[0001] 本发明矿产资源勘测、探测技术领域，特别是适用于MT、AMT和CSAMT等探测方法的地面电磁接收机及地面电磁采集方法。

[0002] 电磁法勘探是资源勘查的有效手段之一，其种类繁多、适应性强，被广泛应用于深部构造探测、矿产资源勘探以及水文及工程勘察等领域。

[0003] 大地电磁法(Magnetotelluric,MT)是目前探测深度最大的电磁法勘探方法，该方法由学者Tikhonov和学者Cagniard于20世纪50年代提出并建立，在地球深部构造探测、天然地震预测等领域发挥了重要作用。

[0004] 音频大地电磁(Audiofrequency Magnetotelluric，AMT)测深原理是基于大地电磁测深法原理，是在五十年代初期提出的一种较新的地球物理探测方法。该方法是通过对地面电磁场的观测来研究地下岩矿石电阻率的分布规律的一种物探方法。

[0005] 可控源音频大地电磁法(Controlled  Source  Audiofrequency Magnetotelluric，CSAMT)是在AMT基础上发展起来的一种人工源频率测深方法。1950年代，在卡尼亚(L Cagniard)论文的基础上，发展形成了基于观测天然场大地电场和磁场正交分‑1 3量，计算视电阻率的大地电磁测深方法。在音频(n×10 ～n×10Hz)范围内，大地电磁场相对较弱，同时，人为干扰较大。为了克服上述困难，1970年代初，D W Strangway教授和他的学生M A Goldstein提出沿用AMT的测量方式，观测人工供电产生的音频电磁场，由于所观测的电磁场频率、场强和方向由人工控制，其观测的方式与AMT相同，所以称其为可控源音频大地电磁测深。CSAMT法可以采用磁性源或电性源两种人工场源，目前实际主要应用电性源可控源音频大地电磁测深法。

[0006] 当前，大多采用偶极装置进行标量测量，同时观测与场源平行的电场水平分量Ex和与场源正交的磁场水平分量Hy。利用电场振幅Ex和磁场振幅Hy计算卡尼亚阻抗电阻率ρs，电场相位Hp和磁场 计算卡尼亚阻抗相位。阻抗电阻率和阻抗相位联合反演计算反演电阻率参数，利用反演电阻率进行地质推断解释。近年来，随着CSAMT方法与理论的不断进步，该方法被广泛的运用到地热研究、深部找矿、隐伏地质构造勘查、煤田地质勘察方面，并且取得了较好的成果。电磁法测深理论的关键是研究地面电磁场与地下岩矿石的电阻率存在的关系，可以有效地实现矿场资源的探测，其中地面电磁接收机是探测中的关键仪器装备。

[0007] 关于电磁接收机的设计，现有技术“史心语.EMR6‑A多功能电磁接收机的研制[D].中国地质大学(北京),2019.DOI:10.27493/d.cnki.gzdzy.2019.001385.”以及现有技术“郑采君,刘昕卓,林品荣等.分布式电磁法仪器系统设计及实现[J].地球物理学报,2019,62(10):3772‑3784.”均有记载，但现有技术中对于电磁接收机的接口设计仍然采用的是独立设计构思，即人为区分电磁传感器接口和磁场传感器接口。

[0008] 地面电磁探测需要至少同时测量一个分量的电场和与其正交方向的磁场，传统的MT接收机是测量五个分量，包括南北方向的电场分量Ex、东西方向的电场分量Ey、南北方向的磁场分量Hx、东西方向的磁场分量Hy、垂直方向的磁场分量Hz，如图1所示。

[0009] 电场信号的测量方式是两个电极(电场传感器，不需要接收机给供电)构成一对差分信号形式输入到接收机内部；

[0010] 磁场信号的测量方式是依靠磁棒(磁场传感器、需要接收机给供电)来实现磁场信号到电压信号的转换，是以单端信号的形式输入到接收机内部。

[0011] 鉴于电场、磁场这种不同的输入特性，所有接收机在实现的时候都会设计对应不同的前端检测电路。

[0012] 为了完成多分量(通常是五分量)电磁场信号的测量，如图3～图4，现有接收机是五分量信号测量的整体，内部采集电路设计独立的电场通道和磁场通道。在接收机面板输入上电场、磁场通道会有不同的区分。

[0013] 如图2所示，CSAMT测量方式是测量一个方向的磁场和与该磁场方向正交的多分量的电场。CSAMT测量时需要有发射机产生人工源信号，发射机是由柴油发电机发电驱动，同时测量的分量越多，工作成本越低；五分量的接收机在做CSAMT测量时只能同时测量两个电场信号分量，要进行多个电场分量的同时测量，需要的接收机数量为测量电场分量的一半，提高接收机通道数量能够有效降低接收机的使用数量。

[0014] 由上述分析可知，目前的地面电磁接收机在使用过程中存在以下问题：

[0015] 第一，电场、磁场通道以固定物理形式(接口形式)存在于接收机上，电场、磁场通道具有明显区分，电场通道需要接入电场传感器(电极)，磁场通道接入磁场传感器，接收机制造完成后，电场通道数和磁场通道数固定，特定的接口只能接入特定的输入。

[0016] 第二，由于单台接收机物理接口数量的限制，限制了仪器的使用环境适应性，在河流、丘陵等有明显高程差的地区作业难度大。

[0059] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明，但不应就此理解为本发明所述主题的范围仅限于以下的实施例，在不脱离本发明上述技术思想情况下，凡根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种修改、替换和变更，均包括在本发明的范围内。

[0060] 如图5～图6所示，本实施例中以具有三个电场/磁场通用接口的地面电磁接收机为例，该地面电磁接收机包括数字电路单元、三个电场/磁场通用接口(分别命名为CH1、CH2、CH3)、三个功耗检测单元、三个磁场前端检测电路(分别为CH1前端电路1、CH2前端电路1、CH3前端电路1)、三个电场前端检测电路(分别为CH1前端电路2、CH2前端电路2、CH3前端电路2)、三个模数转换单元(分别为ADC1、ADC2、ADC3)、三个供电模块、六个单刀双掷模拟开关或者六个带有转换触点的继电器来实现单刀双掷开关功能(分别为SPDT1、SPDT2、SPDT3、SPDT4、SPDT5、SPDT6)和三个继电器来实现单刀单掷开关功能(分别为SPST1、SPST2、SPST3)。

[0061] 三个电场/磁场通用接口CH1、CH2、CH3设置在地面电磁接收机的面板上，如图5所示。

[0062] 每一个电场/磁场通用接口匹配一个功耗检测单元(例如德州仪器的INA237精密功率监控器)，且功耗检测单元的输入端分别与电场/磁场通用接口、供电模块的输出连接，功耗检测单元的输出端与数字电路单元的输入端连接。

[0063] 一个电场/磁场通用接口匹配一个磁场前端检测电路和一个电场前端检测电路，例如电场/磁场通用接口CH1匹配一个磁场前端检测电路(CH1前端电路1)的同时匹配一个电场前端检测电路(CH1前端电路2)。

[0064] 一个电场/磁场通用接口匹配一个模数转换单元，模数转换单元的输出端与数字电路单元的输入端连接，例如电场/磁场通用接口CH1匹配模数转换单元ADC1。

[0065] 一个电场/磁场通用接口匹配一个供电模块，且供电模块通过一个继电器(例如松下电器公司的AGN210A03)与电场/磁场通用接口连接，且继电器的控制端与数字电路的输出端连接，例如，电场/磁场通用接口CH1通过继电器连接，实现SPST1的开关功能，通过对其线圈控制实现继电器的开闭。

[0066] 与电场/磁场通用接口(CH1、CH2、CH3)匹配的三个单刀双掷模拟开关(SPDT1、SPDT3、SPDT5)的公共端分别与三个电场/磁场通用接口(CH1、CH2、CH3)连接，单刀双掷模拟开关(SPDT1、SPDT3、SPDT5)的常闭端分别与三个磁场前端检测电路(CH1前端电路1、CH2前端电路1、CH3前端电路1)的输入端连接，单刀双掷模拟开关(SPDT1、SPDT3、SPDT5)的常开端分别与三个电场前端检测电路(CH1前端电路2、CH2前端电路2、CH3前端电路2)的输入端连接，单刀双掷模拟开关(SPDT1、SPDT3、SPDT5)的控制端(例如选择德州仪器的SN74LVC2G53时，引脚A为控制端)与数字电路的输出端连接。

[0067] 与模数转换单元匹配的三个单刀双掷模拟开关(SPDT2、SPDT4、SPDT6)的公共端分别与三个模数转换单元(ADC1、ADC2、ADC3)的输入端连接，单刀双掷模拟开关(SPDT2、SPDT4、SPDT6)的常闭端分别与三个磁场前端检测电路(CH1前端电路1、CH2前端电路1、CH3前端电路1)的输出端连接，单刀双掷模拟开关(SPDT2、SPDT4、SPDT6)的常开端分别与三个电场前端检测电路(CH1前端电路2、CH2前端电路2、CH3前端电路2)的输出端连接，单刀双掷模拟开关(SPDT2、SPDT4、SPDT6)的控制端(例如选择德州仪器的SN74LVC2G53时，引脚A为控制端)与数字电路的输出端连接。

[0068] 本实施例中地面电磁接收机是三通道的，在输入接口上不区分电场、磁场输入，通过是否有功耗判断接入的传感器是电场传感器还是磁场传感器，通过内部的开关切换到对应的电场或磁场前端电路。在进行MT测量时是两台地面电磁接收机进行组合。在CSAMT测量时可以是任意多台地面电磁接收机组合，组合的多个接收机中每个通道都会有效连接，避免因接收机接口(连接器)及输入通道专用而导致的有些通道的在做CSAMT时空接。

[0069] 地面电磁接收机面板输入只使用三个接口(连接器)，分别为CH1、CH2、CH3。三个接口与接收机内部电子电路连接。接口同时兼容磁场传感器(有功耗)和电场传感器(无功耗)的输入。三个通道的工作方式是一致的，下模以通道1(CH1)来做具体阐述。

[0070] 接收机启动后，继电器(SPST1)闭合，通过功耗检测电路判断当前接入的是磁场传感器还是电场传感器，如果是接入的是磁场传感器，供电模块给外部供电；如果接入的是电场传感器，继电器(SPST1)打开，供电模块不给外部供电，同时对应的供电模块不工作。通过功耗检测电路判断当前接入的是磁场传感器还是电场传感器，控制单刀双掷模拟开关SPDT1、SPDT2选择不同的前端电路，如果接入的是磁场传感器，切换到CH1前端电路1，对应的磁场前端检测电路；如果接入的是电场传感器，切入到CH1前端电路2，对应的是电场检测前端电路。供电模块是供电给整个通道模块，整个通道模块不工作，就实现了系统功耗的降低。当接收机使用者想通过目标通道对外供电时，可以使得对应的供电模块工作、控制对应的SPST闭合，向外供电。

[0071] 当测点位置在如图8所示的有海拔高程变化的环境中时，电场测量分量需要不能够满足MT/AMT的布站需求，此时可以把两台地面电磁接收机分开布置，如图7和图9，一个用来连接部分电场、磁场传感器，另一个用来连接其它电场、磁场传感器，这样接收机应用更灵活。

[0072] 可以根据不同的地形、应用需求对底面电磁接收机的输入进行不同的输入组合方式，图9～图12是不同组合方式的示意图。

[0073] 例如，在丘陵地方或者是坡面不易进行电场的布置，可以选择其中一台接收机在丘陵或坡面上按照图9的方式进行3分量磁场的布置，选择附近地形较好的地方通过另外一台接收机进行两个电场通道的布置，如图10所示。

[0074] 又如图11所示，针对在同一个测点单独一台接收机无法满足布站要求时，采用两台接收机进行组合采集信号，两台接收机分别布置在两个不同的测点位置，其中一台接收机用于一个电场通道和两个磁场通道的采集，剩余的分量使用另外一台接收机实现。

[0075] 再如图12所示，针对在同一个测点单独一台接收机无法满足布站要求时，采用两台接收机进行组合采集信号，两台接收机分别布置在两个不同的测点位置，其中一台接收机用于两个电场通道和一个磁场通道的采集，剩余的分量使用另外一台接收机实现。

[0076] 如图13，在CSAMT应用中，可以三台(或者更多数量)接收机同时使用构成一个测量排列，位于中心位置的接收机可以使用CH2通道连接磁场传感器，CH1和CH3连接电场传感器，而其它的接收机的三个通道(电场/磁场通用接口CH1、CH2、CH3)可以全部连接电场传感器，使得接收机的全部通道都能够得到有效应用，提高了接收机的通道利用率。

[0077] 当然，本发明的接收机也可以在同一测点位置组合使用，其中一台接收机接入三个磁场通道，另外一台接收机接入两个电场通道，剩余一个通道关闭。