CN102778699B - 一种电磁数据地形改正方法 - Google Patents

Abstract

一种电磁数据地形改正方法，实测电磁数据，对视电阻率和相位做平均，将频率-视电阻率关系变为深度-电阻率的关系，获得随地形起伏的模型，按照频率进行并行二维正演，获得带地形的层状模型二维正演视电阻率和相位，求取一层状模型的视电阻率，根据大地电磁场一维阻抗递推公式和测点相对高程，对进行上下延拓改正。本发明采用与地形相关的层状模型以及上下延拓技术，可以压制应用传统方法后视电阻率和相位剖面与地形存在镜像关系的问题，改善了地形改正的效果；同时通过采用并行处理方法进行电磁数据的改正，可以提高地形改正的能力与处理效率。

Description

一种电磁数据地形改正方法

技术领域

本发明涉及地球物理勘探方法，是一种电磁勘探数据的数据处理技术中电磁数据地形改正方法。

背景技术

现在的电磁方法勘探，包括大地电磁法(MT)、音频大地电磁法(AMT)、连续大地电磁剖面法(CEMP)勘探主要集中在复杂山前带等地区，在复杂地形条件下采集的电磁数据会产生一定的畸变，这些资料如果不进行地形改正，就会影响后续的处理结果。

地形对电磁资料的影响问题自20世纪80年代开始就得到国内外学者的关注，Redding、Winnamaker等人用有限元法在二维MT地形模拟方面做了很多工作。到20世纪90年代末期，Chouteau、王绪本、晋光文、张翔等人也分别研究了二维MT的地形影响，并公开了相应的改正方法，如比值法，位场延拓法等。

自从Chouteau公开二维MT地形改正方法以来，很多文献公开了比值法均匀半空间带地形的模拟数据进行地形改正，如下式(1)和(2)构成了传统的比值法地形改正公式：

ρ_c(f，x)＝ρ_obs(f，x)ρ₀/ρ_T(f，x)       (1)

其中ρ_c(f，x)、分别为地形改正后的视电阻率与相位，ρ_obs(f，x)、分别为观测的视电阻率与相位，ρ_T(f，x)、分别为带地形均匀半空间模型正演的视电阻率与相位，ρ₀选择为测线地表的统计电阻率值。

传统的比值法对地形影响的压制有一定的作用，但采用比值法进行地形影响改正后的视电阻率分布相对于水平地形模型的结果仍有差异，其残余部分与地形呈镜像关系。并且这些方法大都集中在室内简单地形的理论模拟，很少见到对大数据量的实测数据进行地形改正的报道。

由于模拟地形时需要消耗大量计算机的内存资源，从而限制了处理的数据点数，不能满足现在长电磁剖面的实测数据要求。传统的比值法进行电磁数据地形改正后效果不好。

发明内容

本发明目的是提供一种与地形存不在镜像关系，适合并行机群使用的电磁数据地形改正方法。

本发明具体方法步骤如下：

1)采集实测电磁数据，对数据的视电阻率和相位做平均；

步骤1)所述的电磁数据包括大地电磁数据(MT)、音频大地电磁数据(AMT)、连续剖面法大地电磁数据(CEMP)。

步骤1)所述的平均是对所有实测电磁数据的视电阻率和相位做几何和算术平均。

2)对平均视电阻率和相位曲线进行反演，将平均实测曲线的频率-视电阻率关系变为深度-电阻率的关系，获取改正区域的背景层状电阻率模型，正演获得视电阻率ρ_lay(f，x)和相位

步骤2)所述的反演采用一维反演方法，正演为一维正演的方法。

步骤2)所述的反演包括广义逆、奇异值分解、马奎特、奥克姆、模拟退火、遗传算法、量子退火、演化算法。

3)根据测点相对高程数据进行横纵向网格剖分，由获取的改正区域的背景层状电阻率模型，在每个测点的深度方向上进行电阻率线性插值，从而获得随地形起伏的深度-电阻率模型，对该模型按照频率进行并行二维正演，获得带地形的层状模型二维正演视电阻率和相位和

步骤3)所述的测点相对高程数据指的是，以第一个测点的高程数据为基准零点，其他测点高程逐一与第一个测点的高程数据想减，在这之后得到的所有测点的高程数据。

步骤3)所述的并行二维正演，指的是利用MPI并行函数库，按照频率进行并行设计，执行并行二维正演。

步骤3)所述的二维正演包括有限元法、有限差分法。

4)利用以下公式(3)和(4)求取一层状模型的视电阻率ρ_c(f，x)和一层状模型的相位

${\mathrm{\ρ}}_c(f,x)={\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{obs}}(f,x){\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{lay}}(f,x)/{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{topo}}^{\mathrm{lay}}(f,x)---\left(3\right)$

式中：和分别为带地形的层状模型二维正演视电阻率和相位，Z_obs为由ρ_c(f，x)和计算出的阻抗，k₁为第一层的复波数，h₁为延拓高度，和分别为地形改正后的视电阻率和相位；

步骤4)中的延拓高度h₁为步骤3)中所述的各个测点对应的相对高程。

步骤4)中的公式(3)、(4)和(5)的计算包含在频率并行正演之中，在每个频率正演计算完毕之后就进行这三个公式的计算。

5)根据大地电磁场一维阻抗递推公式和测点相对高程，对ρ_c(f，x)、进行上下延拓改正。

步骤5)所述的上下延拓改正在上延时，式(5)中第一项取负号，下延时则取正号。

步骤5)所述的测点相对高程为负时，进行上延，当测点相对高程为正时，进行下延。

本发明采用一层状模型的视电阻率和相位分别代替ρ₀和π/4，并且增加了延拓改正项，在对模型进行二维正演和延拓改正时，采用对频率进行并行处理方法。

本发明采用与地形相关的层状模型以及上下延拓技术，可以压制应用传统方法后视电阻率和相位剖面与地形存在镜像关系的问题，改善了地形改正的效果；同时，本发明通过采用并行处理方法进行电磁数据的改正，可以提高地形改正的能力与处理效率。

附图说明

图1则为层状模型延拓地形改正方法基本流程图。

图2为本发明二维并行正演与延拓地形改正流程图。

具体实施方式

以下为二维连续大地电磁剖面法(CEMP)数据的地形改正实施例。

具体方法是：首先，对CEMP测线上所有测点的上支视电阻率和相位曲线分别做几何和算术平均，求取一个平均视电阻率和平均相位数据，再采用一维广义逆方法反或者一维连续介质方法反演该平均视电阻率和相位曲线，反演后将该平均曲线的频率-视电阻率关系变为深度-电阻率的关系，从而获取改正区域的背景层状电阻率模型，对该模型进行一维正演获得视电阻率ρ_lay(f，x)和相位接着，根据测点相对高程数据在测线方向和深度方向进行网格剖分，深度方向的最小剖分深度要达到最低频率趋肤深度的5倍，由区域背景层状电阻率模型，在每个测点的深度方向上进行电阻率线性插值，从而获得随地形起伏的二维深度-电阻率模型，对该模型进行并行二维正演获得和并行计算时采用与频点数相同的节点数，将每个频率的计算任务分配到不同的计算机节点上可以获得最大的计算效率，再利用公式(3)和(4)求取ρ_c(f，x)和最后，根据公式(5)和测点相对高程，对ρ_c(f，x)、进行上下延拓改正，上延时式(5)中第一项取负号，下延时则取正号。和分别为最终的地形改正后的视电阻率和相位。

Claims (6)

1.一种电磁数据地形改正方法，特点是采用以下步骤实现： 

1)采集实测电磁数据，对数据的视电阻率和相位做平均； 

2)对平均视电阻率和相位曲线进行反演，将平均实测曲线的频率-视电阻率关系变为深度-电阻率的关系，获取改正区域的背景层状电阻率模型，正演获得视电阻率ρ_lay(f,x)和相位

3)根据测点相对高程数据进行横纵向网格剖分，由获取的改正区域的背景层状电阻率模型，在每个测点的深度方向上进行电阻率线性插值，从而获得随地形起伏的深度-电阻率模型，对该模型按照频率进行并行二维正演，获得带地形的层状模型二维正演视电阻率和相位和

所述的测点相对高程数据指的是，以第一个测点的高程数据为基准零点，其他测点高程逐一与第一个测点的高程数据相减，在这之后得到的所有测点的高程数据； 

所述的并行二维正演，指的是利用MPI并行函数库，按照频率进行并行设计，执行并行二维正演； 

4)利用以下公式(3)和(4)求取一层状模型的视电阻率ρ_c(f,x)和一层状模型的相位

式中：ρ_obs(f,x)、分别为观测的视电阻率与相位，和分别 为带地形的层状模型二维正演视电阻率和相位，Z_obs为由ρ_c(f,x)和计算出的阻抗，k₁为第一层的复波数，h₁为延拓高度，和分别为地形改正后的视电阻率和相位，th为双曲正切，coth为双曲余切，th^-1为反双曲正切，coth^-1为反双曲余切，i为虚数，ω为角频率，μ₀为真空中的磁导率，ρ₀为测线地表的统计电阻率值，Arg表示求取复数的辐角； 

所述的延拓高度h₁为步骤3)中所述的各个测点对应的相对高程； 

5)根据大地电磁场一维阻抗递推公式和测点相对高程，对ρ_c(f,x)、进行上下延拓改正；所述的上下延拓改正在上延时，式(5)中第一项取负号，下延时则取正号；所述的测点相对高程为负时，进行上延，当测点相对高程为正时，进行下延。 

2.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤1)所述的平均是对所有实测电磁数据的视电阻率和相位做几何和算术平均。 

3.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤2)所述的反演采用一维反演方法，正演为一维正演的方法。 

4.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤2)所述的反演包括广义逆、奇异值分解、马奎特、奥克姆、模拟退火、遗传算法、量子退火。 

5.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤3)所述的二维正演包括有限元法、有限差分法。 

6.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤4)中的公式(3)、(4)和(5)的计算包含在频率并行正演之中，在每个频率正演计算完毕之后就进行这三个公式的计算。