CN106547031A - 一种基于场变换确定地质电性界面的瞬变电磁探测法 - Google Patents

Abstract

一种基于场变换确定地质电性界面的瞬变电磁探测法，包括步骤：（a）完成瞬变电磁一次场信号的发射与感应二次场信号的接收，保存所得到的瞬变电磁场信息数据；（b）将各个瞬变电磁测点的数据转变为波场数据，保存得到的波场数据；（c）在波场条件下对所得到的各个测点的波场曲线进行显示；（d）根据瞬变电磁场等效涡流环的传播速度求解不同时间对应波场数据的深度；（e）以深度为横坐标，振幅为纵坐标，绘制各个测点深度方向上的波形图并成像；（f）根据成像结果，将纵向振幅异常明显区域边界确定为地质电性界面。本发明能够有效消除体积效应对成果解释的不利影响，有效提高对地质电性界面确定的准确性，满足探测要求。

Description

一种基于场变换确定地质电性界面的瞬变电磁探测法

技术领域

本发明涉及一种瞬变电磁探测法，尤其是一种基于场变换确定地质电性界面的瞬变电磁探测法。

背景技术

瞬变电磁探测法是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场的一种探测方法，目前，广泛应用于地面及煤矿井下掘进迎头超前、巷道顶底板、工作面顶底板、侧帮水害探测领域。但由于瞬变电磁探测法具有体积效应，因而对地质电性界面的探测及成果解释准确度较低，不能达到探测的要求。

发明内容

本发明提供了一种基于场变换确定地质电性界面的瞬变电磁探测法，通过将瞬变电磁场变换为波场，利用波场对几何界面分辨能力强的特点，有效提高对地质电性界面确定的准确性，满足探测要求。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于场变换确定地质电性界面的瞬变电磁探测法，包括如下步骤：

（a）根据预定探测方案布置瞬变电磁测点，在各个瞬变电磁测点布置发射线圈和接收线圈，依次完成瞬变电磁一次场信号的发射与感应二次场信号的接收，保存所得到的瞬变电磁场信息数据；

（b）进行波场变换数值计算，将各个瞬变电磁测点的数据转变为波场数据，保存得到的波场数据；

（c）在波场条件下对所得到的各个测点的波场曲线进行显示，以波场类时间为横坐标，振幅为纵坐标，得到各个测点的波形图，波场类时间以为单位，s为秒；

（d）将波场数据进行时深转换处理，根据瞬变电磁场等效涡流环的传播速度求解不同时间对应波场数据的深度，得到对应于深度的波场变换数据；

（e）根据时深转换后的波场数据绘制波场变换曲线，以深度为横坐标，振幅为纵坐标，绘制各个测点深度方向上的波形图并成像；

（f）根据成像结果，将平均振幅大于整个区域振幅20%的区域确定为振幅异常明显区域，将纵向振幅异常明显区域边界确定为地质电性界面位置。

在步骤（c）前，还进行步骤（b1）：对得到的波场数据进行插值，增加波场数据的数据量，使波场曲线圆滑且曲率连续。

在步骤（d）前，还进行步骤（c1）：对插值后的波场数据进行反褶积处理，对地震子波进行压缩，突出有效波，提高波场曲线的纵向分辨率。

在上述基于场变换确定地质电性界面的瞬变电磁探测法中，根据以下波场变换积分方程将瞬变电磁场数据转换为波场数据：

式中P(r, t)为瞬变电磁场分量， U(r, q)为波场，t为衰减时间，q为波场类时间，r为空间变量。

在上述基于场变换确定地质电性界面的瞬变电磁探测法中，根据以下公式对波场变换积分方程进行离散化：

式中Δq为类时间q的离散步长，[ta, tb]为时域窗口。

在上述基于场变换确定地质电性界面的瞬变电磁探测法中，插值方法由以下函数定义：

函数S(x)∈C[a, b]，且在每个小区间[xj, xj+1]上是三次多项式，其中a<x0<x1<```<xn=b是给定节点，若在节点xj上给定函数值，yj=f(xj)，(j=0,1,```,n)，并成立S(xj)=yj，(j=0,1,```,n)。

在上述基于场变换确定地质电性界面的瞬变电磁探测法中，反褶积算法由以下反褶积函数定义：

将插值后的波场数据作为输入信号：b(t)=(b(0),b(1),```,b(n))；

反滤波因子：a(t)=(a(0),a(1),```,a(m))；

实际输出：y(t)=a(t)*b(t)=∑τa(τ)b(t-τ)=(y(0),y(1),```,y(M))，M=m+n；

y(t)即为反褶积处理后的输出波场数据。

在上述基于场变换确定地质电性界面的瞬变电磁探测法中，时深转换算法由以下函数定义：

瞬变场等效涡流环在每一个扩散场时间段Δt的传播速度v由下式计算：

式中，ti, ρi为瞬变电磁扩散场时间及其常规数据处理过程中所对应的视电阻率，电磁场传播深度D(t)由下式计算：

式中，ρ为介质电阻率，t为时间。

扩散场数据同波场数据在每一个时间段Δt上是一一对应的，即根据瞬变电磁原始数据中提取的各个时间门的相对视电阻率ρ与类时间q，即可由上式计算出不同时刻波场变换数据采样点对应的深度。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

（1）本发明提供的一种基于场变换确定地质电性界面的瞬变电磁探测法，通过将瞬变电磁场变换为波场，因此，本发明能够充分利用波场对几何界面分辨能力强的特点，有效消除体积效应对成果解释的不利影响，有效提高对地质电性界面确定的准确性，满足探测要求。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。

所述基于场变换确定地质电性界面的瞬变电磁探测法，包括如下步骤：

（a）根据预定探测方案布置瞬变电磁测点，在各个瞬变电磁测点布置发射线圈和接收线圈，依次完成瞬变电磁一次场信号的发射与感应二次场信号的接收，保存所得到的瞬变电磁场信息数据；

（b）进行波场变换数值计算，根据以下波场变换积分方程将各个测点瞬变电磁场数据转换为波场数据：

式中P(r, t)为瞬变电磁场分量， U(r, q)为波场，t为衰减时间，q为波场类时间，r为空间变量；

保持得到的波场数据，根据以下公式对波场变换积分方程进行离散化：

式中Δq为类时间q的离散步长，[ta, tb]为时域窗口；

（c）在波场条件下对所得到的各个测点的波场曲线进行显示，以波场类时间为横坐标，振幅为纵坐标，得到各个测点的波形图，波场类时间以为单位，s为秒；

（d）将波场数据进行时深转换处理，根据瞬变电磁场等效涡流环的传播速度求解不同时间对应波场数据的深度，得到对应于深度的波场变换数据；时深转换算法由以下函数定义：

瞬变场等效涡流环在每一个扩散场时间段Δt的传播速度v由下式计算：

式中，ti, ρi为瞬变电磁扩散场时间及其常规数据处理过程中所对应的视电阻率，电磁场传播深度D(t)由下式计算：

式中，ρ为介质电阻率，t为时间；

（e）根据时深转换后的波场数据绘制波场变换曲线，以深度为横坐标，振幅为纵坐标，绘制各个测点深度方向上的波形图并成像；

（f）根据成像结果，将纵向振幅异常明显区域将平均振幅大于整个区域振幅20%的区域确定为振幅异常明显区域，将纵向振幅异常明显区域边界确定为地质电性界面位置。

在本实施例中，在步骤（c）前，还进行步骤（b1）：对得到的波场数据进行插值，增加波场数据的数据量，使波场曲线圆滑且曲率连续；插值方法由以下函数定义：

函数S(x)∈C[a, b]，且在每个小区间[xj, xj+1]上是三次多项式，其中a<x0<x1<```<xn=b是给定节点，若在节点xj上给定函数值，yj=f(xj)，(j=0,1,```,n)，并成立S(xj)=yj，(j=0,1,```,n)。

在本实施例中，在步骤（d）前，还进行步骤（c1）：对插值后的波场数据进行反褶积处理，对地震子波进行压缩，突出有效波，提高波场曲线的纵向分辨率；反褶积算法由以下反褶积函数定义：

将插值后的波场数据作为输入信号：b(t)=(b(0),b(1),```,b(n))；

反滤波因子：a(t)=(a(0),a(1),```,a(m))；

实际输出：y(t)=a(t)*b(t)=∑τa(τ)b(t-τ)=(y(0),y(1),```,y(M))，M=m+n；

y(t)即为反褶积处理后的输出波场数据。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种基于场变换确定地质电性界面的瞬变电磁探测法，其特征在于：包括如下步骤：

（a）根据预定探测方案布置瞬变电磁测点，在各个瞬变电磁测点布置发射线圈和接收线圈，依次完成瞬变电磁一次场信号的发射与感应二次场信号的接收，保存所得到的瞬变电磁场信息数据；

（b）进行波场变换数值计算，将各个瞬变电磁测点的数据转变为波场数据，保存得到的波场数据；

（c）在波场条件下对所得到的各个测点的波场曲线进行显示，以波场类时间为横坐标，振幅为纵坐标，得到各个测点的波形图，波场类时间以为单位，s为秒；

（d）将波场数据进行时深转换处理，根据瞬变电磁场等效涡流环的传播速度求解不同时间对应波场数据的深度，得到对应于深度的波场变换数据；

（e）根据时深转换后的波场数据绘制波场变换曲线，以深度为横坐标，振幅为纵坐标，绘制各个测点深度方向上的波形图并成像；

（f）根据成像结果，将平均振幅大于整个区域振幅20%的区域确定为振幅异常明显区域，将纵向振幅异常明显区域边界确定为地质电性界面位置。

2.根据权利要求1所述的基于场变换确定地质电性界面的瞬变电磁探测法，其特征在于：在步骤（c）前，还进行步骤（b1）：对得到的波场数据进行插值，增加波场数据的数据量，使波场曲线圆滑且曲率连续。

3.根据权利要求2所述的基于场变换确定地质电性界面的瞬变电磁探测法，其特征在于：在步骤（d）前，还进行步骤（c1）：对插值后的波场数据进行反褶积处理，对地震子波进行压缩，突出有效波，提高波场曲线的纵向分辨率。

4.根据权利要求1-3任一所述的基于场变换确定地质电性界面的瞬变电磁探测法，其特征在于：根据以下波场变换积分方程将瞬变电磁场数据转换为波场数据：

式中P(r, t)为瞬变电磁场分量， U(r, q)为波场，t为衰减时间，q为波场类时间，r为空间变量。

5.根据权利要求4所述的基于场变换确定地质电性界面的瞬变电磁探测法，其特征在于：根据以下公式对波场变换积分方程进行离散化：

式中Δq为类时间q的离散步长，[ta, tb]为时域窗口。

6.根据权利要求2或3所述的基于场变换确定地质电性界面的瞬变电磁探测法，其特征在于：插值方法由以下函数定义：

函数S(x)∈C[a, b]，且在每个小区间[xj, xj+1]上是三次多项式，其中a<x0<x1<```<xn=b是给定节点，若在节点xj上给定函数值，yj=f(xj)，(j=0,1,```,n)，并成立S(xj)=yj，(j=0,1,```,n)。

7.根据权利要求3所述的基于场变换确定地质电性界面的瞬变电磁探测法，其特征在于：反褶积算法由以下反褶积函数定义：

将插值后的波场数据作为输入信号：b(t)=(b(0),b(1),```,b(n))；

反滤波因子：a(t)=(a(0),a(1),```,a(m))；

实际输出：y(t)=a(t)*b(t)=∑τa(τ)b(t-τ)=(y(0),y(1),```,y(M))，M=m+n；

y(t)即为反褶积处理后的输出波场数据。

8.根据权利要求3所述的基于场变换确定地质电性界面的瞬变电磁探测法，其特征在于：时深转换算法由以下函数定义：

瞬变场等效涡流环在每一个扩散场时间段Δt的传播速度v由下式计算：

式中，ti, ρi为瞬变电磁扩散场时间及其常规数据处理过程中所对应的视电阻率，电磁场传播深度D(t)由下式计算：

式中，ρ为介质电阻率，t为时间。