一种组合式大功率多功能井地电磁发射系统及使用方法技术方案

本发明专利技术公开了一种组合式大功率多功能井地电磁发射系统及使用方法。所述系统由若干套大功率多功能井地电磁发射系统组合而成，每套发射系统包含发射车、发电机、大功率开关电源、大功率多功能井地电磁发射机、假负载、发射电缆和发射电极，其中，发电机、大功率开关电源、大功率多功能井地电磁发射机、假负载放置于发射车内，发射电缆和发射电极引出至地面或井下。所述使用方法包括五个步骤：确定发射系统数量和组合方式、发射系统就位、激发电磁场信号、采集二次场信号和反演目标区地下电性结构。通过所述系统及使用方法实现多台发射机在不同方位同步发射，建立叠加的大功率人工电磁场，提高接收信号信噪比，将待探测目标体无阴影还原。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于地球物理勘探
，具体涉及一种地球物理电磁法勘探设备，为一种用于陆地人工电磁场的发射以研究地下具有电性异常特征的矿产资源分布的激发装置。
技术介绍
电磁学方法用于探测陆地矿产资源的基本原理在于所探矿物与围岩的电学性质差异。当包含矿产资源的地层受到外界电磁波激发时，将产生综合的电磁感应，感应信号中携带着地下资源分布的电阻率、产状、规模、埋深、电导率等物性信息。利用在地面布放的电磁接收机对此类信号进行采集，采用现代数字信号处理方法对探测到的感应信号进行反演与成像等处理，就可推断出地下矿产资源的分布规律，为圈定资源开采靶区提供科学依据。以上提到的外界电磁波激发场源分为可控源和被动源。被动源为天然激发场源，即电磁波能量来自电离层；可控源为人工场源，即以人工发射的电磁波激发所探测区域，可有效提高信号接收的信噪比，利于电磁异常的发现。本专利技术所涉及的激发装置属于人工场源。目前，在某些复杂的地质体埋藏区进行人工源电磁法勘探时，由于待测目标的非规则，在某一个方向进行激发探测时，不能有效地圈定其赋存的范围，特别是横向和纵向的电阻率特征勾画不明显，故而需要从多个方向进行激发，类似于采用医学无影灯的照射原理，才能将待探测目标体无阴影还原。力争克服常规电磁观测方法存在探测深度浅、精度和分辨率低、抗干扰能力差等问题。具体地，在组合式大功率多功能井地电磁发射系统中，主要有以下技术难点：1、井地环境下的人工源电磁激发技术。目前，在地面进行大功率的人工源电磁场激发已是成熟的技术（高压逆变技术），但是在井地环境下，如何通过组合发射进行大功率的人工场源激发，尚存在诸多技术瓶颈，比如发射电极如何在井中布设的问题、激发电压和电流如何提高的问题、信噪比如何提高的问题等等。2、多台发射机同步激发技术。进行高压发射时，本专利技术采用多台发射机在不同方位同步发射，建立起叠加的大功率人工电磁场，借此提高接收信号的信噪比。本专利技术采用了精准的同步发射方案，实现多台发射机之间的同步，尽量减少控制延迟。另外，同步技术还包括发射机和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在时间轴上准确对应。3、发射电流电压实时检测技术。主回路供出的发射电流和发射电压需要实时监测并记录，除了便于对超过设定阈值的情况进行报警，立即自动切断供电电源，保证设备和人员的安全之外，便于后期的数据处理和解释。上述技术问题都是利用组合式大功率多功能井地电磁发射系统建立人工电磁激励场源所面临的特殊问题，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。
技术实现思路
为了克服常规电磁观测方法存在探测深度浅、精度和分辨率低、抗干扰能力差等问题，本专利技术提供一种组合式大功率多功能井地电磁发射系统及使用方法。通过所述发射系统及使用方法可以实现多台发射机在不同方位同步发射，建立起叠加的大功率人工电磁场，提高接收信号的信噪比，将待探测目标体无阴影还原。为实现上述目标，本专利技术采用以下技术方案：一种组合式大功率多功能井地电磁发射系统，由若干套大功率多功能井地电磁发射系统组合而成。每套发射系统包含发射车、发电机、大功率开关电源、大功率多功能井地电磁发射机、假负载，发射电缆和发射电极等部件，其中，发射车是所述设备的承载平台，发电机、大功率开关电源、大功率多功能井地电磁发射机、假负载等放置于专用的发射车内，发射电缆和发射电极引出至地面或井下。上述若干套大功率多功能井地电磁发射系统以地下待测地质目标体为中心，根据待测目标区的人文干扰情况，在多方位利用1套或多套大功率多功能井地电磁发射系统同时激发人工源电磁场信号，激发的人工场源信号可以满足多种地球物理电磁法探测方法的需求（包括时间域激发极化法、频率域激发极化法、可控源音频大地电磁法、时间域瞬变电磁法、伪随机电磁法等），最终达到增加感应电磁场的信噪比和减少探测盲区。布设在地面的接收机阵列，采集由地下感应的电磁场信号。组合方式如附图1所示。在金属矿电性异常体的周边，可以布置若干套大功率多功能井地电磁发射系统，同时在不同的方位激发，从而获得多方位的电磁场感应信息，同时有助于提高接收信号的信噪比。其中，在探测目标区可以布设面积性的接收机阵列，利用布设的发射系统，采集海量的感应电磁场信息，提高金属矿电性异常体的反演解释精度。另外，在地面发射时，发射电缆和发射电极均布设在地面，发射电缆长度根据探测深度而定，一般1km左右，发射电极一般采用金属材质的板状电极。如果待测区域有现成的钻孔可用，可利用测井绞车，将其中一根发射电缆和井中发射电极放入井下，另外一个电极依然布于地面，形成井中-地面发射模式，人工激发的场源距离异常体更近，可以在地面获得更高信噪比的信号。大功率多功能井地电磁发射系统组成原理如附图2所示，内部各部件的具体作用如下所示。发电机，与大功率开关电源和大功率多功能井地电磁发射机相连，为上述两个设备提供大功率电能支持，输出三相和单相交流电能；大功率开关电源，与发电机和大功率多功能井地电磁发射机相连，将发电机输出的三相工业交流电升压转换为可调输出的高压直流电，并输送给大功率多功能井地电磁发射机，为后级逆变提供母线电压；大功率多功能井地电磁发射机，与发电机、大功率开关电源、发射电缆和假负载等相连，该发射机是本专利技术装置的核心，有如下三种主要功能：1、将发电机输出的交流电转换为内部低压控制电路所需的电能；2、将大功率开关电源输出的高压直流转换为交流逆变矩形波通过发射电缆和发射电极输送至大地负载，作为人工电磁激励场源；3、将维持发电机转速平衡的电能输送至假负载；发射电缆，与大功率多功能井地电磁发射机和发射电极相连，将大功率多功能井地电磁发射机通过端口A和B输出的逆变矩形波传送至发射电极，一般地，发射电缆长数千米，根据陆地勘探深度而定；发射电缆为高耐压等级的订制电缆；发射电极，发射电极分为地面用的地面发射电极和井中用的井中发射电极，与发射电缆相连，其为铝箔、铜棒、铝板或铜板等金属电极，将发射电缆输送来的逆变矩形波转化为激励大地的人工激励场源；假负载，与大功率多功能井地电磁发射机相连，在做时间域激发极化法和时间域瞬变电磁法工作时，用来维持发电机转速平衡。优选地，大功率多功能井地电磁发射机包括发射机外控盒、便携式平板电脑、辅助信息测量单元、控制电路电源单元、发射机功率逆变模块等。其中，发射机外控盒，包括发射机时钟模块、发射机WiFi通讯模块、波形产生单元和发射机主控单元等，所述发射机外控盒通过无线WiFi网络与所述便携式平板电脑相链接，所述便携式平板电脑上运行监控软件来控制所述发射机外控盒，进而控制整个发射机；所述发射机外控盒通过通用输入输出口（GPIO，General Purpose Input Output）与发射机功率逆变模块相连，控制发射机功率逆变模块，使其能够改变发射频率和发射模式（比如单频供电模式、多频供电模式和伪随机供电模式等），满足多功能的控制需求。所述发射机时钟模块，与所述波形产生单元和所述发射机主控单元相连接；在本专利技术中，基于高精度温度补偿晶振和GPS模块完成高精度的时钟同步技术，保证电磁测网对时的自动化和高精度。波形产生单元基于专用直接数字频率合成技术和大规模逻辑可编程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合式大功率多功能井地电磁发射系统，其特征在于：所述电磁发射系统由若干套大功率多功能井地电磁发射系统组合而成，每套发射系统包含发射车、发电机、大功率开关电源、大功率多功能井地电磁发射机、假负载、发射电缆和发射电极，其中，所述发射车是所述设备的承载平台，所述发电机、大功率开关电源、大功率多功能井地电磁发射机、假负载放置于所述发射车内，所述发射电缆和发射电极引出至地面或井下。

【技术特征摘要】
1.一种组合式大功率多功能井地电磁发射系统，其特征在于：所述电磁发射系统由若干套大功率多功能井地电磁发射系统组合而成，每套发射系统包含发射车、发电机、大功率开关电源、大功率多功能井地电磁发射机、假负载、发射电缆和发射电极，其中，所述发射车是所述设备的承载平台，所述发电机、大功率开关电源、大功率多功能井地电磁发射机、假负载放置于所述发射车内，所述发射电缆和发射电极引出至地面或井下。2.如权利要求1所述的一种组合式大功率多功能井地电磁发射系统，其特征在于：所述发电机与所述大功率开关电源和大功率多功能井地电磁发射机相连；所述大功率开关电源与所述发电机和大功率多功能井地电磁发射机相连；所述大功率多功能井地电磁发射机与所述发电机、大功率开关电源、发射电缆和假负载相连；所述发射电缆与大功率多功能井地电磁发射机和发射电极相连；所述发射电极与所述发射电缆相连；所述假负载与所述大功率多功能井地电磁发射机相连。3.如权利要求1或2所述的一种组合式大功率多功能井地电磁发射系统，其特征在于：所述发射电缆为高耐压等级的订制电缆，其长度根据陆地勘探深度而定，一般情况下发射电缆长数千米。4.如权利要求1或2所述的一种组合式大功率多功能井地电磁发射系统，其特征在于：所述发射电极分为地面用的地面发射电极和井中用的井中发射电极，可以采用铝箔、实心铜棒、中空铜棒、铝板或铜板作为发射电极。5.如权利要求1所述的一种组合式大功率多功能井地电磁发射系统，其特征在于：所述大功率多功能井地电磁发射机包括发射机外控盒、便携式平板电脑、辅助信息测量单元、控制电路电源单元和发射机功率逆变模块；其中，所述发射机外控盒通过无线WiFi网络与所述便携式平板电脑相链接，所述便携式平板电脑上运行监控软件来控制所述发射机外控盒，进而控制整个发射机；所述发射机外控盒，通过通用输入输出口GPIO与发射机功率逆变模块相连，通过通讯串行总线UART与辅助信息测量单元相连；所述控制电路电源单元与所述发射机外控盒、所述辅助信息测量单元和所述发射机功率逆变模块相连接。6.如权利要求1或5所述的一种组合...

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