基于等离子体光纤传感器的激电数据采集系统及采集方法技术方案

本发明专利技术提供的基于等离子体光纤传感器的激电数据采集系统及采集方法，可以快速低成本的探测地下三维工区内的地层复电阻率分布规律和地层极化率分布规律及其与地下油气和矿产资源之间的关系，极大地降低地面各种人为噪音对现有电子类激电数据采集装置的干扰，提高激电数据的信噪比。由于采用了等离子体共振光纤传感器，激电数据采集装置里不再有任何电子器件和电子类传感器。等离子体共振光纤传感器之间、等离子体共振光纤传感器与仪器主机之间不再有相互干扰或串扰，等离子体共振光纤传感器及光纤主机也不易受到三维工区周围的环境电磁噪声干扰，还可以利用连接各等离子体共振光纤传感器的铠装光缆实现多通道多参数大数据高速实时传输。据高速实时传输。据高速实时传输。

【技术实现步骤摘要】
基于等离子体光纤传感器的激电数据采集系统及采集方法


[0001]本专利技术属于地球物理勘探技术和地面激发极化勘探
，具体地是指一种基于等离子体光纤传感器的激电数据采集系统及采集方法。

技术介绍

[0002]地球物理勘探方法主要有地震法、直流电法、磁法、重力法、电磁法和放射性等勘探方法。其中电磁法又称“电磁感应法”，根据岩石或矿石的导电性和导磁性的不同，利用电磁感应原理进行地面找矿勘探的方法，统称为地面电磁勘探法。
[0003]地面电磁勘探技术的应用，在构造带和特殊目标联合解释、油气圈闭联合检测评价等方面发挥了重要的作用。地面电磁勘探技术经过了近二十年的研究和发展，已经形成为较成熟的方法。电磁场激励的方法可以分为频率域激励和时间域激励。频率域(连续波)激励的局限是发射器和接收器之间有很强的耦合，使得从发射器直接到接收器的源场信号远比来自地层中的信号强，因而难以准确地测量从地层接收到的电磁场信号。尽管采用多目标处理技术和应用多组测量数据相结合的方法，能提供我们所关注的目标地层的信息，但得到的净信号与总测量信号相比仍然较小，有用信息微乎其微。
[0004]时间域电磁法(TDEM)或称瞬变电磁法(TEM)，它也是利用电磁感应的原理，与频率域电磁法的本质是一样的，但在场的激发和观测方式上是有区别的。时间域电磁法是以不接地回线或接地线源通以脉冲电流(发射场源采用具有周期性的脉冲序列，如矩形、梯形、半正弦波和三角形波等。)为场源，以激励探测目标感应二次电流，在脉冲电流间隙期间测量二次场随时间变化的响应。二次场从产生到结束的时间是短暂的，这就是“瞬变”或“过渡过程”名词的由来。
[0005]从方法机理来说，频率域方法和时间域方法没有本质的不同。前者研究谐变场特点，后者研究不稳定场特点，两者可借助傅里叶变换相联系。在某些条件下，一种方法的数据可以转换为另一种方法的数据。
[0006]激发极化发是根据岩石、矿石的激发极化效应来寻找金属和解决水文地质、工程地质等问题的一组电法勘探方法。它又分为直流激发极化法(时间域法)和交流激发极化法(频率域法(SIP))。常用的电极排列有中间梯度排列、联合剖面排列、固定点电源排列、对称四极测深排列等。也可以用使矿体直接或间接充电的办法来圈定矿体的延展范围和增大勘探深度。
[0007]当供电电极向地下供电时，供电电流不变，测量电极之间的电位差随时间增长会趋于某一饱和值，断电后，在测量电极之间仍然存在着随时间减小的电位差，并逐步衰减趋近于零。这种现象称为“激发极化效应”。激发极化法(InducedPolarization，缩写为IP)就是研究这一效应的方法。这种由于激发极化效应而产生电场随时间变化的过程分为充电和放电过程，供电后充电过程的电场开始随时间上升快，以后变慢，最后趋于饱和；断电后放电过程的电场随时间衰减很快，以后变慢，最后趋于零。
[0008]当进行野外电阻率测量或室内岩矿石标本的电阻率测量时，如果我们通过供电电
极向地下或标本内供入稳定电流，同时在测量电极的两端测量电位差，在电流强度不变的情况下，可以观测到测量电极间的电位差随时间而变化，并在相当长时间后趋于某一稳定的饱和值，在断开电流后，测量电极间的电位差在断电开始瞬间迅速下降，然后随时间缓慢减小，并在相当长时间后衰减到接近于零值。这种在充电和放电过程中，产生随时间而缓慢变化的附加电场就是激发极化现象。这种现象表明大地或岩矿石标本在外电流场的作用下产生了二次电场，这种二次电场是岩矿石中的固态物质(岩矿石颗粒)与电解质溶液界面上发生的一系列复杂的电化学作用的结果。
[0009]由于总场电位差和二次场电位差都与供电电流强度成正比。因此，可以用极化率，即二次场电位差与总场电位差的比值作为表征体极化介质激电效应强度的参数。影响岩矿石极化率的主要因素是电子导电矿物的含量和结构(电子导电矿物颗粒的大小、形状和连通情况等)。当颗粒大小一定时，极化率随电子导电矿物含量增加而增大。
[0010]按激电效应的类型，可将激发极化法分为两种：一种是观测在稳定电流激发下电场随时间变化的激电效应，称为时间域激发极化法。另一种是观测在交变电流作用下，电场随频率变化的激电效应，称为频率域激发极化法。
[0011]激发极化法可以沿用电阻率法的各种电极装置，其中时间域激电法中用得比较广泛的有中间梯度(中梯)、联合剖面(联剖)，近场源二极(二极)、对称四极测深(测深)等装置。频率域激电法则主要使用偶极
‑
偶极(偶极)装置。
[0012]频谱激电法(简称SIP)是地球物理勘探中的一种频率域的激电方法。该方法通过在超低频段作多频视复电阻率测量，分析其复电阻率的频谱特性，解决地质问题。SIP方法在地面采用偶极
‑
偶极装置，扫频观测径向电场，是一种高密度几何测深方法。在所测得的频谱中包含了由导电性引起的近场区电磁谱(EM)和由电极化性引起的激电谱(IP)。两种谱在频带上占据不同的位置，用不同的模型做实测视频谱的拟合反演可以分离它们，进而达到去电磁谱(EM)响应并求取四个激电谱(IP)参数：r
s
(视几何电阻率)、m
s
(视充电率)、t
s
(视时间常数)、C
s
(视频率相关系数)。这四个激电谱参数反映了地下异常地质体的导电和电极化的性质，可以对异常的物质属性做出较准确的判断。
[0013]目前行业内使用的频率域或时间域电磁数据采集系统都包含有感应线圈式或磁通门式单分量或三分量磁场传感器，一对或两对相互正交的不极化电极对作为电场传感器，以及信号放大、滤波去噪、模数转换、长距离传输或本地存储模块等。这种传统的电磁数据采集系统功耗大、仪器本底噪声高、抗电磁干扰能力弱、电磁传感器笨重、仪器成本高、生产效率低、难以大规模批量生产和在施工中大量快速布放使用。用于采集电场数据的两对不极化电极对在施工中要用引线分开50米到100米的距离，三分量磁场传感器为了避免相互之间的干扰和仪器主机对其产生的干扰，要分开5米到10米的距离分别埋置，大大的降低了施工作业效率。由于电子仪器和电子传感器抗电磁干扰能力弱，在存在强电磁干扰如高压输电线等环境下经常采集不到合格的电磁场数据。

技术实现思路

[0014]本专利技术的目的是克服现有技术的不足，本专利技术提供了基于等离子体光纤传感器的激电数据采集系统及采集方法。
[0015]为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0016]基于等离子体光纤传感器的激电数据采集系统，包括地面发射源和地面光纤激电信号接收采集装置；
[0017]所述地面发射源为时间域脉冲电流发射源或频率域正弦波电流发射源，还包括地面发射源的控制装置和发射天线，所述控制装置向发射天线提供大功率激励电流，激励电流为方波脉冲激励电流或正弦波激励电流；
[0018]地面光纤激电信号接收采集装置的按照预先设计的测点或测线分布在测量工区内；
[0019]所述发射天线包括接地长导线或者回线发射线圈；接地长本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于等离子体光纤传感器的激电数据采集系统，包括地面发射源(1)和地面光纤激电信号接收采集装置(2)；所述地面发射源(1)为时间域脉冲电流发射源或频率域正弦波电流发射源，还包括地面发射源(1)的控制装置(3)和发射天线(4)，所述控制装置(3)向发射天线(4)提供激励电流(5)；地面光纤激电信号接收采集装置(2)的按照预先设计的测点或测线分布在测量工区内；所述发射天线(4)包括接地长导线(42)或者回线发射线圈；接地长导线(42)有四条，环绕工区的四周，并且每条的两端均设有接地地极(41)；回线发射线圈环绕工区，为方形大回线发射线圈(43)或圆形大回线发射线圈(44)。2.根据权利要求1所述的基于等离子体光纤传感器的激电数据采集系统，其特征在于，所述地面光纤激电信号接收采集装置(2)包括至少一个激电信号检测的光学系统，光学系统包括依次连接的宽带光源(22)、偏振器(23)、偏振控制器(24)、光纤环行器(25)、等离子体共振光纤传感探头(26)，光纤环行器(25)和光谱分析仪(27)连接。3.根据权利要求1所述的基于等离子体光纤传感器的激电数据采集系统，其特征在于，所述等离子体共振光纤传感探头(26)为微型和化学惰性光纤传感器。4.根据权利要求2所述的基于等离子体光纤传感器的激电数据采集系统，其特征在于，包括多个等离子体共振光纤传感探头(26)，在地面组成阵列，通过铠装光纤缆(28)与地面上的仪器车(6)连接，所述仪器车(6)通过铠装光纤缆(28)控制阵列，并用收集阵列采集的数据。5.根据权利要求4所述的基于等离子体光纤传感器的激电数据采集系统，其特征在于，相邻的等离子体共振光纤传感探头(26)之间的相距为10米到50米，并通过铠装光纤缆(28)相连接。6.根据权利要求2所述的基于等离子体光纤传感器的激电数据采集系统，其特征在于，所述等离子体共振光纤传感探头(26)组成的阵列，按照每两个等离子体共振光纤传感探头(26)组成一对光纤激电信号测量探头，依次测量这两个等离子体共振光纤传感探头(26)之间的一次场或二次场的电位信号差。7.根据权利要求1所述的基于等离子体光纤传感器的激电数据采集系统，其特征在于，所述激励电流(5)，为大功率方波脉冲激励电流，波形为归零半占空双极型方波或占空比为零且有正负极性的伪随机脉冲序列，方波周期或单位脉冲宽度为0.01～64s；或激励电流(5)为大功率正弦波激励电流，波形为不同频率具有正负峰值的正弦波。8.根据权利要求1所述的基于等离子体光纤传感器的激电数据采集系统，其特征在于，所述接地长导线(42)的长度为5000m～10000m，所述控制装置(3)通过换向开关向不同方位的接地长导线(42)交替供电；所述方形大回线发射线圈(43)的边长为5000m～10000m，所述圆形大回线发射线圈(44)的直径为5000m～10000m。9.基于等离子体光纤传感器的激电数据采集方法，其特征在于，采用权利要求1～8中任一项所述基于等离子体光纤传感器的激电数据采集系统，包括以下步骤：S1、所述地面发射源(1)的控制装置(3)持续发射激励电流(5)，即大功率方波脉冲激励
电流或正弦波激励电流，经所述发射天线(4)的接地电级(41)向地下供电激发，或通过环绕三维激电数据采集工区的方形大回线发射线圈(43)或圆形...

【专利技术属性】
技术研发人员：余刚，苟量，张少华，宋喜林，刘雪军，王志刚，陈娟，王熙明，安树杰，夏淑君，
申请(专利权)人：中油奥博成都科技有限公司，
类型：发明
国别省市：