校準(zhǔn)的電磁勘探系統(tǒng)技術(shù)方案

一種航空電磁勘探系統(tǒng)，其通過(guò)將其磁感應(yīng)傳感器的低頻率靈敏度與使用校準(zhǔn)環(huán)路獲取的高頻率響應(yīng)的測(cè)量值組合，確定其接收器系統(tǒng)的校準(zhǔn)因子。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專(zhuān)利技術(shù)】背景此處所描述的各實(shí)施例涉及地質(zhì)測(cè)繪領(lǐng)域。諸如時(shí)域電磁(TDEM)勘探之類(lèi)的主動(dòng)源電磁(EM)勘探是地球物理勘探的快速發(fā)展的領(lǐng)域。它涵蓋以地面為基準(zhǔn)的以及航空的應(yīng)用。TDEM地質(zhì)測(cè)繪涉及測(cè)量地球?qū)τ煽碧较到y(tǒng)發(fā)射的原生磁場(chǎng)的磁響應(yīng)。發(fā)射的原生磁場(chǎng)以及響應(yīng)之間的關(guān)系用于計(jì)算地球的電阻率結(jié)構(gòu)，從該電阻率結(jié)構(gòu)，推斷地質(zhì)信息。在美國(guó)專(zhuān)利No.7,157,914、WIPO專(zhuān)利申請(qǐng)PCT/CA2009/001197、PCT/CA2009/000217以及PCT/CA2010/001863中示出了TDEM勘探系統(tǒng)和方法的示例。諸如AFMAG勘探之類(lèi)的天然源電磁勘探是地球物理勘探的另一正在發(fā)展的領(lǐng)域，也用于地面以及航空應(yīng)用中。它涉及測(cè)量地球?qū)μ烊坏匕l(fā)生的電磁場(chǎng)的磁響應(yīng)。磁場(chǎng)的各種分量(其中一些可以利用移動(dòng)接收器來(lái)測(cè)量，其他接收器在固定位置)之間的傳遞函數(shù)被用于計(jì)算地球的電阻率結(jié)構(gòu)，從該電阻率結(jié)構(gòu)，推斷地質(zhì)信息。在美國(guó)專(zhuān)利No.6,876,202、作為US2011/0115489?A1公開(kāi)的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.12/910,386，以及作為US2010/0244843?A1公開(kāi)的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.12/645,915中示出了航空AFMAG勘探系統(tǒng)和方法的示例。在實(shí)際的EM勘探系統(tǒng)中，由一個(gè)或多個(gè)接收器(它們可以互相垂直)感應(yīng)地球的輔助響應(yīng)，并由數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)記錄。在主動(dòng)源系統(tǒng)中，原生磁場(chǎng)對(duì)接收器的影響可以通過(guò)使用補(bǔ)償線(xiàn)圈來(lái)降低，以允許對(duì)次生磁場(chǎng)的更準(zhǔn)確的記錄。特別是，當(dāng)存在補(bǔ)償線(xiàn)圈時(shí)，還可以通過(guò)電流傳感器來(lái)感應(yīng)并記錄發(fā)射的原生磁場(chǎng)。在主動(dòng)源系統(tǒng)的情況下，記錄的發(fā)射器電流波形和次生磁場(chǎng)波形受發(fā)射的原生磁性波形、補(bǔ)償線(xiàn)圈波形，以及接收器和記錄系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的影響。盡管這些影響在長(zhǎng)延遲時(shí)間(低頻率)時(shí)傾向于很小，但是，它們?cè)诙萄舆t時(shí)間(高頻率)時(shí)變得更加重要。在天然源系統(tǒng)的情況下，信號(hào)的振幅和相位受接收器和記錄系統(tǒng)的影響。為了適當(dāng)?shù)亟忉層涗浀牟ㄐ危档突蛳l(fā)射的原生磁性波形、接收器，以及記錄系統(tǒng)的影響是理想的。這要求傳感器和記錄系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)(或傳遞函數(shù))被準(zhǔn)確地已知。由于脈沖響應(yīng)和傳遞函數(shù)變化(例如由于溫度變化)，因此，在野外條件下，以適當(dāng)?shù)拈g隔測(cè)量它們是理想的。以地面為基礎(chǔ)的天然源EM系統(tǒng)中的接收器通常是帶有螺旋管形狀的鐵磁芯磁感應(yīng)傳感器。這樣的接收器可以方便地配備有螺旋管形式的校準(zhǔn)繞組，該校準(zhǔn)繞組封閉主繞組，稍微延伸到芯的末端以外，并具有相當(dāng)于處于校準(zhǔn)中的傳感器的大小。這利用這樣的事實(shí)：只知道繞組的間距以及在其中流動(dòng)的電流，就可以準(zhǔn)確地計(jì)算螺旋管繞組內(nèi)部的磁場(chǎng)。TDEM系統(tǒng)以及航空天然源EM中的接收器通常是具有多匝線(xiàn)的環(huán)路的形式的空氣冷卻蛇管磁感應(yīng)傳感器。這樣的環(huán)路可以是直徑大約為，例如，1m到8m。較大的空氣冷卻蛇管接收器具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，包括更加清潔的時(shí)域響應(yīng)以及用于航空拖曳的更加方便的形狀。在野外勘探環(huán)境中，難以在足夠大以包含這樣的接收器的空間內(nèi)提供準(zhǔn)確地已知的波形以及振幅的磁場(chǎng)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
根據(jù)示例實(shí)施例，提供了一種用于地球物理勘探的電磁接收器系統(tǒng)。電磁接收器系統(tǒng)包括用于生成表示感應(yīng)到的磁場(chǎng)中的變化的信號(hào)的磁感應(yīng)傳感器；用于生成具有第一頻率范圍的測(cè)試波形的波形源；位于至少臨時(shí)在所述磁感應(yīng)傳感器附近的校準(zhǔn)環(huán)路，以在向所述校準(zhǔn)環(huán)路施加所述測(cè)試波形之際在所述磁感應(yīng)傳感器中生成校準(zhǔn)響應(yīng)信號(hào)；以及，處理系統(tǒng)。處理系統(tǒng)被配置成通過(guò)以下來(lái)確定用于向來(lái)自磁感應(yīng)傳感器的信號(hào)應(yīng)用的校準(zhǔn)因子：根據(jù)校準(zhǔn)響應(yīng)以及低于第一頻率范圍的第二頻率范圍的磁感應(yīng)傳感器的已知靈敏度兩者來(lái)確定校準(zhǔn)因子。根據(jù)示例實(shí)施例，提供了用于校準(zhǔn)用于地球物理勘探的電磁接收器系統(tǒng)的方法，其中所述接收器系統(tǒng)包括用于生成表示感應(yīng)到的磁場(chǎng)中的變化的信號(hào)的磁感應(yīng)傳感器、用于生成測(cè)試波形的波形源，以及位于至少臨時(shí)在所述磁感應(yīng)傳感器附近的校準(zhǔn)環(huán)路。該方法包括：測(cè)量來(lái)自所述磁感應(yīng)傳感器的對(duì)由所述波形源應(yīng)用于所述校準(zhǔn)環(huán)路的具有第一頻率范圍的測(cè)試波形的校準(zhǔn)響應(yīng)；以及，確定用于未來(lái)向來(lái)自所述磁感應(yīng)傳感器的勘探信號(hào)應(yīng)用的校準(zhǔn)因子，所述校準(zhǔn)因子是根據(jù)所述校準(zhǔn)響應(yīng)以及低于所述第一頻率范圍的第二頻率范圍的所述磁感應(yīng)傳感器的已知靈敏度兩者來(lái)確定的。根據(jù)示例實(shí)施例，提供了一種用于地球物理勘探的電磁接收器系統(tǒng)，包括：具有已知低頻率靈敏度的磁感應(yīng)傳感器，測(cè)試電流波形生成器，在大小方面相當(dāng)于所述傳感器的校準(zhǔn)環(huán)路，以及，用于將當(dāng)測(cè)試波形被應(yīng)用到所述校準(zhǔn)環(huán)路時(shí)由所述傳感器獲取的測(cè)量值與所述傳感器的所述已知低頻率靈敏度組合，以獲取所述傳感器的所述有用頻率范圍內(nèi)的傳遞函數(shù)和脈沖響應(yīng)的處理系統(tǒng)。根據(jù)示例實(shí)施例，提供了一種用于校準(zhǔn)包括至少一個(gè)感應(yīng)磁傳感器的用于地球物理勘探的電磁接收器系統(tǒng)，以獲取頻域中的系統(tǒng)傳遞函數(shù)和時(shí)域中的系統(tǒng)脈沖響應(yīng)的方法。該方法包括：通過(guò)基于所述傳感器的尺寸的計(jì)算，確定所述傳感器的低頻率響應(yīng)，生成具有跨越所述電磁接收器系統(tǒng)的有用頻率范圍的頻率分量的已知電流波形，通過(guò)在大小方面相當(dāng)于所述傳感器并被定位成在所述傳感器中生成磁場(chǎng)的至少一個(gè)校準(zhǔn)環(huán)路，傳遞所述電流波形，記錄由所述傳感器所生成的信號(hào)，分析所述記錄的信號(hào)，以在多個(gè)頻率處確定在該頻率處的傳感器響應(yīng)與所述低頻率響應(yīng)的比率，以及，將所述比率與所述傳感器的已知低頻率靈敏度組合，以獲取在所述系統(tǒng)的所述有用頻率范圍內(nèi)的所述系統(tǒng)傳遞函數(shù)和系統(tǒng)脈沖響應(yīng)。附圖簡(jiǎn)述圖1是航空時(shí)域電磁系統(tǒng)的圖示。圖2是包括校準(zhǔn)系統(tǒng)的帶有三個(gè)傳感器的電磁接收器系統(tǒng)的框圖。圖3是根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的示例實(shí)施例的可以用于圖2的接收器系統(tǒng)中的帶有校準(zhǔn)環(huán)路的空心磁感應(yīng)傳感器的平面示意圖。圖4是根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的另一個(gè)示例實(shí)施例的帶有校準(zhǔn)環(huán)路的空心磁感應(yīng)傳感器的示意側(cè)視圖。圖5是根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的另一個(gè)示例實(shí)施例的帶有校準(zhǔn)環(huán)路的空心磁感應(yīng)傳感器的示意側(cè)視圖。圖6是包括利用相同電流波形來(lái)校準(zhǔn)發(fā)射器電流傳感器和接收器線(xiàn)圈的系統(tǒng)的TDEM系統(tǒng)的另一個(gè)示例的示意圖。具體實(shí)施方式現(xiàn)在將描述用于地質(zhì)測(cè)繪的EM勘探系統(tǒng)的校準(zhǔn)的接收器系統(tǒng)的示例實(shí)施例。在各實(shí)施例中，接收器系統(tǒng)可以用于航空的或以地面為基礎(chǔ)的勘探系統(tǒng)以及主動(dòng)源以及天然源系統(tǒng)中為說(shuō)明一個(gè)示例實(shí)施例，圖1示出了可以包括校準(zhǔn)的接收器系統(tǒng)的主動(dòng)源航空的TDEM勘探系統(tǒng)100的示意圖。TDEM勘探系統(tǒng)100包括發(fā)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于地球物理勘探的電磁接收器系統(tǒng)，包括：用于生成表示感應(yīng)到的磁場(chǎng)中的變化的信號(hào)的磁感應(yīng)傳感器；用于生成具有第一頻率范圍的測(cè)試波形的波形源；位于至少臨時(shí)在所述磁感應(yīng)傳感器附近的校準(zhǔn)環(huán)路，用于在向所述校準(zhǔn)環(huán)路施加所述測(cè)試波形之際在所述磁感應(yīng)傳感器中生成校準(zhǔn)響應(yīng)信號(hào)；以及被配置成確定用于向來(lái)自所述磁感應(yīng)傳感器的信號(hào)應(yīng)用的校準(zhǔn)因子的處理系統(tǒng)，所述處理系統(tǒng)根據(jù)所述校準(zhǔn)響應(yīng)信號(hào)以及低于所述第一頻率范圍的第二頻率范圍的所述磁感應(yīng)傳感器的已知靈敏度兩者，確定所述校準(zhǔn)因子。

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專(zhuān)利技術(shù)】1.一種用于地球物理勘探的電磁接收器系統(tǒng)，包括：
用于生成表示感應(yīng)到的磁場(chǎng)中的變化的信號(hào)的磁感應(yīng)傳感器；
用于生成具有第一頻率范圍的測(cè)試波形的波形源；
位于至少臨時(shí)在所述磁感應(yīng)傳感器附近的校準(zhǔn)環(huán)路，用于在向所述校準(zhǔn)環(huán)
路施加所述測(cè)試波形之際在所述磁感應(yīng)傳感器中生成校準(zhǔn)響應(yīng)信號(hào)；以及
被配置成確定用于向來(lái)自所述磁感應(yīng)傳感器的信號(hào)應(yīng)用的校準(zhǔn)因子的處
理系統(tǒng)，所述處理系統(tǒng)根據(jù)所述校準(zhǔn)響應(yīng)信號(hào)以及低于所述第一頻率范圍的第
二頻率范圍的所述磁感應(yīng)傳感器的已知靈敏度兩者，確定所述校準(zhǔn)因子。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述校準(zhǔn)因子包括頻域
中的傳遞函數(shù)以及時(shí)域中的脈沖響應(yīng)。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳遞函數(shù)和脈沖響
應(yīng)是在所述磁感應(yīng)傳感器的對(duì)應(yīng)于從地質(zhì)勘探中獲取的數(shù)據(jù)的頻率范圍內(nèi)獲
取的。
4.如權(quán)利要求1到3中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所
述校準(zhǔn)環(huán)路在大小方面基本上類(lèi)似于所述磁感應(yīng)傳感器。
5.如權(quán)利要求1到4中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所
述處理系統(tǒng)被配置成在地質(zhì)勘探期間對(duì)從所述磁感應(yīng)傳感器接收到的信號(hào)應(yīng)
用所述校準(zhǔn)因子。
6.如權(quán)利要求1到5中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所
述波形源生成方形波電流波形。
7.如權(quán)利要求1到6中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述波形
源包括偽隨機(jī)序列生成器。
8.如權(quán)利要求1到5中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，包括：
用于響應(yīng)于向其施加的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)生成原生電磁場(chǎng)的發(fā)射器環(huán)路，其特征
在于，所述波形源被配置為有選擇地向所述發(fā)射器環(huán)路施加所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以
及向所述校準(zhǔn)環(huán)路施加所述測(cè)試信號(hào)波形；
被配置成測(cè)量由所述波形源所生成的電流的電流傳感器，所述處理系統(tǒng)響
應(yīng)于所述電流傳感器。
9.如權(quán)利要求1到8中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所
述接收器系統(tǒng)被包含在時(shí)域電磁(TDEM)勘探系統(tǒng)中。
10.如權(quán)利要求1到7中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所
述接收器系統(tǒng)被包含在被動(dòng)源勘探系統(tǒng)中。
11.如權(quán)利要求1到10中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所
述接收器系統(tǒng)被包含在用于通過(guò)飛機(jī)進(jìn)行拖曳的拖曳組件中。
12.如權(quán)利要求1到11中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，包括用于生成表
示磁場(chǎng)中的變化的信號(hào)的多個(gè)磁感應(yīng)傳感器，所述處理系統(tǒng)被配置成確定用于
向來(lái)自所述磁感應(yīng)傳感器的信號(hào)應(yīng)用的唯一校準(zhǔn)因子。
13.如權(quán)利要求1到12中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所
述磁感應(yīng)傳感器是空氣冷卻蛇管傳感器環(huán)路，基于所述空氣冷卻蛇管傳感器環(huán)
路的物理尺寸，確定所述第二頻率范圍的所述傳感器環(huán)路的所述已知靈敏度。
14.一種用于校準(zhǔn)用于地球物理勘探的電磁接收器系統(tǒng)的方法，其中

\t所述接收器系統(tǒng)包括用于生成表示感應(yīng)到的磁場(chǎng)中的變化的信號(hào)的磁感應(yīng)傳
感器、用于生成測(cè)試波形的波形源以及位于至少臨時(shí)在所述磁感應(yīng)傳感器附近
的校準(zhǔn)環(huán)路，所述方法包括：
測(cè)量來(lái)自所述磁感應(yīng)傳感器的對(duì)由所述波形源應(yīng)用于所述校準(zhǔn)環(huán)路的具
有第一頻率范圍的測(cè)試波形的校準(zhǔn)響應(yīng)；以及
確定用于未來(lái)向來(lái)自所述磁感應(yīng)傳感器的勘探信號(hào)應(yīng)用的校準(zhǔn)因子，所述
校準(zhǔn)因子是根據(jù)所述校準(zhǔn)響應(yīng)以及低于所述第一頻率范圍的第二頻率范圍的
所述磁感應(yīng)傳感器的已知靈敏度兩者來(lái)確定的。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，確定所述校準(zhǔn)因子包括：
(a)計(jì)算所述校準(zhǔn)響應(yīng)的復(fù)傅里葉變換；
(b)將所述校準(zhǔn)響應(yīng)的所述復(fù)傅里葉變換除以所述測(cè)試波形的所述復(fù)傅里
葉變換，以獲取第一函數(shù)；
(c)確定所述第一函數(shù)在選擇的低頻率時(shí)的大小；
(d)將所述第一函數(shù)除以所述確定的大小，以獲取第二函數(shù)；
(e)將所述第二函數(shù)乘以所述磁感應(yīng)傳感器的有效面積Ae，產(chǎn)生將所述校<...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：J·多茲，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：吉?dú)W泰科航空物探有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：巴巴多斯;BB