CN100480734C - 一种高分辨率去静态频率域大地电磁法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高分辨率去静态频率域大地电磁法。其包括将多台采集装置布设在待勘探区域，且相邻测点公共电极点共用同一电极；对同向延伸各道观测结果分别进行常规处理获取常规观测曲线，对所有测点的时间序列数据分别进行相邻两点、三点至全部点同一电场分量相加以求出平均值，即求出拓扑点及加密拓扑点电场分量序列；用该电场分量分别作为观测场值而进行功率谱分析及阻抗张量估算即得同一记录点的一系列拓扑观测曲线；绘制同一记录点单频点电阻—极距变化曲线，观察分析电阻率变化规律，编辑删除静态干扰阻值，求取该点该频率电阻率值；重复上一步骤至完成所有记录点的所有频点的编辑工作。本发明的方法可获得更贴近实际的地质构造观测结果。

Description

一种高分辨率去静态频率域大地电磁法

技术领域

本发明涉及一种地球物理勘探方法，特别是涉及一种高分辨率去静态频率域大地电磁法。

背景技术

大地电磁法是一种重要的勘探地球物理方法，主要应用于能源、金属矿产、地下水、工程及海洋资源勘探等众多领域，并且种类繁多，其中目前应用最为广泛的是频率域大地电磁法。这种方法所采用的主要观测装置是在待勘探区域的表面沿南北和东西方向或两个相互垂直的其它方向各设置一对静态电场观测电极、两个与上述两个电场观测电极相对应且相互垂直的磁探头和一个铅垂方向的磁探头以及一个与上述电极、探头相连的采集装置，由此测得地下介质的垂向变化，从而给外部作业施工带来诸多方便，同时提高了生产效率。但是，这种已有技术的频率域大地电磁法存在下列问题：当观测电极附近存在地表不均匀体时，由于在电磁场作用下其接触面上会产生积累电荷，而积累电荷产生的附加电场又改变了地下介质分布所引起的平面电磁波地表电场分量，对于不同频率来说，地表电场在这一界面上产生的积累电荷与其电场强度成正比，因而其必然会产生对应频率的附加电场，由于观测装置与不均匀体界面的相对位置在观测期间固定不变，因此对于所有频率而言，各自电场分量所产生的附加电场与对应的地表电场分量成正比，且这一比例因子为与频率无关的常数(实数)，故其影响便是：使电阻率曲线产生整体平移，即产生静态效应。这一效应可使横向连续的地电地质体出现电性假异常，使本应连续的地质体被纵向断裂而分成多个单元，从而给处理解释及综合分析带来难以克服的困难，结果常常使最终资料中的断裂与实际存在出现矛盾。另外，在现有的改正方法中，由于已知资料的局限性往往又会使一些实际存在的地质构造现象因校正过度而被掩盖掉。此外，由于常规处理方法无法消除静态干扰，同时受计算能力的限制，为了利用快速傅氏变换等节省计算资源的计算方法，在观测频点选择上采用了在对数坐标上均匀分布的频点进行处理，这样就会造成垂向分辨率降低的缺陷。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种能够去除静态效应且可提高垂向分辨率的高分辨率去静态频率域大地电磁法。

为了达到上述目的，本发明提供的高分辨率去静态频率域大地电磁法包括按顺序进行的下列步骤：

(1)将多台采集装置以阵列的方式布设在待勘探区域的表面，并且相邻测点公共电极点共用同一电极；

(2)对每一道观测结果分别进行常规处理，以获得各点的常规观测曲线；

(3)对所有观测点的同一延伸方向的电场原始观测值的时间序列数据分别进行相邻两点、三点、四点直至全部点的同一电场分量相加以求出不同极距的电场值，即拓扑点及加密拓扑点的电场分量序列；

(4)用上述求出的拓扑点及加密拓扑点的电场分量序列分别作为观测场值而进行功率谱分析及阻抗张量估算，从而获得同一记录点的一系列拓扑观测曲线；

(5)绘制同一记录点单频点电阻—极距变化曲线，观察分析电阻率变化规律，编辑删除静态干扰阻值，求出该点该频率电阻率值；

(6)重复上一步骤而完成所有记录点的所有频点的编辑工作即可获得无静态观测结果。

所述的步骤4中的功率谱分析采用级联分样技术进行抽样，然后提取周期为2ⁱT₀的基准频点，其中T₀为32倍采样间隔，i为分样级数，再在2ⁱT₁～2ⁱ⁺¹T₁间利用抽样结果作时间等间距加长周期进行傅氏变换，只求取8次谐波作为加密功率谱，即可提高垂向分辨率。

本发明提供的高分辨率去静态频率域大地电磁法是采用拓扑处理来去除静态效应，同时利用将观测周期等间距加长的方法来提高垂向分辨率，从而可以获得更贴近实际的地质效果，使观测结果能够更直观地反映出地下综合信息，并且可以去除假异常的存在和干扰。

附图说明

图1为本发明提供的高分辨率去静态频率域大地电磁法所采用的主要观测装置布设示意图。

图2为本发明提供的高分辨率去静态频率域大地电磁法所采用的观测装置单向布置及同向电场分量拓扑处理网络示意图。

图3为本发明提供的高分辨率去静态频率域大地电磁法所采用的级联分样技术示意图。

具体实施方式

如上所述，产生静态效应的最根本原因是观测装置的空间位置固定不变，因此当我们用不同的观测装置观测响应最佳的频率段(或某一频率)时，由于观测装置的改变就会使不均匀体界面的积累电荷所产生的附加电场减小或消除，同时，这种影响将不会出现在整个观测频段而影响整支曲线。因此本发明提供的高分辨率去静态频率域大地电磁法就是利用连续剖面观测时的时间观测数据进行拓扑处理，以实现采用最优观测装置获取对应频段的观测结果。

下面结合附图对本发明提供的高分辨率去静态频率域大地电磁法进行详细说明。

本发明提供的高分辨率去静态频率域大地电磁法包括按顺序进行的下列步骤：

(1)如图1所示，将多台采集装置1以阵列的方式布设在待勘探区域的表面，并且相邻测点公共电极点共用同一电极2；

(2)对每一道观测结果分别进行常规处理，以获得各点的常规观测曲线；

(3)如图2所示，对所有观测点的同一延伸方向的电场原始观测值的时间序列数据分别进行相邻两点、三点、四点直至全部点的同一电场分量相加以求出不同极距的电场值，即拓扑点及加密拓扑点的电场分量序列，具体方法如下：

①以记录点n为中心，将原始观测值计作(n，0)，两边同时各加一个点拓扑生成一新点计作(n，1)，各加i个点拓扑生成的新点计作(n，i)，依次类推而得到一拓扑点序列电场分量：

$E(n,i)=\frac{\underset{k=-i}{\overset{k=i}{\mathrm{\Σ}}}E(n-k)}{1+2i}(i\≥0)$

②以记录点n与n+1两点求平均得加密点计作n+0.5，以此两点为中心，两边同时各加一个点拓扑生成一新点计作(n+0.5，1)，各加i个点拓扑生成的新点计作(n+0.5，i)，依次类推而得到一加密拓扑点序列电场分量：

$E(n+0.5,i)=\frac{\underset{k=0}{\overset{k=i}{\mathrm{\Σ}}}E(n-k)+\underset{k=0}{\overset{k=i}{\mathrm{\Σ}}}E(n+1+k)}{2+2i}(i\≥0)$

(注：以上两公式是对等点距且同一直线剖面而言，对于同一直线剖面不等点距来说应取点距加权平均计算。)

(4)用上述求出的拓扑点及加密拓扑点的电场分量序列分别作为观测场值而进行功率谱分析及阻抗张量估算，从而获得同一记录点的一系列拓扑观测曲线；

其中功率谱分析采用如图3所示的级联分样技术进行抽样，然后提取周期为2ⁱT₀的基准频点，其中T₀为32倍采样间隔，i为分样级数，再在2ⁱT₁～2ⁱ⁺¹T₁间利用抽样结果作时间等间距加长周期进行傅氏变换，只求取8次谐波作为加密功率谱，即可提高垂向分辨率。

傅氏变换公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}X\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{n=N-1}{\mathrm{\Σ}}}x\left(n\right)W_N^{8n}\\ k=i\frac{32}{l}+m\\ W_N=e^{-\mathrm{j\ω}}\\ \mathrm{\ω}=\frac{2\mathrm{\π}}{{\mathrm{\ΔT}}_N\·N}\end{array}\right.$

N为变换样品数，32≤N<64且为偶数；ΔT_N为对应于采样点数N的采样间隔；k为频点号；i抽样级数；m为i级抽样段的加密频点序号；l为加密频点延长时域间隔。

(5)绘制同一记录点单频点电阻—极距变化曲线，观察分析电阻率变化规律，编辑删除静态干扰阻值，求出该点该频率电阻率值；

(6)重复上一步骤而完成所有记录点的所有频点的编辑工作即可获得无静态观测结果。

上述处理只阐述了一个方向的电场分量，对于另一方向的电场分量来说，在进行网络化观测时处理方法完全相同。对于磁场分量来说，无需任何处理，同传统观测法完全一样。

另外，在进行步骤1所述的观测装置布设时应选择适宜的采样频率和观测极距，以提高采集效果和施工效率。

Claims (1)

1、一种高分辨率去静态频率域大地电磁法，其特征在于：所述的高分辨率去静态频率域大地电磁法包括按顺序进行的下列步骤：

(1)将多台采集装置(1)以阵列的方式布设在待勘探区域的表面，并且相邻测点公共电极点共用同一电极(2)；

(2)对每一道观测结果分别进行常规处理，以获得各点的常规观测曲线；

(3)对所有观测点的同一延伸方向的电场原始观测值的时间序列数据分别进行相邻两点、三点、四点直至全部点的同一电场分量相加以求出不同极距的电场值，即拓扑点及加密拓扑点的电场分量序列，具体方法如下：

①以记录点n为中心，将原始观测值计作(n，0)，两边同时各加一个点拓扑生成一新点计作(n，1)，各加i个点拓扑生成的新点计作(n，i)，依次类推而得到一拓扑点序列电场分量：

$E(n,i)=\frac{\underset{k=-i}{\overset{k=i}{\mathrm{\&Sigma;}}}E(n-k)}{1+2i}(i\&GreaterEqual;0)$

②以记录点n与n+1两点求平均得加密点计作n+0.5，以此两点为中心，两边同时各加一个点拓扑生成一新点计作(n+0.5，1)，各加i个点拓扑生成的新点计作(n+0.5，i)，依次类推而得到一加密拓扑点序列电场分量：

$E(n+0.5,i)=\frac{\underset{k=0}{\overset{k=i}{\mathrm{\&Sigma;}}}E(n-k)+\underset{k=0}{\overset{k=i}{\mathrm{\&Sigma;}}}E(n+1+k)}{2+2i}(i\&GreaterEqual;0)$

以上两公式是对等点距且同一直线剖面而言，对于同一直线剖面不等点距来说应取点距加权平均计算；

(4)用上述求出的拓扑点及加密拓扑点的电场分量序列分别作为观测场值而进行功率谱分析及阻抗张量估算，从而获得同一记录点的一系列拓扑观测曲线；

其中功率谱分析采用级联分样技术进行抽样，然后提取周期为2ⁱT₀的基准频点，其中T₀为32倍采样间隔，i为分样级数，再在2ⁱT₁～2ⁱ⁺¹T₁间利用抽样结果作时间等间距加长周期进行傅氏变换，只求取8次谐波作为加密功率谱，即可提高垂向分辨率；

傅氏变换公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}X\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{n=N-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}x\left(n\right)W_N^{8n}\\ k=i\frac{32}{l}+m\\ W_N=e^{-\mathrm{j\&omega;}}\\ \mathrm{\&omega;}=\frac{2\mathrm{\&pi;}}{\mathrm{\&Delta;}{T}_N\&CenterDot;N}\end{array}\right.$

N为变换样品数，32≤N<64且为偶数；ΔT_N为对应于采样点数N的采样间隔；k为频点号；i抽样级数；m为i级抽样段的加密频点序号；l为加密频点延长时域间隔；

(5)绘制同一记录点单频点电阻—极距变化曲线，观察分析电阻率变化规律，编辑删除静态干扰阻值，求出该点该频率电阻率值；

(6)重复上一步骤而完成所有记录点的所有频点的编辑工作即可获得无静态观测结果。

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