電源1產生的電能輸送到多頻電流傳送機2，多頻電流傳送機2產生的特定頻率的電流經由供電電極A和B送入地下，接收磁探頭3-1、3-2、3-3分別把位於近區、中區、遠區的大地產生的磁場回響的垂直分量Hz（這一回響含有地下物質的電性分布的信息）轉化為與磁通量變化率成正比的電壓信號ε（），送往近區、中區、遠區的接收機4-1、4-2、4-3，在各自CPU的控制、指揮下，接收機4-1、4-2、4-3分別一次同時測量出來自近區、中區、遠區的地下的各個頻率成分的磁場回響（磁場回響通常小到10安培/米甚至更小）；接收機4-1、4-2、4-3內的微電腦將傳送和接收的各個參數（I，dL，r，Hz）自動存入記憶體並自動按照公式（10）、（15）、（24）、（5）計算出近區、中區、遠區的視電阻率ρa，自動繪製成圖並將數據和圖件儲存在接收機的記憶體中。
操作步驟：（1）布置傳送電源1，將傳送電源1與多頻電流傳送機2連線，將多頻電流傳送機2與兩供電電極A和B連線，供電電極A和B之間的距離（即供電的偶極距）dL根據勘查需要確定；（2）根據勘查的目的和勘查地區的具體情況分別選定近區、中區、遠區的發-收距r近、r中、r遠在與傳送電源相距r近、r中、r遠的地方分別布置近區、中區、遠區的接收磁探頭3-1、3-2、3-3，並將接收磁探頭3-1、3-2、3-3的輸出端分別與置於近區、中區、遠區的接收機4-1、4-2、4-3連線；（3）啟動傳送電源，根據勘查需要選定多頻電流傳送機傳送電流的電壓、大小以及頻率，啟動多頻電流傳送機及接收機，多頻電流傳送機將指定波形、電壓、大小以及頻率的電流通過供電電極A和B傳送至地下，後續步驟則由接收機自動進行。
專利榮譽
2021年6月24日，《一種全區電偶源頻率域磁測深方法及裝置》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。
