CN106199732A - 一种瞬变电磁多道覆盖观测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种瞬变电磁多道覆盖观测装置和方法，所述方法包括：在多个发射点通过发射电极对向地下注入发射电流；依次由多个相互连接的接收器接收由发射电流产生的每个发射点的地下感应信号；根据分布式采集站获得的瞬变电磁观测数据进行波场转换处理和数据延拓处理品获得测线地下任一深度的虚拟地震数据；根据所述测线地下任一深度的虚拟地震数据，绘制测线地下虚拟地震断面图；根据虚拟地震断面图上同相轴的变化情况，确定地下岩性层分界面的起伏情况。在电磁干扰大，人口密集、建设物较多的情况下，能够对城区地下含煤构造分步骤进行有效探测，多种探测成果互相补充，实现对城区地下含煤构造有效探测。

Description

一种瞬变电磁多道覆盖观测装置和方法

技术领域

本发明涉及资源勘探领域，具体涉及一种瞬变电磁多道覆盖观测装置和方法。

背景技术

地球物理勘探中的多次覆盖技术的基本思想是：按照一定的观测方案，实现对地下某一位置处的地质目标体的多次观测，并对地下某一位置处的地质目标体的多次观测信息进行迭加，形成这一位置处的地球物理总的信息，这样可以保证即使有个别观测质量较差情况下，能得到地下该位置处目标体的有效信息，从而提高了观测质量。

地震勘探中的多次覆盖实际上就是对地下同一反射段作多次观测，经动、静校正后，进行迭加，使一次反射加强，多次反射和其他类型的干扰波相对削弱，从而提高信噪。组合检波和组合爆炸也能提高讯噪比，但当组合数增大时，所反映地下反射“点”的面积就相应增加，掩盖了细致的地质现象。而多次覆盖随着覆盖次数的增加，信噪比提高，且并不扩大地下反射“点”的面积，这对勘探断层等复杂地质现象是很有利的。除了压制多次波，提高讯噪比等效果以外，多次覆盖还可以提供静校正、速度剖面(速度谱)等重要参数。覆盖技术在地震勘探中应用广泛，也是当今地震勘探野外作业中最基本的方法。多次覆盖资料即是野外工作最终成果之一，也是室内资料处理和各种反演工作最基本、最基础的资料。

同样，在直流电法勘探中，多次覆盖技术也用相当重要的作用。对于高密度电法测量也可以采用类似于地震的多次覆盖观测系统；高密度直流电法勘探采用的是一种阵列勘探方法，野外测量时只需要将全部电极(几十至上百根)置于测线上，然后利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现数据的快速和自动采集。当测量结果送入微机当中，还可以对数据进行处理给出关于地电断面的各种物理解释的结果。电极供电结束后就可以投入到测量电场的工作中，观测系统资源得到充分利用，因此多次覆盖观测系统更有利于观测人工电场的分布和变化，也可以提高对地下异常的分辨率。通过对多次覆盖系统采集的数据进行处理，采用高分辨率的处理方法，对测线探测空间进行多次叠加成像，有利于突出异常体对人工电场的影响，削弱随机干扰。

电磁法勘探，尤其是大地电磁法(MT)中，也有类似的观测方法——电磁排列剖面法(EMAP)。EMAP是由Texas大学电学地球物理实验室F.X.Bostick提出的。它是根据沿地表一条线性测线测得的一系列电磁响应结果而绘成地电阻一深度剖面。这种方法采用空间排列数据采集和处理技术，有效地处理复杂的三维地下构造。它也可以对目标构造进行密集数据采样，结果可以与地震剖面相似的形式显示。EMAP是一种独特的方法，比常规大地电磁法具有很大的优越性。主要的优越性是密集数据采样和对不利的三维构造效应的有效处理，这样就可以对电阻率剖面做出可靠的估算。

然而，作为电磁法勘探另一种重要勘探方法——瞬变电磁法(TEM)，虽然瞬变电磁拟地震方法研究取得了较大的突破进展，但是，目前还没有类似于地震勘探中的多次观测系统的方法。

发明内容

本发明提供一种瞬变电磁多道覆盖观测装置和方法，在一次收发作业中，测点接收到的响应反映的该测点与发射源中心位置的地质信息，形成对测点的多次覆盖。

为了实现上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种瞬变电磁多道覆盖观测装置，包括：

发射源和分布式采集站；

在距离所述发射源第一预设距离处设置所述分布式采集站；

所述分布式采集站包括设置在一条测线上的多个相互连接的接收器。

优选地，所述发射源包括第一接地电极和第二接地电极，所述第一接地电极和第二接地电极之间距离为第二预设距离。

优选地，所述发射电极对的连线与所述分布式采集站的测线平行或者垂直。

本发明实施例还提供一种瞬变电磁多道覆盖观测方法，包括：

在多个发射点通过发射电极对向地下注入发射电流；

依次由多个相互连接的接收器接收由发射电流产生的每个发射点的地下感应信号；

根据分布式采集站获得的瞬变电磁观测数据进行波场转换处理和数据延拓处理品获得测线地下任一深度的虚拟地震数据；

根据所述测线地下任一深度的虚拟地震数据，绘制测线地下虚拟地震断面图；根据虚拟地震断面图上同相轴的变化情况，确定地下岩性层分界面的起伏情况。

优选地，根据分布式采集站获得的瞬变电磁观测数据进行波场转换处理和数据延拓处理品获得测线地下任一深度的虚拟地震数据包括：

通过波场转换计算，将分布式采集站获得的瞬变电磁观测数据等效转换为地面虚拟地震波场数据；

通过数据延计算，将转换获得的所述地面虚拟地震波场数据，获得地下任一点的虚拟地震数据。

优选地，将分布式采集站获得的瞬变电磁观测数据等效转换为地面虚拟地震波场数据，包括：

按照如下波场转换公式,将分布式采集站获得的瞬变电磁观测数据等效转换为地面虚拟地震波场数据：

$E(x,y,z,t)=\frac{1}{2\sqrt{{\mathrm{\πt}}^3}}{\∫}_0^{\mathrm{\∞}}{\mathrm{\τe}}^{-\frac{{\mathrm{\τ}}^2}{4t}}U(x,y,z,\mathrm{\τ})d\mathrm{\τ};$

其中，E(x,y,z,t)为分布式采集站瞬变电磁观测数据，U(x,y,z,τ)为要转换的虚拟地震波场数据，t为分布式采集站瞬变电磁数据时间，τ为虚拟地震波场数据时间。

优选地，将转换获得的所述地面虚拟地震波场数据，获得地下任一点的虚拟地震数据，包括：

根据获得的所述地面虚拟地震波场数据，利用从地面向地下递推的方法，获得地下任一点的虚拟地震数据。

优选地，将转换获得的所述地面虚拟地震波场数据，获得地下任一点的虚拟地震数据，包括：

根据以下数据延拓公式，将通过转换获得的所述地面虚拟地震波场数据进行计算，获得地下任一点的虚拟地震数据，包括：

按照如下数据延拓公式,获得地下任一点的地震数据：

$U(x,y,z,t)=-\frac{1}{4\mathrm{\π}}\underset{Q_0}{\∫\∫}\{\frac{\∂}{\∂n}\left(\frac{1}{r}\right)-\frac{1}{r}\frac{\∂}{\∂n}-\frac{1}{vr}\frac{\∂r}{\∂n}\frac{\∂}{\∂t}\}U(\mathrm{\ξ},\mathrm{\η},{\mathrm{\ζ}}_0,t+\frac{r}{v})dQ$

其中，U(x,y,z,t)是t时刻地下任一点(x,y,z)处的虚拟地震波场数据值，t是观测时间，n为任一点(x,y,z)处的法向方向，是地表任一点处的虚拟地震波场数据值，Q₀是地表的测量区域，r为地面某个观测记录点至地下某个点的距离。

本发明和现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明的方法和装置，在电磁干扰大，人口密集、建设物较多的情况下，能够对城区地下含煤构造分步骤进行有效探测，多种探测成果互相补充，实现对城区地下含煤构造有效探测。

附图说明

图1是本发明实施例的瞬变电磁多道覆盖观测装置的结构示意图；

图2是本发明实施例的瞬变电磁多道覆盖观测方法的流程图；

图3是本发明实施例的瞬变电磁多道覆盖观测方法的观测移动示意图；

图4是本发明实施例的瞬变电磁多道覆盖观测方法的移动到测线点示意图；

图5是本发明实施例的多次覆盖示意图；

图6是本发明实施例1的测线布置图；

图7是本发明实施例1的接收器的测试信号迭加结果图；

图8是本发明实施例1的测线观地下视电阻率断面图；

图9是本发明实施例子的2D拟地震偏移成像同相轴剖面图。

具体实施方式

为使本发明的发明目的、技术方案和有益效果更加清楚明了，下面结合附图对本发明的实施例进行说明，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例和实施例中的特征可以相互任意组合。

如图1所示，本发明实施例提供一种瞬变电磁多道覆盖观测装置，包括：

发射源和分布式采集站；

在距离所述发射源第一预设距离处设置所述分布式采集站；

所述分布式采集站包括设置在一条测线上的多个相互连接的接收器。

其中，所述发射源包括第一接地电极和第二接地电极，所述第一接地电极和第二接地电极之间距离为第二预设距离。

其中，所述发射电极对的连线与所述分布式采集站的测线平行或者垂直。

本发明实施例以发射源在测线的端点为例进行说明，在测线的首端点布设第一接地电极，沿测线方向第二预设距离布设第二个接地电极，两个接地电极之间的距离大小根据地质任务确定；在测线上方向，距离第二个接地电极第一预设距离处，布设多个相互连接的具有一定距离的接收器，接收器之间的距离大小根据地质任务确定，多个相互连接的接收器组成分布式采集站。

如图2所示，本发明实施例还提供一种瞬变电磁多道覆盖观测方法，包括：

在多个发射点通过发射电极对向地下注入发射电流；

依次由多个相互连接的接收器接收由发射电流产生的每个发射点的地下感应信号；

根据分布式采集站获得的瞬变电磁观测数据进行波场转换处理和数据延拓处理品获得测线地下任一深度的虚拟地震数据；

根据所述测线地下任一深度的虚拟地震数据，绘制测线地下虚拟地震断面图；根据虚拟地震断面图上同相轴的变化情况，确定地下岩性层分界面的起伏情况。

其中，根据分布式采集站获得的瞬变电磁观测数据进行波场转换处理和数据延拓处理品获得测线地下任一深度的虚拟地震数据包括：

通过波场转换计算，将分布式采集站获得的瞬变电磁观测数据等效转换为地面虚拟地震波场数据；

通过数据延计算，将转换获得的所述地面虚拟地震波场数据，获得地下任一点的虚拟地震数据。

将分布式采集站获得的瞬变电磁观测数据等效转换为地面虚拟地震波场数据，包括：

按照如下波场转换公式,将分布式采集站获得的瞬变电磁观测数据等效转换为地面虚拟地震波场数据：

$E(x,y,z,t)=\frac{1}{2\sqrt{{\mathrm{\πt}}^3}}{\∫}_0^{\mathrm{\∞}}{\mathrm{\τe}}^{-\frac{{\mathrm{\τ}}^2}{4t}}U(x,y,z,\mathrm{\τ})d\mathrm{\τ};$

其中，E(x,y,z,t)为分布式采集站瞬变电磁观测数据，U(x,y,z,τ)为要转换的虚拟地震波场数据，t为分布式采集站瞬变电磁数据时间，τ为虚拟地震波场数据时间。

将转换获得的所述地面虚拟地震波场数据，获得地下任一点的虚拟地震数据，包括：

根据获得的所述地面虚拟地震波场数据，利用从地面向地下递推的方法，获得地下任一点的虚拟地震数据。

将转换获得的所述地面虚拟地震波场数据，获得地下任一点的虚拟地震数据，包括：

根据以下数据延拓公式，将通过转换获得的所述地面虚拟地震波场数据进行计算，获得地下任一点的虚拟地震数据，包括：

按照如下数据延拓公式,获得地下任一点的地震数据：

$U(x,y,z,t)=-\frac{1}{4\mathrm{\π}}\underset{Q_0}{\∫\∫}\{\frac{\∂}{\∂n}\left(\frac{1}{r}\right)-\frac{1}{r}\frac{\∂}{\∂n}-\frac{1}{vr}\frac{\∂r}{\∂n}\frac{\∂}{\∂t}\}U(\mathrm{\ξ},\mathrm{\η},{\mathrm{\ζ}}_0,t+\frac{r}{v})dQ$

其中，U(x,y,z,t)是t时刻地下任一点(x,y,z)处的虚拟地震波场数据值，t是观测时间，n为任一点(x,y,z)处的法向方向，是地表任一点处的虚拟地震波场数据值，Q₀是地表的测量区域，r为地面某个观测记录点至地下某个点的距离。

如图3所示，本发明实施例以两个发射点为例，说明接收感应信号的过程，通过第一接地电极和接二接地电极，向地下注入电流，由多个相互连接的具有一定距离的接收器，接收由发射电流产生的地下感应信号，获得第一个发射点的地下感应信号，完成测线上首次观测；多个相互连接的具有一定距离的接收器的位置保持不变，移动第一接地电极和接二接地电极到测线上的第二个发射点，通过第一接地电极和接二接地电极，重新向地下注入电流，由多个相互连接的具有一定距离的接收器，接收由发射电流产生的地下感应信号，获得第二个发射点的地下感应信号，完成测线上第二个发射点观测。

如图4所示，存在多个发射点时，依次类推，直到第二接地电极行移动到测线的末端点。

一次观测中，接收器接收到的信号反映的是该接收器与发射源中点处某一深度的地质信息，该深度与发射源和接收器之间的偏移距成正比。这样，第一接地电极和第二接地电极移动到测线末端位置完成最后一次发射后，接收阵列接收到的信号就可以反映整个测线下方不同深度的地质信息。由于偏移距大小对探测深度的影响，整个发射接收过程结束之后，接收阵列接收到的信号可反映的地质区域为以接收阵列两个端点为顶点的一个“倒三角”区域，如图5所示。这种多次覆盖观测系统有利于压制随机噪声干扰，突出异常体的影响，提高观测数据的整体质量

实施例

实例测区在地质上处于苏桥-码头潜山构造带上，测区主要为第四系、第三系地层、上古生界的石炭-二叠系和下古生界奥陶系地层，厚度为4000-6000m，其电阻率小于15欧姆米，其下伏为奥陶系的灰岩为高阻地层，几百-2000欧姆米，储油层为石炭-二叠系孔隙型砂岩油气藏、河间潜山长城系常州沟组裂缝型石英砂岩。构造为单斜构造，东浅向西倾斜。有很多断裂存在。测线长度6km，发射极距600m，接收极距＝50m。如图6中示出测试线和地震剖面(图6)。

在测线的首端点，布设第一个接地电极，沿测线方向一定距离布设第二个接地电极，两个接地电极之间的距离大小根据地质任务确定；在6km长测线上布设接收器(间距60m)。

通过第一接地电极和接二接地电极，向地下注入电流(25A)，由多个相互连接的具有一定距离的接收器，接收由发射电流产生的地下感应信号，完成测线上首次观测；首次收发作业完毕之后，接收器保持不动，沿测线同时移动第一接地电极和接二接地电极600m，到测线上的第二个发射点，重新进行发射；依次类推，直到第二接地电极行移动到测线的末端点。

图7是当第一发射电极与第二发射电极的中心点位于300m位置时，不同位置处(375，1375，2375，3375)接收器的测试信号迭加结果。

由于偏移距大小对探测深度的影响，整个发射接收过程结束之后，接收阵列接收到的信号可反映的地质范围为以接收阵列两个端点为顶点的一个类似“倒三角”区域，这一区域的电性结构可以通过电阻率断面图来表示。图8是整个测线观测完成后，形成的地下类似“倒三角”(倒梯形)区域视电阻率断面图。图9是本发明实施例子的2D拟地震偏移成像同相轴剖面图。

虽然本发明所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本发明的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本发明所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。

Claims (8)

1.一种瞬变电磁多道覆盖观测装置，其特征在于，包括：

发射源和分布式采集站；

在距离所述发射源第一预设距离处设置所述分布式采集站；

所述分布式采集站包括设置在一条测线上的多个相互连接的接收器。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述发射源包括第一接地电极和第二接地电极，所述第一接地电极和第二接地电极之间距离为第二预设距离。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述发射电极对的连线与所述分布式采集站的测线平行或者垂直。

4.一种瞬变电磁多道覆盖观测方法，其特征在于，包括：

在多个发射点通过发射电极对向地下注入发射电流；

依次由多个相互连接的接收器接收由发射电流产生的每个发射点的地下感应信号；

根据分布式采集站获得的瞬变电磁观测数据进行波场转换处理和数据延拓处理品获得测线地下任一深度的虚拟地震数据；

根据所述测线地下任一深度的虚拟地震数据，绘制测线地下虚拟地震断面图；根据虚拟地震断面图上同相轴的变化情况，确定地下岩性层分界面的起伏情况。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：根据分布式采集站获得的瞬变电磁观测数据进行波场转换处理和数据延拓处理品获得测线地下任一深度的虚拟地震数据包括：

通过波场转换计算，将分布式采集站获得的瞬变电磁观测数据等效转换为地面虚拟地震波场数据；

通过数据延计算，将转换获得的所述地面虚拟地震波场数据，获得地下任一点的虚拟地震数据。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：将分布式采集站获得的瞬变电磁观测数据等效转换为地面虚拟地震波场数据，包括：

按照如下波场转换公式,将分布式采集站获得的瞬变电磁观测数据等效转换为地面虚拟地震波场数据：

$E(x,y,z,t)=\frac{1}{2\sqrt{{\mathrm{\πt}}^3}}{\∫}_0^{\mathrm{\∞}}{\mathrm{\τe}}^{-\frac{{\mathrm{\τ}}^2}{4t}}U(x,y,z,\mathrm{\τ})d\mathrm{\τ};$

其中，E(x,y,z,t)为分布式采集站瞬变电磁观测数据，U(x,y,z,τ)为要转换的虚拟地震波场数据，t为分布式采集站瞬变电磁数据时间，τ为虚拟地震波场数据时间。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于：将转换获得的所述地面虚拟地震波场数据，获得地下任一点的虚拟地震数据，包括：

根据获得的所述地面虚拟地震波场数据，利用从地面向地下递推的方法，获得地下任一点的虚拟地震数据。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于：将转换获得的所述地面虚拟地震波场数据，获得地下任一点的虚拟地震数据，包括：

根据以下数据延拓公式，将通过转换获得的所述地面虚拟地震波场数据进行计算，获得地下任一点的虚拟地震数据，包括：

按照如下数据延拓公式,获得地下任一点的地震数据：

$U(x,y,z,t)=-\frac{1}{4\mathrm{\π}}\underset{Q_0}{\∫\∫}\{\frac{\∂}{\∂n}\left(\frac{1}{r}\right)-\frac{1}{r}\frac{\∂}{\∂n}-\frac{1}{vr}\frac{\∂r}{\∂n}\frac{\∂}{\∂t}\}U(\mathrm{\ξ},\mathrm{\η},{\mathrm{\ζ}}_0,t+\frac{r}{v})dQ$

其中，U(x,y,z,t)是t时刻地下任一点(x,y,z)处的虚拟地震波场数据值，t是观测时间，n为任一点(x,y,z)处的法向方向，是地表任一点处的虚拟地震波场数据值，Q₀是地表的测量区域，r为地面某个观测记录点至地下某个点的距离。