低温超导磁传感器在大深度电磁勘探中的应用

摘要

早期的地质找矿多集中在近地表500米以内,但浅表矿资源量有限,而且伴随多年的开采,资源已近枯竭.针对该现状,国家明确提出了大深度找矿的战略需求.本文工作主要研究一种新型传感器——超导量子干涉器件(Superconducting QUantum Interference Device,SQUID)在时间域瞬变电磁法(Transient ElectroMagnetic,TEM)上的应用,以突破该方法现有技术在大深度探测上的应用限制.本文自主研制了一套低温超导SQUID瞬变电磁测深仪器，仪器包括发射机、接收机等。发射机使用IGBT（Insulated Gate Bipolar Translator）作为核心元件，发射电流额定200A，采用汽车电池供电，发射波形设计为发射80ms、关断920ms的双极性脉冲方波，超长的关断时间有利于充分发挥SQUID晚期信号记录优势。开发了基于SCRE的低温SQUID TEM接收机，接收机系统噪声7fT/√Hz，灵敏度2.3mV/nT，量程±1600nT，带宽100kHz，摆率3mT/s，总功耗150mA@±16V，一次充液氦可工作50小时。开发了相应处理方法与软件，包括：数据的坏值识别与剔除软件、平滑滤波、叠加平均、抽道与视电阻率反演软件。数据平滑滤波程序根据TEM衰减信号的时域-频率集中分布的特点采用了分段滤波的算法。文章还分析了叠加平均次数与信噪比之间的关系，提出了SQUID磁传感器的最佳TEM叠加次数。