[发明专利]一种人工场源频率域电法勘探方法及勘探系统

权利要求书

1.一种人工场源频率域电法勘探方法，其特征在于：所述的勘探方法通过向地下供入一系列频率随机变化的波形电流信号作为人工激励场源，并在距离人工激励场源数米到数十公里的范围内接收经过地层传播的地面电磁波信号，同时同步记录发送信号和接收信号，依据信号相关性的原理，根据发送信号与接收信号相关特性，去除与发送信号相关性为0的干扰信号，得到地质探测所需要的信息。

2.根据权利要求1所述的人工场源频率域电法勘探方法，其特征在于：所述的波形电流信号是方波或钟形波电流，所述的波形电流信号频率变化的随机性类似于白噪声；所述的波形电流信号的波形频率覆盖整个频率段，频率含量在整个频率段内连续，并且具有波形电流发射时频率随机变化的特性；所述的波形电流信号中各频率的振幅值相当、相位连续，占空比可调，发送频率范围能够预先设定。

3.根据权利要求1所述的人工场源频率域电法勘探方法，其特征在于：在所述的勘测过程中设定有停止发送波形电流时间，以便于发送和接收波形相位的校准。

4.根据权利要求1所述的人工场源频率域电法勘探方法，其特征在于：所述的方波和钟形波电流的最低频率为0.001Hz，最高频率为65535Hz，发送频率为0.001Hz～65535Hz中的某一频段。

5.一种应用权利要求1所述方法的勘测系统，包括发送机与接收机，其特征在于：

所述的发送机用于发送预设频率范围内的随机方波或钟形波电流信号，并对发送信号进行采集和存储；所述的发送机采用电极发送信号；所述的发送机包括：供电电源电路、信号产生单元、信号同步单元和信号采集存储电路和保护电路；供电电源电路给所述的发送机提供电源；信号产生单元用于产生所述的随机方波或钟形波信号，并能针对关注的地层输出特定的单一频率方波或钟形波信号；信号同步单元采用GPS，依靠GPS的世界时秒脉冲信号对发射机和接收机进行同步，在发送随机方波或钟形波信号的同时接收信号；信号采集存储电路连接在信号产生单元上，用于在信号发射时长时间记录并大数据量的存储所发射的波形信号；保护电路对发送机进行过流和欠压保护；

所述的接收机用于接收、记录和存储发送机所发送的带有地电信息的随机方波或钟形波信号；所述的接收机采用电极接收信号，包括电源电路、阻抗匹配电路、信号同步电路、信号滤波电路、信号放大电路、信号采集存储电路和数据处理单元；电源电路给接收机提供电源，阻抗匹配电路通过长导线连接在电极上，用于对大地进行阻抗匹配；信号同步电路采用GPS同步控制发送机和接收机；信号滤波电路和信号放大电路对所接收的信号进行滤波和放大处理；信号采集存储电路连接在信号放大电路之后，对放大后的信号进行采集和模数转换并存储；数据处理单元连接在接收机的信号采集存储电路上，对存储的发送信号和接收信号进行数据处理。

6.根据权利要求5所述的勘测系统，其特征在于：所述的发送机与接收机均设高频和低频两个发送频率范围，低频为0.001Hz～102.3Hz，高频为100Hz～65535Hz。

7.根据权利要求5所述的勘测系统，其特征在于：所述的勘测系统采用现场可编程门阵列FPGA结合开关管电路和滤波电路产生所述的随机方波和钟形波信号，FPGA内部模块包括：随机频率产生模块、波形调整模块、随机波形存储模块和PWM调整模块；随机频率产生模块、波形调整模块、随机波形存储模块、PWM调整模块顺序连接；其中，随机频率产生模块用随机序列发生器设计，产生随机变化的频率数，波形调整模块调整输出波形的频率和波形控制信息，随机波形存储模块按照调整好的频率数和波形控制信息输出需要的随机波形，PWM调整模块对随机信号进行脉宽调制转变成开关量输送给开关管电路进行放大，滤波电路连接在开关管电路之后对信号进行平滑滤波。

8.根据权利要求5所述的勘测系统，其特征在于：所述的勘测系统的信号产生单元产生一系列频率随机变化的波形电流信号供入地下，接收机在距离人工激励场源数米到数十公里的范围内一次性接收整个预设频率范围内的所有发送信号，同时对发送信号和接收信号进行同步采集存储，根据信号相关性原理，将接收信号与发送信号进行相关性运算：

R_zf(t)＝Z(t)＊f(t)＝(f(t)*e(t)*K(t)+n(t))＊f(t)＝R_ff(t)*e(t)*K(t)+R_nf(t)

式中：＊表示相关性运算，*表示卷积运算；

Z(t)为接收信号，Z(t)＝f(t)*e(t)*K(t)+n(t)；f(t)为发送信号；e(t)为大地响应；K(t)为探测仪器响应；n(t)为外界的不确定干扰；R_zf(t)为Z(t)与f(t)的互相关函数，R_ff(t)为f(t)的自相关函数，R_nf(t)为n(t)与f(t)的互相关函数；干扰信号与发送信号不相关，R_nf(t)为0，去除与发送信号相关性为0的干扰信号，得到所需的地电信息。