激发极化法极化率衰减曲线测量技术

极化率衰减曲线测量技术1极化率衰减曲线测量技术1激发极化法极化率衰减曲线测量技术上海绿海电脑科技 陆焕文电法勘探测量方法与仪器的分类：1：按电场生成分类：线电台发出的电场，底下电化学效应自己引起的电场〔自然电场。传导类电场和感应类电场，传导类电场是发送机的发送电极接地的〔用铜电极赶插入地下。感应类电场是用无线电发送天线向空中放射后感应到地下的，即发送机发送端不接地〔如测地雷达。2：按被测的参数分类：依据测量不同的物探参数可以分成不同的测量仪器，从被测信号频率的凹凸可分成以下几类：〔Z〕低频Z～〕 激发极化法音频Z～〕 音频磁大地电流3：按测量效率分类：按一次供电可同时测多少的物理册点分类：仪器简洁，人工多，效率低。量效率高，数据牢靠性高。高密度测量中还可分为多线制和总线制。多线制是一台主机上引出多道测量线，用星形网直接接到不同物理点的MN接线电极上。这种方法的缺点是要用长导线传诵模拟量ΔVΔVmV级的微弱信号，简洁受空中电磁波干扰，测量精度受影响。总线制是一台主机与多台从机用一根电缆连接起来，组成一个野外现成总线局域网，主机用数10001284K*中间梯度法发送机或发送机或蓄电池ABºº发送机接收机ººA供电电极组 B供电电极组 M N MMNM NA MN距〔米〕 BKmn=(2π*AM*AN*BM*BN)/[MN*(AM*AN+BM*BN)]A,BMNA，B〔A，B1/2〕*电测探法〔对称测探法〕AAººB发送机接收机ººAMAMN1/2ABKAMBNM，NABA，BA，B1/2AB*偶极剖面法：发送机接收机发送机接收机ABMN45º45ºΔVI ABMN45º45ºΔV测量点©A，BM，NABMN对偶极之间的距离很大。KKmn=(2π*AM*AN*BM*BN)/[MN*(BM*BN -AM*AN)]ABA，BKmnKK|Kmn|一.激发极化法测量原理:激发极化法测量的是地质矿体与围岩组合体的电学和化学特性.从电路系统的观点看是测量大地系BNBN发送机发送机大地系统接收机A输入激发信号A,B供电电极的电流信号DELTA_IM某测线某测点反映的地下剖面中某位置的系统特性脉冲响应函数或频率响应函数I采样电阻接收大地系统的输出响应信号DELTA_V.进展时域分析,(衰减曲线)频域分析.(频谱分析,复电阻率的幅值与相位)DELTA_I 大地测量系统方块图参看上图,它是大地系统特性测量等效电路图,由它测出的地球物化探参数是反映某测线下地质剖面中某几何位置的参数.参数反映的几何位置是由野外供电电极ABM和N位置确定的.这取决於野外承受的什么类型的装置(例如:中间梯度法,偶极偶极法,测深法等).A,B的外表与大地的接触电阻大小和大地的电阻率.为了测出深部的参数必需使电流加大(5A-15A).为了测量多种地球物化探参数,发送机要能发出多种外形的电流波型.波形的频率也要可变.(0.01HZ—8000HZ).ABMNABMN的物化探参数.I (A)I (A)0T{S}T(S)周期频率域测量发送机向大地输入的电流信号波形图I (A)I (A)正供电1T{S}反供电T(S)周期时间域测量发送机向大地输入的电流信号波形图图中的接收机是测量大地系统对输入电流信号的响应输出的电压信号.它同时测量输入大地的电流信号.用这两种信号的相关处理可以得出大地的脉冲响应函数和大地的频率响应函数.这个函数是大地的地球物理参数.由于在实际中发送机无法发出窄脉冲(幅度无穷大而脉宽无穷小),所以在时间域测量中使用阶跃电流信号,测得的电压信号是大地对阶跃电流信号的响应,即阶跃响应函数,也就是DELTA_V1DELTA_V2正一次场正一次场DELTA_V1正二次场DELTA_V2负二次场DELTA_V2负一次场DELTA_V1MN电极上输出的大地对发送机时间域波形响应(一,二次场强电压信号)对上面的波形作实时模拟与数字信号处理就能得到以下图所示的极化率衰减曲线.极化率极化率=(二次场/一次场)*100%100%极化率衰减曲线测量技术10极化率衰减曲线测量技术10具体的处理方法由以下几个步骤:对DELTAV1,2信号进展自动增益掌握.方法是对波形的完整周期内用适宜的增益放大使得输A/DA/D50%90%之间..用硬件模拟电路(带有施密特性能的比较器)查找正一次场供电沿.延时600MS后开头测量20MSN用硬件模拟电路(带有施密特性能的比较器)查找正一次场停电沿,以此沿作为对二次场开头测量CPU启动60MS定时的中断效劳程序,在这个中断效劳程序中先对二次场电压信号进展自动增益掌握,(调整模拟放大器的增益,使二次场被放大到A/D1/2A/D20MSN60MS101010240MS同样的方法测量未补偿干净的自然电位,并把它生成一个记录(5).用硬件模拟电路(带有施密特性能的比较器)查找负一次场供电沿.延时600MS后开头测量20MSN用硬件模拟电路(带有施密特性能的比较器)查找负一次场停电沿,以此沿作为对负二次场开头测CPU启动60MS定时的中断效劳程序,在这个中断效劳程序中先对负二次场电压信号进展自动增益掌握,(调整模拟放大器的增益,使负二次场被放大到A/D1/2时所用的增益.接下来就使用该增益放大二次场并用A/D转换器对负二次场连续20MS内采N个60MS1010240MS用以上同样的方法测量未补偿干净的自然电位,并把它生成一个记录对以上正负一次场和二次场和未补偿的自然电位记录中的N个数求平均值.生成正负一次场二次场剩余自然电平均值的记录.将正负一次场和二次场平均值的记录相应的项相减后除以2,得到正2自然电平均值.依据该值去修正测得的自然电位并且进展一次实际补偿.均并把它存入第一套记录.就进展其次套数据测量后与第一套数据叠加后求平均,再显示第一套记录并询问操作员是否还要进展如操作员答复’是’,就创立记录,不然就回到系统菜单.1 2 3 4 5+8.5 6 7 8+5VC3D 100P

R1710k

P610K

R1920K54

L3A2

R2210KM2

VCC

R235.1KD(+2.5V)R201K

-8.5

V(8V)R6210K

R6010K

R21160KR6310K

R6110K

13 X0 X 3X1X2MUX12 X31 X4

+8.5

+8.5

+5VVCC

5 2 4

VCC 16 1K

R3110K

R33+8.5+8.5C0 0

OX0OX1

6 11 A10 B9 C

GND 80VEE 7

AGND

R1810k

P710K76

L3B1

5.1KCM30-8.50

R3020K R35

8V100K R34100K-8.5R32160K0 0 0 0

SH1D03BUS

I2W77E58

CPU10 0 0 20 0 300 4B 50 60 789

T2,P10T2EX,1RXD1,2TXD1,3INT2,4I3/,15I4,1.6I5/,17RST

VDD 40P00,AD 3901,AD1 3802,AD2 3703,AD3 36 B04,AD4 3505,AD5 3406,AD6 3307,AD7 32J2

+8.5

R2491k

R25253K

P410K

0+8.5

0 0 DTOA1IN

101112131415164 17181920

RXDP30TXD,31INT0/INT1/T0,3.4T1,3.5RD/,37XTAL2XTAL1VSS

EA/ 31ALE 30PSEN/ 2927,A15 2826,A14 2725,A13 2624,A12 2523,A11 2422,A10 23P21,A9 22P20,A8 21C60.035UF C80.12UF E8100UF/16V R42100

A2 1

AD3AD526

A1 16

AD2MAX120MODE RD/ 24VIN R28

C9R2762K

*P15K

R26NULLVINNULL

A0 15CS/ 14CLK/ 13VSS CS/ 23VDD INT/ 22AIN CLKIN 2110K

*PC11

C10*P

C120.015UFP5

AGND

AGND3A1

IC7 OP-076A4-VS

A2 12B 11+VS 10VOFORC 9VREF CONVST20GND D0 197 186 A/D D1 17D10 D20.047A

10K

2R43

9 D9 D3 1610 D8 D4 15 A11 D7 D5 14极化率测量中的关键技术.极化率测量公式 极化率=(二次场/一次场)*100%说这个电压中还包含有二次场的成份,但是二次场相对於一次场比较小,只有百分之几.所以就以此电压作为一次场.而且以供电后几秒钟后的电压为一次场.由于刚供电时MN上电压在上升,几秒后趋向平稳.如以下图所示:一次场一次场DELTA_V1上式中的二次场是发送机停顿向地下供电后在地面上M,N接收电极上测得的电压值DLTA_V2.,它是随停电时刻的延迟而渐渐衰减的.在0.50MV.我们要对这根衰减曲线上的各时刻进展采样,以得到一根完整的二次场衰减曲线.一次场一次场极化率衰减曲线测量技术15极化率衰减曲线测量技术15极化率衰减曲线测量技术16极化率衰减曲线测量技术16上式中的极化率是二次场衰减曲线上的各点分别除以一次场后乘100%得到的.它也是一根衰减曲线.这叫对一次场归一化处理.好处是排解了不同的MN电极上测得的一次场时大时小变化对极化率测量准确度的影响.它可以完全反映地下矿体的激发极化效应.如以下图所示极化率极化率=(二次场/一次场)*100%100%极化率衰减曲线未补偿掉的自然电位T=060MS120MS180MS240MS300MS360MS420MS480MS540MS600MS二次场测量方法.*M,N二次场和不极化电极的极差都在几毫伏到几十毫伏数量级.而且都可能是正电压或负电压.其中自然电位SP和不极化电极的极DELTA_V2的,发送机停电后约0.50.DELTA_V2SPVJSPVJSPVJDELTA_V2*SPVJ:0.8D/A0GANSPVJSPVJ*SPVJ:SPVJSPVJD/ASPVJ*.二次场测量准确度的提高关键技术:时间精度:二次场DELTA_V2测量电极M,N上的电压信号而言就是一次场消逝的后沿.数据采集器要查找这个后沿,时间误差不1A/D*查找一次场停电后沿方法(接收机与发送机同步测量技术):70.60DDC250HZ电变压成50V到500V沟通电,并且用变压器与大地隔离后整流成直流50V到500V直流电压.再用灭弧的大功率脚踏开关启动和停顿向大地供电.停电时用电榄线启动对二次场的测量.这种方法的缺点是接收机不能敏捷移动.只能移动MN测量电极(跑极).这种方法测量费时费工,而且测量准确度易受测量的长线上的干扰而降低.(长线易受电磁感应)70年月初地质部物探争论所研制出接收机与发送机无电榄联接的短导线激电仪.用接收机从测量MN上来的一次场停电后沿来启动对二次场的测量.这种方法国际上也承受了.典型仪器有加.80SJJ_1IPR8.湖南地质局研制了大功率短导线激电仪在省内和邻省江西推广使用.获得良好的效果.这类仪器都是测量线是短导线的.都是利用查找一次场后沿来启动二次场的测量,即远点启动法.查找一次场停电沿的方法也有多种;一种是用电容电阻微分器查找后沿,这种方法简洁但不太牢靠(微分电路易受干扰).另一种方法是用电平鉴别电路(施密特触发器)来区分一次场和二次场.适当设置施密特电路的翻转电平(在一次场和二次场中间)和施密特电路的滞后回差(回差大一些可抗干扰)可以比较牢靠地区分一次场和二次场.另外国外又推出抗干扰性能更好的锁相环同步电路,典型仪器是MAK_3.但是锁相电路在超低频激电信号下锁定时间较长,在干扰大的工区不易锁定后同步测量.因此目前国际上大多承受电平区分的方法,即用带施密特特性的电平比较器来区分一次场和二次场.本仪器就承受这种方法.(LOOK_V2.S01)11234DD+8.520K+5VVCCR4110k3)L3ALM339R475.1K52M5C12100PP710K4O0)2C1)C-8.51K3VINR45+8.5B+5VVCCBR48 R501K 10K)P810K+8VR525.1KL3B39R4210k71M4601R4920K-8VR54100KR53KATitle-8.5SizeA4Date:File:NumberARevisionR51160K16-May-2008V2.DDBSheetofDrawnBy:1 2 3 4电压幅值精度:15%.在查找后沿时放大器用的增益是适合一次场的,这个增益对二次场是太小了,带来的后果是A/D转换器采样的数字有效位数降低.这样就测不准二次场.为了提高测量精度必需扩大放大器的增益,使二次场放大到A/D转换器最大输入电压的一半以上.这样才能获得最多的有效位数.最终对每一个二次场电压有两个数据来表达,一个数DELTA_V2=(float)V_SAMP/GAN.每次测量一个二次场必需对它进展自动增益设置,接着对二次场进展A/D转换.这个过程必需在准确660DELTA_V2(3).准确补偿自然电位,MN为了准确测量二次场,必需把影响二次场的直流偏移和漂移干扰信号全部补偿掉,这些直流干扰信号包括1.仪器放大器自身的零漂,2.自然电位,3.测量电极的极差.为了补偿放大器自身的零漂,需要自然电位补偿器蓄电池自然电位补偿器蓄电池把放大器的输入对地短路,并且让自然电位补偿器输出0MV,放大器的增益设为最大.此时测量放大器的输出电压.把这个电压除以增益得到的就是放大器自身的零漂.再把这个零漂求反后送到自然电位补偿器中去.这样就完成了放大器自身的零漂补偿.以后对MN来的信号中自电和极差补偿要在放大器自身的零漂的基数上叠加后送到自然电位补偿器,这样就可以把对二次场测量干扰的全部直流信号全部补偿掉.仪器的内部蓄电池缺乏时也会影响测量精度.所以在对一次场和二次场测量之前都要让多路转换开关转接到蓄电池.测量一次蓄电池的输出电压是否在允许范围内.MM电极N电极多路转换开关加法器可控增益放大器微机系统并行输入口A/D转换器增益掌握自电补偿调零GND0ADC0DMASARADC1C8051F060CPUA/D测衰减曲线的室内测试方法如以下图所示，这是一个DX88激电仪模拟信号发生器。利用这个发生器可以在室内测衰减曲线。00功功功功功功功功功功功功1010UA91C405.0功功DCLF 功功功功 功功HF 功功功功功功功功功功功功功16(128)(256)832(64)功功657(512)464(32)48功功功功功功功(1024)2128(16)39(2048)1256(8)210(4096)0.5512(4)111〔一：8出信号的大小。2：左下方显示的“S〔1择。括号里表示的是频率大小，括号后面表示的是周期大小。3这个开关可以准确一点的调整信号的大小。4大，输出信号越小。这个开关只可以或许的调整信号的大小。5618V78C”开关将开关拨到上面时，输出的是直流信号，拨到下面时，输出的是沟通信号。9拨到“时域”档时，输出的信号为：DELTA_V2V_SPDELTA_V2T=0〔二：利用这个信号发生器测衰减曲线。