《一種深部礦電磁探測方法與裝置》是中國科學院地質與地球物理研究所於2016年3月10日申請的發明專利，該專利的公布號為：CN105866848A，專利公布日：2016年8月17日，發明人：底青雲; 王中興; 付長民; 安志國; 王若; 張文秀; 楊永友; 陳彬彬; 薛國強。
《一種深部礦電磁探測方法與裝置》專利公開了一種深部礦電磁探測方法與裝置。深部礦電磁探測方法包括：採用人工源形式，通過接地電極向地下發射預定頻帶信號；利用同步的陣列分散式觀測系統同時進行數據採集，作為實測數據；以及對實測數據進行數據篩選，以利用篩選後的數據實現深部礦的電磁探測。深部礦電磁探測裝置能夠執行與上述深部礦電磁探測方法相同的數據採集與處理功能。該發明的上述技術能夠通過去除不合格數據來獲得高質量觀測數據，提高信噪比，實現對地下深部資源更精準的探測。
2021年6月24日，《一種深部礦電磁探測方法與裝置》獲得第二十二屆中國專利獎金獎。
（概述圖為《一種深部礦電磁探測方法與裝置》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種深部礦電磁探測方法與裝置
- 申請公布號：CN105866848A
- 申請公布日：2016.08.17
- 申請號：201610133889X
- 申請日：2016.03.10
- 申請人：中國科學院地質與地球物理研究所
- 地址：北京市朝陽區北土城西路19號
- 發明人：底青雲; 王中興; 付長民; 安志國; 王若; 張文秀; 楊永友; 陳彬彬; 薛國強
- Int. Cl.：G01V3/12(2006.01)I
- 專利代理機構：北京律遠專利代理事務所（普通合夥）11574
- 代理人：丁清鵬
專利背景,專利內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,綜述,操作內容,實施案例,榮譽表彰,
專利背景
人工源電磁法是一種利用人工可控的接地導線或者不接地回線向地下發射電磁波或者電磁場，地下礦體會對這種電磁場產生回響，在地面、空中、地下等一定空間範圍內接收這種感應信號，通過對這種感應信號進行分析處理，實現對地下礦體賦存狀態進行預測的一種地球物理勘探。
截至2016年，市場上用於人工源電磁法的設備可用作頻率域和時間域的大地電性結構探測及地下資源探測，但不適合三維電磁法觀測、數據易受環境干擾，以及不利於野外實時查看數據質量等缺點。
專利內容
專利目的
《一種深部礦電磁探測方法與裝置》提供了一種深部礦電磁探測方法與裝置，以至少解決用於人工源電磁法的技術不適合三維電磁法觀測、數據易受環境干擾，以及不利於野外實時查看數據質量等缺點。
技術方案
根據《一種深部礦電磁探測方法與裝置》的一個方面，提供了一種深部礦電磁探測方法，該方法包括：採用人工源形式，通過接地電極向地下發射預定頻帶信號；利用同步的陣列分散式觀測系統同時進行數據採集，作為實測數據；以及對實測數據進行數據篩選，以利用篩選後的數據實現深部礦電磁探測。
進一步地，陣列分散式觀測系統的精度高於100納秒。
進一步地，對實測數據進行數據篩選的步驟包括：採用人機互動方式剔除實測數據中的突變測片數據；和/或剔除實測數據中的突變點；和/或剔除實測數據中均方差大於或等於預定閾值的數據。
進一步地，剔除實測數據中均方差大於或等於預定閾值的數據的步驟中，採用低通濾波圓滑方法來進行數據剔除。
進一步地，預定頻帶信號包括如下頻帶：10～10赫茲。
根據《一種深部礦電磁探測方法與裝置》的另一個方面，還提供了一種深部礦電磁探測裝置，該裝置包括：發射單元，其用於採用人工源形式，將發電機能量通過發射機轉換為向地下發射預定頻帶信號的激發能量，並通過接地電極注入地下；採集單元，其用於利用同步的陣列分散式觀測系統同時進行數據採集，作為實測數據；以及數據處理單元，其用於對實測數據進行數據篩選，以利用篩選後的數據實現深部礦電磁探測。
進一步地，數據處理單元用於：採用人機互動方式剔除實測數據中的突變測片數據；和/或剔除實測數據中的突變點；和/或剔除實測數據中均方差大於或等於預定閾值的數據。
進一步地，數據處理單元在剔除實測數據中均方差大於或等於預定閾值的數據的過程中，採用低通濾波圓滑方法來進行數據剔除。
進一步地，預定頻帶信號包括如下頻帶：10～10赫茲。
改善效果
《一種深部礦電磁探測方法與裝置》採用人工源的形式，通過接地電極，向地下發射一種寬頻帶信號，並通過一種陣列分散式觀測系統採集包括地下礦體信息電場與磁場的感應信號，通過去除不合格數據來獲得高質量觀測數據，提高信噪比，實現對地下深部資源更精準的探測。
截至2016年，已有技術的缺陷是：用於人工源電磁法技術不適合三維電磁法觀測、干擾數據濾波效果差，通過儀器上的螢幕在野外實時查看數據質量，存在操作不方便、易受陽光影響看不清、功耗大、儀器體積大等缺點。該發明通過高精度採集站同步，實現接收機大規模陣列式觀測，採用低通濾波圓滑方法等技術，去除干擾數據，獲得高信噪比信號，採用WIFI無線傳輸技術與平板電腦監控技術，使得野外觀測數據質量更便捷、儀器體積更小、功耗小，適合野外大規模三維勘探需求。
《一種深部礦電磁探測方法與裝置》的其它特徵和優點將在隨後的說明書中闡述，並且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施該發明而了解。該發明的目的和其他優點可通過在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
附圖說明
附圖用來提供對《一種深部礦電磁探測方法與裝置》技術方案的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與該申請的實施例一起用於解釋該發明的技術方案，並不構成對該發明技術方案的限制。
圖1為《一種深部礦電磁探測方法與裝置》的深部礦電磁探測方法的一個示例性處理的流程圖；
圖2A為向地下發射的預定頻帶信號的波形圖；
圖2B為傳統的赤道向單機觀測裝置的結構示意圖；
圖2C為《一種深部礦電磁探測方法與裝置》採用的陣列分散式觀測系統的結構示意圖；
圖3為《一種深部礦電磁探測方法與裝置》的深部礦電磁探測方法的一個示例結構的框圖；
圖4A為優選實施例中對實測信號進行處理後的結果示意圖；
圖4B為優選實施例中L2測線電阻率剖面示意圖及其與鑽孔岩性柱狀圖的比對示意圖。
技術領域
《一種深部礦電磁探測方法與裝置》涉及電磁探測技術，尤指一種深部礦電磁探測方法與裝置。
權利要求
1.一種深部礦電磁探測方法，其特徵在於，所述深部礦電磁探測方法包括：
採用人工源形式，通過接地電極向地下發射預定頻帶信號；
利用同步的陣列分散式觀測系統同時進行數據採集，作為實測數據；以及對所述實測數據進行數據篩選，以利用篩選後的數據實現深部礦電磁探測；
其中，在對所述實測數據進行數據篩選的過程中：
針對數據採集過程中測片受到雷電、電焊突變干擾的情況，採用人機互動方式剔除所述實測數據中的突變測片數據；
以及針對在電磁干擾嚴重的情況，剔除所述實測數據中的突變點；
以及採用低通濾波圓滑方法來剔除所述實測數據中均方差大於或等於預定閾值的數據。
2.根據權利要求1所述的深部礦電磁探測方法，其特徵在於，所述陣列分散式觀測系統的精度高於100納秒。
3.根據權利要求1所述的深部礦電磁探測方法，其特徵在於，所述剔除實測數據中均方差大於或等於預定閾值的數據的步驟中，採用低通濾波圓滑方法來進行數據剔除。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的深部礦電磁探測方法，其特徵在於，所述預定頻帶信號頻帶範圍為：10～10赫茲。
5.一種深部礦電磁探測裝置，其特徵在於，所述深部礦電磁探測裝置包括：
發射單元，其用於採用人工源形式，將發電機能量通過發射機轉換為向地下發射預定頻帶信號的激發能量，並通過接地電極注入地下；
採集單元，其用於利用同步的陣列分散式觀測系統同時進行數據採集，作為實測數據；
以及數據處理單元，其用於對所述實測數據進行數據篩選，以利用篩選後的數據實現深部礦電磁探測；其中，在對所述實測數據進行數據篩選的過程中：
針對數據採集過程中測片受到雷電、電焊突變干擾的情況，採用人機互動方式剔除所述實測數據中的突變測片數據；
以及針對在電磁干擾嚴重的情況，剔除所述實測數據中的突變點；
以及採用低通濾波圓滑方法來剔除所述實測數據中均方差大於或等於預定閾值的數據。
6.根據權利要求5所述的深部礦電磁探測裝置，其特徵在於，所述預定頻帶信號包括如下頻帶：10～10赫茲。
實施方式
綜述
為使《一種深部礦電磁探測方法與裝置》的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下文中將結合附圖對該發明的實施例進行詳細說明。需要說明的是，在不衝突的情況下，該申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互任意組合。
在附圖的流程圖示出的步驟可以在諸如一組計算機可執行指令的計算機系統中執行。並且，雖然在流程圖中示出了邏輯順序，但是在某些情況下，可以以不同於此處的順序執行所示出或描述的步驟。
操作內容
《一種深部礦電磁探測方法與裝置》的實施例提供了一種深部礦電磁探測方法，該方法包括：採用人工源形式，通過接地電極向地下發射預定頻帶信號；利用同步的陣列分散式觀測系統同時進行數據採集，作為實測數據；以及對實測數據進行數據篩選，以利用篩選後的數據實現深部礦電磁探測。在該發明中，依靠接地導線向地下發射電磁波，電磁波向地下傳播至地下礦體，然後含有地下電阻率信息的電磁波返回至地面，在距離接地導線一定的範圍內進行觀測，根據觀測信號，能夠實現對地下礦體賦存狀態的推測。
下面結合圖1描述上述深部礦電磁探測方法的一個示例處理流程。
如圖1所示，開始執行步驟S101，採用人工源形式，通過接地電極向地下發射預定頻帶信號。然後，執行步驟S102。
例如，接地電極的導線長度可以為1000-2000米，發射功率最大可以為50千瓦，根據接地電阻的不同，發射電壓可以為500—1000伏，發射電流可以為10-50安。此外，向地下發射預定頻帶信號為寬頻帶方波（如圖2A所示），頻帶範圍為為10～10赫茲，也即，高頻端頻率為10千赫茲，低頻端為1000秒。
在步驟S102中，利用同步的陣列分散式觀測系統同時進行數據採集，作為實測數據。然後，執行步驟S103。其中，陣列分散式觀測系統的精度例如高於100納秒。
截至2016年，已有技術中採用的是如圖2B所示的傳統的赤道向單機觀測裝置。與已有技術不同，在《一種深部礦電磁探測方法與裝置》中，採用如圖2C所示的陣列分散式觀測系統來進行觀測。也即，在該發明中，在離開發射導線源4-10公里的地方布設陣列式採集站（最多可達200個），即陣列分散式觀測系統，各個陣列式採集站的數據採集是在同一時間進行的。在採集站之間，由於某種需要（例如地形障礙等），可以相隔較遠，採用若干手持終端來對就近的採集站進行配置、監督和管理。手持終端可以按照要求批量配置無線覆蓋區域內的所有採集站或抽檢區域內任意採集站的工作狀況，對區域內各採集站進行監控和管理。
在步驟S103中，對實測數據進行數據篩選，以利用篩選後的數據實現深部礦電磁探測，然後結束處理。在步驟S103中，例如可以採用3D積分方程法進行偏移成像，以實現深部礦電磁探測。
進一步地，步驟S103中對實測數據進行數據篩選的步驟可以包括：採用人機互動方式剔除實測數據中的突變測片（slice）數據（以下簡稱第一篩選處理）；和/或剔除實測數據中的突變點（以下簡稱第二篩選處理）；和/或剔除實測數據中均方差大於或等於預定閾值的數據（以下簡稱第三篩選處理）。也就是說，步驟S103中可以根據實際需要來選擇執行第一至第三篩選處理中的一種處理或多種處理，而且處理的先後順序也不限於此，例如可以按照第三、第二、第一篩選處理的順序執行，等等。
由於在數據採集過程中，某些測片可能會受到如雷電、電焊等人文環境突變干擾。在這種情況下，需要對將要疊加的測片進行編輯，將受到干擾的記錄剔除，保留未受到干擾或受到干擾小的數據進行頻域疊加（即第一篩選處理），從而得到更好的結果。
此外，在電磁干擾嚴重的區域，某些頻點所有測片的數據可能均會受到很大的干擾，造成疊加後的數據在頻率-視電阻率曲線上突跳，從而形成飛點，對於此類數據，進行人工互動剔除操作，保留剩餘數據（即第二篩選處理），從而使得後續處理的效果更好。
此外，針對第三篩選處理，例如可以採用諸如相鄰三點線性回歸、alpha-trim濾波之類的低通濾波圓滑方法來進行數據剔除，處理效果較好。
《一種深部礦電磁探測方法與裝置》採用人工源的形式，通過接地電極，向地下發射一種寬頻帶信號，並通過一種陣列分散式觀測系統採集包括地下礦體信息的感應信號，通過去除不合格數據來獲得高質量觀測數據，實現對地下深部資源更精準的探測。
此外，《一種深部礦電磁探測方法與裝置》還提供了一種深部礦電磁探測裝置，如圖3所示，該裝置包括：發射單元1，其用於採用人工源形式，將發電機能量通過發射機轉換為向地下發射預定頻帶信號的激發能量，並通過接地電極注入地下；採集單元2，其用於利用同步的陣列分散式觀測系統（陣列分散式觀測系統的精度例如高於100納秒）同時進行數據採集，作為實測數據；以及數據處理單元3，其用於對實測數據進行數據篩選，以利用篩選後的數據實現深部礦電磁探測。該發明採用人工源的形式，通過接地電極，向地下發射一種寬頻帶信號，並通過一種陣列分散式觀測系統採集包括地下礦體信息的感應信號，通過去除不合格數據來獲得高質量觀測數據，實現對地下深部資源更精準的探測。
進一步地，數據處理單元3用於：採用人機互動方式剔除實測數據中的突變測片數據；和/或剔除實測數據中的突變點；和/或剔除實測數據中均方差大於或等於預定閾值的數據。
進一步地，數據處理單元3在剔除實測數據中均方差大於或等於預定閾值的數據的過程中，採用諸如相鄰三點線性回歸、alpha-trim濾波之類的低通濾波圓滑方法來進行數據剔除。
進一步地，預定頻帶信號包括如下頻帶：10～10赫茲。
實施案例
測區坐落於葫蘆島市西北35千米處附近。測區內有三個鑽孔，分別是JK-1井、JK-2井和JK-3井。共布置了西北-東南方向N-W302°四個剖面線作為四條測線L1、L2、L3和L4，其中L2線穿過JK-1井和JK-2井。四條測線各長約3.75千米，長度共15.24千米，物理測深點數（即測點）744個。測點間距20米，測線間距50米。
地面長導線源（接地電極）的長度大約為1500米，發射功率為40千瓦，發射電壓為1000伏，發射電流為40安，工作頻率範圍為0.25～7680赫茲，發射波形如圖2A所示。此外，採用如圖2C所示的陣列分散式觀測系統進行測量，收發距離約10千米。
圖4A是按照步驟S103中的數據篩選處理所得結果，具體包括如下處理：將實測數據中的突變點剔除；將在雙對數坐標中視電阻率隨頻率的變化超過45度範圍的數據剔除；將均方差大於預定閾值的數據剔除。圖中空心點數據曲線表示處理前的信號曲線，而實心點數據曲線則表示處理後的信號曲線，顯然，處理後的曲線比較光滑，數據質量明顯改善。
圖4B為L2線部分剖面的測量視電阻率剖面（視電阻率的計算方法與常規方法相同，在此不再敘述），並與鑽孔的岩性柱狀圖進行對比對。鑽孔揭示了5個電性層，厚度390米左右為砂岩、粉砂岩和含礫砂岩層；其下為厚度237米左右的礫岩並含鋁土礦層；第三層為電阻率極低的泥岩夾含煤層，岩芯揭示煤為質量較好的無煙煤，電阻率低至幾個歐姆米；第四層為中高阻的灰岩、結晶灰岩、矽卡岩；終孔深度1700多米，為高電阻率的花崗岩基底。從圖4B可以看出，勘查結果能很好地反映地下的岩性差異，特別是對於-600米深度附近的低阻煤層的解釋結果與鑽井的岩性吻合，充分說明了該專利技術的實用性和有效性。
雖然《一種深部礦電磁探測方法與裝置》所揭露的實施方式如上，但所述的內容僅為便於理解該發明而採用的實施方式，並非用以限定該發明。任何該發明所屬領域內的技術人員，在不脫離該發明所揭露的精神和範圍的前提下，可以在實施的形式及細節上進行任何的修改與變化，但該發明的專利保護範圍，仍須以所附的權利要求書所界定的範圍為準。
榮譽表彰
2021年6月24日，《一種深部礦電磁探測方法與裝置》獲得第二十二屆中國專利獎金獎。
