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2014-05-12
在伪随机频率域激发极化测量中,要求发送机向地下供按伪随机信号方案编码的矩形电流波,接收机则采用多通道,同时测量伪随机信号在大地中的有一定幅值的所有谐波的响应。考虑到技术和经济上的原因,对这些伪随机信号的要求是:(1)它能包含多种频率的正弦波,且各种频率正弦波的振幅要基本相同;(2)每种频率电流正弦波的幅度要尽可能大;(3)各种频率正弦波间的相位关系要尽可能简单。这是为了提取最佳供电波形,以达到既能同时供多种频率电流合成的伪随机信号,又能有最高的电源利用率,使供电设备不致太笨重;(4)各种频率电流正弦波间的频差不能太小。这可保证观测的异常幅度,又可减少各种频率正弦波间的相互干扰;(5)各种频率正弦波间频差不能太大。这是因为电磁感应耦合效应随频率增加而加强,若频差太大,必然使高次谐波的频率升高,从而使电磁感应耦合效应增加,影响激电效应的测量。反之,若以降低基频频率(保持频差不变),来降低高次谐波频率,又会大大影响测量速度,从而增加工作成本。因此,对伪随机信号的各种要求是相互矛盾的,必须做出最佳设计。双频道和三频道激电法是两种常用的、也是较简单的伪随机激电法。
何继善等人自1972年便开始研究双频道激电法,到80年代中期逐渐成熟并在国内很多单位得到推广应用,取得较大的社会经济效益。
双频道激电法的技术关键是发送机同时向地下发送两种频率电流合成的矩形电流波。接收机采用双通道同时接收这两种频率正弦波在大地中激发的响应信号,自动计算并显示视幅频率(百分频率效应)、相位差以及其它多种参数。这种方法不仅可用于普查以发现异常,并通过相位信息了解异常目标体的初步性质,而且也可以对发现的异常进行详查评价,以获得目标体的性质、规模和产状。
双频电流的产生是双频供电部分的核心。双频发送机首先将两种频率的方波电流合成双频电流,然后将其供入地下。何继善1981年撰文论述了各种双频电流波的合成及其特点(何继善,1981.No. 6,中南矿冶学院学报)。图1是几种双频电流波形示意图。在经过理论分析和实验验证后,何继善指出,两种频率间的相位差为π、频差为奇数倍(如9倍或13倍)的那些双频电流波的波形整齐,容易产生,而且可以减少双频电流间的相互影响。另外,使用双频供电方法,不需要对电流采用稳流措施。双频观测方案可以自动消除电流变化对测量结果的影响或畸变。这不仅减轻了供电装置的重量,同时也提高了电源利用率和测量的速度,因此可以降低生产成本,且利于山区工作。对于变频法和奇次谐波法,其供电部分则必须采用稳流措施。
为进一步阐明双频道激电法的有效性,何继善又从时间域和频率域的等效性出发,考察了双频道激电法的观测异常的幅度和各种干扰对异常幅度的影响。结果表明,在无干扰情况下,频率域激电法的观测异常幅度略小于时间域的异常幅度。但从反映异常的角度,双频道激电法、变频法、奇次谐波法和时间域激电法都是相当的,只是观测技术有所差异,因此理论上也略有不同。在存在干扰情况下,时间域激电法受到严重影响,甚至无法正常工作。但频率域激电法的抗干扰能力明显强于时间域方法,其中又以双频道激电法的抗干扰能力最强。实践表明,在大地游散电流大的地区,例如正在开采的矿山,时间域激电法和一般的频率域激电法是无法工作的,但双频道激电法却仍能正常工作并发现激电异常。其主要原因在于,大地中各种干扰电流对双频电位差的影响是同时的,因此影响基本相同,故取差值时这种影响便可大部分相互抵消。
由于双频道激电法具有仪器轻便、快速、成本低、抗干扰能力强、测量精度高且不需稳流等特点,因此双频道激电法适合于大面积快速普查,且可详查寻找金属矿和煤田,也能用于水文、地质工作,特别是适合山区工作,使得在以往工作非常困难的青海等地能进行大面积性工作,改变了中国激电法不能大面积生产且大都模仿他国的局面,提高了激电法的生命力,是独具中国特色的新的先进的激电方法。
目前,双频道激电法已在全国29个省、市、自治区得到成功应用,已查明了金、银、铜、锡等一大批矿产。据不完全统计,双频道激电法在我国已获社会经济效益150亿元以上。近年来,双频道激电法又应邀走出国门,在前苏联、玻利维亚等地得到应用,受到国内外众多专家的好评。例如,美国权威地球物理学家H. F. 莫里松说:“何继善以他在勘探地球物理方面的众多成就,特别是激电和电磁法方面的卓越贡献,得到了世界公认。”美国著名应用地球物理学家G.W.霍曼教授认为:“何继善的双频激电理论和实践是近年来应用地球物理学界的重大事件。”俄罗斯著名科学家B.A.柯马罗夫教授认为“双频激电理论可和西方任何激电方法媲美”,并称赞何继善教授为“激电人”。
在谈到双频道激电法的原理依据时,何继善教授作了贴切而形象的比喻。他说:“如果甲乙两人高矮只相差一毫米,甚至更少,要比较他们的高矮,最准确的办法是在同一地方、用同一尺子进行测量。如果其中一个人换个地方,换把尺子测量,那就不准确了,甚至得出相反的结论。双频道激电法正是根据这一原理,将高低两种频率的电流同时供入地下,同时测量两种频率的电流形成的电位差,同时比较他们的振幅和相位,这样就可以准确地发现激电异常,从而了解地下介质的特性。”
标签:物理学论文
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