使用自然电磁场的旋转不变量参数的地球物理勘探

摘要

一种地球物理勘测方法和系统包括：使用第一传感器系统在勘测区域内的多个位置上沿多个轴测量源于自然发生的电磁源的低频磁场的磁场分量；使用第二传感器系统沿多个轴测量源于自然发生的电磁源的低频磁场的磁场分量；以及接收关于由第一传感器系统和第二传感器系统测得的磁场分量的信息并依赖它从所接收的信息计算与第一传感器系统和第二传感器系统关于其任何轴的旋转无关的参数。

说明书

本申请要求以下各项的权益和优先权：2008年12月23日提交的美国临 时专利申请S/N.61/140,337；2009年2月20日提交的美国临时专利申请S/N. 61/154,024；以及2009年11月26日提交的美国临时专利申请No.61/264,687， 上述申请的内容通过引用纳入于此。

领域

本描述涉及用于使用自然电磁场进行地球物理勘测的多接收机线圈系统 和装置。

发明背景

地球物理电磁(“EM”)勘探技术在确定地球表面上下的土壤、岩石、 及其他岩体的导电性方面会很有效。

地球物理EM勘探可使用基于表面的装备和空中装备来实施。其中装备由 诸如直升机、飞机或飞艇等飞行器来运输的空中方法对于大面积勘测会是有用 的。对于空中电磁(“AEM”)系统，可以在飞机或直升机在地面上空近似恒 定的高度沿几乎平行且接近等间距的线路几乎定速地飞行时捕获勘测数据。在 一些应用中，可以使用位于水域表面以下的装备来实施对海床的地球物理EM 勘探。

一些地球物理勘测方法是主动式的，因为使用装备向目标区域发射信号并 随后测量对所发射信号的响应。其他地球物理勘测方法是被动的，因为测量从 目标区域产生的信号而不是首先向该目标区域发射信号。

被动式地球物理EM勘探方法的示例是声频磁(“AFMAG”)勘测，其 中测量源于自然发生的一次信号源(诸如闪电放电)的EM场。这些EM场在 地球周围作为由电离层和地表面引导的平面波进行传播。远离测量点发生的闪 电活动能产生在例如8Hz和500Hz之间(这随地理位置、每日时间、季节和 天气状况而变)的频率上具有几乎平坦的频谱密度的信号。被动式AFMAG地 球物理EM勘探方法的示例在美国专利6,876,202中示出。

主动式地球物理EM勘探方法的示例包括使用发射器辐照具有一次场的 目标区域并使用接收器测量由该目标区域生成的二次场的方法。此类系统经常 是频域或时域系统。在至少一些频域电磁(“FDEM”)系统中，发射器线圈 以固定的多个频率连续发射电磁信号，而接收器线圈随时间连续地测量二次场 信号。

概要

根据一个示例实施例，一种地球物理勘测系统包括：第一传感器系统，其 包括用于测量源自自然发生的电磁源的低频磁场的磁场分量的多个磁场传感 器，第一传感器系统的磁传感器测量表示彼此基本垂直的三个轴的磁场分量； 与第一传感器系统在空间上分开的第二传感器系统，其包括用于测量源自自然 发生的电磁源的低频磁场的磁场分量的多个磁场传感器，第二传感器系统的磁 传感器测量表示彼此基本垂直的三个轴的磁场分量；以及处理系统，其用于接 收关于第一传感器系统和第二传感器系统测得的磁场分量的信息并依赖该信 息估计在多个频率上用于将第二传感器系统测得的磁场分量变换为第一传感 器系统测得的磁场分量的转移函数，并从该转移函数计算与第一传感器系统或 第二传感器系统关于其任何轴的旋转无关的参数。

根据另一示例实施例，提供了一种地球物理勘测系统，包括：第一传感器 系统，其包括用于测量勘测区域中的低频磁场数据的三个磁传感器，这些传感 器各自具有不同的相对定向并在不同的相对方向上测量磁场数据；与第一传感 器系统空间上分开的第二传感器系统，其包括用于测量勘测区域中的低频磁场 数据的两个或三个磁传感器，第二传感器系统的这些传感器各自具有不同的相 对定向并在不同的相对方向上测量电磁场数据；以及处理系统，其用于依赖通 过第一传感器系统测得的磁场数据来演算随时间的第一向量值集合并依赖通 过第二传感器系统测得的磁场数据来演算随时间的第二向量值集合并比较第 一向量值和第二向量值的一个或多个特性以标识关于勘测区域的地球物理信 息。

根据另一示例实施例，提供了一种地球物理勘测的方法，包括：使用第一 传感器系统在勘测区域内的多个位置上沿多个轴测量源于自然发生的电磁源 的低频磁场的磁场分量；使用第二传感器系统沿多个轴测量源于自然发生的电 磁源的低频磁场的磁场分量；以及接收关于第一传感器系统和第二传感器系统 测得的磁场分量的信息并依赖它从所收到信息计算与第一传感器系统和第二 传感器系统关于其任何轴的旋转无关的参数。

附图简述

在以下描述中提供了本发明的示例实施例。此类描述参照了附图，附图中：

图1是根据一个示例实施例的多接收器线圈组合件的示例实施例的透视 图。

图2A、2B和2C各自是图1中接收器线圈组合件的透视图，每幅图突出 显示了该线圈组合件的三个接收器线圈中的相应一个。

图3是图1的接收器线圈组合件的内部框架的透视图。

图4是该接收器线圈组合件的一部分沿图2A的线IV-IV的截面图。

图5是该接收器线圈组合件的一部分沿图4的线V-V的截面图。

图6是图1的接收器线圈组合件的拐角部分的透视图。

图7A是示出了图1中接收器线圈组合件可能的拖绳连接的透视图。

图7B是示出了图1中接收器线圈组合件可能的拖绳连接的透视图。

图8是接收器线圈组合件的替换实施例的透视图。

图9是该接收器线圈组合件的一部分根据替换实施例沿图2A的线IV-IV 的截面图。

图10A是该接收器线圈组合件的一部分根据替换实施例沿图9的线X-X 的截面图。

图10B是该接收器线圈组合件的一部分根据另一替换实施例的截面图。

图10C是在与图10B的截面图的成直角的该接收器线圈组合件的一部分 的截面图。

图10D是该接收器线圈组合件的一部分根据另一替换实施例的截面图。

图11示出了根据本发明的一个示例实施例的AFMAG地球物理勘探系统 的表示。

图12是图11的地球物理勘探系统的示意图。

图13示出了根据本发明的另一示例实施例的地球物理勘探系统的表示。

图14示出了根据本发明的另一示例实施例的地球物理勘探系统的表示。

图15是接收器线圈组合件可能的骨骼框架的另一示例实施例。

图16是接收器线圈组合件可能的骨骼框架的另一示例实施例。

示例实施例的描述

接收器线圈组合件

图1解说根据本发明的示例实施例用于地球物理勘测的多接收器线圈组 合件10。该接收器线圈组合件10包括支撑在骨骼框架8内的多个接收器线圈， 骨骼框架8将这些线圈相对于彼此维持在基本固定的位置。如将在下面更详细 地解释的，在至少一些配置中，接收器线圈组合件10可允许相对低的重量-线 圈大小比，并且在接收器线圈组合件10在诸如空气或水之类的流体中移动的 应用中可以减轻阻力。

图1的多接收器线圈组合件10包括支撑在框架8内的三个空心接收器线 圈16A、16B和16C。在至少一个示例实施例中，线圈16A、16B和16C中的 每一个缠绕在各自相应的平面中并且具有各自相应的偶极轴，这三个线圈 16A、16B和16C的轴相交于公共中央位置，其中每个线圈轴与另两个线圈的 轴基本正交。

在示例实施例中，骨骼框架8由限定了内部通道的管状构件构成，在这些 内部通道中内部框架20被弹性地悬挂着且接收器线圈16A、16B和16C被固 定至该内部框架20。更为具体地，在所解说的实施例中，骨骼框架包括三个互 相连接的管状外框架部分8A、8B和8C，它们基本彼此相同且各自分别包含 基本相同的内部支撑框架部分20A、20B和20C。内部支撑框架部分20A、20B 和20C各自支撑相应的接收器线圈16A、16B和16C。内部支撑框架部分20A、 20B和20C互相连接以形成如图3中图示出的内部框架20。相应地，接收器 线圈16A、16B和16C中的每一个基本被包含在相应的独立框架部分8A、8B 和8C中。

提供了图2A、2B和2C以分别突出显示框架部分8A、8B和8C。框架部 分8A、8B和8C各自限定容纳相应的接收器线圈16A、16B和16C的相应环。 在当前描述的实施例中，框架部分8A、8B和8C以及内部框架部分20A、20B 和20C各自成形为平行四边形，并且可以是例如方形的以使骨骼框架8基本成 形为类似规则八面体。如图2A中所示，外框架部分8A由通过4个拐角部分 18连接的4个伸长的管状框架构件14A形成，从而形成了限定一连续内部通 道22A的方形框架部分8A，在该连续内部通道22A中相应的方形内部框架部 分20A被弹性地悬挂着。内部框架部分20A由通过拐角部分24连接的4个伸 长的框架构件12A形成(图3)。在本文中当指代框架部分20A、20B和20C 以及框架构件12A、12B和12C时，术语“内部”和“内”是可互换使用的。 接收器线圈16A被固定在由内部框架部分20A限定的沟槽或通道内。

类似地，如图2B中所示，子框架8B由通过4个拐角部分18连接的4个 伸长的管状框架构件14B形成，从而形成了限定一连续内部通道22B的方形 框架部分8B，在该连续内部通道22B中相应的方形内部框架部分20B被弹性 地悬挂着。内部框架部分20B由通过拐角部分24连接的4个伸长的框架构件 12B形成。接收器线圈16B被固定在由内部框架部分20B限定的沟槽或通道内。 如图2C中所示，子框架8C由通过4个拐角部分18连接的4个伸长的管状框 架构件14C形成，从而形成了限定一连续内部通道22C的方形框架部分8C， 在该连续内部通道22C中相应的方形内部框架部分20C被弹性地悬挂着。内 部框架部分20C由通过拐角部分24连接的4个伸长的框架构件12C形成。接 收器线圈16C被固定在由内部框架部分20C限定的沟槽或通道内。

如图1-3中可见，外框架拐角部分18中的每一个由管状框架部分8A、8B 和8C中的两个的拐角共享并互连该拐角，并且内部框架拐角部分24中的每一 个由管状框架部分20A、20B和20C中的两个的拐角共享并互连该拐角。

在所解说的示例实施例中，接收器线圈16B和16C及其相应的支撑内框 架构件和外框架构件12B、14B、12C和14B与接收器线圈16A及其支持内框 架构件和外框架构件12A、14A基本相同地构造，现在将参照图4和5中所示 的截面图更详细地对其进行描述。如图4中可见，在一示例实施例中，每个管 状框架构件14A包括两个基本相同的伸长的半圆柱部分26，这两个半圆柱部 分26通过配合的外围凸缘部分28固定在一起以限定内部接收器线圈通道 22A。螺栓30或其他紧固件可穿过对准的紧固孔30(图5)以将半圆柱部分 26固定在一起。半圆柱部分26可以例如由允许电磁信号穿过且对接收器线圈 16A干扰最小或没有干扰的轻量型刚性复合材料构成。内框架构件12A通过沿 每一个管状框架构件14A的长度内部间隔开的多个紧固组合件40被弹性地悬 挂在管状框架构件14A内的近似内线圈通道22A的中心处。

如图5中可最佳地看出，每个紧固组合件40包括在管状框架构件14A的 内壁与内框架构件12A之间延伸的弹性悬挂构件32。在一个示例实施例中， 每个弹性悬挂构件32(例如可以由橡胶形成)在相对的第一和第二端38固定 至内框架构件12A的一侧上的纵向隔开的位置，并在近似中点36处固定至管 状框架构件14A的内壁以使得弹性悬挂构件32形成向内框架构件12A施加相 对的纵向力以及侧向力的“V”字型。(将领会，“V”字型弹性构件可用两 个分开的弹性片来替代。)紧固块34可通过粘合剂或其他紧固件被固定到管 状框架构件14A的内壁以提供用于通过螺栓或其他紧固件来固定中点36的表 面。在所解说的实施例中，紧固组合件40成对地位于内框架构件12A的相对 侧从而通过弹性悬挂构件32将基本相等但相反的力施加到内框架构件12A以 使得内框架构件12A正常静止位置处在由管状框架构件14A所限定的线圈通 道22A的中心而无关于框架10的定向。在一个示例实施例中，管状框架构件 14A中的弹性悬挂构件32被全部固定到其一个半圆柱部分26以便于在用另一 半圆柱部分26封闭接收器线圈通道22A之前将内框架构件12A固定于适当位 置。

弹性构件32可用橡胶或其他合适的弹性或有弹力的材料构成。紧固组合 件40可采用许多与图4和5中所示配置不同的配置以弹性地悬挂内框架构件 12A。

再次参照图4，在一些实施例中，内框架构件12A具有V字型横截面且 限定侧端打开的沟槽42，沟槽42提供在其中接纳接收器线圈16A的内缆线通 道44。在一些实施例中，内框架构件12A可替换地具有半矩形、或半圆形或 圆形或其他横截面区域。在至少一些实施例中，接收器线圈16A是通过带子和 /或其他类型的紧固机构被固定在沟槽42中的环或多匝线圈形状。

在所解说的实施例中，八面体骨骼框架8总共包括12根管状框架构件 14A、14B和14C(每个构件14A、14B和14C有四根)以及6个拐角部分18。 每个拐角部分将支撑接收器线圈之一的一对管状框架构件与支持另两个接收 器线圈之一的一对管状框架构件相连接，从而使得两个接收器线圈的部分穿过 每一个拐角部分18。图6更详细地解说了根据示例实施例在未示出任何接收器 线圈的情况下的其中一个拐角部分18。该拐角部分18包括可拆卸的内壁部分 62(在图6中被去除——参见图2C)和外篮部分48。外篮部分48包括半球形 中心部分，4个半圆柱短桩50从该中心部分延伸。每个短桩50具有用于与对 应的管状框架构件14A、14B或14C上的对应凸缘60(图2C)配合的侧向外 围凸缘52。沿凸缘52和60设置了对准的固定孔58以用于将凸缘52和60固 定在一起。内壁部分62具有与外篮部分形状相对应的形状，并且包括与外篮 部分的凸缘部分54以及对应管状框架构件14A、14B或14C的凸缘60相配合 的外围凸缘部分。内框架12包括内拐角部分24，后者包括被固定到内框架构 件12A、12B和12C并在一对接收器线圈在拐角部分18处交迭的那一点处支 撑这对接收器线圈的沟槽限定臂56。在一些示例实施例中，内框架拐角部分 24通过弹性构件被固定到外框架篮部分48和/或可拆卸的内壁部分62，然而在 一些实施例中，内框架拐角部分24仅被连接到内框架12的其余部分并由其所 支撑。

在至少一些配置中，骨骼八面体接收器线圈组合件10提供相对轻量的结 构用于容纳和支撑在关于一公共中心点的不同平面中的三个接收器线圈16A、 16B和16C。此外，在与例如固体球形拖曳组合件相比时，接收器线圈组合件 的骨骼性质可减轻诸如空气或水之类的流体穿过组合件10所引起的阻力。内 部框架20的弹性悬挂在至少一些应用中可减轻噪声，否则接收器线圈可能会 受到噪声所引起的振动的影响。骨骼框架8的八面体结构在至少一些示例实施 例中可提供坚固的结构以将接收器线圈16A、16B和16C相对于彼此固定在基 本稳定的位置上。

图7A解说了用于从飞行器或其他运载工具拖曳该拖曳组合件10的一种 可能的拖曳配置。在所解说的示例中，三条连接绳索80具有各自分别被连接 到拖曳组合件框架8的三个上拐角18的第一端和被连接到公共接头82的相对 端。连接绳索80的第一端例如可以被连接到拐角18上所设的连接环或连接眼 (未示出)、或者可直接系到框架8的拐角。在一些示例实施例中，公共接头 82通过一个或多个橡皮筋型的绳84被连接到拖曳绳索64的一端，拖曳绳索 64的该端被附连至飞行器。橡皮筋绳84(或合适的弹性替换物)在一些配置 中可以帮助将接收器线圈组合件10与飞行器振动隔离开来。相应连接绳索80 的长度可以随绳索而不同，并且可被选择成在不同的水平飞行速度下为框架8 提供不同的期望定向。例如，连接绳索长度可被选择成使得在典型的勘测速度 下接收器线圈8具有诸如图7A中所示的某种定向，但在较低或者无水平速度 下框架8可以垂直下降从而以图1中所示的位置一般同时着落在三个下拐角18 上以减少对框架的着落和起飞应力。在一些实施例中，可以在框架8的一个或 多个部分上选择性地放置由织物或其他轻量型材料构成的一个或多个鳍或阻 板从而提供空气界面以在飞行期间得到框架8的期望定位。

在一些示例实施例中，前置放大器被包括在该框架组合件中并连接到来自 接收器线圈16A、16B和16C的引线以放大接收器线圈16A、16B和16C接收 到的信号。例如，如图7A中所解说的，前置放大器86可被设置在框架8的对 应两个接收器线圈(例如，线圈16A和16B)的一个拐角8(这两个接收器线 圈通过该拐角)内，而用于另一接收器线圈(例如，线圈16C)的另一前置放 大器86被设置在该框架的另一拐角18内。位于拐角18之一上的接线盒108 可通过前置放大器86被连接到接收器线圈16A、16B和16C中的每一个。接 线盒108又被连接到邻近连接线缆80之一并沿拖曳绳索64延伸到从接收器线 圈16A、16B和16C接收信息的数据监视计算机和用于向前置放大器86和诸 如GPS接收机或其他定位设备等可能附连到框架8的其他有源设备供电的功 率源的电缆线124。在一些实施例中，从位于框架的一个拐角18上的前置放大 器86到接线盒108的引线可以在框架的一个管状构件内与该特定管状构件中 的接收器线圈空间上隔开地内部设置，如图7A中的虚线88所指示的。

在一些示例实施例中，诸如GPS传感器和/或加速计之类的位置传感器90 例如可位于框架8的一个或多个位置上，图7A解说了位于框架8的三个相应 拐角18上的GPS天线90，它们电连接至安设到接头82或拖曳线缆64的GPS 接收机92。在一些示例实施例中，其他定位技术可被安设到框架8，例如，诸 如SPAN IMU-LN200或SPAN CPT之类的Novatel^TM SPAN定位技术，在一些 情形中，可以向框架8附连子框架以在该框架的中心安设定位技术。

图7B解说了用于从飞行器或其他运载工具拖曳该拖曳组合件10的另一 可能的拖曳线缆配置。在所解说的示例中，单独的连接绳索66从接收器线圈 组合件10的每个拐角部分18延伸到中央的中枢连接68，该中枢连接被固定到 拖曳绳索64。相应连接绳索66的至少一些的长度可以不同从而为接收器线圈 组合件提供期望的飞行定向。连接绳索66还可向相应拐角部分18施加张力并 由此为接收器线圈组合件10增加强度和刚性。拖曳线缆配置可取决于应用而 不同于图7中所示的配置，例如该组合件可替换地从连接到框架8的不同于拐 角18或除拐角18之外的部分的网或连接绳索66被悬挂。

在一些示例实施例中，(例如，通过连接线缆长度和位置、以及可能通过 使用附连到拖曳组合件10的一个或多个稳定器鳍)选择拖曳线缆配置以使得 接收器线圈轴在飞行期间基本维持在所期望的定向上，例如，一个线圈轴在垂 直方向上，一个线圈轴定向于行进方向上，以及一个线圈轴水平地定向成与行 进方向成直角。

在一个示例实施例中，接收器线圈16A、16B和16C中每一个的电引线穿 过外框架8中所设的相应开口，并被连接至固定到拖曳绳索64的电缆线，以 使得可从拖曳飞行器远程地监视接收器线圈16A、16B和16C。

如从以上描述将领会的，在示例实施例中，线圈组合件10以使其能被分 解和运输并且随后在勘测位置被重新组装的方式来构造。如上所述，在示例实 施例中，内部框架部分20A、内部框架部分20B和内部框架部分20C各自由 分别通过拐角部分24连接的4个伸长的框架构件12A、12B、12C构成，并且 接收器线圈16A、16B和16C各自通过伸长的框架构件12A、12B和12C的相 应线圈沟道或通道42内的带子或粘合剂或其他紧固件来固定。参照内部框架 部分20A，在示例实施例中，拐角部分24在4个笔直框架构件12A的末端处 可松开地连接，这样在拖曳组合件10的分解期间，4个笔直伸长的框架构件 12A可以从接收器线圈组合件10被拆卸，同时接收器线圈16A仍被固定到伸 长的框架构件12A从而使得接收器线圈16A沿四侧将是基本刚性的但在四个 拐角是柔性的，这允许接收器线圈(连同4个笔直伸长的框架构件12A一起) 被折叠成紧凑的捆束，其中4个笔直伸长的框架构件12A彼此全部平行定位同 时维持构成接收器线圈的导体的连续性并允许接收器线圈16A随后以基本类 似的配置在接收器线圈组合件10中被重新安装起来。支撑接收器线圈16B和 16C的内部框架部分20B和20C可以类似地被拆卸和折叠以便运输。

在一些示例实施例中，管状框架构件14A、14B和14C以及内框架构件 12A、12B和12C可以各自由固定在一起的多个较短的段组成，并且从这一方 面说图8解说了由通过紧固件72在配合部分固定在一起的多个子部分70构成 的管状框架构件14B。分段的框架构件可便于较大的接收器线圈组合件作为能 在勘测位置处被组装和分解的成套工具运输至该勘测位置或从该勘测位置运 输。此外，可使用相同的框架构件来组装不同大小的框架8。

参照图9和10A，在另一替换实施例中，使用双悬挂系统将接收器线圈内 部框架20悬挂在接收器线圈组合件10的外框架8内。尽管图9和10A解说了 被用于容纳接收器线圈16A的框架部分8A和20A，框架部分8B、20B以及 8C和20C与图9和10A中所示的基本相同。在图9和10A的双悬挂配置中， 位于沿内部框架构件12A、12B和12C的每一个的长度的悬挂组合件40被连 接到中间框架构件74，后者又自外框架构件14A、14B和14C悬挂下来。例 如，第一弹性悬挂构件32在圆柱或半圆柱中间构件74的中心悬挂内框架构件 12A，该圆柱或半圆柱中间构件74随后通过在该圆柱中间构件74和外框架构 件14A之间延伸的又一弹性构件76以类似方式在中央悬挂。如图在10A中可 看出，该又一弹性构件76也可以被布置成V字型模式从而以与第一弹性悬挂 构件32类似的方式阻止纵向移动和径向移动。

因此，在图9和10A的实施例中，支撑接收器线圈16A的内框架部分20A 通过数个第一弹性悬挂构件32从数个相应的中间框架部分74被悬挂，中间框 架部分74又通过一个或多个第二弹性悬挂构件76(例如可由橡胶构成)从外 框架8A被悬挂。内框架部分20A可被进一步定位于处在或靠近外框架的中心。 (i)接近第一悬挂构件32与内框架部分20A和中间框架部分74中每一个之 间的连接、和(ii)接近第二悬挂构件76与中间框架部分74和外框架8A中每 一个之间的连接的区域可用诸如硅酮之类的减摩剂来涂覆。硅酮涂敷可以减少 由于附着点或连接点处的摩擦所引起的噪声。在一些示例实施例中，第一悬挂 构件可以通过穿过预先钻下的孔或附连的环的缆线带被连接到相应的框架部 分。替换地，可使用任何数目的其他可能的方法来附连第一和第二悬挂构件， 包括：连接到附着点的钩或经加工的钩状附着点，由此悬挂构件可成环绕着钩 子上并随后被覆盖硅酮；替换地，第一和第二悬挂构件上的环可被拧入附着点 中；另一可能性是将第一和第二悬挂构件粘合到内框架以及粘合到外框架或中 间框架部分。

如图9和10A中所示，第一和第二悬挂构件32和76在除90度之外的角 度上延伸以同时在径向和纵向上分别偏压位于内部接收器线圈通道22A、22B 和22C中的中心位置上的内框架部分20A、20B和20C以及接收器线圈16A、 16B和16C。以上讨论的单和双悬挂配置在至少一些实施例中可通过减少接收 器线圈组合件10对接收器线圈16A、16B和16C的振动的影响来改善接收器 线圈组合件的信噪比(“SNR”)。在其他示例实施例中，可使用其他支撑机 构，包括三悬挂、弹簧、用泡沫包围住线圈、或者以降低噪声的方式将线圈定 位在内框架的中心的其他手段。

在一些实施例中，悬挂构件的位置和定位可能在接收器线圈组合件中是不 同的，例如可在组合件的预期顶部定位比朝底部定位更多数目的弹性悬挂构 件。

图10B和10C解说了接收器线圈组合件10的内部框架12的另一种可能 的悬挂配置。尽管图10B和10C解说了被用于容纳接收器线圈16A的框架部 分8A和20A，框架部分8B、20B以及8C和20C与图10B和10C中所示的基 本相同。图10B和10C中所示的配置类似于上文关于图4和5描述的配置， 多了介于内部框架构件12A的相对侧与外框架构件14A所限定的壁之间在圆 柱通道22A中纵向延伸的中间刚性棒94。框架部分20A的内框架构件14A的 一侧上的弹性悬挂构件32各自在近似中点98处附连至刚性棒94中的一根， 以及内框架部分20A的相对侧上的弹性悬挂构件32各自在中点98附连至刚性 棒94中的另一根。棒94能将悬挂构件系在一起以将所施加的力分布到数个弹 性构件中的任何个体构件。另外，棒94自身可充当能量吸收或反射结构，因 为这些棒充当提供内框架对外框架的振动的附加隔离级的质量或惯性。在一个 示例实施例中，棒94基本延伸其所处的相应框架构件12A的长度。在一些示 例实施例中，棒94可被分裂成较小的棒部分。图10C是与图10B的视角成直 角的解说该悬挂系统的又一横截面表示。在一些实施例中，棒94可以例如由 玻璃纤维或其他复合材料或金属来构成。

图10D解说了图10B和10C的接收器线圈悬挂系统的又一变形。在图10D 所示的实施例中，接收器线圈16A的每一侧上的弹性悬挂构件32由在内框架 构件12A和外框架构件14A之间以z字型来回方式延伸的单个弹性构件构成。 棒94被固定在悬挂构件32的中点处。图10还解说了被分裂成较小的棒部分 的棒94。

除了被用在上述的三接收器线圈拖曳组合件中之外，附图中所示出且上文 描述的弹性接收器线圈悬挂系统还可被应用于用在其他配置中的接收器线圈， 例如包括仅包括单个接收器线圈的单线圈拖曳组合件和双线圈拖曳组合件。

尽管在附图中已经示出了八面体接收器线圈组合件10，但骨骼接收器线 圈组合件10可替换地采用封闭式接收器线圈的不同形状和配置。例如，骨骼 框架可包括共同定义例如骨骼球形、或立方体或锥体的接收器线圈框架部分。 另外，可在一些应用中使用三个以上的接收器线圈。例如，图15示出了与组 合件10基本类似的接收器线圈组合件10’的示例，区别在于骨骼框架8’的三个 正交的管状方形框架部分8A’、8B’和8C’不是在拐角而是在中点96处彼此连 接。图16示出了与组合件10基本类似的另一接收器线圈组合件10”的示例， 区别在于骨骼框架8”具有普通球形轮廓并且由在点96处互连的三个相交的管 状圆形框架部分8A”、8B”和8C”构成。

已经提供了对接收器线圈组合件10的示例实施例的描述，现在将更详细 地解释可以如何使用接收器线圈组合件10的一些示例。

多轴AFMAG

在一个示例实施例中，接收器线圈组合件10被用于空中AFMAG地质勘 测系统的实现中以用于测量从诸如闪电放电之类的自然发生的信号源得到的 声频和次声频磁场。现存的基于AFMAG的空中地质勘测系统通常基于一假设 来工作，即在不存在局部导体的情况下，在被勘测地带上方测得的自然发生的 AFMAG磁场分量将具有随机方向但位于水平面中，而在被勘测地带中存在局 部导体或局部磁体将改变磁场分量的方向从而使其不是水平的。然而，如果地 下导电性没有变化则自然磁场就水平这一假设可能在一些应用中会引入误差， 因为电离层导体在时间上不是同质和稳定的，并且还可能导致声-磁场垂直分 量的变化。在勘测飞行期间传感器线圈组合件空间姿态的不稳定性也可能导致 误差，因为在测量倾斜角时传感器线圈的任何角旋转都产生均等误差。此误差 可通过使用诸如美国专利号6,876,202(Morrison等人)中所示的姿态传感器来 缓解，但是在其中结合飞行测量使用基站测量的一些情形中，由于基站和飞行 点中的声-磁场量值之间的未知差异可能会影响误差校正的准确性。不同于典 型的AFMAG技术，本文描述了不依赖于声-磁场的垂直和水平分量(或倾斜 角)之间的关系但依赖于在同一时间在勘测区域的两个(或更多个)不同点处 的声磁场3D向量量值的关系的示例实施例。

参照图11，根据本发明的一个示例实施例的地球物理勘探系统110包括 至少两个空间上分开的传感器系统112、114以用于同时测量勘测地区中两个 不同位置上的三维(“3D”)向量量值。在一个示例实施例中，传感器系统 112和114在功能性上基本等效并且各自包括3D向量磁传感器。一个传感器 系统112包括自拖曳线缆64悬挂下来并被勘测地区上空诸如直升机或飞机或 飞艇之类的飞行器86拖曳的拖曳接收器线圈组合件10-1，并且另一传感器系 统114包括静止并位于地面88上的基于地面的接收器线圈组合件10-2。如将 在下文更详细地解释的，传感器系统112、114中的每一个包括安排成用于测 量声-电磁场在三个不同的维度的量值的三个电磁传感器。在一个示例实施例 中，接收器线圈组合件10-1和10-2各自使用与上文针对图1-8描述的单悬挂 线圈组合件10、或上文针对图9和10A描述的双悬挂线圈组合件10、或者上 文针对图10B-10D描述的悬挂系统基本相同的接收器线圈组合件来实现。

在至少一些应用中，地球物理勘探系统110对不是由于在声-磁场倾斜角 中存在导体所导致的自然发生的变动(例如，由于电离层或表面地形的改变所 导致的变动)较不敏感，并且不像典型的AFMAG系统那样依赖于飞行器拖曳 的传感器的空间姿态。如在本领域所已知的，几乎在任何地方可以观测并测量 在声-频范围中的地球的自然电磁场。对电离层状况变化依赖最小的最稳定的 频率范围通常为8-400Hz，因此这是用于地球物理勘测的便利范围。在一些应 用中，测量范围在近似25Hz处开始，因为飞行器拖曳的传感器组合件上运动 所感生的噪声在较低频率下往往更大，然而在一些配置中，可能在低于25Hz (诸如8Hz)和高于400Hz的频率上测量。当一地区在地表之下具有电同质 材料时，该地区的交变自然电磁场的磁分量也将是同质的。因此，在使用空中 传感器系统112和静止基站传感器系统114对该地区进行勘测时，在静止地面 站传感器系统11和飞行器拖曳传感器系统114处测得的声磁场的3D向量量值 将通常是相同的，区别只在于主要由于传感器系统112、114空间分离所引起 的差异。在存在地下导体或其他散射体的情形中，由于该地下导体中的自然电 磁事件所感生的涡电流所生成的附加电磁场，一地区的场强是非同质的并且贯 穿该地区中变化。

在静止地面基站传感器系统114和飞行器拖曳传感器系统112处测得的声 磁场的3D向量量值的差异将典型地在地下导体上空最大，并且此差异在地球 物理勘探系统110中被用于检测可能的地下导体。因此，使用地球物理勘探系 统110检测到的异常的峰值在至少一些应用中位于地下电导体的顶端上空，相 比之，在依赖场倾斜角的典型基于倾斜角的AFMAG系统中峰值异常发生在导 体的侧边上(例如，在不同导电率的材料之间的过渡处)。在至少一些应用中， 本文描述的检测导体顶端上空的异常的地球物理勘探系统110可促成更简单的 地质解释，因为总场强异常会比在已知的倾斜角AFMAG系统中使用的仅Z分 量异常更强。此外，在至少一些示例实施例中，本文描述的3D向量场量值比 较系统不需要任何姿态传感器，这可以简化系统装置。

已经提供了概述，现在将参照图11和12更详细地描述空中地球物理勘探 系统110。在一个示例实施例中，空中传感器系统112的拖曳接收器线圈组合 件10-1包括三个电磁传感器16A、16B和16C，其形式为彼此基本正交的三个 基本平面线圈。例如，在一个实施例中，第一或Z轴线圈16A具有沿Z轴延 伸的偶极轴，第二或X轴线圈16B具有定向在X轴方向的偶极轴，以及第三 或Y轴线圈16C具有沿Y轴方向定向的偶极轴。X、Y和Z轴相对于接收器 线圈组合件10-1而不是任何外部参照物固定，并对应于在基本位于接收器线 圈组合件10-1的中心处的公共点相交的三条线，其中每条轴正交于其他两条 轴。

在一个非限制性示例实施例中，正交的Z、X和Y传感器线圈16A、16B 和16C各自是具有3米直径和1000平方米有效面积的多匝空心线圈；然而也 可使用其他有效面积和其他传感器形状和配置。如将从上文对图1-10的描述 所领会的，接收器线圈组合件10-1在至少一些应用中能维持线圈16A、16B和 16C中每一个基本一致的线圈面积，并在线圈之间维持基本一致的相对姿态和 间距。

来自Z线圈16A、X线圈16B和Y线圈16C的表示自然磁场强度的模拟 信号通过接线盒108(可包括低噪声放大器)和缆线124被提供给通常将位于 飞行器86内的空中数据收集计算机122。计算机122包括被连接用以接收来自 传感器线圈16A、16B和16C的模拟信号的模数转换器器件(ADC)128。在 一个示例实施例中，ADC器件128包括用于对来自Z线圈16A、X线圈16B 和Y线圈16C的模拟信号同时数字化的三个24位模数转换器通道(每个测量 轴对应一个通道)。在一个非限制性示例中，在2000Hz上对各通道进行采样， 然而也可使用其他采样率。飞行器上计算机122配备有一个或多个可包括 RAM、闪存存储器、硬盘驱动器、或其他类型的电子存储的存储元件以存储从 拖曳接收器线圈组合件10-1以及连接到计算机122的其他输入设备导出的数 字化信号。计算机122可被配置成对其接收到的信号执行数据处理功能。

在示例实施例中，空中传感器系统112或主飞行器包括全球定位系统 (“GPS”)设备138以使得从拖曳接收器线圈组合件13获得的数据能与地 理位置和GPS时间信号相关联。在示例实施例中，空中传感器系统还包括连 接到空中计算机122的高度计136以将从拖曳接收器线圈组合件10-1获得的 数据与高度测量相关联。在示例实施例中，高度计系统136包括提供关于拖曳 接收器线圈组合件10-1在实际勘测地带上方的相对高度的数据的高度计设备。 它还可包括提供拖曳接收器线圈组合件10-1在固定参照物(例如，海平面) 上方的绝对高度的又一高度计设备。

静止传感器系统114类似于空中传感器系统112但被配置成放置在静止的 基点上，且包括与拖曳接收器线圈组合件10-1基本相同的基地接收器线圈组 合件10-2。在这一点上，基地接收器线圈组合件10-2也包括Z、X和Y传感 器16A、16B和16C。

同空中传感器系统112一样，在静止传感器系统114中，来自Z线圈16A、 X线圈16B和Y线圈16C的表示自然磁场强度的模拟信号通过接线盒108(可 包括低噪声放大器)和缆线124被提供给通常将位于地面接收器线圈组合件 10-2附近的数据收集计算机123。基地数据收集计算机123包括被连接以用于 接收来自基地接收器线圈组合件10-2的三个传感器线圈16A、16B和16C的 模拟信号的模数转换器器件(ADC)128。在一个示例实施例中，ADC器件128 包括用于对来自Z线圈16A、X线圈16B和Y线圈16C的模拟信号同时数字 化的三个24位模数转换器通道(每个测量轴对应一个通道)。在一个非限制 性示例中，以与在空中传感器系统计算机122处所使用的采样率相似的速率对 每个通道进行采样。基地数据收集计算机123配备有一个或多个可包括RAM、 闪存存储器、硬盘驱动器、或其他类型的电子存储的存储元件以存储从地面接 收器线圈组合件10-2以及连接到计算机123的其他输入设备导出的数字化信 号。计算机123也可被配置成对其接收到的信号执行进一步数据处理功能。静 止传感器系统114包括全球定位系统(“GPS”)设备138从而使得从基地接 收器线圈组合件10-2获得的数据能与GPS时间信号以及一些情形中的地理位 置相关联。

在示例实施例中，空中数据收集计算机122所收集的数据和基地数据收集 计算机123所收集的数据最终通过相应通信链路130、132(可以是有线或无线 链路或者可包括诸如光盘或闪存卡等存储器介质的物理传递)被传递给诸如数 据处理计算机126之类的数据处理系统，在该数据处理系统处，从传感器系统 112和114的接收器线圈组合件10-1和10-2获得的电磁场数据、来自高度计 系统136的数据以及来自与空中接收器线圈组合件10-1和地面接收器线圈组 合件10-24中的每一者相关联的GPS传感器138的GPS数据可全部被处理以 确定是否存在可指示感兴趣的地下岩体的任何异常。在一些示例实施例中，数 据处理计算机126所执行的一些或全部处理功能可以在空中或基地数据收集计 算机122和123中的一者或两者上执行。

在操作中，空中传感器系统112可在勘测区域上空按一系列平行直线以基 本恒定的速度飞过以对声频范围磁场进行三个正交向量上的一系列测量。同 时，静止传感器系统114位于勘测地区内的地面上也对磁场进行三个正交向量 上的一系列测量。在至少一些示例使用中，静止传感器系统114应被放置在离 诸如电线之类的任何工业电磁场源有足够的距离，以使得自然声-频磁场支配 在静止传感器系统114处接收到的信号以及在后续信号处理中被过滤的残余工 业噪声。例如，在一个应用中，静止传感器系统114离主要电线的距离可以为 至少3Km。在示例实施例中，不要求空中或地面接收器线圈组合件10-1、10-2 的任何特殊空间定向或姿态。例如，空中接收器线圈组合件10-1的X、Y和X 轴不需要与基地接收器线圈组合件10-2的X、Y和Z轴定向在相同方向上， 且空中组合件10-1的定向在飞行期间可以改变而不会对勘测结果有不利影响。

因此，在对一地区进行勘测时，空中数据收集计算机122接收并存储数字 化数据流，该数字化数据流表示由空中Z轴传感器线圈16A测得的自然发生 的声频磁场H_z(空)(t)、由空中X轴传感器线圈16B测得的自然发生的声频磁场 H_x(空)(t)和由空中Y轴传感器线圈16C测得的自然发生的声频磁场H_y(空)(t)。每 个空中磁场测量用接收自GPS传感器138的GPS位置和时间信息、和用来自 高度计系统138的高度信息进行加戳。同时，基地数据收集计算机123接收并 存储数字化数据流，该数字化数据流表示由基地Z轴传感器线圈16A测得的 自然发生的声频磁场H_z(地)(t)、由基地X轴传感器线圈16B测得的自然发生的 声频磁场H_x(地)(t)和由基地Y轴传感器线圈16C测得的自然发生的声频磁场 H_y(地)(t)。每个基地磁场测量至少用接收自GPS传感器138的时间信息、并且在 一些实施例中还用位置信息进行加戳。因此，空中和静止传感器系统112、114 中的每一个分别收集各自包括三个通道的数据的数据记录，每个通道对应传感 器线圈中的相应一个所作的磁场测量。

在信号处理计算机126处，来自空中和静止系统112、114中每一者的三 个通道数据记录根据与每个记录相关联的GPS信号时间数据进行合并以生成 包括六个通道的数字化磁场数据的记录，其中每个记录对应于在地面和空中传 感器系统两处基本同时所作的测量。

在一个示例实施例中，随后通过对多个连贯的时间块(作为非限制性示例， 时间块可以每个为0.5-2秒长)应用窄带滤波器或应用快速傅立叶变换对数据 记录执行频域处理，得到表示在特定声频上由相应传感器线圈中的每一个测得 的磁场的数据的时间序列。该数据包括对在空中和地面上测得的对应X、Y和 Z轴中每一者的磁场分量的实数和虚数表示。使用此信息，在空中和地面传感 器中的每一者上所测得的特定频率上的磁场的强度可以被确定并针对勘测地 区中的不同位置进行对比。某些频率可以被滤除掉，例如在一些实施例中去除 掉60Hz噪声。

作为示例，在空中接收器线圈组合件10-1处测得的在特定时间的特定频 率上的磁场强度可被表示为：

|H_(空)(f)|＝√(H_z(空)(f)²+H_x(空)(f)²+H_y(空)(f)²)

并且在基地接收器线圈组合件10-2测得的在相同频率和时间上的磁场强度可 被表示为

|H_(地)(f)|＝√(H_z(地)(f)²+H_x(地)(f)²+H_y(地)(f)²)

这些向量的量值并不依赖于传感器的空间姿态，并且通过比较在勘测飞行 的不同点上向量|H_(空)(f)||H_(地)(f)|的量值，可以标识指示可能的感兴趣的地下岩 体的异常。作为示例，在同质地带的情形中，空中和地面测得的向量量值将基 本相同，从而提供等于或接近1的空中对地面比。偏离此水平可被看作地球物 理异常，其中空中对地面比(|H_(空)(f)|/|H_(地)(f)|)高于1指示可能的导电地下(或 散射)体，而低于1则指示欠导电体。

尽管以上示例聚焦于将空中传感器组合件13测得的磁场向量H_(空)(f)的量 值或强度相对于在空间上分开的传感器组合件15处测得的磁场向量H_(地)(f)的 强度作比较，然而在一些示例实施例中，可以比较磁场向量H_(空)(f)和H_(地)(f)的 其他特征以确定是否能检测到意味着导电或散射体的异常。例如，除了向量的 相对量值的变化之外，磁场向量H_(空)(f)和H_(地)(f)的相对相位或定向的变化可提 供意味着导电或散射体的异常。相应地，在示例实施例中，可以比较磁场向量 H_(空)(f)和H_(地)(f)的相对量值、相位和定向中的一者或多者以确定是否已经记录 了指示导电或散射体的异常。

在另一示例实施例中，比较实际的向量分量，并计算相关张量的姿态不变 量属性。一旦电磁波对于任何特定频率都是平面的，就存在一坐标系，其中3D 磁复向量{Mx，My，Mz}可被视为实和虚两个2D向量，例如Re(M)＝{Mu，Mv}， 第三坐标向量等于0(除去噪声影响)。该新坐标系可使用已知的向量代数法 通过旋转坐标系来找到，并且随后使用已知的用于处理2D电向量的方法的变 形来处理得到的2D向量。例如，在地面地球物理磁-地方法中使用了用于处理 2D电向量的过程——探通和仿形(例如，参见(1)Vozoff，K.1972年的The  magnetotelluric method in the exploration of sedimentary basins(探测沉积盆地的 磁地方法)：Geophysics(地球物理学)，37，98-141，和(2)Anav，A.、Cantarano， S.、Cermli-Irelli，P.和Pallotino，G.V.1976年的A correlation method for  measurement of variable magnetic fields(用于测量可变磁场的相关方法)：Inst. Elect.and Electron.Eng.Trans.，Geosc.Elect.，GE14，106-114，上述文献通过引 用纳入于此)。在这些方法中被应用于电2D向量的过程可被改编和应用于磁 2D向量。得到的参数之一是反映地面传感器系统和飞行传感器系统导出的磁 向量之间的关系的矩阵的行列式。此行列式不依赖于传感器的空间姿态(在坐 标系旋转时不变)，并且还反映在地面和空中勘测点的总信号的能量之间的关 系。该行列式在同质地区上空也等于1，并且在任何侧向导电率变化的上空偏 离。

替换信号处理方法

现在将描述用于处理在空中和基地传感器处接收到的信号的替换方法。根 据另一示例实施例，空中地球物理勘探系统110测量在基站传感器系统114和 在空中传感器系统112处若干频带中的磁场，并将磁场的量值和相位表示为复 数。例如，这些复数可以是上文提到的频域处理的输出。对于每个频带，系统 110估计将基站场变换为空中场的3×3矩阵。该估计是从0.4到1s的每个时 间区间所测得的信号演算出的。

A＝T B

其中

A是在空中系统参照系中在空中传感器系统112处观测到的磁场的3列 的复数向量，

B是在东北下参照系中在基站传感器系统114处观测到的磁场的3列的 复数向量，

T是3×3转移函数矩阵。

由于空中系统112姿态是随意的，所以在那里观测到的场相对于在东北下 参照系中将观测到的场被旋转一正交矩阵。

A＝R T₀ B

其中

R是将向量从东北下参照系变换到空中系统参照系的3×3实正交矩阵，

T₀＝R^-1 T是东北下坐标中的3×3转移函数矩阵。

目的是要定义可在不知晓R的情况下能从已知的T演算出的T₀的参数。 即，所导出的参数在空中传感器系统112旋转或姿态变化的情况下必须不变。

为了找到导电体，处理数据以标识源场(用B进行标识)明显被放大或 衰减的位置。如果B中仅有一个分量，则比|A|/|B|将是这种旋转不变量参数。 由于B存在三个分量，所以可标识给出最大的放大的向量B_M。

最大可能的放大可通过T的奇异值分解来确定(例如，参见 http://en.wikipedia.org/wiki/Singular_value_decomposition)。奇异值分解是满足 这些准则的一组矩阵U、T_S、V：

T＝U T_S V^*

其中

U是酉矩阵，即，U^* U＝U U^*＝I，

T_S是具有非负的实数值的对角矩阵，

V是酉矩阵，即，V^* V＝V V^*＝I，

^*标示共轭转置。

(在非方矩阵的情况下，“对角”意味着那些仅有的非零元素是其行编号 与列编号相等的那些元素，就像方阵的情况一样。)

T_S的非零对角元素是奇异值。如果它们以量值的降序放置，则T_S是唯一 的。(然而，U和V并不唯一。)

由于T₀＝R^-1 T，得到

T₀＝U₀ T_S V^*

其中U₀＝R^-1U也是酉矩阵。

所以，T和T₀的奇异值是一样的，因此它们相对于空中传感器系统112 的旋转是不变量。(它们相对于基站传感器系统114的旋转也是不变量。)具 有最大量值的奇异值是最大的放大因子。T的非零奇异值的平方是T^*T的本 征值。奇异值分解可用可公开获取的标准软件模块来计算，例如GNU科学实 验室的函数gsl_linalg_SV_decomp，参见http://www.gnu.org/software/gsl/。由于 B_z(在MT理论中)依存于B_x和B_y，所以T的秩除了噪声和误差效应之外至 多为2，所以其对角元素的至少一个应该可忽略地异于零。

另一选择是使T为3×2矩阵，并相应地计算奇异值。在奇异值分解中， 所有相位信息在不是唯一的U和V中。U和V的元素的相位在至少一些情形 中可被分析以得到关于基站传感器系统114和空中传感器系统112之间的相移 的一些有意义信息。U和V可被分离为在某种意义上是“零相位”的酉矩阵、 和是对角矩阵且包含相位信息的酉矩阵。

U＝U₀ U_P，V＝V₀ V_P

其中U₀，V₀是“零相位”酉矩阵，

U_P，V_P是对角酉矩阵。

随后

T＝U₀U_P T_S V_P^*V₀^*＝U₀ T_P V₀^*

其中T_P＝U_P T_S V_P^*是包含按量值的降序排列的复放大因子的对 角矩阵。

可通过此过程来使U₀的相位最小化：

U_Pjj＝[∑_k＝1..3U_kj]/|∑_k＝1..3U_kj|，若∑_k＝1..33U_kj≠0，

    ＝1，若∑_k＝1..3U_kj＝0.

U_0ij＝U_ij/U_Pii.

其中X_ij标示矩阵X中在行i、列j的元素。

即，U₀是通过将U的每一列乘以单位量值的相位因子获得的，从而U₀的每一列的和是非负实数。

相同的过程可被用来最小化V₀的相位。其它过程也是可能的。所描述的 过程得到三个旋转不变量参数，即T_P的对角元素，其包含相位信息并与存在 地下地质结构的情况下一次场的放大有关。

更精确的一组参数在至少一些应用中是所期望的。如先前所述的，T的(因 此也是T_P的)秩除了噪声和误差效应之外至多为2。由于T_P的元素在量值上 是降序，所以第三对角元素将可忽略地异于零并因此可被丢弃。为了获得单个 旋转不变量参数，可以将第一和第二参数相乘。

K＝T_P1 T_P2

其中T_Pi是T_P的第i个对角元素。

在不存在任何地下特征的情况下，磁场是处处均匀的。在此情形中，T_P1＝T_P2＝1，并因此K＝1。在导体上空，预期放大因子将具有＞1的量值，因此|K|＞1。 尽管参数K的具体行为将被复杂化，但在简化形式下，导体的存在将由参数K 的分布或地图上的正异常所指示。

可使用不同的(并且可能是更简单的)算法来获得相关的、尽管不是一样 的单个旋转不变量参数。

K＝T₁×T₂.

K′＝K·Re(K)/|Re((K)|

其中T_i是3×3转移函数矩阵T的第i列向量。

此替换参数K′的旋转不变性是明显的，因为等式P＝Q×R、点积Q·R、以 及长度(模数)|Q|在任何向量Q、R及其叉积P的基的任何旋转下是得以维 持的。通过作酉矩阵U₀、V₀不是如上所定义的“最小相位”但没有虚部并因 此是旋转或反射这样的简化近似，与参数K的相似性是明显的。由于K′在旋转 下是不变量(并且在反射下变号)，因此它可以从T_P计算出。

K＝T_P1×T_P2＝[0，0，T_P1 T_P2]

K′＝±T_P1 T_P2＝±K

其中T_Pi是T_P的第i个对角元素。

在U₀和V₀没有虚部这一简化假设下，参数K′是这两个非零放大参数的积、 或其复数。

参数K和K′是使用自然源和磁性接收器通过演算和显示不依赖于三轴空 中传感器系统112和/或两轴或三轴基传感器系统114的任何旋转(包括关于非 垂直轴的旋转)的参数来映射地下结构的方法的示例实施例。

因此将领会在上文讨论的低频磁场感测方法中，可以与传感器系统的姿态 或旋转无关地进行和使用测量。在这一方面，该勘测系统相对于空中系统112 和/或基站114关于任何轴——不论垂直与否——的旋转是旋转不变的。

在地球物理勘探系统110的一些应用中，还可以使用其他类型的支撑配置 来安设线圈16A、16B和16C，例如不同于每个线圈被包含在其自身的管状框 架部分内，线圈可被缠绕在位于球形保护壳内的线圈架上(诸如在例如上文提 到的美国专利号6,876,202中所示)。此外，线圈无需是空心线圈，例如，它 们可以是透磁心线圈。在一些实施例中，传感器可以不是线圈。替换地，空中 接收器线圈组合件10-1和基地线圈组合件10-2可以使用3D超导磁传感器 (SQUID)技术或低噪声向量磁力计来实现。

图13解说在操作和配置上类似于系统110的空中地球物理勘探系统200 的另一示例实施例，差别将从附图和以下描述中显而易见。在图3的系统200 中，系统110的静止传感器系统114被用一通过比拖曳缆线64长的相应拖曳 缆线202与第一空中传感器组合件113自相同的飞行器悬挂下来的第二空中传 感器组合件115替代。尽管自同一飞行器26悬挂下来，但是第一和第二传感 器组合件113和115彼此在空间上是分开的，其中第二传感器组合件115处于 较低的高度。基地数据收集计算机123以及在至少一些配置中数据处理计算机 126的功能被整合到空中计算机122中。在同质地带的情形中，3D传感器组合 件113、115两者将接收到相同的AFMAG信号，但在存在局部地下导体的情 况下，二次声磁场在较低高度上更强，因为其更接近导体。除了信号记录合并， 此差异可通过和在第一示例中一样的信号处理来检测。所有信号由仅一台计算 机122同时收集，并可以实时地处理。

倾倒AFMAG

在一些示例实施例中，接收器线圈组合件10-1和10-2可替换地被用在例 如在上文提到的美国专利号6,876,202中所示的依赖于倾倒或倾斜角测量的 AFMAG型地球物理勘探系统中。在此类应用中，姿态传感器可位于接收器线 圈组合件10-1和10-2上从而可以检测此类组合件的定向并将该定向信息用于 计算从收集自接收器线圈组合件10-1和10-2的信号导出的倾斜角信息。例如， 可将一个或多个加速计固定到线圈组合件10-1和10-2以确定姿态信息。替换 地，可在接收器线圈组合件10-1和10-2上空间分开地位置放置三个GPS接收 机以跟踪其相应姿态。在一些示例实施例中，例如在美国专利号6,876,202中 描述的倾倒测量方法和上文描述的3D向量处理方法可被整合到单个地球物理 勘探系统110中，其中接收器线圈组合件10-1和10-2测量两种类型的演算所 需要的信号。

时域或频域电磁

接收器线圈组合件10还可被整合到诸如时域电磁(TDEM)地球物理勘 测系统或频域电磁系统(FDEM)等有源地球物理勘探系统。作为示例，接收 器线圈组合件10可被整合到诸如在美国专利号7,157,914中所示的TDEM系 统。图14示出了包括发射器线圈204和接收器线圈组合件10(具有3个正交 线圈16A、16B和16C)的空中TDEM勘测系统200的示意图。TDEM勘测系 统200可通过诸如飞机、直升机、气球或飞船之类的飞行器228来携带。在至 少一些示例实施例中，发射器线圈204和接收器线圈组合件10是被飞行器228 所拖曳的拖曳组合件212的部分。在图14所示的示例实施例中，发射器线圈 204和接收器线圈组合件10是基本同心的，其中发射器线圈204被安设到自多 根支撑缆线或绳索216悬挂下来的框架，这些绳索216在一端各自被附连至该 发射器线圈框架的圆周上的不一样的点而在另一端被附连到公共的拖曳缆线 215。接收器线圈组合件10通过延伸到发射器线圈框架的一系列径向延伸的缆 线或绳索214被支撑在中央。在一个示例实施例中，在使用时，发射器线圈204 被水平定位并具有基本垂直的偶极轴，而接收器线圈组合件10位于发射器线 圈104的中心，其中第一接收器线圈16A的轴位于基本垂直的平面中、第二接 收器线圈16B的轴位于基本水平的平面中与行进方向对齐，第二接收器线圈 16B的轴位于基本水平的平面中与行进方向正交地对齐。

可使用来自这三个接收器线圈的测量确定位于勘测地区中的岩体的导电 性。

本领域技术人员将领会，也可在不背离本发明的范围的情况下实践本文描 述的实施例的其他变形。其他变形因此是可能的。