本发明涉及地球物理勘探设备领域， 尤其涉及多功能双向高密度电缆及其应用。

背景技术

地球物理勘探简称"物探"，即用物理的原理研� ��地质构造和解决找矿勘探中问题的方法。 它是以各种岩石和矿石的密度、 磁性、 电性、 弹性、 放射性等物理性质的差异为研究基础， 用不同的物理方法和物探仪器， 探测天然的或人工的地球物理场的变化， 通过分析、 研究所 获得的物探资料， 推断、 解释地质构造和矿产分布情况。 目前主要的物探方法有： 重力勘探、 磁法勘探、 电法勘探、 地震勘探、 放射性勘探等， 其中电法勘探和地震勘探， 是成本较低、 施工最简单、 探测效果也很明显的两种方法， 目前在物探领域得到大规模的使用。

电法勘探是根据岩石和矿石电学性质 （如导电性、 电化学活动性、 电磁感应特性和介电 性， 即所谓 "电性差异"）来找矿和研究地质构造的一种地� ��物理勘探方法。 电法勘探分为两 大类： 直流电法（包括电阻率法、 充电法、 自然电场法和直流激发极化法等）和交流电法 （包 括交流激发极化法、 电磁法、 大地电磁场法、 无线电波透视法和微波法等）。 高密度电法是在 常规电法基础上发展起来的， 与常规电法相比， 它具有成本低、 效率高、 信息丰富、 解释方 便、 勘探能力强等优点。 高密度电法指的是直流高密度电阻率法， 但由于从中发展出直流激 发极化法， 所以统称高密度电法。

目前高密度电法测量系统按照接入及布线方式 的不同分为两类： 集中式高密度电法测量 系统和分布式高密度电法测量系统。 其中集中式高密度电法测量系统所采用的电缆 为多芯多 抽头高密度电缆 （以下简称 "集中式电缆 ")， 分布式高密度电法测量系统所采用的电缆为分 布式智能电缆 （以下简称 "分布式电缆")。 如图 1， 集中式电缆的每根线芯与一个抽头连接， 抽头与电极连接， 从而实现电极与电极交换装置的连接， 因此线芯的数量至少等于电极上数 量， 线芯的长度为电极至电极交换装置的长度。 若每个抽头需同时接入两种类型的电极， 那 么线芯的数量要增加一倍， 电缆重量也将大大增加， 因此集中式系统一般只进行电阻率测试 而不进行激电测试。 分布式电缆将发射和接收回路所需要的线芯， 以总线形式分布在高密度 电缆里， 横跨所有的抽头， 同时在每个抽头上嵌入交换电路， 将与电极相导通的抽头交换连 接到发射回路、 接收回路或空回路上。 采用此种方式能够有效减少电缆中线芯的数量 ， 但分 布式电缆需要在每个抽头内集成交换电路， 因此抽头的结构设计十分复杂， 完全依赖手工生 产， 效率较低且造价昂贵。 若单个抽头损坏， 整根电缆都将无法使用， 替换成本高。 此外， 无论是集中式系统还是分布式系统， 在进行大电流测试时， 均需加大电缆内线芯的线径， 从 而增大了电缆的体积与重量。

地震测试时， 每个检波器均需要大线电缆 （以下简称 "大线"） 中的两个线芯构成一个回 路， 如图 2。 很明显， 回路的总线长会随着测点的不同而发生变化， 故不同回路受到的噪声 干扰和线阻差异较大， 所得测试结果的精确度受到影响。 考虑到大线的重量和体积， 目前使 用最为广泛的是规格为 24芯 12通道。 采用这种电缆进行测试时， 离设备最远的检波器和最 近的检波器相比， 测量回路的长度相差 11倍， 意味着两个通道被环境噪声干扰的强度、 接入 到主机的电缆的线阻都相差 11倍， 从而导致不同通道之间的一致性得不到保证。 对于高精度 的地震测试， 这种误差是非常可观的。

另外， 当测试较长或超长的测试面时， 往往采用分布式测线系统， 即通过多台设备覆盖 断面并进行测量， 如图 3。 因此各分布设备之间的有效通信， 对于提高测试效率有着十分重 要的意义， 否则每台设备都必须有专业人员进行操作维护 ， 各设备上的测试数据依靠手工拷 贝方式进行汇总处理， 效率会很低。 并且， 地震勘探是通过仪器检测、 记录人工激发地震的 反射波、 折射波的传播时间、 振幅、 波形等以获取相关数据， 因此对时间的同步性要求高， 因此必须具备专门的同步功能。 传统的测试中每台设备均需专人进行控制， 因此在时间上难 以达到较高的同步性。 设备与设备之间往往采用无线通讯的数据传输 方式， 易受周围环境的 影响与干扰， 稳定性不强。

电法和地震方法虽然在技术原理上完全不同， 但是在施工布置和测试方法上， 有一定的 相似性。 它们都需要在连续的测试断面上， 按照一定的间隔布置一定数量的电极或检波器 ， 并采用特制的多芯电缆将电极或检波器接入到 测试主机。 对于更长的测试面， 通常采用有多 套独立的系统进行分布式测量， 或者使用更大更长的电缆， 覆盖整个测试区域， 连接所有的 电极或传感器。 实际测试中， 考虑到电缆的体积和重量， 因此必须限制电缆的长度和芯数. 随着各类物探应用逐渐向更大范围、 更长断面、 更深、 更偏远的区域发展， 对于物探仪 器系统也提出了很大的挑战。一方面要求设备 能够覆盖到更大的测试范围和更长的测试断面 ， 另一方面还要求设备体积更小、 重量更轻， 更便于携带和搬运。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足而提供多功能双 向高密度电缆；该多线芯多抽头测试电缆， 既能用来进行高密度电法测试， 又能用来进行地震方法的测试， 从而可得以节省生产所需的 模具和机具； 开展两种不同的测试方法， 不仅可减少施工所需的设备， 也可提高施工布线的 效率。

本发明的技术方案如下： 多功能双向高密度电缆， 该电缆为带有抽头的电缆， 电缆内置有多个线芯， 所述线芯分 为总线线芯及与抽头相连接的抽头线芯，将抽 头线芯截断为前后位置的第一线头和第二线头 ， 分别与第一线头和第二线头相连的是将抽头隔 离为第一信号接触点和第二信号接触点。

上述抽头数量为 7〜15个。

上述抽头数量优选为 10〜12个。

上述总线线芯包括功能线芯和预留线芯。

上述总线线芯中的功能线芯作为发射回路、 接收回路、 通信回路和供电回路覆盖所有电 极； 两根多功能双向高密度电缆之间有两组完全相 同的电极交换装置， 将前后两根电缆内的 线芯分别交换到发射回路和接收回路上。

上述总线线芯中的功能线芯作为发射回路、 接收回路、 通信回路和供电回路覆盖所有电 极； 发射电极与接收电极性质不同， 每个抽头同时接入两种不同类型的电极， 通过前后电极 交换装置将电极交换到发射回路和接收回路上 。

进一步的， 将总线线芯中的预留线芯并联作为发射回路， 提高电缆对大电流的承受能力。 进一步的， 将总线线芯中的预留线芯并联作为发射回路， 提高电缆对大电流的承受能力。 进一步的， 将电缆的一端接入测试主机， 另一端接入一组检波器， 由此构成一个测试回 路。

进一步的， 将电缆一端接入测试主机， 另一端接入接线盒， 将分布的所有地震仪主机连 接起来； 测试阶段， 接线盒将总线线芯交换到抽头上； 数据传输阶段， 接线盒将总线线芯切 换到通信模块。

本发明的有益效果： 本发明为多线芯多抽头测试电缆， 既能用来进行高密度电法测试， 又能用来进行地震方法的测试， 从而可得以节省生产所需的模具和机具； 开展两种不同的测 试方法， 不仅可减少施工所需的设备， 也可提高施工布线的效率。

附图说明

图 1为集中式测试电缆示意图；

图 2为传统地震测试电缆示意图；

图 3为传统分布式地震测试示意图；

图 4为本发明多功能双向高密度电缆示意图；

图 5为本发明多功能双向高密度电缆应用于高密� �电法测试示意图；

图 6为本发明多功能双向高密度电缆应用于分布� �地震测试示意图； 图 7为接线盒在不同工作阶段示意图；

图 8为多功能双向高密度电缆线芯并联图。

具体实施方式

为了更好的说明本发明， 现结合实施例及附图作进一步的说明。

实施例 1： 多功能双向高密度电缆应用于高密度电阻率测 试

多功能双向高密度电缆应用于电阻率测试时， 其总线线芯作为发射回路、 接收回路、 通 信回路和供电回路覆盖所有电极， 电缆头中的电极交换装置将测试需要的发射和 接收回路分 别与抽头对应的 10〜12根线芯中的某一根交换连接， 从而对电极进行选择。 由于发射回路和 接收回路与抽头 /电极之间存在不确定性， 因此， 电极能全部接入电极交换装置并续接到主机 上。 本实施例在用于测试较长断面时， 可将电缆首尾逐一相连， 大大减少了设备重量， 野外 作业时更为便捷。 同时， 单根电缆长度较短， 在做滚动测试时步长较小， 盲区较小， 测量深 度较深， 适用于滚动测试。本发明的电极交换装置集中 在电缆头部分， 因此抽头的结构简单， 制作成本低， 生产效率高。 由于线缆部分与电极交换装置在结构上完全隔 离， 因此当电缆出 现磨损、 内部线路断开而报废时， 只需要更换线缆部分， 成本较低。

实施例 2 : 多功能双向高密度电缆应用于激电测试

本实施例采用本发明双向交换功能， 在配合多功能双向高密度电缆进行测试时， 可将发 射电极挂接在 P1上， 接收电极挂接在 P2上。 当测试主机需要将某个电极作为发射电极时， 该电极的前端交换装置， 会将电极交换连接到发射回路上， 当需要该电极作为接收电极时， 则由电极后端的交换装置， 将电极交换到接收回路上。 在不增加线芯和电缆的情况下， 实现 了激电高密度测试要求。

实施例 3 : 多功能双向高密度电缆应用于地震测试

将电缆的一端接入仪器主机， 另一端通过跳线连接， 接入一组检波器， 由此构成一个回 路。 设抽头数量为 N， 间距为 L， 测点 M所构成的回路总线长 Y为：

Y=N*L+(M+N*L-M)=2NL

可见， 回路总长恒为 2NL， 与测点的位置无关。 因此， 本发明在用于地震测试时， 每个 回路所受到的干噪声扰和线阻差异小。

当所测断面较长时， 本发明也适用于分布式测量系统。 如图 6， 电缆一端接入仪器主机， 另一端接入接线盒， 将分布的所有地震仪主机连接起来。 如图 7， 接线盒能够识别并处理测 试信号， 在测试阶段， 接线盒将每条电缆的总线交换到抽头上， 从而形成检波器的测试回路， 并且每个检波器的回路长度是完全一致的。 在测试结束后， 接线盒能将总线切换到通信模块 上， 完成设备间的数据传输。 通过这种方式， 只需要一人对一台主机进行控制， 时间上的同 步性高。 同时， 使用电缆内部的总线进行数据传输不仅使数据 传输更为便捷， 也能提高数据 的准确度和可靠性。

此外， 在电法测试中， 考虑到实际测试中发射回路需要持续地承载发 射电流， 而任意一 个抽头作为发射电极的次数是很少的， 即实际工作中的载空比要远低于发射回路总线 。 因此 考虑电流承载能力时， 电缆上与抽头连接的线芯线径， 可以仅仅是发射回路总线的 1/3〜1/4。 由此， 在根据最大发射电流确定线芯线径时， 可减少到抽头的线芯的线径 （这类线的数量在 电缆里占多数）， 而提高发射总线的线径。 ，为了生产加工方便， 也可采用多芯相同规格的线 芯， 但是可以预留一定数量的总线， 在交换装置中进行并联， 如图 8， 从而达到提升电流能 力的目的。 采用这种技术增加发射回路总线的线径， 不仅能提升发射电流的承载能力， 还能 有效地降低发射回路上的线路电阻， 让更多的电流参与到测试发射中， 提升测试效率和数据 质量。

通过将本发明结合不同的设备可实现电阻率测 试、 激电测试和地震测试。 在生产时， 只 需要一套模具， 降低了生产成本。 在使用时， 不仅只需携带一套电缆设备， 而且同一次布置， 可进行三种方法的测试， 节约了人力、 物力以及时间。