CN101556340A - 三维小面元大地电磁连续阵列数据采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明是石油物探中提高采集质量的三维小面元大地电磁连续阵列数据采集方法，步骤是在施工布极采用小面元网格采集记录时各个采集站以相同的采集参数同时开始采集记录天然电磁场时间系列数据，对边点和中心点以记录点为中心对所有观测点的时间域电场数据分别进行相邻两点至全部点的同一分量进行相加求平均值；对于角点则向面元方向计算相邻两点至全部测点的同一电场分量的平均值；用求得的最大空间的电场分量分别当作新的观测场值；获得压制噪音和静态位移效应的新的时间系列数据，再采用常规方法进行处理即可获得各点视电阻率和相位曲线。本发明压制了噪音和静态位移效应，在噪音干扰和静态位移严重地区MT资料采集质量明显提高。

Description

三维小面元大地电磁连续阵列数据采集方法

技术领域

本发明涉及地球物理勘探技术，是一种通过电场闭合方式有效地压制和消除噪音，在时间系列实施平面空间滤波消除静态位移的三维小面元大地电磁连续阵列数据采集方法。

背景技术

目前，在油气、矿产及地下水资源勘探中，大地电磁法已经应用很广。但已一直沿用单点测深(一维)或剖面测深(二维)的工作方式。一维工作方法，即在一个测点布设正交电磁场四分量接收装置(Ex、Ey、Hx、Hy)或五分量接收装置(Ex、Ey、Hx、Hy、Hz)，连续采集时间域电磁场，在室内对时间数据进行傅氏变换求出每个场分量的功率谱，用功率谱进行阻抗张量估算，最后计算出视电阻率和相位差。二维工作方法，即在沿测线测点布设多个正交电磁场二分量(或四分量五分量接收装置)连续记录时间域电磁场，同样在室内经富里叶变换获得电磁场频谱，并计算出视电阻率和相位差。

这种方法在地下构造比较简单的情况下，比如一维和二维地质条件下的应用，可以取得较好的效果，但是，面对复杂地表和地下构造，比如三维情况，上述方法在解决地质问题的能力和精度等方面与实际要求存在差距，一是静态位移影响严重，难以有效压制和消除，影响了勘探效果，甚至会产生虚假构造，二是噪声干扰影响难以有效压制，影响了资料质量；另外，由于在一个比较长的排列上布设一个磁站，磁站与各测点远近差别很大，在磁场变化大的地区是不合理的，这些问题上述方法难以解决。

发明内容

本发明目的在于提供一种通过电场闭合方式有效地压制和消除噪音，在时间系列实施平面空间滤波消除静态位移，从而提高资料采集质量的三维小面元大地电磁连续阵列数据采集方法。

本发明具体实现步骤是：

1)在工区施工布极采用小面元网格采集方式，在小面元中心布设二份量电场采集站(Ex、Ey)，小面元网格采集方式电场份量的布极为角点采用常规方法中的L型布极方式，边点采用常规方法中的T型布设方式，中间点采用常规方法中的+型布极方式；在最小小面元中心点布设二份量正交水平磁场(Hx、Hy)或三份量正交磁场(Hx、Hy、Hz)，Hx、Hy方向与电场份量的方向平行；

步骤1)所述的小面元网格采集方式是每个小面元以2x2或3x3或4x4或5x5为单元。

步骤1)所述的2x2单元面元称为最小小面元。

步骤1)所述的3x3单元面元分解成四个最小小面元。

步骤1)所述的4x4单元面元分解成九个最小小面元。

步骤1)所述的小面元角点和边点以及每两个相邻测点连线中点是接收电极(M、N)的接地点，也是相邻测点的公共电极，中心点不设置电极，

步骤1)所述的小面元内的相邻测点都由一个公共电极两两相连，整个小面元内部电位差闭合，任意时刻采集站记录的电位差累加应等于零。

步骤1)所述的最小小面元各测点到磁站的距离为0.5L和0.707L，L为最小小面元边长。

2)采集数据记录时各个采集站以相同的采集参数同时开始采集记录天然电磁场时间系列数据，采样率可以根据频率设置；

步骤2)所述的采样率高频段采用高采样率，采集时间较短，中频段采用中等采样率，低频段采用低采样率采集时间较长。

3)对记录的数据首先进行去干扰处理，获得无干扰观测数据；

步骤3)所述的去干扰处理是对任意时刻的数据进行空间闭合平差处理，将每一个闭合圈内的数据误差分配到各个测点，平差时首先在每个最小小面元内部的小回路平差，识别干扰数据，并用位场闭合回路原理计算出无干扰观测数据。

步骤3)所述的去干扰处理，如果某一时刻整个闭合回路都存在干扰，闭合差大于指定的最小容许值，则删除该时刻的数据，然后进行小面元最外层回路的平差，平差处理后获得无干扰观测数据。

步骤3)所谓无干扰数据是指任意回路的闭合差小于指定的最小容许值。

4)对边点和中心点以记录点为中心对所有观测点的时间域电场数据分别进行相邻两点至全部点的同一分量进行相加求平均值；对于角点则向面元方向计算相邻两点至全部测点的同一电场分量的平均值；用求得的最大空间的电场分量分别当作新的观测场值；

步骤4)所述的相邻两点至全部点，是指包括二点至直测线两侧所有电场记录点。

步骤4)所述的角点则向面元方向计算两点至全部点，是指包括二点至直测线一侧所有电场记录点。

5)对观测场值进行上述步骤处理后，获得压制噪音和静态位移效应的新的时间系列数据，再采用常规方法进行处理即可获得各点视电阻率和相位曲线。

步骤5)所述的常规方法处理包括计算功率谱及阻抗张量，其中磁场份量共用中心点磁场，可获得各点视电阻率和相位曲线及其它计算结果。

步骤5)所述的常规方法处理包括对每个测点的不同长度极距的时间系列数据分别进行功率谱分析及阻抗张量估算，得到同一记录点的一系列拓扑视电阻率观测曲线。

步骤5)所述的常规方法处理包括在双对数坐标系绘制同一测点不同极距的频率-视电阻率曲线，对比电阻率曲线变化规律，分析是否受静态位移影响，最大极距的电场获得的视电阻率曲线静态位移影响最小，如果所有曲线与最大极距的视电阻率曲线重合即无静态位移，如果较小极距的曲线偏离最大极距曲线则说明存在静态位移，偏离越大静态位移效应影响越大。

本发明处理后获得的新的时间系列数据，再按常规方法计算功率谱及阻抗张量，其中最小小面元各测点的磁场份量共用中心点磁场，可获得各点视电阻率和相位曲线，以及其它计算结果。本发明压制了噪音和静态位移效应，在噪音干扰和静态位移严重地区MT资料采集质量明显提高。

附图说明

图1为本发明小面元数据采集设置示意图；

图2为本发明“L”，“T”，“+”采集布极示意图；

图3为围边中点和中心点同一方向电场计算示意图；

图4为角点和边点同一方向电场计算示意图；

图5为3x3小面元A示意图。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明具体实现步骤。

1)在工区施工布极采用小面元网格采集；

每个小面元以2x2或3x3或4x4为或5x5为单元；

根据仪器数量决定，每个最小小面元(2x2)中心布设二分量或三份量电磁采集站，3x3面元可以分解成四个最小小面元，4x4面元可以分解成九个最小小面元，小面元边及角点不布设磁场采集站(见附图1)。

对于电场份量的布极规定如下：角点采用常规方法中的L型布极方式，边点采用常规方法中的T型布设方式，中间点采用常规方法中的+型布极方式，见附图2，角点和边点以及每两个相邻测点连线中点是接收电极(M、N)的接地点，也是相邻测点的公共电极，中心点不设置电极，因此，小面元内的相邻测点都由一个公共电极两两相连的，整个小面元内部电位差是可以闭合的，即将小面元内采集站记录的电位差在任意时刻、任意闭合环内累加应等于零。

对于磁场份量的布极，在最小小面元中心点布设二份量正交水平磁场(Hx、Hy)或三份量正交磁场(Hx、Hy、Hz)，Hx、Hy方向与电场份量的方向平行。磁站到小面元各测点的距离相差不大，为0.5L和0.707L，L为最小小面元边长。

2)数据记录：小面元布设完成后要求各个采集站以相同的采集参数同时开始数据记录，其它与常规方法一样，采集天然电磁场时间系列数据，采样率可以根据频率设置成三种，高频段采用高采样率，采集时间较短，中频段采用中等采样率，低频段采用低采样率。

3)在室内首先进行去干扰处理：对任意时刻的数据进行空间闭合平差处理，将每一个闭合圈内的数据误差分配到各个测点，平差时首先在每个小回路平差，识别干扰数据，并用位场闭合回路原理计算出无干扰的数据，如果平差值小于某个容许值，则认为获得无干扰数据，如果平差值大于容许值，则认为整个闭合回路都存在干扰，则删除该时刻的数据，然后进行小面元最外层回路的平差，平差处理后获得新的观测数据。

4)然后进行去静态效应处理：对上面去干扰处理获得的新的时间系列数据进行进一步的处理，对边点和中心点以记录点为中心对所有观测点的时间域电场数据分别进行相邻两点、三点、四点、直至全部点的同一分量进行相加求平均值；对于角点则向面元方向计算二点、三点、直至全部点的同一分量的平均值；用以上求得的最大空间距离的电场分量分别当作新的观测场值。这一过程实际上就是在空间域对高频静态位移效应进行了滤波。

如果对每个测点的不同长度极距数据分别进行功率谱分析及阻抗张量估算，即可得同一记录点的一系列拓扑视电阻率观测曲线。在双对数坐标系绘制同一测点不同极距的频率-视电阻率曲线，对比电阻率曲线变化规律，可分析受静态位移影响程度，最大极距的电场获得的视电阻率曲线静态位移影响最小，如果所有曲线与最大极距的视电阻率曲线重合即无静态位移，如果较小极距的曲线偏离最大极距曲线则说明存在静态位移，偏离越大静态位移效应影响越大；

5)对经过上述步骤处理后获得的新的时间系列数据，再按常规方法计算功率谱及阻抗张量，其中磁场份量共用中心点磁场，可获得各点视电阻率和相位曲线，以及其它计算结果。新的计算结果压制了噪音和静态位移效应，在噪音干扰和静态位移严重地区MT资料采集质量明显提高。

图1为本发明实施情况。

1)在工区施工布极采用3x3小面元网格采集：用36个电采集站和16个磁采集站开展三维MT连续阵列勘探，布设4个小面元采集网格，每个为3x3，网格大小250x250米，A面元网格节点(即测点)编号(见图5)：A11，A12，A13；A21，A22，A23；A31，A32，A33。B、C、D面元网格节点编号依次类推，A11，A31，A13，A33为角点，Ex和Ey电极距长度都为125米，如角点A11，Ex的电偶极为XM11-XN11，XM11位于A11点处，XN11位于A11与A12中点，Ey的电偶极为YM11-YN11，YM11位于A11点处，YN11位于A11与A21中点，采用L型布极，其余类推；A12，A21，A23，A32为边点，采用T型布极，沿边的电偶极长度为250米，向面元内的电偶极长度125米，如边点A12，Ex的电偶极为XM21-XN21，XM21与A11点的XN11是共用电极，XN21与A13点的XM13是共用电极，其余类推；A22为中心点，采用+型布极，Ex和Ey电偶极距均为250米，Ex的电偶极为XM22-XN22，XM22在A21与A22中点，XN22在A22与A23中点；Ey的电偶极为YM22-YN22，YM22在A12与A22中点，YN22在A22与A32中点；中心点A22布设正交水平磁场Hx和Hy。

2)数据记录：采集数据记录时各个采集站以相同的采集参数同时开始采集记录天然电磁场时间系列数据，采样率可以根据频率设置。A、B、C、D小面元布设完成后，设置三种采样率，高频段采用高采样率，采集时间较短，中频段采用中等采样率，低频段采用低采样率，各个采集站同时开始数据记录，采集天然电磁场时间系列数据。

3)对记录的数据首先进行去干扰处理，获得无干扰观测数据：室内提取时间系列数据，在每个小面元内对相同时刻采集数据进行闭合和平差，我们规定最小容许平差值为ε，先在最小回路中进行闭合平差，如A11-A12-A22-A21-A11回路，将A11点X方向的电位差V11X，A12点X方向的1/2电位差V12X，和A12点Y方向的电位差V12Y，A22点Y方向的1/2电位差V22Y，A22点X方向的1/2电位差V22X，A21点X方向的电位差V21X，A21点Y方向的1/2电位差V21Y，以及A11点Y方向的电位差V11Y等8个电位差进行累加：

DV＝V11X+V12X+V12Y+V22Y+V22X+V21X+V21Y+V11Y

如果测量精度极高则|DV|＜±ε

由于各种干扰，实际记录数据不可能等于零，因此，要对此进行平差，将误差平均分配到每道中去。

故此：V11X0＝V11X+DV/8，V12X0＝V12X+DV/8

V21X0＝V21X+DV/8，V22X0＝V22X+DV/8

V11Y0＝V11Y+DV/8，V12Y0＝V12Y+DV/8

V21Y0＝V21Y+DV/8，V22Y0＝V22Y+DV/8

对每个时间系列都实行平差处理，就得到第一个回路的平差时间系列数据。同样，可以对小面元内其它闭合回路进行平差处理。如果计算出的累加值太大(大于ε，ε为闭合回路电位差容许值)，说明该时刻点存在强干扰，可以检查干扰主要来自那个道的数据，并用该闭合回路其它值计算出该道数据，如果每道数据均偏离较大，要直接删除该时刻数据。依次进行其它闭合回路的平差，其中公共边及公共节点的平差统一计算，比如，中心点的电场Ex，由原始记录值加上每个闭合回路所有平差之和。最后，计算小面元外环回路的闭合情况，以检查平差效果。平差完成后我们得到新的时间系列数据。计算每个测点电磁场功率谱及阻抗张量，获得各点视电阻率和相位曲线，可与原始曲线对比。

4)对边点和中心点以记录点为中心对所有观测点的时间域电场数据分别进行相邻两点至全部点的同一分量进行相加求平均值；对上面平差后得到新的时间系列数据进行处理，如边点A12电场Ex数据计算三点A11、A12、A13的电场平均值Ex12-3＝(E11+E12+E13)/3，当作A12点的观测场值；对中心点A22的电场Ex计算A21、A22、A23的电场平均值Ex22-3＝(E21+E22+E23)/3，当作A22点的观测场值；对于角点则向面元方向计算相邻两点至全部测点的同一电场分量的平均值；如角点A11的电场Ex计算A11、A12和A11、A12、A13的电场平均值，Ex11-12＝(3E11+E12)/4，Ex11-13＝(4E11+E12+E13)/6，当作A11的观测场值，依次类推。这样就得到每个测点从小极距到大极距一系列新的电场观测值，把计算的最大极距电场值当作新的观测电场值。

为了研究某些点的静态位移，按上述计算功率谱方法计算功率谱和该点的一系列拓扑视电阻率和相位曲线。在双对数坐标系绘制同一测点不同极距的视电阻率曲线，如A11点的视电阻率曲线有3条，分析视电阻率曲线变化规律，如果3条曲线重合说明无静态位移，如果小极距曲线明显高于或低于大极距曲线则说明受静态位移影响。

5)采用常规方法对新的时间系列数据进行处理，经过时间域平差去噪和空间域滤波后新的时间系列数据中噪音和静态位移得到压制，得到的新的视电阻率和相位曲线精度和可靠性提高的剖面。

Claims (11)

1、一种三维小面元大地电磁连续阵列数据采集方法，其特征在于包括以下步骤：

1)在工区施工布极采用小面元网格采集方式，在小面元中心布设二份量电场采集站(Ex、Ey)，小面元网格采集方式电场份量的布极为角点采用常规方法中的L型布极方式，边点采用常规方法中的T型布设方式，中间点采用常规方法中的

型布极方式；在最小小面元中心点布设二份量正交水平磁场(Hx、Hy)或三份量正交磁场(Hx、Hy、Hz)，Hx、Hy方向与电场份量的方向平行；

2)采集数据记录时各个采集站以相同的采集参数同时开始采集记录天然电磁场时间系列数据，采样率可以根据频率设置；

3)对记录的数据首先进行去干扰处理，获得无干扰观测数据；

4)对边点和中心点以记录点为中心对所有观测点的时间域电场数据分别进行相邻两点至全部点的同一分量进行相加求平均值；对于角点则向面元方向计算相邻两点至全部测点的同一电场分量的平均值；用求得的最大空间的电场分量分别当作新的观测场值；

5)对观测场值进行上述步骤处理后，获得压制噪音和静态位移效应的新的时间系列数据，再采用常规方法进行处理即可获得各点视电阻率和相位曲线。

2、根据权利要求1所述的三维小面元大地电磁连续阵列数据采集方法，其特征在于步骤1)所述的小面元网格采集方式是每个小面元以2×2或3×3或4×4或5×5为单元

3、根据权利要求1或2所述的三维小面元大地电磁连续阵列数据采集方法，其特征在于步骤1)所述的3×3单元面元分解成四个最小小面元；4×4单元面元分解成九个最小小面元。

4、根据权利要求1所述的三维小面元大地电磁连续阵列数据采集方法，其特征在于步骤1)所述的小面元角点和边点以及每两个相邻测点连线中点是接收电极(M、N)的接地点，也是相邻测点的公共电极，中心点不设置电极。

5、根据权利要求1所述的三维小面元大地电磁连续阵列数据采集方法，其特征在于步骤1)所述的小面元内的相邻测点都由一个公共电极两两相连，整个小面元内部电位差闭合，任意时刻采集站记录的电位差累加等于零。

6、根据权利要求1所述的三维小面元大地电磁连续阵列数据采集方法，其特征在于步骤1)所述的最小小面元各测点到磁站的距离为0.5L和0.707L，L为最小小面元边长。

7、根据权利要求1所述的三维小面元大地电磁连续阵列数据采集方法，其特征在于步骤2)所述的采样率高频段采用采集时间较短的高采样率，中频段采用中等采样率，低频段采用采集时间较长的低采样率。

8、根据权利要求1所述的三维小面元大地电磁连续阵列数据采集方法，其特征在于步骤3)所述的去干扰处理是将每一个闭合圈内的数据误差分配到各个测点，平差时首先在每个最小小面元内部的小回路平差，识别干扰数据，并用位场闭合回路原理计算出无干扰观测数据，如果某一时刻整个闭合回路都存在干扰，闭合差大于指定的最小容许值，则删除该时刻的数据，然后进行小面元最外层回路的平差，平差处理后获得无干扰观测数据。

9、根据权利要求1或8所述的三维小面元大地电磁连续阵列数据采集方法，其特征在于步骤3)所谓无干扰数据是指任意回路的闭合差小于指定的最小容许值。

10、根据权利要求1所述的三维小面元大地电磁连续阵列数据采集方法，其特征在于步骤4)所述的相邻两点至全部点是指包括二点至直测线两侧所有电场记录点；所述的角点则向面元方向计算两点至全部点，是指包括二点至直测线一侧所有电场记录点

11、根据权利要求1所述的三维小面元大地电磁连续阵列数据采集方法，其特征在于步骤5)所述的常规方法处理包括计算功率谱及阻抗张量，其中最小小面元各测点的磁场份量共用中心点磁场，获得各点视电阻率和相位曲线及其它计算结果；还包括对每个测点的不同长度极距的时间系列数据分别进行功率谱分析及阻抗张量估算，得到同一记录点的一系列拓扑视电阻率观测曲线；还包括在双对数坐标系绘制同一测点不同极距的频率-视电阻率曲线，对比视电阻率曲线变化规律，分析是否受静态位移影响，最大极距的电场获得的视电阻率曲线静态位移影响最小，如果所有曲线与最大极距的视电阻率曲线重合即无静态位移，如果较小极距的曲线偏离最大极距曲线则说明存在静态位移，偏离越大静态位移效应影响越大。

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