[发明专利]用于取消磁场的抵消电路

说明书

技术领域

本发明的各方面大体来说涉及抵消系统且涉及在体积内的点处实质上消除磁场的方法。更特定来说，本发明的各方面可用于电磁勘探中以在不显著修改大发射场与地面的交互作用的情况下消除所述发射场对磁场传感器的影响。当前发明在所述传感器相对于发射器位移时促进此消除。

背景技术

电磁探测方法构成用于在探查石油、天然气与矿床、蓄水层及其它地质特征中测绘地球的地球物理方法的重要部分。EM方法可概括地分类成两类：无源方法，其中使用电磁勘测设备来测绘地球表面范围内的电磁场的自然发生的时间变化；及有源方法，其中电磁场是从发射器(其为勘测设备的整体部分)射出。

有源EM系统包括数个部分：用以形成电磁场的发射器及天线、用以检测来自发射器的信号的传感器与及接收器以及相关电子器件、机械元件、数据记录器和电源。尽管EM系统也包括其中在不存在发射器的条件下测量电磁场的自然发生的无源系统，但在以下论述中，除非另有说明，否则EM系统应视为仅包括那些具有发射器的系统。

有源EM系统通过将随时间变化的电流波形供应到发射器线圈或回路而操作，此形成对应的“初级”随时间变化的磁场。初级场的时间变化接着在地球中感应涡电流，从而导致“分散”磁场。分散场连同初级场通常通过采用线圈、回路或磁强计传感器借助接收器来测量。分散场的特性可接着用于确定地面的电性质。这些性质可接着用作地质判读(例如推断地质特征的存在)的基础。举例来说，分散场与初级场同相的特性对检测高度导电矿石有意义。改进分散磁场的特性致使经改进的地质推断且因此致使采用有源系统的任何勘探企业的成功。

在下文中，“线圈”及“回路”可用于意指借以发射初级场且可包括一或多个绕组(匝)电导体的天线。接着用包含一或多个磁场传感器的接收器检测所得磁场。磁场传感器可为其中根据法拉第定律(Faraday’s Law)检测磁通量密度的改变的线圈、回路或电路元件，或其可为磁强计。磁强计的实例包含采用磁通门、反馈线圈、霍尔效应和光泵浦 原子蒸汽原理来检测磁场的装置以及相关仪器。

回路及线圈可包括圆形、椭圆形、卵形、螺旋形或其它类似圆形形状或其区段，且可包括一起形成封闭形状的线段(通常具有小于180度的内角)，其实例为矩形、六边形、八边形、十二变形等等。回路包括通常由导电物质(例如铜或铝)构成的至少一个导电绕组，但可包括超导体。经塑成为具有多个边的凸面对称多边形状的回路可视为是实质上圆形的，如同圆形回路一般。

当在空中部署EM系统时，通常采用两个配置中的一者。在第一配置中，发射器及接收器可位于相同平台、结构或“载体”上，而在第二配置中，接收器可被拖曳在发射器后面一定距离处。在第一配置中，发射器及接收器可安装在飞机“载体”上，所述飞机“载体”的实例包含曾由芬兰地质勘探局操作的系统及由Geotech股份有限公司建造的霍克(Hawk)系统。还可能将发射器及接收器安装在从飞机拖曳的平台或底架“载体”上。此些载体通常拖曳在直升机下面，且通常称作为“吊舱”、“探空仪”或“炸弹”。在此些情形中，吊舱可通常拖曳在直升机下面30到60米，在高于地面大约30到60米的高度处。在此些系统中，由于发射器及接收器经定位紧靠近，因此接收器处的初级场可为大于分散场的数量级。

当初级场比分散场大得多时，需要初级分散场分开的手段以准许对小得多的分散场进行准确检测。完成上述情形的一种常见方法是通过时间分开，借此初级场作为具有交替极性的一系列整形脉冲来广播，其中每一脉冲由关断时间(在其期间无电流在发射器回路中流动)分开。如果在此关断时间期间测量到分散场，那么将不存在初级场且对分散场的高度敏感测量是可能的。将测量限制于关断时间的缺点是信息的丢失。特定来说，可不良呈现分散响应的同相分量，因此可不能够检测到一些高度导电矿石。由于高度导电矿石经常成为航空电磁(“AEM”)勘测的目标，因此准确的接通时间测量可对AEM企业的成功相当重要。因此获取优质同相AEM数据是有利的。

大量AEM系统已使用关断时间测量值作为将分散场与初级场分开的手段。这些系统中最显著的是巴林杰(Barringer)输入系统及从其衍生的系统，例如Geotem系统、Megatem系统及Questem系统。