CN103064124A - 一种校正电磁勘探中地形影响的比值方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种校正电磁勘探中地形影响的比值方法，包括以下步骤：获得无地形影响的表层电阻率值，作为地形校正的标准电阻率；绘制沿测线的地形剖面图分别与频域电磁法的频点剖面图和时域电磁法的时间道剖面图进行对比，根据地形对频域、时域电磁场视电阻率的影响规律，判断实测数据所受到的地形影响；从频域电磁法的最高频点、时域电磁法的最早时间道开始观测，以便获得最接近表层的地形响应，直到频域电磁法观测到不再有地形影响的低频频点、时域电磁法观测到不再有地形影响的晚时间道，获得无地形影响的观测数据；由比值公式进行地形校正ρ_correctd(i,j)＝ρ_measured(i,j)[ρ_standard(i)/ρ_measured(i,1)]C(i,j)。本发明校正地形影响时校正效果好，可行性高，可广泛应用于电磁勘探中的校正地形影响。

Description

一种校正电磁勘探中地形影响的比值方法

技术领域

本发明属于地球物理勘探领域，具体涉及一种电和电磁法勘探方法。

背景技术

地形影响校正，是CSAMT（Controlled Source Audio-frequency Magneto-Telluric）、MT（Magneto-Telluric），TEM（Transient Electro-Magnetic）等电磁法山地勘探数据处理解释的重要问题，是提高山地勘探精度、取得良好地质效果的关键。现有的电磁勘探主流地形影响校正技术，有比值法^[1]和带地形的二维或三维反演^[2]方法。其中，比值法利用边界元、有限元、有限差分、时域有限差分等数值方法，模拟均匀大地的纯地形响应，然后用均匀半空间电阻率与纯地形响应相比后，和实测视电阻率相乘，得到校正后的视电阻率。

比值法校正的数值模拟计算量巨大，对计算机的内存容量和速度要求极高，模型建立过程繁杂。此外，大地并不均匀，取表层电阻率作为均匀半空间电阻率并不总是可行。即使最高频率或最早时道没有穿透表层，低频或晚时道也将穿透表层以至几层地层。风化、冲蚀等作用使基岩出露造成的地表或近地表不均匀性，恰恰是山地电磁勘探中经常遇到的。因此，将实际地质结构转化成均匀大地时，不可避免地引入了误差，影响校正效果。带地形的二、三维反演，效果有限，且运算量更为巨大、对计算机内存容量和速度要求更高。为了寻求快速、方便、简洁的地形校正方法，文献[3]试图建立地形和TEM视电阻率之间的直接关系。但是，地形影响不仅与地形起伏程度、大地电阻率有关，还与电磁波的模式有关^[4-5]，地形影响与用视电阻率公式之间的关系并不总是一一对应的。

现有比值CSAMT地形影响校正方法在模拟纯地形响应时，需要确定原本是非均匀大地的电阻率。取表层电阻率作为均匀半空间电阻率并不总是可行。即使最高频率或最早时道没有穿透表层，低频或晚时道也将穿透表层以至几层地层。风化、冲蚀等作用使基岩出露造成的地表或近地表不均匀性，恰恰是山地电磁勘探中经常遇到的。因此，将实际地质结构转化成均匀大地时，不可避免地引入了误差，影响校正效果，有时甚至得到错误的结果，误导了电磁勘探的资料解释工作。纯地形影响的数值模拟计算量巨大，如CSAMT场源和观测点相距几公里或十几公里，场源和测点之间的广大地带都在计算区域之内，对计算机的内存容量和计算速度要求极高，模型建立过程繁琐。电磁勘探的数值仿真、特别是人工源电磁勘探的数值仿真软件还未达到实用程度，尚未成为电磁勘探仪器数据处理解释的标准配置。应用比值法进行地形影响校正还受到许多限制、普遍性地应用还尚待时日。纯地形响应模拟需要较为详尽的地形高程数据。电磁勘探中一般只对测点进行大地测量，当测点比较稀疏时，需要增加额外的测量工作量。由此增加的、包括时间在内的人力物力成本，往往成为地形校正的障碍。

现有的电磁勘探中校正地形影响的技术其校正效果差，可行性差，还需要有更好的方法解决地形影响的校正问题。

对比文件

[1]阎述,陈明生,陆俊良.频率测深的地形影响及其校正方法.煤田地质与勘探,1994,22(4):45-48

[2]底青云,王若.可控源音频大地电磁数据正反演及方法应用.北京:科学出版社,2008

[3]范涛.煤田电法勘探中的TEM地形校正方法.物探与化探,2012,36(2):246-249

[4]徐世浙,王庆乙,王军.用边界元法模拟二维地形对大地电磁的影响.地球物理学报,1992,35(3):380-388

[5]邱卫忠.回线源TEM山地勘探中的地形影响和校正方法.煤田地质与勘验.,2012,40(5):78-81

发明内容

为了克服现有技术中校正地形影响的校正效果差和计算量巨大、实现繁琐的缺陷，本发明提供一种校正电磁勘探中地形影响的比值方法，以提高校正效果和可行性。

为了解决以上技术问题，本发明所采用以下技术方案。

一种校正电磁勘探中地形影响的比值方法，包括以下步骤：

步骤一，在各个测点通过小极矩直流电阻率法或岩土采样后实验室测试等实测方法获得无地形影响的表层电阻率值，作为地形校正的标准电阻率ρ_standard(i)，当表层较厚，地表电阻率相差不大时，也可利用测区内的电测井资料作为各测点地形校正的标准电阻率ρ_standard(i)；

步骤二，绘制沿测线的地形剖面图与视电阻率剖面图进行对比，根据地形对频域或者时域电磁法视电阻率的影响规律，判断实测数据所受到的地形影响；

步骤三，从频域电磁法的最高频点、时域电磁法的最早时间道开始观测，获得最接近表层的地形响应；然后向低频端或者晚时段观测，当达到预定探测深度且已经出现了不再有地形影响的低频频点、或晚时时间道时结束观测，当达到预定探测深度但仍有地形影响则继续观测直到获得无地形影响的观测数据；

步骤四，根据以下比值公式进行地形校正

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{correctd}}(i,j)={\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{measured}}(i,j)\frac{{\mathrm{\ρ}}_{s\tan \mathrm{dard}}\left(i\right)}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{measured}}(i,1)}C(i,j)---\left(1\right)$

公式（1）中，i为测线的测点序号，从左至右编号1~M；

j为频点或时间道序号，从高频向低频、或者从早期向晚期编号1~N；

ρ_correctd(i,j)为校正后的视电阻率；

ρ_measured(i,j)为实测视电阻率；

ρ_standard(i)为各测点的标准视电阻率；

ρ_measure(i,1)为各测点最高频点或最早时间道视电阻率；

C(i，j)为随频率或时间变化的校正系数。

所述步骤四中校正系数C(i，j)为线性形式，对于频域CSAMT、MT，利用以下公式得C(i,j)

$C(i,j)=\frac{1-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{measured}}(i,1)/{\mathrm{\ρ}}_{s\tan \mathrm{dard}}\left(i\right)}{f\left(1\right)-f\left(N\right)}[f\left(j\right)-f\left(N\right)]+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{measured}}(i,1)/{\mathrm{\ρ}}_{s\tan \mathrm{dard}}\left(i\right)---\left(2\right)$

其中f(j)为频点，从高频到低频编号1~N，对于时域TEM，利用以下公式得C(i,j)

$C(i,j)=\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{measured}}(i,1)/{\mathrm{\ρ}}_{s\tan \mathrm{dard}}\left(i\right)-1}{t\left(N\right)-t\left(1\right)}[t\left(j\right)-t\left(1\right)]+1---\left(3\right)$

其中t(j)为时间道，从早期到晚期编号1~N。

所述步骤四中校正系数C(i,j)也可以是非线性、列表等形式中的任一种，可通过钻孔、地质资料、地下挖掘等方法确定。

本发明具有有益效果。本发明通过实测和利用现有资料作为地形影响校正中的标准电阻率，从而无需将具有复杂地质结构的大地转换成均匀大地，避免了转换过程中的引入误差，无需进行巨大运算量的数值模拟，省却了繁琐的模型建立过程，因此，除了测点以外，无须额外的地形高程测量，地形影响校正仅去除了地形影响、保留了地质结构的响应，提高了校正效果。同时，为比值法地形校正成为电磁勘探仪器的标配处理解释软件创造了条件。

附图说明

图1是仿真CSAMT地形影响校正图：其中(a)是均匀大地的地形剖面图，大地电阻率ρ₁＝100Ω·m，(b)是校正前的仿真CSAMT视电阻率剖面图，(c)是校正后的CSAMT视电阻率剖面图，图中横坐标距离表示离场源的距离。

图2是实测TEM地形影响校正图：其中(a)是地形剖面图，(b)是校正前的实测TEM视电阻率剖面图，(c)是校正后的TEM视电阻率剖面图，图中横坐标距离表示到测线起点的距离。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案作进一步详细说明。

实施例1

仿真CSAMT均匀大地的纯地形影响校正，均匀大地电阻率ρ₁＝100Ω·m，采用电偶极源、边界元数值仿真电场E_x分量，远区场视电阻率定义。

步骤一，由于本实例是均匀大地的纯地形响应仿真，表层电阻率和均匀大地电阻率相同，故将均匀大地电阻率ρ₁＝100Ω·m作为地形校正的标准电阻率ρ_standard(i)；

步骤二，绘制地形剖面1(a)和视电阻率剖面图1中(b)进行比较。地形对CSAMT影响的基本规律是：视电阻率剖面曲线与地形起伏的变化反相，即地形下降时视电阻率上升、地形上升时视电阻率下降，地形变化剧烈时视电阻率的变化剧烈，

步骤三，和实际勘探的地形影响校正相对应，仿真计算按照频率表1从高频频点开始、到预定探测深度或地形影响消失的低频频点结束。图1中(b)f＝7355Hz的远区视电阻率曲线呈现了典型的地形影响。随着频率的降低，地形影响减弱，如f＝81.45Hz的中区场视电阻率剖面曲线，表现出了从远区向近区的过渡，地形影响已不明显。到了f＝1.274Hz时，视电阻率为均匀半空间的1/2，为50Ω·m进入了近区，已经没有地形的影响。

表1仿真CSAMT频率表

*加粗字体为实施例采用的频点和频率

步骤四，根据步骤三的分析，取公式（1）、（2）中的f(1)=7355Hz、f(N)=1.274Hz，ρ_standard(i)＝100Ω·m；ρ_measured(i,1)为仿真的沿剖面各点视电阻率，校正结果ρ_correctd(i,j)绘制成图1中(c)校正后的视电阻率剖面。由图中可见，f(1)=7355Hz和f＝1.274Hz的远、近区视电阻率剖面是100Ω·m和50Ω·m的直线、f＝81.45Hz的中区视电阻率按照水平均匀大地的规律处于过渡阶段，地形影响完全被消除。

实施例2。实测TEM山地勘探数据地形校正，中心回线装置：发射线框600m×600m、接收线圈等效面积100m²，观测时长30ms、20道。

步骤一、应用小极矩直流电阻率法获得各测点无地形影响的表层电阻率值，如表2所示。

表2采用小极矩直流电阻率法获得的各测点地表电阻率值

测点/m	电阻率/Ω.m	测点/m	电阻率/Ω.m	测点/m	电阻率/Ω.m	测点/m	电阻率/Ω.m
								0	100.00	320	104.00	640	94.000	960	81.242
40	103.10	360	104.50	680	90.750	1000	80.700
								80	102.26	400	105.00	720	87.500	1040	80.250
120	102.25	440	105.62	760	86.500	1080	80.000
								160	102.95	480	103.55	800	85.400	1120	80.325
200	102.89	520	102.00	840	84.400	1160	79.000
								240	103.20	560	100.64	880	83.350
280	103.60	600	97.250	920	82.300

步骤二，绘制地形剖面图2中(a)和视电阻率剖面图2中(b)进行比较。地形对TEM影响的基本规律是：视电阻率剖面曲线与地形起伏的变化同相，即地形下降时视电阻率下降、地形上升时视电阻率上升，地形变化剧烈时视电阻率的变化剧烈。

步骤三，探测从表3勘探时间道的早时道t=0.318ms开始，到晚时道的t=15.985ms达到预定探测深度、并且地形影响消失的t=15.985ms时间道结束。为表达清晰起见，包括早晚时间道在内图2中(b)只绘出了t=0.318ms、t=0.504ms、t=1.005ms、t=15.985ms等4个时间道的视电阻率剖面。

表3实测TEM山地勘探时间道

*加粗字体为实施例采用的时间道和观测时间

步骤四、根据步骤三的分析，可知t(1)=0.318ms、t(N)=15.985ms，连同实测数据和表2作为标准电阻率的地表电阻率值代入公式（1）、（3）后，有图2中(c)校正后的TEM视电阻率剖面。

本实施例中，实测TEM视电阻率除了纯地形响应外，还耦合了地质结构本身的变化。本发明的比值法校正达到了去除地形影响、保留地质结构响应的效果。

Claims (3)

1.一种校正电磁勘探中地形影响的比值方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，在各个测点通过小极矩直流电阻率法或岩土采样后实验室测试等实测方法获得无地形影响的表层电阻率值，作为地形校正的标准电阻率ρ_standard(i)，当表层较厚，地表电阻率相差不大时，也可利用测区内的电测井资料作为各测点地形校正的标准电阻率ρ_standard(i)；

步骤二，绘制沿测线的地形剖面图与视电阻率剖面图进行对比，根据地形对频域或者时域电磁法视电阻率的影响规律，判断实测数据所受到的地形影响；

步骤三，从频域电磁法的最高频点、时域电磁法的最早时间道开始观测，获得最接近表层的地形响应；然后向低频端或者晚时段观测，当达到预定探测深度且已经出现了不再有地形影响的低频频点、或晚时时间道时结束观测，当达到预定探测深度但仍有地形影响则继续观测直到获得无地形影响的观测数据；

步骤四，根据以下比值公式进行地形校正

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{correctd}}(i,j)={\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{measured}}(i,j)\frac{{\mathrm{\ρ}}_{s\tan \mathrm{dard}}\left(i\right)}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{measured}}(i,1)}C(i,j)---\left(1\right)$

公式（1）中，i为测线的测点序号，从左至右编号1~M；

j为频点或时间道序号，从高频向低频、或者从早期向晚期编号1~N；

ρ_correctd(i,j)为校正后的视电阻率；

ρ_measured(i,j)为实测视电阻率；

ρ_standard(i)为各测点的标准视电阻率；

ρ_measure(i,1)为各测点最高频点或最早时间道视电阻率；

C(i，j)为随频率或时间变化的校正系数。

2.如权利要求1所述的一种校正电磁勘探中地形影响的比值方法，其特征在于所述步骤四中校正系数C(i,j)为线性形式，对于频域CSAMT、MT，利用以下公式（2）得C(i,j)

$C(i,j)=\frac{1-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{measured}}(i,1)/{\mathrm{\ρ}}_{s\tan \mathrm{dard}}\left(i\right)}{f\left(1\right)-f\left(N\right)}[f\left(j\right)-f\left(N\right)]+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{measured}}(i,1)/{\mathrm{\ρ}}_{s\tan \mathrm{dard}}\left(i\right)---\left(2\right)$

其中f(j)为频点，从高频到低频编号1~N，对于时域TEM，利用以下公式（3）得C(i,j)

$C(i,j)=\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{measured}}(i,1)/{\mathrm{\ρ}}_{s\tan \mathrm{dard}}\left(i\right)-1}{t\left(N\right)-t\left(1\right)}[t\left(j\right)-t\left(1\right)]+1---\left(3\right)$

其中t(j)为时间道，从早期到晚期编号1~N。

3.如权利要求1所述的一种校正电磁勘探中地形影响的比值方法，其特征在于所述步骤四中校正系数C(i,j)也可以是非线性、列表等形式中的任一种，可通过钻孔、地质资料、地下挖掘等方法确定。

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