專利名稱：：用于實(shí)施電磁探測的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于實(shí)施電磁探測(即地球物理勘測)的方法和裝置。
背景技術(shù)：
：已知在電磁探測系統(tǒng)中使用大功率發(fā)射機(jī)，其依靠發(fā)射機(jī)回路產(chǎn)生一次的、隨時(shí)間變化的電磁場。該一次場在地球中激發(fā)電流，反過來產(chǎn)生二次場。例如，接收機(jī)所檢測到的二次場可用于分析地球成分。可以認(rèn)識(shí)到，系統(tǒng)的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍受接收機(jī)所檢測到的一次場與二次場之間的比的限制。接收機(jī)暴露于一次場會(huì)影響精確度，并因此影響檢測信號的有效性。因此，可以認(rèn)識(shí)到，為限制干擾，需要使接收機(jī)處的一次場無效或反接。例如，公知的AeroTEM系統(tǒng)利用包括扁平的初級線圈或者回路的發(fā)射機(jī)，給發(fā)射機(jī)饋入一個(gè)方向上的電流以在一個(gè)軸向方向上產(chǎn)生一次場。將直徑較小的扁平的無效(nulling)或者反接線圈布置在初級線圈的中心，并向其饋入相反方向的電流，以產(chǎn)生與一次磁場軸向相反的無效場，從而在軸上并在軸向方向上無效該一次磁場。然而，僅僅因?yàn)橐淮螆鲈谄渌较蛏系某煞秩匀桓蓴_(swamp)該接收機(jī)，因而在軸向方向上無效該一次場僅僅使接收機(jī)能夠檢測該方向上的二次場。因此，現(xiàn)有的系統(tǒng)無法在三維中或通過矢量法執(zhí)行對二次場的準(zhǔn)確檢測。此外，這表明，該公知系統(tǒng)的精確度對于很多微擾敏感，例如該無效線圈相對于初級線圈的軸向的、徑向的或者旋轉(zhuǎn)的位移。反過來，這意味著機(jī)械線圈結(jié)構(gòu)必須是魯棒且堅(jiān)硬的，由此降低其空氣動(dòng)力學(xué)效果。在線圈結(jié)構(gòu)要通過飛機(jī)(例如直升機(jī))進(jìn)行運(yùn)輸?shù)那闆r下，問題可能尤為突出。本發(fā)明設(shè)法提供一種改進(jìn)的系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于實(shí)施對地球表面的電磁探測的方法，該方法包括以下步驟提供至少一個(gè)初級線圈；給線圈通電，以產(chǎn)生一次電磁場；使地球表面暴露于該一次場中；提供接收機(jī)，以檢測地球由于一次場在其中所產(chǎn)生的電流而產(chǎn)生的二次場；提供隔開的多個(gè)無效線圈，并以使得該一次場在該接收機(jī)周圍的三維體積內(nèi)無效的方式來給該無效線圈通電。使一次場在該接收機(jī)周圍的三維體積內(nèi)無效，使得接收機(jī)能夠通過矢量法檢測二次場。通過將無效線圈與初級線圈串聯(lián)布置，可以通過與初級線圈相同的電流來給無效線圈通電。然而，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，例如通過適當(dāng)?shù)碾娏鞣致穪砜刂起佀徒o無效線圈的電流，以便僅通過初級電流(即，饋送給初級線圈)的一部分來驅(qū)動(dòng)特定無效線圈。在本發(fā)明所設(shè)想的一個(gè)特定結(jié)構(gòu)中，將無效線圈以縱向隔開、堆疊的關(guān)系同軸地布置在初級線圈的軸上。可以存在多個(gè)以縱向隔開的關(guān)系同軸布置的初級線圈。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了用于實(shí)施電磁探測的裝置，該裝置包括至少一個(gè)初級線圈；用于給該線圈通電以產(chǎn)生一次電磁場并使地球表面暴露于該一次場中的裝置；接收機(jī)，用于檢測地球由于該一次場在其中所產(chǎn)生的電流而產(chǎn)生的二次場；隔開的多個(gè)無效線圈；以及用于以使得該一次場在接收機(jī)周圍的三維體積內(nèi)無效的方式給無效線圈通電以使得接收機(jī)能夠通過矢量法檢測二次場的裝置。根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種無效線圈裝置，其包括多個(gè)無效線圈，以相對于接收機(jī)和一個(gè)或更多個(gè)產(chǎn)生一次場的初級線圈的預(yù)定配置布置；以及用于給無效線圈通電的裝置，該多個(gè)無效線圈組合起來，產(chǎn)生用于使一次場在接收機(jī)周圍的體積內(nèi)無效的場，從而使得接收機(jī)通過矢量法檢測由地球響應(yīng)于其暴露于該一次場而產(chǎn)生的二次場。本發(fā)明的其他特征將根據(jù)下面給出的描述和所附權(quán)利要求來說明?，F(xiàn)在將參考附圖，僅作為示例更為詳細(xì)地描述本發(fā)明。圖l概略地示出了本發(fā)明的第一實(shí)施例；以及圖2概略地示出了本發(fā)明的第二實(shí)施例。具體實(shí)施方式從圖l可以看出，裝置10包括單個(gè)扁平的初級線圈12;以及多個(gè)(這里為兩個(gè))扁平的無效或者反接線圈14，它們以縱向隔幵、堆疊的關(guān)系與初級線圈同軸布置。以箭頭16指示的方向的電流給初級線圈通電，以箭頭18指示的反方向的電流來給無效線圈14通電。初級線圈12產(chǎn)生的一次場由箭頭20指示。無效線圈產(chǎn)生的無效場由箭頭22指示。如下面更詳細(xì)描述的，線圈的幾何形狀及其通電方式使得場20在線圈的公共軸的體積中至少近似地抵消場22。無效線圈可以具有單匝或者多匝。此外，可以通過改變它們的縱向間隔和半徑來控制由無效線圈所產(chǎn)生的無效場的場曲率。在實(shí)際中，針對無效線圈中的給定數(shù)目的匝數(shù)，將為了提供在無效體積上對一次場20的最佳的無效而選擇線圈半徑和縱向線圈間隔。在實(shí)際布置中，使用具有10m標(biāo)稱直徑的8匝初級線圈12。下表給出了數(shù)學(xué)推導(dǎo)出的無效線圈的最佳布置。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>向誤差〈10nT,超過15mm半徑Z反接很好地匹配2x362802226超過i250mm，徑向誤差〈OnT，超過30醒半徑從這個(gè)表可以看出，無效線圈布置包括兩個(gè)直徑1.813m且縱向間隔0.886m的單匝無效線圈14，Z反接或者無效，即在縱向，軸向上非常有效，但是無效體積具有有限的徑向延伸。在該范圍的另一個(gè)端，利用直徑為6.28m的、縱向間隔2.226m的三匝無效線圈，在軸向方向上也具有良好的無效，但在這種情況下該無效體積具有更大的徑向延伸。根據(jù)該表布置的堆疊的無效線圈經(jīng)過了微擾分析，其中研究徑向的、旋轉(zhuǎn)的和軸向微擾對于單匝和多匝無效線圈的配置所施加的影響。這些分析同樣說明，對于每種方案，軸向無效體積的直徑相當(dāng)大，并且徑向微擾(例如位移)比上面所提及的公知的AeroTEM系統(tǒng)具有較小的顯著有害影響。盡管該系統(tǒng)也能夠容忍旋轉(zhuǎn)微擾，但其對于軸向微擾極為敏感。圖2示出了一實(shí)施例，其包括一對堆疊的初級線圈12，并且還有一對堆疊的無效線圈14。將該初級線圈布置為Helmholtz對，其中沿著線圈的公共軸的聯(lián)合磁場是恒定的。利用這種初級線圈的配置，可以通過將無效線圈布置為Helmholtz對(即匝數(shù)與初級線圈與無效線圈的半徑比成比例地縮放，并且在無效線圈中流動(dòng)的電流的方向與其在初級線圈中的流動(dòng)的方向相反)來有效地執(zhí)行對一次場的縱向無效。為了進(jìn)行比較，選擇初級線圈的直徑為7.07m，每個(gè)初級線圈具有八匝，以提供與圖l中的具有10mm直徑的單個(gè)初級線圈布置類似的偶極矩。對于這種初級線圈配置，下表給出了無效線圈的最佳配置和幾何形狀。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>該表示出了z反接或者無效(即，在縱向或者軸向方向上的無效)對于單匝、兩匝、三匝和四匝無效線圈同樣有效，并且R反接或者無效(即在徑向方向上的無效)對于多匝無效線圈的配置有效。具有多匝的配置顯示了無效體積的徑向延伸隨著匝數(shù)的增加而增加。然而，值得注意的是，在這些方案中，無效線圈所具有的直徑比上面參考圖1中的實(shí)施例所描述的相應(yīng)方案中的無效線圈的直徑小。此外，盡管系統(tǒng)同樣允許徑向和轉(zhuǎn)動(dòng)的微擾，但與圖l中的實(shí)施例相比，更容易適應(yīng)軸向微擾或者位移。如上所述，多個(gè)無效線圈的使用(尤其是最優(yōu)配置的)能夠提供在縱向或者徑向方向上的有效的無效，從而使得兩個(gè)實(shí)施例都特別適用于帶有軸向定位、縱向安裝的接收機(jī)/檢測器。該分析同樣指出，利用這兩個(gè)實(shí)施例，可以提供具有受控的徑向場梯度的非常大的徑向延伸的無效體積。盡管圖2中的實(shí)施例比圖1中的實(shí)施例更能容忍軸向微擾，但這兩個(gè)實(shí)施例都能夠適度地容忍徑向和轉(zhuǎn)動(dòng)的微擾?？梢哉J(rèn)識(shí)到，圖l的實(shí)施例在縱向更為緊湊的情況下將更適于空中運(yùn)輸，而圖2中的實(shí)施例由于縱向體積較大并且由此更難合并到空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)，因而更適于陸地，例如地面運(yùn)輸。如上所述，兩個(gè)實(shí)施例中的無效線圈可以與初級線圈串聯(lián)地通電。備選地，可以使用適當(dāng)?shù)碾娏鞣至骰蛘咂渌刂破鱽韺⒊跫夒娏鞯囊徊糠逐佀徒o單個(gè)無效線圈權(quán)利要求1.一種用于實(shí)施對地球表面的電磁探測的方法，所述方法包括以下步驟提供至少一個(gè)初級線圈，給所述線圈通電以產(chǎn)生一次電磁場，使地球表面暴露于所述一次場中，提供接收機(jī)以檢測地球因所述一次場在其中所產(chǎn)生的電流而產(chǎn)生的二次場，提供多個(gè)隔開的無效線圈，并以使得所述一次場在所述接收機(jī)周圍的三維體積分內(nèi)無效的方式來給所述無效線圈通電。2.如權(quán)利要求l所述的方法，其中，將所述無效線圈與所述初級線圈串聯(lián)地布置。3.如權(quán)利要求l所述的方法，其中，控制饋送給所述無效線圈的電流，以便僅通過提供給所述初級線圈的電流的一部分給一個(gè)或更多個(gè)特定無效線圈通電。4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，通過適當(dāng)?shù)碾娏鞣至鱽砜刂起佀徒o所述無效線圈的電流。5.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，將所述無效線圈以縱向隔開的關(guān)系同軸地布置在所述初級線圈的軸上。6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，將兩個(gè)無效線圈同軸地布置在所述初級線圈的軸上。7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，將兩個(gè)初級線圈以縱向隔開、同軸的關(guān)系布置。8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，將所述初級線圈布置為Helmholtz線圈對，并將所述無效線圈布置為反向的Helmholtz線圈對。9.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，每個(gè)無效線圈都具有多匝。10.—種用于實(shí)施對地球表面的電磁探測的裝置，所述裝置包括至少一個(gè)初級線圈；用于給所述線圈通電以產(chǎn)生一次電磁場并使地球表面暴露于所述一次場中的裝置；接收機(jī)，用于檢測地球由于所述一次場在其中所產(chǎn)生的電流而產(chǎn)生的二次場；隔開的多個(gè)無效線圈；以及用于以使得所述一次場在所述接收機(jī)周圍的三維體積內(nèi)無效的方式給所述無效線圈通電的裝置。11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中，將所述無效線圈與所述初級線圈串聯(lián)地布置。12.如權(quán)利要求10所述的裝置，包括用于控制饋送給所述無效線圈的電流以便僅通過提供給所述初級線圈的電流的一部分給一個(gè)或更多個(gè)特定無效線圈通電的裝置。13.如權(quán)利要求10至12中任一項(xiàng)所述的裝置，包括以縱向隔開的關(guān)系同軸地布置在所述初級線圈的軸上的無效線圈。14.如權(quán)利要求13所述的裝置，包括兩個(gè)同軸地布置在所述初級線圈的軸上的無效線圈。15.如權(quán)利要求14所述的裝置，包括兩個(gè)以縱向隔開、同軸的關(guān)系布置的初級線圈。16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中，將所述初級線圈布置為Helmholtz線圈對，并將所述無效線圈布置為反向的Helmholtz線圈對。17.如權(quán)利要求10至16中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，每個(gè)無效線圈都具有多匝。18.—種用于地球表面電磁探測的無效線圈裝置，所述裝置包括-多個(gè)無效線圈，以相對于接收機(jī)和產(chǎn)生一次場的一個(gè)或更多個(gè)初級線圈的預(yù)定配置進(jìn)行布置；以及用于給無效線圈通電的裝置，所述多個(gè)無效線圈組合起來，產(chǎn)生用于使所述一次場在所述接收機(jī)周圍的體積內(nèi)無效的場，從而使得接收機(jī)通過矢量法檢測由地球響應(yīng)于其暴露于所述一次場而產(chǎn)生的二次場。全文摘要本發(fā)明涉及一種用于實(shí)施對地球表面的電磁探測的方法和裝置(10)。至少提供一個(gè)初級線圈(12)。給初級線圈通電以產(chǎn)生一次電磁場，并使地球表面暴露于該一次場中。提供接收機(jī)，以檢測地球由于一次場在其中所產(chǎn)生的電流而產(chǎn)生的二次場。以使得該一次場在接收機(jī)周圍的三維體積內(nèi)無效的方式給隔開的無效線圈(14)通電，從而使得該接收機(jī)能夠通過矢量法檢測二次場。文檔編號G01V3/165GK101292176SQ200680038595公開日2008年10月22日申請日期2006年10月17日優(yōu)先權(quán)日2005年10月17日發(fā)明者戴維·布魯斯·迪克森申請人:安格羅經(jīng)營有限公司