激發(fā)極化法極化率衰減曲線測(cè)量技術(shù)

極化率衰減曲線測(cè)量技術(shù)1極化率衰減曲線測(cè)量技術(shù)1激發(fā)極化法極化率衰減曲線測(cè)量技術(shù)上海綠海電腦科技 陸煥文電法勘探測(cè)量方法與儀器的分類(lèi)：1：按電場(chǎng)生成分類(lèi)：線電臺(tái)發(fā)出的電場(chǎng)，底下電化學(xué)效應(yīng)自己引起的電場(chǎng)〔自然電場(chǎng)。傳導(dǎo)類(lèi)電場(chǎng)和感應(yīng)類(lèi)電場(chǎng)，傳導(dǎo)類(lèi)電場(chǎng)是發(fā)送機(jī)的發(fā)送電極接地的〔用銅電極趕插入地下。感應(yīng)類(lèi)電場(chǎng)是用無(wú)線電發(fā)送天線向空中放射后感應(yīng)到地下的，即發(fā)送機(jī)發(fā)送端不接地〔如測(cè)地雷達(dá)。2：按被測(cè)的參數(shù)分類(lèi)：依據(jù)測(cè)量不同的物探參數(shù)可以分成不同的測(cè)量?jī)x器，從被測(cè)信號(hào)頻率的凹凸可分成以下幾類(lèi)：〔Z〕低頻Z～〕 激發(fā)極化法音頻Z～〕 音頻磁大地電流3：按測(cè)量效率分類(lèi)：按一次供電可同時(shí)測(cè)多少的物理冊(cè)點(diǎn)分類(lèi)：儀器簡(jiǎn)潔，人工多，效率低。量效率高，數(shù)據(jù)牢靠性高。高密度測(cè)量中還可分為多線制和總線制。多線制是一臺(tái)主機(jī)上引出多道測(cè)量線，用星形網(wǎng)直接接到不同物理點(diǎn)的MN接線電極上。這種方法的缺點(diǎn)是要用長(zhǎng)導(dǎo)線傳誦模擬量ΔVΔVmV級(jí)的微弱信號(hào)，簡(jiǎn)潔受空中電磁波干擾，測(cè)量精度受影響?？偩€制是一臺(tái)主機(jī)與多臺(tái)從機(jī)用一根電纜連接起來(lái)，組成一個(gè)野外現(xiàn)成總線局域網(wǎng)，主機(jī)用數(shù)10001284K*中間梯度法發(fā)送機(jī)或發(fā)送機(jī)或蓄電池ABoo發(fā)送機(jī)接收機(jī)ooA供電電極組 B供電電極組 M N MMNM NA MN距〔米〕 BKmn=(2π*AM*AN*BM*BN)/[MN*(AM*AN+BM*BN)]A,BMNA，B〔A，B1/2〕*電測(cè)探法〔對(duì)稱(chēng)測(cè)探法〕AAooB發(fā)送機(jī)接收機(jī)ooAMAMN1/2ABKAMBNM，NABA，BA，B1/2AB*偶極剖面法：發(fā)送機(jī)接收機(jī)發(fā)送機(jī)接收機(jī)ABMN45o45oΔVI ABMN45o45oΔV測(cè)量點(diǎn)?A，BM，NABMN對(duì)偶極之間的距離很大。KKmn=(2π*AM*AN*BM*BN)/[MN*(BM*BN -AM*AN)]ABA，BKmnKK|Kmn|一.激發(fā)極化法測(cè)量原理:激發(fā)極化法測(cè)量的是地質(zhì)礦體與圍巖組合體的電學(xué)和化學(xué)特性.從電路系統(tǒng)的觀點(diǎn)看是測(cè)量大地系BNBN發(fā)送機(jī)發(fā)送機(jī)大地系統(tǒng)接收機(jī)A輸入激發(fā)信號(hào)A,B供電電極的電流信號(hào)DELTA_IM某測(cè)線某測(cè)點(diǎn)反映的地下剖面中某位置的系統(tǒng)特性脈沖響應(yīng)函數(shù)或頻率響應(yīng)函數(shù)I采樣電阻接收大地系統(tǒng)的輸出響應(yīng)信號(hào)DELTA_V.進(jìn)展時(shí)域分析,(衰減曲線)頻域分析.(頻譜分析,復(fù)電阻率的幅值與相位)DELTA_I 大地測(cè)量系統(tǒng)方塊圖參看上圖,它是大地系統(tǒng)特性測(cè)量等效電路圖,由它測(cè)出的地球物化探參數(shù)是反映某測(cè)線下地質(zhì)剖面中某幾何位置的參數(shù).參數(shù)反映的幾何位置是由野外供電電極ABM和N位置確定的.這取決於野外承受的什么類(lèi)型的裝置(例如:中間梯度法,偶極偶極法,測(cè)深法等).A,B的外表與大地的接觸電阻大小和大地的電阻率.為了測(cè)出深部的參數(shù)必需使電流加大(5A-15A).為了測(cè)量多種地球物化探參數(shù),發(fā)送機(jī)要能發(fā)出多種外形的電流波型.波形的頻率也要可變.(0.01HZ—8000HZ).ABMNABMN的物化探參數(shù).I (A)I (A)0T{S}T(S)周期頻率域測(cè)量發(fā)送機(jī)向大地輸入的電流信號(hào)波形圖I (A)I (A)正供電1T{S}反供電T(S)周期時(shí)間域測(cè)量發(fā)送機(jī)向大地輸入的電流信號(hào)波形圖圖中的接收機(jī)是測(cè)量大地系統(tǒng)對(duì)輸入電流信號(hào)的響應(yīng)輸出的電壓信號(hào).它同時(shí)測(cè)量輸入大地的電流信號(hào).用這兩種信號(hào)的相關(guān)處理可以得出大地的脈沖響應(yīng)函數(shù)和大地的頻率響應(yīng)函數(shù).這個(gè)函數(shù)是大地的地球物理參數(shù).由于在實(shí)際中發(fā)送機(jī)無(wú)法發(fā)出窄脈沖(幅度無(wú)窮大而脈寬無(wú)窮小),所以在時(shí)間域測(cè)量中使用階躍電流信號(hào),測(cè)得的電壓信號(hào)是大地對(duì)階躍電流信號(hào)的響應(yīng),即階躍響應(yīng)函數(shù),也就是DELTA_V1DELTA_V2正一次場(chǎng)正一次場(chǎng)DELTA_V1正二次場(chǎng)DELTA_V2負(fù)二次場(chǎng)DELTA_V2負(fù)一次場(chǎng)DELTA_V1MN電極上輸出的大地對(duì)發(fā)送機(jī)時(shí)間域波形響應(yīng)(一,二次場(chǎng)強(qiáng)電壓信號(hào))對(duì)上面的波形作實(shí)時(shí)模擬與數(shù)字信號(hào)處理就能得到以下圖所示的極化率衰減曲線.極化率極化率=(二次場(chǎng)/一次場(chǎng))*100%100%極化率衰減曲線測(cè)量技術(shù)10極化率衰減曲線測(cè)量技術(shù)10具體的處理方法由以下幾個(gè)步驟:對(duì)DELTAV1,2信號(hào)進(jìn)展自動(dòng)增益掌握.方法是對(duì)波形的完整周期內(nèi)用適宜的增益放大使得輸A/DA/D50%90%之間..用硬件模擬電路(帶有施密特性能的比較器)查找正一次場(chǎng)供電沿.延時(shí)600MS后開(kāi)頭測(cè)量20MSN用硬件模擬電路(帶有施密特性能的比較器)查找正一次場(chǎng)停電沿,以此沿作為對(duì)二次場(chǎng)開(kāi)頭測(cè)量CPU啟動(dòng)60MS定時(shí)的中斷效勞程序,在這個(gè)中斷效勞程序中先對(duì)二次場(chǎng)電壓信號(hào)進(jìn)展自動(dòng)增益掌握,(調(diào)整模擬放大器的增益,使二次場(chǎng)被放大到A/D1/2A/D20MSN60MS101010240MS同樣的方法測(cè)量未補(bǔ)償干凈的自然電位,并把它生成一個(gè)記錄(5).用硬件模擬電路(帶有施密特性能的比較器)查找負(fù)一次場(chǎng)供電沿.延時(shí)600MS后開(kāi)頭測(cè)量20MSN用硬件模擬電路(帶有施密特性能的比較器)查找負(fù)一次場(chǎng)停電沿,以此沿作為對(duì)負(fù)二次場(chǎng)開(kāi)頭測(cè)CPU啟動(dòng)60MS定時(shí)的中斷效勞程序,在這個(gè)中斷效勞程序中先對(duì)負(fù)二次場(chǎng)電壓信號(hào)進(jìn)展自動(dòng)增益掌握,(調(diào)整模擬放大器的增益,使負(fù)二次場(chǎng)被放大到A/D1/2時(shí)所用的增益.接下來(lái)就使用該增益放大二次場(chǎng)并用A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)負(fù)二次場(chǎng)連續(xù)20MS內(nèi)采N個(gè)60MS1010240MS用以上同樣的方法測(cè)量未補(bǔ)償干凈的自然電位,并把它生成一個(gè)記錄對(duì)以上正負(fù)一次場(chǎng)和二次場(chǎng)和未補(bǔ)償?shù)淖匀浑娢挥涗浿械腘個(gè)數(shù)求平均值.生成正負(fù)一次場(chǎng)二次場(chǎng)剩余自然電平均值的記錄.將正負(fù)一次場(chǎng)和二次場(chǎng)平均值的記錄相應(yīng)的項(xiàng)相減后除以2,得到正2自然電平均值.依據(jù)該值去修正測(cè)得的自然電位并且進(jìn)展一次實(shí)際補(bǔ)償.均并把它存入第一套記錄.就進(jìn)展其次套數(shù)據(jù)測(cè)量后與第一套數(shù)據(jù)疊加后求平均,再顯示第一套記錄并詢(xún)問(wèn)操作員是否還要進(jìn)展如操作員答復(fù)’是’,就創(chuàng)立記錄,不然就回到系統(tǒng)菜單.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極化率測(cè)量中的關(guān)鍵技術(shù).極化率測(cè)量公式 極化率=(二次場(chǎng)/一次場(chǎng))*100%說(shuō)這個(gè)電壓中還包含有二次場(chǎng)的成份,但是二次場(chǎng)相對(duì)於一次場(chǎng)比較小,只有百分之幾.所以就以此電壓作為一次場(chǎng).而且以供電后幾秒鐘后的電壓為一次場(chǎng).由于剛供電時(shí)MN上電壓在上升,幾秒后趨向平穩(wěn).如以下圖所示:一次場(chǎng)一次場(chǎng)DELTA_V1上式中的二次場(chǎng)是發(fā)送機(jī)停頓向地下供電后在地面上M,N接收電極上測(cè)得的電壓值DLTA_V2.,它是隨停電時(shí)刻的延遲而漸漸衰減的.在0.50MV.我們要對(duì)這根衰減曲線上的各時(shí)刻進(jìn)展采樣,以得到一根完整的二次場(chǎng)衰減曲線.一次場(chǎng)一次場(chǎng)極化率衰減曲線測(cè)量技術(shù)15極化率衰減曲線測(cè)量技術(shù)15極化率衰減曲線測(cè)量技術(shù)16極化率衰減曲線測(cè)量技術(shù)16上式中的極化率是二次場(chǎng)衰減曲線上的各點(diǎn)分別除以一次場(chǎng)后乘100%得到的.它也是一根衰減曲線.這叫對(duì)一次場(chǎng)歸一化處理.好處是排解了不同的MN電極上測(cè)得的一次場(chǎng)時(shí)大時(shí)小變化對(duì)極化率測(cè)量準(zhǔn)確度的影響.它可以完全反映地下礦體的激發(fā)極化效應(yīng).如以下圖所示極化率極化率=(二次場(chǎng)/一次場(chǎng))*100%100%極化率衰減曲線未補(bǔ)償?shù)舻淖匀浑娢籘=060MS120MS180MS240MS300MS360MS420MS480MS540MS600MS二次場(chǎng)測(cè)量方法.*M,N二次場(chǎng)和不極化電極的極差都在幾毫伏到幾十毫伏數(shù)量級(jí).而且都可能是正電壓或負(fù)電壓.其中自然電位SP和不極化電極的極DELTA_V2的,發(fā)送機(jī)停電后約0.50.DELTA_V2SPVJSPVJSPVJDELTA_V2*SPVJ:0.8D/A0GANSPVJSPVJ*SPVJ:SPVJSPVJD/ASPVJ*.二次場(chǎng)測(cè)量準(zhǔn)確度的提高關(guān)鍵技術(shù):時(shí)間精度:二次場(chǎng)DELTA_V2測(cè)量電極M,N上的電壓信號(hào)而言就是一次場(chǎng)消逝的后沿.數(shù)據(jù)采集器要查找這個(gè)后沿,時(shí)間誤差不1A/D*查找一次場(chǎng)停電后沿方法(接收機(jī)與發(fā)送機(jī)同步測(cè)量技術(shù)):70.60DDC250HZ電變壓成50V到500V溝通電,并且用變壓器與大地隔離后整流成直流50V到500V直流電壓.再用滅弧的大功率腳踏開(kāi)關(guān)啟動(dòng)和停頓向大地供電.停電時(shí)用電欖線啟動(dòng)對(duì)二次場(chǎng)的測(cè)量.這種方法的缺點(diǎn)是接收機(jī)不能敏捷移動(dòng).只能移動(dòng)MN測(cè)量電極(跑極).這種方法測(cè)量費(fèi)時(shí)費(fèi)工,而且測(cè)量準(zhǔn)確度易受測(cè)量的長(zhǎng)線上的干擾而降低.(長(zhǎng)線易受電磁感應(yīng))70年月初地質(zhì)部物探爭(zhēng)論所研制出接收機(jī)與發(fā)送機(jī)無(wú)電欖聯(lián)接的短導(dǎo)線激電儀.用接收機(jī)從測(cè)量MN上來(lái)的一次場(chǎng)停電后沿來(lái)啟動(dòng)對(duì)二次場(chǎng)的測(cè)量.這種方法國(guó)際上也承受了.典型儀器有加.80SJJ_1IPR8.湖南地質(zhì)局研制了大功率短導(dǎo)線激電儀在省內(nèi)和鄰省江西推廣使用.獲得良好的效果.這類(lèi)儀器都是測(cè)量線是短導(dǎo)線的.都是利用查找一次場(chǎng)后沿來(lái)啟動(dòng)二次場(chǎng)的測(cè)量,即遠(yuǎn)點(diǎn)啟動(dòng)法.查找一次場(chǎng)停電沿的方法也有多種;一種是用電容電阻微分器查找后沿,這種方法簡(jiǎn)潔但不太牢靠(微分電路易受干擾).另一種方法是用電平鑒別電路(施密特觸發(fā)器)來(lái)區(qū)分一次場(chǎng)和二次場(chǎng).適當(dāng)設(shè)置施密特電路的翻轉(zhuǎn)電平(在一次場(chǎng)和二次場(chǎng)中間)和施密特電路的滯后回差(回差大一些可抗干擾)可以比較牢靠地區(qū)分一次場(chǎng)和二次場(chǎng).另外國(guó)外又推出抗干擾性能更好的鎖相環(huán)同步電路,典型儀器是MAK_3.但是鎖相電路在超低頻激電信號(hào)下鎖定時(shí)間較長(zhǎng),在干擾大的工區(qū)不易鎖定后同步測(cè)量.因此目前國(guó)際上大多承受電平區(qū)分的方法,即用帶施密特特性的電平比較器來(lái)區(qū)分一次場(chǎng)和二次場(chǎng).本儀器就承受這種方法.(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電壓幅值精度:15%.在查找后沿時(shí)放大器用的增益是適合一次場(chǎng)的,這個(gè)增益對(duì)二次場(chǎng)是太小了,帶來(lái)的后果是A/D轉(zhuǎn)換器采樣的數(shù)字有效位數(shù)降低.這樣就測(cè)不準(zhǔn)二次場(chǎng).為了提高測(cè)量精度必需擴(kuò)大放大器的增益,使二次場(chǎng)放大到A/D轉(zhuǎn)換器最大輸入電壓的一半以上.這樣才能獲得最多的有效位數(shù).最終對(duì)每一個(gè)二次場(chǎng)電壓有兩個(gè)數(shù)據(jù)來(lái)表達(dá),一個(gè)數(shù)DELTA_V2=(float)V_SAMP/GAN.每次測(cè)量一個(gè)二次場(chǎng)必需對(duì)它進(jìn)展自動(dòng)增益設(shè)置,接著對(duì)二次場(chǎng)進(jìn)展A/D轉(zhuǎn)換.這個(gè)過(guò)程必需在準(zhǔn)確660DELTA_V2(3).準(zhǔn)確補(bǔ)償自然電位,MN為了準(zhǔn)確測(cè)量二次場(chǎng),必需把影響二次場(chǎng)的直流偏移和漂移干擾信號(hào)全部補(bǔ)償?shù)?這些直流干擾信號(hào)包括1.儀器放大器自身的零漂,2.自然電位,3.測(cè)量電極的極差.為了補(bǔ)償放大器自身的零漂,需要自然電位補(bǔ)償器蓄電池自然電位補(bǔ)償器蓄電池把放大器的輸入對(duì)地短路,并且讓自然電位補(bǔ)償器輸出0MV,放大器的增益設(shè)為最大.此時(shí)測(cè)量放大器的輸出電壓.把這個(gè)電壓除以增益得到的就是放大器自身的零漂.再把這個(gè)零漂求反后送到自然電位補(bǔ)償器中去.這樣就完成了放大器自身的零漂補(bǔ)償.以后對(duì)MN來(lái)的信號(hào)中自電和極差補(bǔ)償要在放大器自身的零漂的基數(shù)上疊加后送到自然電位補(bǔ)償器,這樣就可以把對(duì)二次場(chǎng)測(cè)量干擾的全部直流信號(hào)全部補(bǔ)償?shù)?儀器的內(nèi)部蓄電池缺乏時(shí)也會(huì)影響測(cè)量精度.所以在對(duì)一次場(chǎng)和二次場(chǎng)測(cè)量之前都要讓多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)接到蓄電池.測(cè)量一次蓄電池的輸出電壓是否在允許范圍內(nèi).MM電極N電極多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)加法器可控增益放大器微機(jī)系統(tǒng)并行輸入口A/D轉(zhuǎn)換器增益掌握自電補(bǔ)償調(diào)零GND0ADC0DMASARADC1C8051F060CPUA/D測(cè)衰減曲線的室內(nèi)測(cè)試方法如以下圖所示，這是一個(gè)DX88激電儀模擬信號(hào)發(fā)生器。利用這個(gè)發(fā)生器可以在室內(nèi)測(cè)衰減曲線。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出信號(hào)的大小。2：左下方顯示的“S〔1擇。括號(hào)里表示的是頻率大小，括號(hào)后面表示的是周期大小。3這個(gè)開(kāi)關(guān)可以準(zhǔn)確一點(diǎn)的調(diào)整信號(hào)的大小。4大，輸出信號(hào)越小。這個(gè)開(kāi)關(guān)只可以或許的調(diào)整信號(hào)的大小。5618V78C”開(kāi)關(guān)將開(kāi)關(guān)撥到上面時(shí)，輸出的是直流信號(hào)，撥到下面時(shí)，輸出的是溝通信號(hào)。9撥到“時(shí)域”檔時(shí)，輸出的信號(hào)為：DELTA_V2V_SPDELTA_V2T=0〔二：利用這個(gè)信號(hào)發(fā)生器測(cè)衰減曲線。