[发明专利]一种深海瞬变电磁探测装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种深海瞬变电磁探测装置及其方法，用于探测深海底的高阻体或低阻体的异常，适用于深海热液硫化物矿床的探测。。

背景技术

地球表面70％是海洋，海底蕴藏着对人类的生存和发展极其重要的资源，随着陆地资源日趋枯竭，海底资源将被人类逐渐开发和利用。为了保护海洋生物、海洋环境，海底资源探测需要环保、高分辨率的海洋电磁探测方法。

针对深海特殊勘查环境、海底热液硫化矿“富而浅”的特征以及首要是“发现异常”的地质任务要求，我们提出了深海探测系统必须是“有效、快速、便于实施”。

目前国内外进行深勘察的方法主要是大地电磁法(MT)、可控源音频大地电磁法(CSAMT)。大地电磁法(MT)是长周期测量天然海底大地电磁信号，计算海底电阻率，仪器设备脱离船舶首先沉入海底，测完一个点后再用声控装置释放沉重，仪器设备利用浮力球浮出海面，再打捞。可见，工作非常繁琐，而且测量一个测点数据至少2天，不满足“有效、快速、便于实施”的条件。

可控源音频大地电磁法(CSAMT)是大地电磁法(MT)的改进，由发射和接收两部分组成，并且分离距离至少几公里，需要2艘勘探船；同时测量30个频点数据至少用1个小时，在测量期间，船体最好不动。可见可控源音频大地电磁法(CSAMT)在深海作业不便于实施。

发明内容

为了解决现有深海勘察方法中存在的问题，本发明提出了一种深海瞬变电磁探测装置及其方法。

本发明的深海瞬变电磁探测装置由甲板单元、水下仪器舱以及水下拖曳单元构成。

其中，甲板单元包括专用监控计算机、甲板电源、混合通讯装置；

水下仪器舱包括电磁仪主控PC、数据采集装置、数据储存装置、发射控制单元MCU、水下电池单元、水下实时数据通讯装置、仪器仓拖曳架；

水下拖曳单元包括发射及接收线圈装置、发射及接收线圈拖曳架。

其中，所述发射及接收线圈装置为如下类型的线圈装置中的一种：

(a)水平磁偶共轴偶一偶装置；

(b)垂直磁偶水平共面偶一偶装置；

(c)垂直磁偶水平接收偶一偶装置；

(d)中心回线装置；

(e)重叠回线装置。

其中，所述发射及接收线圈装置优选为中心回线装置或者重叠回线装置。其中，所述发射及接收线圈装置进一步优选为重叠回线装置。

根据本发明的深海瞬变电磁探测装置，其发射线圈的工作电流10～50A；优选工作电流20～30A。

根据本发明的深海瞬变电磁探测装置，其发射线圈匝数为30-50匝；优选发射线圈匝数为40匝。

根据本发明的深海瞬变电磁探测装置，其接收线圈匝数大于或等于30匝；优选接收线圈匝数大于或等于35匝。

根据本发明的深海瞬变电磁探测装置，其发射及接收线圈面积为0.5m²到5m2；优选发射及接收线圈面积为1.47m²。

本发明的深海瞬变电磁探测方法包括如下步骤：

1.甲板单元的监控计算机输入工作设置参数，通过混合通讯装置的网络接口向水下仪器舱的电磁仪主控PC发送相关设置参数，并发送开始测量信号；

2.所述水下仪器舱的电磁仪主控PC通过RS232口与发射控制单元MCU握手，发射控制单元MCU给出MCU系统状态信息，包括电池电压、仪器各部分工作状态等；

3.所述电磁仪主控PC机转发所述甲板单元的监控计算机发送的工作频率，采样频率等参数并发送开始信号；

4.所述发射控制单元MCU控制IGBT(绝缘栅双极型晶体管)模组，通过发射线圈发送电磁波，工作1～2s后，待发射控制单元MCU工作状态稳定时，发送同步触发信号；

5.所述发射控制单元MCU测量工作电流等，通过RS232口传递至所述电磁仪主控PC机；

6.所述水下仪器舱的数据采集装置采集接收线圈收到的数据，并传输至所述电磁仪主控PC，将数据存储到所述水下仪器舱的数据存储装置，并传输至所述甲板监控单元进行处理；

7.所述甲板监控单元根据收到的数据进行实时处理、曲线显示及存储。

根据本发明的深海瞬变电磁探测方法，其中所述发射线圈的工作电流为10～50A；优选工作电流20～30A，电流波形为占空比为1/2的双极性方波，在1～100ms观测范围内，双极性方波的时基(T/4)为100ms，周期为400ms，工作频率为0.625Hz-6.25Hz，优选工作频率为2.5Hz。