專利名稱：用相位相干電磁裝置探測長形垂直或水平電導(dǎo)體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及用于探測由導(dǎo)電性較差的巖石所包圍的地下電導(dǎo)體的設(shè)備和方法，并更詳細地涉及用于探測礦脈或位于地下隧道或鉆孔中的導(dǎo)電設(shè)備的方法。相位相干接收機用來探測穿過包圍該導(dǎo)體的導(dǎo)電性較差的巖石射出的電磁場的磁場分量，該電磁場是當(dāng)由相位同步連續(xù)波發(fā)射機所激勵的天線產(chǎn)生的EM(電磁)波的電場分量在該導(dǎo)體中感應(yīng)出同步電流時產(chǎn)生的。
目前軍事上用若干種技術(shù)方法來探測地下隧道。這些方法包括表面特征的視覺觀察、表面鉆孔、利用聲學(xué)和測震設(shè)備以及利用各種地面的和孔內(nèi)的電磁(EM)波傳播方法。
在這些技術(shù)方法中，EM技術(shù)方法是最有前途的，因為EM技術(shù)方法對軍火引爆和隨機地質(zhì)結(jié)構(gòu)噪聲是不敏感的。目前使用的兩種EM技術(shù)方法是授予Lytle等人的第4，161，687號美國專利中所申請的聯(lián)絡(luò)巷道高頻折射檢測法和由西南科學(xué)研究所開發(fā)的、目前美國陸軍所使用的聯(lián)絡(luò)巷道脈沖EM系統(tǒng)(PEMS)。
這兩種聯(lián)絡(luò)巷道技術(shù)方法都預(yù)定檢測由隧道同兩個鉆孔之間的垂直平面相交所引起的地質(zhì)介質(zhì)的電參數(shù)的變化。然而，這兩種技術(shù)方法都使用了孔內(nèi)發(fā)射機和接收機，而它們都是由導(dǎo)電的電纜連接到地面上的設(shè)備的。這種導(dǎo)電電纜的使用影響了相移量的測量，因而妨礙了使用同步檢測技術(shù)。
總的來說，在該文獻中已經(jīng)發(fā)表了在輕微導(dǎo)電的自然巖石中使用天線和電磁波傳播方法，用于地下地質(zhì)特征的遙感和測繪中，以及硬式軍事通信和同正工作在或受阻于地下隧道中的礦工們進行無線電通信的應(yīng)用場合。至今一直把該學(xué)科領(lǐng)域作為水下潛艇的通信領(lǐng)域來研究。一些評論文章(Hansen，R.C.發(fā)表在IEEETrans.onAn+.andProp.，May1963，題為“使用地下和水下天線的發(fā)射與接收”一文以及Moore，R.K.發(fā)表在IEEETrans.onAnt.andProp.，May1963，題為“周圍導(dǎo)電介質(zhì)對天線分析的影響”一文追溯了從18世紀后期由Heaviside，O.開創(chuàng)的正則理論的歷史發(fā)展情況，該理論是刊載在1882年英國倫敦MacMillanandCompanyLtd出版的《Electricalpapers》卷Ⅰ和卷Ⅱ中的。該理論課題研究了在輕微導(dǎo)電的地質(zhì)介質(zhì)的情況下天線和EM場分量的相互作用。就無線電通信來說，該理論課題研究了無線電波沿地球表面，穿過地球的直接路徑，在兩艘潛艇之間的往返路徑的傳播以及沿地球的自然波導(dǎo)傳播的可能性。在地質(zhì)勘探方面，該理論課題研究了化學(xué)成礦帶的暈圈(halos)的探測，這些成礦帶是伴隨以下地質(zhì)特征而產(chǎn)生的斷層和巖脈，夾著石油和天然氣的砂巖和石炭巖空穴，煤、天然堿和鉀堿的礦層，以及妨礙各種有價值的資源按序排出的異?，F(xiàn)象?！禔nn.Physik》Ser.4Vol.81，№，17，pp1135-1153，Dec.1926，標題為“UberdieAustreitungderWalleninderDrahtlosentelegraphie”一文曾提供了對表面波通信的早期的理論見解，而作者Wait，J.R(調(diào)查編輯)在May1963issueofIEEETrans.Ant.andProp.Vol.Ap.1，№3中提供了有關(guān)用于研究地下地質(zhì)特征的各種通信和技術(shù)方法的知識。
作者J.R.Wait和D.A.Hill在對美國礦務(wù)局的關(guān)于第Ho122061(1974年9月)號合同的初步報告中(標題為“圓形隧道中傳輸線路上的同軸線和雙線模式”)涉及了對于在隧道中導(dǎo)向波傳播的研究，并系統(tǒng)地提出證明對于二線電纜、電車軌道以及電力電纜型導(dǎo)線存在單線和雙線傳播模式的理論模型。
另外，在《RadioScience》，VolⅡ，№4(1976年4月)、作者為R.N.Grubb，P.L.Oswell和J.H.Taylor，標題為“在300KHz至25MHz頻率范圍內(nèi)測量鉆孔的導(dǎo)電率和介質(zhì)常數(shù)”一文中，描述了一種用于測量地球的某一區(qū)域的大量電參數(shù)的方法，該方法包括測量在兩個鉆孔中同時接收到的電磁波的磁場強度和磁場相移量。
刊物名稱為《ProceedingoftheIRE(1952年10月)》，作者為J.R.Wait，標題為“浸入導(dǎo)電介質(zhì)中的磁偶極子天線”一文指出在電和磁偶極子天線之間存在從根本上不同的功耗關(guān)系。在電偶極子天線情況下，在偶極子附近的徑向波阻抗基本上是實數(shù)，而在磁偶極子天線的情況下，該阻抗卻是虛數(shù)。大的實數(shù)阻抗導(dǎo)致在該電偶極子附近耗散的能量大于向外流到遠處的能量。
作者R.F.Harrington，在由McGrawHill，N.Y.(1961年)出版的“時間諧波電磁場”一書中描述了用于計算由入射電場在導(dǎo)體中產(chǎn)生的電流量的公式。
W.R.BennettandJ.R.Davey在McGrawHill圖書公司(1965年)出版的“數(shù)據(jù)傳輸”一書中描述了各種同步檢測原理。
最后，L.G.Stolarzyk的美國專利第4，577，153號“用于煤層結(jié)構(gòu)成象的連續(xù)波中頻信號傳輸勘測法”描述了利用無線電顯象方法來構(gòu)成煤層結(jié)構(gòu)圖象的方法。
先有技術(shù)未曾提出過用同步方法學(xué)來發(fā)現(xiàn)先前未發(fā)覺的地下隧道或礦脈的存在的實用方法。
因此，本發(fā)明的一個目的是描述一種用于可靠地測定地下是否存在有由導(dǎo)電性較差的巖石所包圍的水平取向或垂直取向的電導(dǎo)體。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種把隧道的最強特征作為測量對象的測定地下隧道的方法。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種可精確測定隧道位置的地下隧道測定方法。
本發(fā)明的又一個目的是利用聯(lián)絡(luò)巷道相位相干測量儀器測定例如成礦礦脈的薄層巖石導(dǎo)體。
本發(fā)明的另外一個目的是在回采面采掘方法中利用聯(lián)絡(luò)巷道相位相干儀器測量各鉆孔間的隔開距離。
簡言之，本發(fā)明的最佳實施例包括以下步驟1.產(chǎn)生第一電磁場;
2.利用第一電磁場的電場分量在地下電導(dǎo)體中感應(yīng)出同步電流;
3.利用由在該電導(dǎo)體中感生的電流所產(chǎn)生的第二電磁場的磁場分量在部署于鉆孔中的相位相干接收機的天線中感應(yīng)出信號以及
4.利用同步探測測量法和分析法來證實所述電導(dǎo)體的存在。
該第一電磁場可以或者由在長的地面導(dǎo)體中、或在孔內(nèi)垂直磁偶極子天線(當(dāng)被測電導(dǎo)體是水平取向時)中流動的電流來產(chǎn)生，或者由水平磁偶極子天線(當(dāng)被測電導(dǎo)體是垂直取向時)來產(chǎn)生。在各種中間取向中，該電磁波的電場分量必須是對該電導(dǎo)體的表面極化的，即，與該表面相切的。該地面導(dǎo)體和孔內(nèi)天線由發(fā)射機激勵。礦井內(nèi)的電設(shè)備所產(chǎn)生的噪聲，或者地面上產(chǎn)生的電磁波，也都可在地下導(dǎo)體中感生電流。該導(dǎo)體應(yīng)當(dāng)具有長的軸向尺寸，并且由導(dǎo)電性較差的巖石所包圍。例如，該電導(dǎo)體可能是安裝在地下隧道中的電車軌道，或電話線、電源線。灌滿隧道或流過隧道中的電解水也能象由導(dǎo)電性較差的巖石所包圍的薄層化學(xué)礦化礦脈一樣地起所述電導(dǎo)體的作用。
該相位相干接收機包括垂直或水平磁偶極子天線、混頻器以及作為該接收機末級信號輸出器的中頻(IF)放大器。通過光纜把相干頻率信號源既連接到發(fā)射機又連接到接收機。該相干頻率信號源產(chǎn)生一種同步發(fā)射信號(該信號是一種未經(jīng)調(diào)制的、連續(xù)波相位同步信號，通過光纜被送到發(fā)射機)和一種通過光纜送到接收機的同步本地振蕩信號。該同步信號可以低于或高于該系統(tǒng)的工作頻率。當(dāng)該同步信號低于工作頻率時，則該工作頻率是通過把一個鎖相環(huán)(PLL)鎖定于該同步信號而產(chǎn)生的。把同步后的發(fā)送信號(ST)加到發(fā)射機的功放級的輸入端，后者產(chǎn)生發(fā)射機的輸出信號。該發(fā)射機的輸出信號激勵長的地面導(dǎo)體或孔內(nèi)天線，后者產(chǎn)生第一電磁場。該第一電磁場的電場分量在地下電導(dǎo)體中感生同步電流。由該感應(yīng)電流所產(chǎn)生的第二電磁場的磁場分量被相位相干接收機所接收，在該接收機內(nèi)，所收到的信號與同步后的本地振蕩信號混頻，以產(chǎn)生中頻信號。把該中頻信號通過上行光纜送回到相干頻率信號源，在那里通過同步檢測器測量所接收到的信號的強度和相移量。
該相位相干測量儀器也可用來檢測用于例如礦塊崩落開采、垂直爆破漏斗、再選或回采面開采等開采方法中的某對鉆孔的相隔距離的變化。把該發(fā)射機和相位相干接收機沉降到各分開的鉆孔中，并測量所收到信號的相移變化，從而，該相移變化與距離變化相關(guān)聯(lián)。
本發(fā)明的一個優(yōu)點是由于使用了未調(diào)制的連續(xù)波載波信號和同步檢測技術(shù)而使接收機的靈敏度增加了若干數(shù)量級。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點是由于使用了光纜而可以準確地進行相移和幅值的測量。
本發(fā)明的又一個優(yōu)點是在檢測方法中使用該電導(dǎo)體的軸向尺寸。
本發(fā)明的再一個優(yōu)點是能夠測定地下電導(dǎo)體的垂直、水平或各種中間取向。
本發(fā)明的另外一個優(yōu)點是可以在回采面開采方法中使用聯(lián)絡(luò)巷道的相位相關(guān)測量方法來測定兩個鉆孔間所隔開距離的變化。
毫無疑問，對本技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員來說，在閱讀了下面對以各附圖所說明的最佳實施例所進行的詳細描述以后，將會明白本發(fā)明的這些和其它各目的和優(yōu)點。
在各附圖中

圖1是帶有地下隧道的地質(zhì)區(qū)域的部分剖視立面圖，并示出按照本發(fā)明的方法1的鉆孔結(jié)構(gòu);
圖2是供本發(fā)明的方法Ⅰ使用的天線結(jié)構(gòu)的另一個實施例的頂視立面圖;
圖3是供本發(fā)明的方法Ⅰ使用的天線結(jié)構(gòu)的再一個實施例的頂視立面圖;
圖4是按照本發(fā)明的用于相位同步信號的發(fā)射和接收的設(shè)備的電路框圖;
圖5是圖4中所示設(shè)備的一個組成部分的同步檢測器的電路框圖;
圖6是帶有地下隧道的地質(zhì)區(qū)域的部分剖視立面圖，并示出按照本發(fā)明的方法Ⅱ的鉆孔結(jié)構(gòu);
圖7說明由調(diào)諧環(huán)形天線中的電流所產(chǎn)生的電磁波的各場分量;
圖8是帶有地下隧道的地質(zhì)區(qū)域的部分剖視立面圖，并示出按照本發(fā)明方法Ⅲ的鉆孔結(jié)構(gòu);
圖9是帶有地下隧道的地質(zhì)區(qū)域的部分剖祝立面圖，并示出按照本發(fā)明方法Ⅳ的鉆孔結(jié)構(gòu);
圖10是帶有地下隧道的地質(zhì)區(qū)域的部分剖視立面圖，并示出按照本發(fā)明方法Ⅴ的鉆孔結(jié)構(gòu)的部分剖視立面圖，并示出按照本發(fā)明方法Ⅴ的鉆孔結(jié)構(gòu);
圖11是示于圖4中的設(shè)備的另一個實施例的電路框圖以及圖12是按照本發(fā)明方法Ⅵ的含有若干由待測定的距離所隔開的鉆孔的礦脈的部分剖視立面圖。
圖1示出一個由巖層12所包圍的、含有若干以電車軌道形式示出的電導(dǎo)體14的地下隧道10。巖層12的導(dǎo)電性遠比電導(dǎo)體12差。電導(dǎo)體14可以是包含在隧道10中的，并且沿著隧道10的長度方向而延伸的任何導(dǎo)電物體。電導(dǎo)體14也可以是例如一種薄層礦化導(dǎo)電礦脈的、埋藏在巖層12中的導(dǎo)電物體。在隧道10中的其它可以起電導(dǎo)體14的作用的物體例子包括小線徑的銅的電源線或電話電纜、金屬風(fēng)管、電車供電線、在隧道10內(nèi)的塑料水管中流動的電解水、或灌滿整個隧道10的電解水。
若干鉆孔18從地面區(qū)域20向下延伸，穿過巖層12。發(fā)射機24位于地面區(qū)域20上，并通過環(huán)形天線25耦合到至少一條電纜26上。連接電纜28把發(fā)射機24電連接到環(huán)形天線25。當(dāng)發(fā)射機24接通電源時，環(huán)形天線25中流動的電流(環(huán)流)同加到發(fā)射機24的輸入端30上的信號相位同步。通過感應(yīng)，該環(huán)形電流引起在電纜26中流動的同步電流。電纜26起長線電流天線的作用，它可以是一段相對地直的絕緣導(dǎo)線，其長度在100至1500英尺范圍內(nèi)。另一方面，可以把若干電纜26展開成扇形圖案，如圖2所示，該圖案所對的角近于90度。也可把電纜26做成如圖3所示的具有大直徑X的電纜環(huán)。
回到圖1，通過從信號源32敷到輸入端30的光纜34把該相干頻率信號源32光連接到發(fā)射機24。同樣，通過包括上行光纖38和下行光纖40(示于圖4中)的光纜37把接收機36光連接到相干頻率信號源32。接收機36包括帶有基本上位于X-Z平面(磁矩矢量與Z軸一致)中的天線41的環(huán)形線圈的電短路鐵氧體垂直環(huán)形磁偶極子天線41。相干頻率信號源32能夠產(chǎn)生至少兩種在1至300KHz頻率范圍內(nèi)的低頻信號。該相干頻率信號源還能夠產(chǎn)生用于精確測量距離的高頻(HF)和甚高頻
(VHF)頻帶的各種頻率。接收機36部署在至少一個鉆孔18中的深度d1處。
在該最佳實施例中，發(fā)射機24、相干頻率信號源32和接收機36包括圖4中所示的各部件。石英晶體基準振蕩器42產(chǎn)生具有晶體頻率fc的晶體振蕩器輸出信號Sc，該頻率fc在狀態(tài)分割機44中除以整數(shù)K，以產(chǎn)生具有基準頻率fref、相位為零度的第一基準信號Srefa。所有從相干頻率信號源32輸出的信號都同信號Srefa相位同步。狀態(tài)分割機44還產(chǎn)生相位偏離Srefa90度的第二基準信號Srefb。信號Srefa和Srefb都是在同步檢測方法中需用的。
信號Srefa用于普通的鎖相環(huán)路46中，以產(chǎn)生同信號Srefa相位同步的初級發(fā)射信號ST′。另外，把振蕩器41的輸出信號Sc用作初級接收機的本地振蕩器信號SLO′。在把信號ST′和SLO′分別送到發(fā)射機24和接收機36之前，把它們頻率變換到系統(tǒng)工作所需的頻帶。借助于接到晶體變頻振蕩器48中的差混頻，對信號ST′進行混頻，以產(chǎn)生工作發(fā)射信號ST。同樣，SLO′在混頻器52中同同一晶體變頻振蕩器50的信號進行混頻，以產(chǎn)生工作接收機本地振蕩器信號SLO。混頻后信號ST和SLO的頻率分別為fO和fLO。當(dāng)用此種產(chǎn)生信號的方法導(dǎo)出信號SLO和ST時，這些信號就稱為相位相干的。出現(xiàn)在變頻振蕩器50中的相移和偶然的相位變化同樣地出現(xiàn)在信號ST和SLO中的總相位。在接收機混頻過程中抵消了該相移和偶然的相位變化。
借助于下行光纖40把信號SLO送到接收機36所包含的混頻器60。接收機36還包括電連接到放大器64(該放大器電連接到混頻器60)的鐵氧體垂直環(huán)形磁偶極子天線41。混頻器60電連接到IF放大器/光纖發(fā)射單元66，后者通過上行光纖38連接到包含在信號源32內(nèi)的同步檢測器70。微計算機72電連接到檢波器70?；鶞市盘朣refa經(jīng)過引線76送到鎖相環(huán)電路46，同時，經(jīng)過引線78送到同步檢測器70?；鶞市盘朣refb經(jīng)過引線80送到該同步檢測器。
在相干頻率信號源32中，信號SC的晶體頻率fC可以是10.24MHz，信號Srefa的基準頻率可以是2.5KHz，而整數(shù)K可以是4096。
另一方面，可以把同步信號Srefa經(jīng)過光纜送到每個孔內(nèi)儀器(見圖11)中的鎖相環(huán)(PLL)電路。這些PLL在該孔內(nèi)儀器中產(chǎn)生發(fā)射信號(ST)和接收機本地振蕩信號(SLO)。
天線41能夠接收電磁波信號。例如，對適當(dāng)取向的頻率為100KHz的磁場Hθ來說，該環(huán)路emf由下式給出emf＝(4.02×102)Hθ該環(huán)路信號被放大器64放大，然后，在混頻器60中同信號SLO混頻。SLO的頻率由下式給出fLO＝fo-fref在混頻器60中的差頻混頻過程產(chǎn)生中頻信號SIF，它可由下式表示SIF＝Bsin(2πfref+θ2)
相位θ2是在從信號源32的輸出端起一直到IF放大器66的輸出端的信號通路中所遇到的所有相移量的總和。θ2中包含地質(zhì)介質(zhì)的相移成份θm。普通同步檢測器70同微計算機72一起測量信號SIF的幅值和相位。
圖5是同步檢測器70的電路框圖。信號SIF經(jīng)由上行光纖38進入檢測器70，在那里，該信號遇到一對模擬開關(guān)單元90和92，該二單元分別接收信號Srefa和Srefb。開關(guān)90和92進行乘法操作SIF×Srefa和SIF×Srefb。在由一對低通濾波器94和96進行低通濾波以后，產(chǎn)生一對正交電壓ex和ey，然后，該電壓加到多路復(fù)用器98(模-數(shù)轉(zhuǎn)換器)。相位θ2可計算如下θ2＝tan-lex/ey。
而幅值B可計算如下B＝(e2x+e2y)1/2。
圖1所示系統(tǒng)的工作原理如下首先，信號源32產(chǎn)生具有頻率fo的信號ST所需要的相位同步信號，該信號fo是經(jīng)由電纜34送到發(fā)射機24的。信號ST可以是具有表達式Asin(2πfot+θA)的正弦波，式中，A是幅度，t是時間，而θA是相移值。發(fā)射機24和天線25激勵出電纜26中的初級電流。該初級電流使第一電磁場EM1向下傳播，穿過巖層12。如果電磁場EM1的電場分量Ez遇到與電纜26的長度平行取向的電導(dǎo)體14，則在該平行導(dǎo)體14中將感應(yīng)出增大的次級電流。在不與電纜26平行取向的導(dǎo)體14中也會感應(yīng)出次級電流的，不過，這個非平行的電流的幅值將會是小的。示于圖2中的由電纜26構(gòu)成的扇形圖案和示于圖3中的大直徑的環(huán)狀構(gòu)形預(yù)定使極化電場分量EZ遇到平行電導(dǎo)體14的或然率達到最大值。
該次級電流將沿著導(dǎo)體14傳播，并將產(chǎn)生第二電磁場EM2，后者將穿過巖層12而傳播，該EM2具有頻率fo，但具有不同于信號ST的幅度和相移量。使接收機36內(nèi)的垂直磁偶極子天線41適當(dāng)取向，以便接收EM2的磁分量Hφ，作為接收信號SR。信號SR具有波的形式Bsin(2πfo+θB)，式中，B是新的幅度，而θB是新的相移量。信號SR被放大器64放大，然后，被送到混頻器60。此時，正以由相干頻率信號源32所產(chǎn)生、并經(jīng)由光纖40而輸送到混頻器60的信號SLO供給混頻器60。信號SLO具有表達式Dsin2π(fo-fref)t的形式，式中，D是SLO的幅值?；祛l器60通過把SLO加到Sr上而產(chǎn)生最后的信號SIF，從而，給出式(1)SIF＝Csin(2πfreft+θm) (1)式中C是SIF的幅度，而θm是其相移量。
通過上行光纖38把最后信號SIF送到同步檢測器70，在那里，通過使用同步檢測原理來測定幅度C和相移量θm。如果不存在導(dǎo)體14，則幅度C將是零，因為接收機36和電纜26間的隔開距離太遠以致不能收到信號ST。
在該最佳實施例中，電纜26位于規(guī)定的位置上，而接收機36在若干鉆孔18之間遷移，同時，在每個鉆孔18的位置上至少進行一次相移量的測量。如果在每個鉆孔18中的若干不同深度d1處進行多次幅度和相移量的測量，則將會提高測到導(dǎo)體14的或然率。另一方面，也可以把接收機36固定在一個鉆孔18中，而電纜26的位置卻是變動的。
為方便起見，可把電纜26放在地面位置上，而通過利用孔內(nèi)接收機36進行測量的方法稱為方法1。通過理論與多次經(jīng)驗測量的結(jié)合，已經(jīng)證實方法1是可行的。
在實際實驗研究中，100米長的電纜沿著位于地下大約100米深的人和材料通道的大概方向而鋪在York Canyon礦井的地面上。泥板巖頂部巖石的導(dǎo)電率近于1×10-2mhos/m。在該電纜中可激勵出300KHz的100毫安電流。在位于該通道中的電話電纜中可測得11微安的電流。
表A示出當(dāng)把導(dǎo)體14同接收機36分開30米和70米徑向距離時，各非相干和相干接收機的最小可檢測到的次級電流強度。這些數(shù)字表明在YorkCanyon礦井中所實際測得的11微安的信號對于利用同步檢測方法Ⅰ來測定位于離開接收機36七十米遠的導(dǎo)體14來說是足夠的。
表A最小可檢測到的隧道電導(dǎo)體的次級電流，單位為微安(f＝100KHz;δ＝10×E＝03mho/m;εr＝10)
表A中的數(shù)據(jù)是通過下述方法計算出來的。首先，用下式(2)計算由次級電磁場EM2所產(chǎn)生的磁場分量HφHφ＝-
(iISk/4)H(2)1(KP) (2)式中P＝離開該導(dǎo)體的徑向距離;
Is＝次級電流，單位為安培以及H(2)1(KP)＝一階二類漢克爾函數(shù)〔式(2)是摘自M.L.Burrows著作的《ELFCommunicafionAntennas》一書的，它是由英國PeterPeregrinus有限公司在1978年出版的〕。
下一步，當(dāng)Hφ穿過鐵氧體垂直磁偶極子天線41的環(huán)形面積時，就按照式(3)產(chǎn)生由Faraday定律所給出的接收天線響應(yīng)emf＝ANμrω｜Hφ｜(3)式中A＝環(huán)形天線的面積，單位為m2;
N＝匝數(shù);
μr＝該天線的導(dǎo)磁率以及ω＝該系統(tǒng)的角頻率。
非相位相干RIM(雷達情報圖)接收機的靈敏度優(yōu)于10毫微伏，而其相干靈敏度可改善到0.1毫微伏。垂直鐵氧體桿狀天線顯示出表B中所示的各種電特性。
表B在100KHz時，鐵氧體桿狀天線的電特性
(Hφ＝在該接收機位置處的磁場強度值)最后，根據(jù)表B的數(shù)據(jù)確定隧道電導(dǎo)體中的最小可檢測的電流;在徑向距離為30和70m的情況下，根據(jù)公式(2)確定該孔內(nèi)接收機的臨界靈敏度和磁場強度值。使用疊片式信號變壓器金屬片，例如坡莫合金型的鎳-鐵合金，有可能提高該接收環(huán)形天線的靈敏度。能夠獲得104倍于自由空間值數(shù)量級的極高的導(dǎo)磁率。通過利用絕緣的疊片來構(gòu)成該鐵芯的截面就可增加面積，并且，可把鐵芯損耗降低到在與繞組損耗相比之下可忽略不計的水平。在工作頻率低于10KHz情況下，細長的天線可實現(xiàn)與信號場的良好的耦合;但是，這些低頻天線對地磁場也是敏感的。由于在鉆孔中必定要使用垂直取取向的天線，所以，該天線將不會與地磁場構(gòu)成強的耦合。
圖6示出另一種用于探測電導(dǎo)體14′的方法。為方便起見，把這種方法稱為方法Ⅱ。用圖1所使用的相同的標號加上撇號來表明圖6中與圖1所示的相同的部件。
圖6中，同步的孔內(nèi)發(fā)射機100位于鉆孔18′內(nèi)的深度d2處，并且，通過光纖102光連接到信號源32′上。發(fā)射機100包含諸如帶有天線104的大致定位于X-Z平面中的環(huán)形線圈的鐵氧體桿狀天線的電短路垂直磁偶極子天線104。
圖7示出由同Y軸一致的磁偶極子所產(chǎn)生的各種場。笛卡爾坐標系統(tǒng)(X、Y、Z)的取向使得該環(huán)形線圈位于水平的X-Z平面中，同時，其垂直方向的磁矩(M-NIA)沿Y軸定位。因此，圖7描繪了一個垂直磁偶極子天線。用球坐標系統(tǒng)(θ、φ、r)來描述地質(zhì)介質(zhì)12中的各種場分量的總的取向。子午面106正交于X-Z平面，并包含Y軸。下面的公式4至6給出各磁偶極子場分量子午面水平分量Hθ＝(MK3/4π)〔1/(Kr)3+1/(Kr)2-1/(Kr)〕e-ikrSinθ (4)子午面徑向分量Hr＝(MK3/2π)〔1/(Kr)3+1/(Kr2)〕e-ikrCosθ (5)縱向分量Eφ＝(MK3/4π)〔μ/ε〕1/2〔-1/(Kr)+1/(Kr)2〕e-ikrSinθ (6)
電向量是垂直于子午面的，并且構(gòu)成環(huán)繞Y軸磁偶極子磁矩向量的一些同心圓。公式4、5和6中的各項均已寫成r的負冪。在緊靠磁偶極矩的鄰近地區(qū)中，1/r3和1/r2的“靜的”和“感應(yīng)”場起主要作用;而在距離r》λ/2π即Kr》1處，僅僅“輻射”場才具有顯著值。各輻射場由下面的公式7和8給出Hθ＝〔MK3/4π〕〔e-ikr/(kr)〕Sinθ (7)Eφ＝(MK3/4π〕〔μ/ε〕1/2e-ikr/(Kr)Sinθ (8)各輻射場都是橫向的(正交的)，要求它是一種遠離所有電磁場源而傳播的波。用比值α/β和βr把磁場分量Hθ的幅度表示為Hθ＝(M/4πr3)〔βre-(α/β)βr｛〔(1/Br)-βr+(α/β)+βr(α/β)2〕2+〔1+2βr(α/β)〕2｝1/2〕 (9)式中，K＝β-iα以及α＝衰減常數(shù)(波數(shù)的虛部)，單位為奈培/米以及β＝相位常數(shù)(復(fù)數(shù)波數(shù)的實部，單位為弧度/米)相角θ可由下面的數(shù)學(xué)式表示θ＝-βr+Tan-1〔1+2βr(α/β)〕/〔(1/βr)-βr-βr(α/β)2+(α/β)〕。 (10)接收環(huán)形天線104的軸線總是平行于鉆孔18′的軸線的。其環(huán)路靈敏度由公式3(法拉第定律)給出。
在信號源32′中對所接收到的信號SR的處理恢復(fù)了該環(huán)路靈敏度的對數(shù)表示如下20log10Hθ＝20log10(M/4πr3)+20log10〔A〕 (11)當(dāng)βr小于0.5弧度時，該磁場相對來說是與介質(zhì)電參數(shù)無關(guān)的;但是，當(dāng)Br大于2時，該場的幅度強烈地依賴于比值(α/β)。如果βr小于0.5弧度，則相移量的變化范圍小于4度。當(dāng)βr在0.5和1.5弧度之間時，隨著距離的變化，相移量的變化范圍可能增大或減小，這依賴于(α/β)。當(dāng)Br＝1.5以上時，相移量的變化范圍增加。此時，相移量強烈地依賴于(α/β)。
電場分量E的幅度可表示成｜Eφ｜＝(M/4πr2)〔μ/ε〕1/2〔Bre-(α/β)βr｛〔-βr+(α/β)+βr(α/β)2〕2+〔1+2βr(α/β)〕2｝1/2〕 (12)而相角θ可由下式表示θ＝-βr+Tan-1〔1+2βr(α/β)〕/〔-βr+(α/β)+βr(α/β)2〕 (13)在均勻的地質(zhì)介質(zhì)中，子午面磁場分量(Hθ)的極化方向垂直于接收環(huán)形天線41′的面積。在100KHz時，該環(huán)路的emf由下式給出
emf＝(4.02×10-2)Hθ(14)可以把方法Ⅱ歸納如下信號源32把頻率為fo的信號ST發(fā)送到發(fā)射機100。信號ST具有與先前在方法Ⅰ中所描述的相同的波形，更準確地說，具有波形Asin(2πfot+θA)。于是，發(fā)射機100激勵第一電磁場EM1，并使它穿過巖層12′。同方法Ⅰ中的情況一樣，當(dāng)場EM1的電場分量E1遇到取向于Z方向的各電導(dǎo)體14′中之一時，就會在該電導(dǎo)體14′中感應(yīng)出次級電流。各種計算表明從1KHz(到至少300KHz)，電流靈敏度只隨隨頻率輕微變化。因此，該頻帶中的任一頻率都可用作頻率fo。但是，由于接收機62的輸出電壓隨頻率而增高，所以，最好用最高的實際頻率，并且，最好用100KHz。放在與發(fā)射機100分開的鉆孔18′中的接收機36′對由該次級電流所產(chǎn)生的磁場Hφ起反應(yīng)。以先前在方法Ⅰ中所描述的相同的方式，根據(jù)在接收機36處所收到的數(shù)據(jù)，計算出相移量和幅值。
在方法Ⅱ中，當(dāng)發(fā)射機鉆孔18′和接收機鉆孔18′各自的中心線正交于導(dǎo)體14′的軸向尺寸時，即，當(dāng)導(dǎo)體14′和各鉆孔18′都沿平行線延伸時，將實現(xiàn)最佳探測方法。此外，在方法Ⅱ中，各鉆孔18′應(yīng)當(dāng)非常接近導(dǎo)體14′，一般在大約100米范圍內(nèi)。再者，通過變更接收機36′的深度d1或發(fā)射機100的深度d2，可在每個鉆孔位置上進行若干次測量，深度d1和d2可以不同。
表C列出對由孔內(nèi)發(fā)射機100在兩英尺寬的礦井通風(fēng)管(導(dǎo)體14′)中感應(yīng)出的次級電流進行試驗測量的結(jié)果。用調(diào)諧環(huán)形天線(300KHz)和場強計測量隧道中的磁場強度。那時，由公式(15)所定義的emf是以毫微伏分貝為單位計量和記錄的。
表C在某隧道中所測得的場強(毫微伏分貝)
＊＝各管端emf＝AμN2πf｜H｜(15)式中N＝設(shè)計天線中所用的匝數(shù)A＝環(huán)形線圈的面積，單位為m2f＝工作頻率μ＝天線的導(dǎo)磁率以及
H＝從表C中查得的場強圖8示出另外一種用于探測地下導(dǎo)體14′的方法。為方便起見，此方法將稱為方法Ⅲ。同圖1或圖6相同的圖8中的各部件均以同一標號，但在后面加一撇號標出。
圖8中，發(fā)射機100′和接收機36′放入一對隔開距離為D的鉆孔18′中，距離D跨在導(dǎo)體14′上(即，在導(dǎo)體14′的兩側(cè)各設(shè)置一個鉆孔18′，使得發(fā)射機100′和接收機36′被容納在與導(dǎo)體14′相交的垂直平面中)。在方法Ⅲ中，隔開距離D的最大值為大約20m。在一種利用方法Ⅲ的、稱為勘測掃描的方法中，總是使發(fā)射機100和接收機36′相對地保持在例如d3的同一深度處。在一次測量之后，把發(fā)射機100′和接收機36′各自移到第二深度，例如d4，再進行另一次測量。
這種聯(lián)絡(luò)巷道勘測掃描方法預(yù)定在場強和相移都隨深度而變化的情況下測量接收機鉆孔總場強幅度和相移量。在相當(dāng)于導(dǎo)體14′的位置的深度處出現(xiàn)變化。發(fā)射機100發(fā)射具有先前在方法Ⅱ所述的頻率fo的平面波信號ST。信號ST的電場分量(Eiz)的極化方向平行于導(dǎo)體14′的方向(Z軸方向)。當(dāng)信號ST遇到導(dǎo)體14′時，就產(chǎn)生一種散射波，同時，在該導(dǎo)體中產(chǎn)生次級電流。當(dāng)該電場分量是Z軸極化的時候，這種散射現(xiàn)象隨導(dǎo)體14′厚度的減小而增強。散射波的電場分量(ESZ)也是在Z軸方向上極化的。導(dǎo)體14′外面任何點上的總電場(Ez)由下式給出Ez＝Eiz+ESZ(16)通過在接收機36′的位置上測量Ez來確定幅值和相移量參數(shù)的變化。該相移量和幅值是象前面方法Ⅰ中所描述的那樣來測定的。為計算起見，該接收機鉆孔場是在從發(fā)射機環(huán)形天線104′延伸到接收機環(huán)形天線41′的徑向距離r1處算得的向量Eiz和在從導(dǎo)體14′延伸到接收機環(huán)形天線41′的徑向距離r2處算得的ESZ的矢量和。
在利用方法Ⅲ的發(fā)射機/接收機配位的第二種方法中，也可以相對于接收機36′在導(dǎo)體14′上下的深度來測量接收機鉆孔場。此方法叫做陰影散射波掃描，在此方法中，把發(fā)射機100′固定在例如d4的特定深度處，而把接收機移動到逐漸增加的高度，位于導(dǎo)體14′上下的d3、d4和d5。在每個遞增的高度上測量E2。另外，也可使接收機36′的深度保持不變而變更發(fā)射機100′的深度。
表D列出在典型的陰影散射波掃描測量中測得的結(jié)果。在該系統(tǒng)中，fo是10KHz，而巖層12′的導(dǎo)電率是.001mho/m。距離D等于20m，而天線104′離導(dǎo)體14′的距離是5米。使用同步探測技術(shù)時，可以測得優(yōu)于0.1dB的幅值分辨率和優(yōu)于0.3度的相移量分辨率。
因為受到可允許的D值范圍的限制，所以，方法Ⅲ大多用于在用方法Ⅰ或Ⅱ粗略測定導(dǎo)體14′的位置以后、精確地測定導(dǎo)體14′的位置。方法Ⅲ也可用于導(dǎo)體14′是巖層12′中薄的導(dǎo)電礦脈的場合。
圖9說明另一種用于探測導(dǎo)體14′的方法。為方便起見，把這方法稱為方法Ⅳ。圖9中與圖1、6和8相同的各部件都用與圖1、6和8中所用的相同的標號來標明，但加上撇號。
在圖9中，把接收機36′下降到鉆孔18′中。接收機36′是用電纜37′連接到信號源32′的。至少有一部礦井電設(shè)備110位于礦井10′內(nèi)。該礦井電設(shè)備110可以是電動機、電車電源設(shè)備、大功率變壓器或其它可在該供電分配系統(tǒng)中產(chǎn)生非連續(xù)波的電壓或電流(電噪聲)的電設(shè)備。
在方法Ⅳ中，礦井電設(shè)備110產(chǎn)生可在電導(dǎo)體14中感生出電流的電噪聲。這種導(dǎo)體電流產(chǎn)生一種在巖層12′中傳播的電磁場，后者可被接收機36′檢測到。例如，各種電動機和供電系統(tǒng)的開關(guān)瞬態(tài)在地下礦井電導(dǎo)體中感生電噪聲信號電流。發(fā)生在地面上的供電傳輸線路或地下礦井中的各種開關(guān)瞬態(tài)可產(chǎn)生多種高能量的、持續(xù)時間為毫秒級范圍內(nèi)的瞬變過程。在電動機起動期間，交流感應(yīng)電動機產(chǎn)生三角波形電流。所產(chǎn)生的頻譜呈現(xiàn)1/f2的的幅度函數(shù)，同時，各頻譜分量被電力系統(tǒng)的頻率隔開。電車供電系統(tǒng)產(chǎn)生具有Sinx/x的幅度函數(shù)的噪聲信號電流。這種頻譜的特點是SinX/X頻譜中的零點相對來說是沒有噪聲的。大功率變壓器經(jīng)常會產(chǎn)生1800Hz的鐵電響應(yīng)。這些噪聲信號都可在礦井電導(dǎo)體中產(chǎn)生電流。
各方法Ⅰ至Ⅳ也可互相結(jié)合在一起使用。例如，可以用方法Ⅳ來粗略地指明電導(dǎo)體14的存在。方法Ⅰ或Ⅱ可用來識別電導(dǎo)體14的大致位置，而方法Ⅲ可用來精確確定導(dǎo)體14的位置。方法Ⅲ最適用于探測與鉆孔18之間的平面相交的薄層導(dǎo)電礦脈。
圖10說明用于實施本發(fā)明的另一種方法。為方便起見，把這方法稱為方法Ⅴ。圖10的與圖1、6、8和9中的相同的部件用與圖1、6、8和9相同的，但在其后加撇號的標號來標明。
圖10中，電導(dǎo)體114從地面區(qū)116垂直向下(在Y軸方向上)延伸。圖10中，把導(dǎo)體114繪成由金屬或其它材料制的套管118所限定的鉆孔。另一方面，導(dǎo)體114可以是一個無套管的鉆孔，或一個垂直取向的、充有高導(dǎo)電的礦化巖或海水或其它電導(dǎo)物的垂直破碎帶。導(dǎo)體114并不需要一直延伸到地面區(qū)116。地面區(qū)116可包括例如土壤、水泥或?qū)щ娝?。該?dǎo)電水可以充滿鉆孔。
若干水平鉆孔120向離開地下區(qū)域124的方向水平地延伸(即，大抵在X-Z平面中)。只要發(fā)射的E場的極化方向與所述導(dǎo)體的取向一致，則鉆孔120的其他中間取向也是可行的。地下區(qū)域124是同地下隧道10相似的，但可以包含或不包含若干電導(dǎo)體14。各鉆孔120中至少兩個應(yīng)當(dāng)處在基本上垂直于導(dǎo)體114的長度方向的水平平面(X-Z平面)內(nèi)。這兩個鉆孔120隔開距離D，并且是分開在導(dǎo)體114兩側(cè)的。
把發(fā)射機100′放入至少一個鉆孔120中。然而，在方法Ⅴ中，發(fā)射機100′包括電短路的水平磁極子天線126，例如鐵氧體桿狀天線，而不是垂直的磁偶極子天線104′。天線126的線圈大致位于圖10的Y-Z平面中。
把接收機36′插入至少一個不包含發(fā)射機100′的鉆孔120中。接收機36′包含電短路的水平磁偶極子天線128，例如鐵氧體桿狀天線，其線圈大致位于圖10的Y-Z平面中。
用光纜102′和37′分別把發(fā)射機100′和接收機36′連接到相干頻率信號源32′。在方法Ⅴ中，信號源32′可以位于地下區(qū)域124中。
可以用與前述方法Ⅲ(示于圖8中)所用的相似方法，把方法Ⅴ用于探測垂直電導(dǎo)體114?？梢杂靡韵路椒▉硖綔y導(dǎo)體114的存在勘測掃描法，其中，發(fā)射機100′和接收機36′總是保持在鉆孔120內(nèi)的平行位置;陰影散射法，其中接收機36′的相對位置是相對于發(fā)射機100′的位置遞增地改變的。
在這兩種方法中，總的場強幅度和相移量是象前面關(guān)于方法Ⅲ所詳述的那樣測得的。但是，在方法Ⅴ中，信號ST的電場分量是沿Y軸方向極化的，這是因為該方向就是導(dǎo)體114的取向。只要所發(fā)射的E場的極化方向是與該導(dǎo)體的取向一致的，其他中間取向也是可行的。
圖11示出總的用標號134表示的相干頻率信號源32的另外一個實施例。另一實施例134的與相干頻率信號源32的相同的各部件都用加上撇號的相同的標號來表示。
在信號源134中，省去了鎖相環(huán)路46，而在混頻器60′和狀態(tài)分割機44′之間，通過光纜138連接一個接收器鎖相環(huán)(PPL)路136。在該配置中，Srefa＝SLo·PPL電路136是包含在放入鉆孔18中的接收機36′內(nèi)的。發(fā)射機鎖相環(huán)(PPL)路140通過光纜142連接到電纜138。PPL電路140還連接到發(fā)射機100′。PPL電路140、發(fā)射機100′以及天線104′組成可放入鉆孔18′中的發(fā)射機單元143。
借助于信號源134，可以通過電纜138和142輸送聲音頻帶Srefa，以便使分別在各自的孔內(nèi)探測器中的PLL電路136和140同步。該光纖通路帶寬低于10KHz，從而降低了設(shè)計成本。
圖12說明另外一種實施本發(fā)明的方法。為方便起見，把該方法稱為方法Ⅵ。圖12的與前面在圖1、6、8、9和10中所述的相同的各部件都用與圖1、6、8、9和10所用的相同的標號加上撇號來標明。
在圖12中，已經(jīng)把發(fā)射機100′及其天線104′沿著中心線152(它是與鉆孔150的幾何中心相重合的一條直線)降入垂直鉆孔150中。鉆孔150是從下掏主巷平面154、通過礦脈156而到次巷平面158垂直鉆出的。礦脈156是將通過諸如礦塊崩落開采法、垂直爆破漏斗法、再選法或通過回采面開采法來開采的自然礦源介質(zhì)。下掏主巷平面154是在該礦脈頂上的開挖區(qū)，而次巷平面158是大致平行于下掏主巷平面154而延伸的礦脈上的開挖區(qū)。接收機36′及其天線已降入大致平行于鉆孔150、其中心線162與鉆孔的幾何中心線重合的第二垂直鉆孔160中。中心線152和162在不同的深度d1和d2處分別隔開D1和D2距離。如果鉆孔150和160不是平行的，則D1將不等于D2。
方法Ⅵ用來測定鉆孔150和160是否平行。因為在礦塊崩落開采法、垂直爆破漏斗法、再選法或回采面開采法中，鉆孔150和160都是沖擊式地鉆進、然后裝入炸藥的，所以，各鉆孔是否平行是很重要的。炸藥的爆炸引起礦脈156的碎裂，從而產(chǎn)生細小的巖屑，這些巖屑將由在次巷平面158上的鏟運機或遠程翻斗機(LHD)運走。水平的或近于垂直的坍塌平面會使鉆孔150和160具有非零的傾斜方位角。如果聯(lián)絡(luò)巷道距離D1或D2太大，則該碎裂過程就會產(chǎn)生巨礫，以致增加開采成本。因此，聯(lián)絡(luò)巷道距離的測量可改善采掘效率。
在方法Ⅵ中，發(fā)射機100′用來發(fā)射電磁(EM)波，該電磁波穿過礦脈156而傳播到接收機36′。該EM場分量的場強和相位取決于距離D1和地質(zhì)介質(zhì)的電參數(shù)，例如，電導(dǎo)率(δ)、介質(zhì)常數(shù)(ε)和導(dǎo)磁率(μ)。在方法Ⅵ中，最佳工作頻率是10MHz，而在某些應(yīng)用中可以高到100MHz。
通過分析可以看到當(dāng)中心線152和162之間的距離變化1英寸時，相位就要變化1.8電角度(即1.8°)?？梢栽趯?yīng)于距離D1的深度d1處測量諸如相位θR的基準參數(shù)。在深度d1處，可通過已證實其可靠性的近地面孔內(nèi)測量方法，例如，確定各鉆孔中心線位置的地面激光探測儀器來精確地測定D1。當(dāng)把發(fā)射機100′和接收機36′同時降落到新的深度d2時，天線41就對EM波的磁分量起反應(yīng)。信號源32′讀出并記錄這些基準參數(shù)，例如，接收到的信號的強度和相位，如前面方法Ⅰ中所描述的那樣。偏離基準值θR的任何相移變化表明鉆孔中心距離的變化。
借助于圖10中所示的接收機/發(fā)射機配置方式，方法Ⅵ也可用來檢測兩個水平鉆孔間的中心線距離的變化量。
雖然已經(jīng)利用目前的最佳實施例對本發(fā)明進行了描述，但是，顯然不應(yīng)當(dāng)把這樣的公開理解為限制性的。無疑，對本技術(shù)領(lǐng)域中的專業(yè)人員來說，在已經(jīng)研究過上述公開以后，顯然可做出各種變化和變更。因此，希望把所附的權(quán)利要求書理解為復(fù)蓋所有屬于本發(fā)明的真實精神和范圍的所有變形和變更。
權(quán)利要求
1.一種用于探測地下電導(dǎo)體的方法，特征在于包括以下步驟a)在估計至少包含一條地下細長電導(dǎo)體的地區(qū)的全范圍鉆出若干鉆孔，b)在所述地區(qū)內(nèi)安置一部相位同步發(fā)射機，c)在其中至少一個鉆孔中安置至少一部相位相干接收機，d)操縱所述發(fā)射機以產(chǎn)生能夠在所述電導(dǎo)體中感應(yīng)出電流的第一電磁場以及e)操縱所述相位相干接收機以檢測由所述電導(dǎo)體中的所述電流所引起的第二電磁場。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于還包含有操縱所述發(fā)射機以使所述第一電磁場的一個分量在所述電導(dǎo)體的縱軸方向上極化，而所述分量在所述電導(dǎo)體中感應(yīng)出所述電流以及操縱所述接收機以使所述第二電磁場的一個分量被所述接收機檢測到。
3.權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述電導(dǎo)體包括由弱導(dǎo)電性的巖石所包圍的礦脈。
4.權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述電導(dǎo)體包括交流供電線。
5.權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述電導(dǎo)體包括電話電纜。
6.權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述電導(dǎo)體包括金屬管。
7.權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述電導(dǎo)體包括金屬軌道。
8.權(quán)利要求1的方法，其特征在于包括通過若干光纜把所述發(fā)射機和接收機連接到相干頻率信號源。
9.權(quán)利要求1的方法，其特征在于包括把所述發(fā)射機電耦合到至少一條作為長電流源天線的長電纜，以及把所述長電纜布置在沿所述電導(dǎo)體的大致方向的表面位置上。
10.權(quán)利要求8的方法，其特征在于所述發(fā)射機包括垂直磁偶極子天線。
11.權(quán)利要求8的方法，其特征在于還包含下述步驟把含有幅值和相移量信息的信號從所述接收機送到所述相干頻率信號源。
12.權(quán)利要求9的方法，其特征在于還包含下述步驟a)在所述地面位置上的所述長電纜中產(chǎn)生初級電流，以及b)在若干鉆孔之間順序地遷移所述接收機，以及，在所述接收機位于其中至少兩個鉆孔中的一段時間間隔內(nèi)產(chǎn)生所述初級電流。
13.權(quán)利要求1的方法包括所述發(fā)射機電耦合到至少一個大型調(diào)諧環(huán)形天線，該天線位于所述電導(dǎo)體附近的地面位置上，其特征在于包括以下步驟f)在所述環(huán)形天線中產(chǎn)生初級電流以及g)在若干鉆孔之間順序地遷移所述接收機，并且，在所述接收機位于其中至少兩個鉆孔中的一段時間間隔內(nèi)產(chǎn)生所述初級電流。
14.權(quán)利要求10的方法，其特征在于還包括下述步驟f)把所述接收機往下放到不含所述接收機的若干鉆孔中的至少一個鉆孔內(nèi)。
15.權(quán)利要求14的方法，其特征在于還包括下述步驟g)改變所述接收機在所述鉆孔內(nèi)的位置。
16.權(quán)利要求14的方法，其特征在于還包括下述步驟g)改變所述發(fā)射機在所述鉆孔內(nèi)的位置。
17.權(quán)利要求10的方法，其特征在于所述若干鉆孔中包括若干組鉆孔，其中每一組包括第一鉆孔和第二鉆孔，所述第一和第二鉆孔沿著一條直線伸展，該直線大體垂直于所述電導(dǎo)體的縱方向而延伸。
18.權(quán)利要求17的方法，其特征在于還包含以下步驟f)把所述發(fā)射機往下放到所述各組中一組的第一鉆孔中，g)把所述接收機往下放到所述各組中所述一組的第二鉆孔中h)把所述發(fā)射機固定在所述第一鉆孔內(nèi)的固定深度處，i)在所述第二鉆孔內(nèi)移動接收機到若干深度位置，j)在所述若干深度位置中的至少兩個深度位置上，利用所述接收機檢測所述第二電磁場以及k)移動所述第一和所述第二鉆孔中的所述發(fā)射機和接收機，并且，在所述各組的第二組中重復(fù)進行步驟f至k。
19.權(quán)利要求18的方法，其特征在于所述接收機固定在恒定深度處，而把所述發(fā)射機移動到若干深度位置。
20.一種用于探測地下隧道的方法，其特征在于包含以下步驟a)在估計包含至少裝有一條細長電導(dǎo)體的地下隧道的區(qū)域的全范圍內(nèi)鉆出若干鉆孔，b)把接收機放入所述各鉆孔中至少一個鉆孔內(nèi)以及c)用所述接收機檢測來源于所述地下隧道的信號，后者是由出現(xiàn)于所述電導(dǎo)體中的電噪聲信號電流所產(chǎn)生的磁場。
21.權(quán)利要求20的方法，其特征在于包含通過光纜把所述接收機連接到地面控制單元，后者的部分功用是分析所述信號。
22.一種用于探測地下電導(dǎo)體的設(shè)備，其特征在于包括發(fā)射機，它包括用于產(chǎn)生第一電磁場的發(fā)射天線，同步頻率信號源，它用于產(chǎn)生第一頻率信號，該信號通過把該頻率信號源連接到所述發(fā)射機的第一光纜輸送到所述發(fā)射機，所述信號源還能產(chǎn)生第二頻率信號，并且，能夠測量包含在最后信號中的相移和幅度信息，以及部署在鉆孔中的接收機，后者包括用于檢測第二電磁場，并且把所述第二電磁場變換成接收信號的垂直磁偶極子接收天線，用于放大所述接收信號的放大器以及混頻器，該混頻器用于通過把所述同步頻率信號源連接到所述接收機的第二光纜而接收來自所述信號源的所述第二頻率信號，并用于使所述接收信號同所述第二頻率信號混頻、以產(chǎn)生所述最后信號，后者是通過所述第二光纜而送到所述頻率信號源的。
23.權(quán)利要求22的設(shè)備，其特征在于所述發(fā)射天線包括至少一條部署在地面位置上的長導(dǎo)線。
24.權(quán)利要求22的設(shè)備，其特征在于所述發(fā)射天線包括部署在地面位置上的大型環(huán)形天線。
25.權(quán)利要求22的設(shè)備，其特征在于所述第一頻率信號是在50至300KHz范圍內(nèi)的。
26.權(quán)利要求22的設(shè)備，其特征在于所述發(fā)射機是可部署在鉆孔中的以及所述發(fā)射天線包括垂直磁偶極子天線。
27.權(quán)利要求26的設(shè)備，其特征在于所述發(fā)射天線包括鐵氧體桿狀天線以及所述垂直磁偶極子接收天線包括鐵氧體桿狀天線。
28.權(quán)利要求22的設(shè)備，其特征在于所述接收機包括鎖相環(huán)電路。
29.權(quán)利要求26的設(shè)備，其特征在于所述發(fā)射機包括鎖相環(huán)電路。
30.權(quán)利要求8的方法，其特征在于所述發(fā)射機包括水平磁偶極子天線。
31.權(quán)利要求30的方法，其特征在于所述接收機包括水平磁偶極子天線。
32.權(quán)利要求31的方法，其特征在于所述電導(dǎo)體是沿著垂直方向取向的，而所述若干鉆孔是沿水平方向鉆出的。
33.權(quán)利要求32的方法，其特征在于所述若干鉆孔包含若干組鉆孔，所述每組鉆孔包括第一鉆孔和第二鉆孔，這些鉆孔位于大致垂直于所述電導(dǎo)體縱方向的水平平面中。
34.權(quán)利要求33的方法，其特征在于還包括以下各步驟f)把所述發(fā)射機插到所述鉆孔組之一的所述第一鉆孔中，g)把所述接收機插到所述鉆孔組中所述一組的所述第二鉆孔中，h)把所述發(fā)射機固定在所述第一鉆孔中的固定深度處，i)在所述第二鉆孔內(nèi)移動所述接收機到若干位置上以及j)利用所述接收機，在所述若干位置中的至少兩個位置上檢測所述第二電磁場。
35.權(quán)利要求34的方法，其特征在于把所述接收機固定在不變的深度，而把所述發(fā)射機移動到若干位置上。
36.一種用于探測垂直取向的地下電導(dǎo)體的設(shè)備，其特征在于包括部署在第一水平取向的鉆孔中的發(fā)射機，所述發(fā)射機包括用于產(chǎn)生第一電磁場的發(fā)射天線，用于產(chǎn)生待發(fā)送到所述發(fā)射機的第一頻率信號的同步頻率信號源，后者能夠產(chǎn)生第二頻率信號，并且，能夠測量包含在最后信號中的相移量和幅值信息，用于把所述信號源連接到所述發(fā)射機的第一光纜以及部署在第二水平取向的鉆孔中的接收機，后者包括用于檢測第二電磁場以及把所述第二電磁場變換成接收信號的接收天線，用于放大所述接收信號的放大器以及混頻器，該混頻器用于通過把所述信號源連接到所述接收機的第二光纜接收來自該同步頻率信號源的所述第二頻率信號，并用于使所述接收到的信號同所述第二頻率信號混頻，以產(chǎn)生通過所述第二光纜輸送到所述頻率信號源的最后信號。
37.權(quán)利要求36的設(shè)備，其特征在于所述發(fā)射天線包括水平磁偶極子天線。
38.權(quán)利要求36的設(shè)備，其特征在于所述接收天線包括水平磁偶極子天線。
39.一種用于在采礦過程中測定兩個鉆孔隔開的距離的變化量的方法，其特征在于包括a)鉆出若干穿過位于下掏主巷平面和次巷平面間的礦脈的鉆b)把發(fā)射機插入第一鉆孔中，并把所述發(fā)射機固定在第一發(fā)射機位置上，c)把接收機插入第二鉆孔中，并且，把該接收機固定在平行于所述第一發(fā)射機位置并與所述第一發(fā)射機位置隔開的第二接收機位置上，d)利用所述發(fā)射機產(chǎn)生第一電磁波，e)在所述接收機處接收所述電磁波分量，作為第一接收信號，f)利用所述第一接收信號計算作為基準參數(shù)的第一數(shù)值，g)在所述第一鉆孔中，把所述發(fā)射機移到第二發(fā)射機位置上，h)在所述第二鉆孔中，把所述接收機移到平行于所述第二發(fā)射機位置并同所述第二發(fā)射機位置隔開第二間距的所述第二接收機位置上，i)利用所述發(fā)射機產(chǎn)生第二電磁波，j)接收第二電磁波分量，作為第二接收信號，k)利用所述第二接收信號計算作為所述基準參數(shù)的第二數(shù)值以及l(fā))把所述第一數(shù)值與所述第二數(shù)值進行比較，以確定所述第二間距是否不于所述第一間距。
40.權(quán)利要求39的方法，其特征在于所述第一鉆孔和所述第二鉆孔是垂直鉆孔。
41.權(quán)利要求39的方法，其特征在于所述第一鉆孔和第二鉆孔是水平鉆孔。
42.權(quán)利要求39的方法，其特征在于所述基準參數(shù)包括所述電磁波的所述分量的相位。
43.權(quán)利要求39的方法，其特征在于所述基準參數(shù)包括所述電磁波的所述分量的幅值。
44.權(quán)利要求39的方法，其特征在于所述電磁波的所述分量包括磁場分量。
45.權(quán)利要求39的方法，其特征在于所述第一電磁波具有10MHz以上的頻率。
全文摘要
用于探測垂直或水平取向的地下電導(dǎo)體的方法和設(shè)備。該設(shè)備包括由光纜連接到相干頻率源的地面或孔內(nèi)發(fā)射機，以及孔內(nèi)接收機。該方法包括產(chǎn)生在由弱導(dǎo)電巖石包圍的電導(dǎo)體中感生電流的第一電磁場，然后，檢測由該導(dǎo)體中的感應(yīng)電流產(chǎn)生的第二電磁場，作為接收機的接收信號。通過在相干頻率源中的同步檢測來處理接收到的信號，以便從接收到的信號中取出相移和幅值等數(shù)據(jù)。該方法還可用來查明兩個鉆孔的間距是否恒定。
文檔編號G01V3/11GK1035361SQ8910030
公開日1989年9月6日 申請日期1989年1月14日 優(yōu)先權(quán)日1988年1月14日
發(fā)明者拉里·G·斯托拉塞克 申請人:斯托拉爾公司