CN108776357B - 沉积地层瞬变电磁法电磁干扰的校正方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种校正方法及装置，属于瞬变电磁勘探技术领域，具体是涉及一种沉积地层瞬变电磁法电磁干扰的校正方法及装置。包括：根据采集的数据，获得各测点时间序列和对应的磁感应衰减值；对磁感应衰减值进行时间补偿，消除时间跨度上感应值的急剧变化；根据指定测点的数据对补偿后数据的跳变道进行限制；使用多项式拟合算法进行圆滑；对得到的数据进行时间序列还原，得到电磁干扰校正后的瞬变电磁数据。本发明以沉积地层的稳定性和连续性为校正基础，能快速准确地对受电磁噪声干扰的叠后数据进行校正，提高瞬变电磁数据的质量和精度。

Description

沉积地层瞬变电磁法电磁干扰的校正方法及装置

技术领域

本发明涉及一种校正方法及装置，属于瞬变电磁勘探技术领域，具体是涉及一种沉积地层瞬变电磁法电磁干扰的校正方法及装置。

背景技术

瞬变电磁法是地球物理勘探中的一种重要勘探方法，该方法以地下介质的导电能力为物性基础，利用法拉第电磁感应现象，获得地下介质的电阻率分布差异，达到勘探地质异常体的目的。瞬变电磁法在解决包括水文与工程地质问题的各个方面得到广泛应用，是当前国内采用的无损探测煤矿区地下水的主要技术手段。

瞬变电磁法采集的信号为地下介质产生的电磁波，通过对电磁信号的解译获得地下介质的电阻率信息。当地面存在输电线路等电磁波辐射源时，辐射的电磁波形成电磁噪声，与地质体的正常信号混合在一起被采集，造成瞬变电磁信号的污染。由于我国电网、电气化铁路的飞速发展和村村通电政策，输电线路几乎随处可见，尤其是矿区工业与生活用电的需要，其周围基本分布有输电与信号线路。这使得进行地面瞬变电磁勘探难以避开电磁波辐射源的影响，采集的数据容易因含有电磁噪声而难以处理解释。为了提高瞬变电磁信号的解释质量，“去噪”是电磁法数据处理的前期基础工作。目前，去噪的方法很多。针对沉积地层测区，地层在纵向上和横向上分别具有的一致性和连续性特征，构建约束条件对瞬变电磁信号进行时间补偿后的曲线拟合，提出一种针对沉积地层测区瞬变电磁叠后信号的去噪技术。

传统的去噪方法包括三点滤波法、中值去噪法、最小二乘拟合法、三点指数逼近非线性平滑等，这些方法都是基于经典滤波理论的信号与噪声谱不重叠的原理，在信号谱不重叠或重叠不严重时有效，有一定的局限性。常规的FFT方法因其主要是从全时段的频域特性分析出发，难以对瞬变电磁不同时窗的时间序列信号中的噪声较好地消除。后期发展的小波分析法是一种时间多尺度分析方法，具有多分辨率分析的特点。该方法能同时在时域和频域对信号进行分析，有自动变焦功能，实现信号的去噪。但由于瞬变电磁信号多频率混合的宽频特征，即使使用小波变换将瞬变电磁信号根据频率的不同区分开，也难以分辨噪声与有用信号，在实际中难以达到使用效果。

公开号为CN105549097A的中国发明专利公开了一种瞬变电磁信号工频及其谐波干扰消除方法及装置。该方法先对采集地点的工频及其谐波噪声进行建模，计算后续时间段的工频及其谐波估计值，再将实测的信号值减去估计值，实现瞬变电磁信号的去噪。该专利需要测量获得干扰源的空间分布，且只对工频干扰有效。对位置不明的干扰源或非工频的干扰，该专利难以应用。

公开号为CN106814402A的中国发明专利公开了一种瞬变电磁勘探的时间序列信号的叠前去噪方法。该发明对瞬变电磁测量的场分量时间序列的每个周期衰减曲线进行倒序进域递归滤波，对滤波后每个周期的场分量衰减曲线进行加窗处理，获取对数等间隔的场值衰减曲线，采取设定阂值的统计叠加处理方法，对对数等间隔的场值衰减曲线中的多个观测周期的同一时窗场值进行去飞点叠加，以实现对叠前瞬变电磁信号的去噪。该发明专利以原始采集的叠前数据为基础，实现长偏移距瞬变电磁阵列法的信号去噪，对常规瞬变电磁法采集的叠后数据无效。

目前瞬变电磁法提高信噪比的方法主要是通过叠加和加大发射源电流来。由于信噪比的提高与叠加次数的指数倍成正比，因而依靠叠加次数来提高信噪比有限。提高发射电流受仪器功率、器件及接地影响，也只能是一个有限的手段。

发明内容

发明所要解决的技术问题

现有技术中的滤波、FFT变换、小波分析、叠前处理、干扰源建模、加大电流、增加叠加次数等去噪方法，均未涉及依据沉积地层特征，对叠后数据进行参考限差拟合去噪的方法。在叠加与加大供电电流的前提下，开发新的去噪技术，是目前瞬变电磁法提高资料质量的重要途径。

本发明针对沉积地层常规瞬变电磁信号的去噪问题，从沉积地层垂向稳定性与横向连续性的特征出发，通过时间补偿与曲线拟合技术，消除电磁干扰，达到还原真实地层信息的目的。

本发明针对常规的叠后数据开发，沉积地层测区均可应用，解决了当前去噪手段适用条件窄、需要额外增加工作量、只针对叠前数据等技术问题。

解决问题所采用的技术方案

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种沉积地层瞬变电磁法电磁干扰的校正方法，包括：

序列获取步骤，对采集的瞬变电磁衰减信号进行时间补偿，得到与地层电阻率相关的地层因子序列；

曲线圆滑步骤，对地层因子序列进行曲线圆滑；

时间还原步骤，对处理后的数据进行时间还原，得到噪声干扰校正后的瞬变电磁信号。

在本发明的至少一个实施例中，所述序列获取步骤具体包括以下子步骤：

感应衰减获取子步骤，采集感应磁场垂直分量在时间上的梯度，即V＝dB_Z/dT，式中B_Z为感应磁场垂直分量，T为采样时间序列，d为微分符号，V为T对应的磁感应衰减值；

地层因子获取子步骤，步骤B，按公式P＝V×T^5/2对衰减值进行时间补偿，得到地层因子P。

在本发明的至少一个实施例中，所述曲线圆滑步骤中，以时间序列T和原始的地层因子构建二维曲线，使用多项式曲线拟合技术进行曲线圆滑。

在本发明的至少一个实施例中，所述多项式拟合按如下公式进行：

P(T)＝k₁Tⁿ+k₂T^n-1+L+k_nT+k_n+1

式中时间序列T，k₁、k₂、L k_n、k_n+1为多项式系数，n为多项式阶次；

拟合标准为与质量合格测点地层因子曲线形态的匹配达到最佳。＝

在本发明的至少一个实施例中，所述曲线圆滑步骤中，对电磁噪声较小、拟合较好的数据，直接得到新的地层因子P^*；否则以相邻测点或指定的测点为标准，对二维曲线中偏离严重的测道进行限制后再进行曲线圆滑，得到新的地层因子P^*。

在本发明的至少一个实施例中，所述时间还原步骤中，按公式V^*＝P^*×T^-5/2对新的地层因子P^*进行时间还原，得到消除电磁噪声后的磁感应衰减值V^*，式中，时间序列T。

一种沉积地层瞬变电磁法电磁干扰的校正装置，包括：

序列获取模块，对采集的瞬变电磁衰减信号进行时间补偿，得到与地层电阻率相关的地层因子序列；

曲线圆滑模块，对地层因子序列进行曲线圆滑；

时间还原模块，对处理后的数据进行时间还原，得到噪声干扰校正后的瞬变电磁信号。

在本发明的至少一个实施例中，所述序列获取模块具体包括以下单元：

感应衰减获取单元，采集感应磁场垂直分量在时间上的梯度，即V＝dB_Z/dT，式中B_Z为感应磁场垂直分量，T为采样时间序列，d为微分符号，V为T对应的磁感应衰减值；

地层因子获取单元，模块B，按公式P＝V×T^5/2对衰减值进行时间补偿，得到地层因子P。

在本发明的至少一个实施例中，所述曲线圆滑模块中，以时间序列T和原始的地层因子构建二维曲线，使用多项式曲线拟合技术进行曲线圆滑。

在本发明的至少一个实施例中，所述多项式拟合按如下公式进行：

P(T)＝k₁Tⁿ+k₂Tⁿ-¹+L+k_nT+k_n+1

式中时间序列T，k₁、k₂、L k_n、k_n+1为多项式系数，n为多项式阶次；

拟合标准为与质量合格测点地层因子曲线形态的匹配达到最佳。

发明效果

本发明基于沉积地层测区地层分布稳定的特征，对采集的瞬变电磁二次场数据中的电磁噪声进行压制或除，具有以下有益效果：

1.消除时间因素后的瞬变电磁信号与沉积地层导电性密切相关，避免了时间因素的剧烈变化，以此为基础进行多项式拟合去噪，满足干扰校正理论，能取得好的校正效果。

2.校正理论以沉积地层纵向上的一致性和横向上的连续性为基础，校正后的瞬变电磁信号在纵向上和横向上均能反映沉积地层的实际特征。

3.适用条件广，沉积地层皆可应用，且无需额外的现场工作。。

附图说明

图1是本发明针对瞬变电磁法电磁干扰进行校正实施例的流程图；

图2是本发明实施例中时间序列与磁感应衰减值的曲线示意图；

图3是本发明实施例中时间序列与地层因子校正曲线示意图；

图4是本发明实施例中地层因子畸变测道限制示意图；

图5是本发明实施例中磁感应衰减曲线校正前后示意图；

图6是本发明实施例中校正前的电阻率断面示意图；

图7是本发明实施例中校正后的电阻率断面示意图；

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

本实施例中，对采集的瞬变电磁衰减信号进行时间补偿，得到主要与地层电阻率相关的地层因子序列；使用多项式曲线拟合技术对地层因子序列进行曲线圆滑；当电磁噪声较小时，直接得到拟合圆滑后的曲线；当电磁噪声较大时，比照指定测点的地层因子序列，对畸变点进行限制后再进行拟合圆滑；对处理后的数据进行时间还原，得到噪声干扰校正后的瞬变电磁信号。

下面结合图1对本实施例所述针对瞬变电磁法电磁干扰进行校正实施例流进行详细说明。具体包括：

步骤A，根据采集的数据，获得各测点时间序列T和对应的磁感应衰减值V。

本实施例使用的瞬变电磁法采集参数为感应磁场垂直分量在时间上的梯度，即V＝dB_Z/dT，式中B_Z为感应磁场垂直分量，T为采样时间序列，d为微分符号。以该值为例进行说明。

其中，进行数据采集时，要求采样时间为线性等间隔密集采样。

参照图2，示出了本发明实施例中时间序列与磁感应衰减值的曲线。

步骤B，按公式P＝V×T^5/2对衰减值进行时间补偿，得到地层因子P。

参照图3，示出了本发明实施例中时间序列与地层因子曲线。图中黑色细线为对采集的磁感应衰减值进行时间补偿后，得到的原始的地层因子曲线。

步骤C，以时间序列T和原始的地层因子构建二维曲线，使用多项式曲线拟合技术进行曲线圆滑。

所述多项式拟合按如下公式进行：

P(T)＝k₁Tⁿ+k₂T^n-1+L+k_nT+k_n+1

式中k₁、k₂、L k_n、k_n+1为多项式系数，n为多项式阶次；

拟合标准为与质量合格测点地层因子曲线形态的匹配达到最佳。

步骤D，对电磁噪声较小、拟合较好的数据，直接得到新的地层因子P^*；否则以相邻测点或指定的测点为标准，对二维曲线中偏离严重的测道进行限制后再进行曲线圆滑，得到新的地层因子P^*。

参照图3，示出了本发明实施例中对原始的地层因子曲线进行圆滑的结果(采用拟合阶次为8)。图中黑色粗线为圆滑后新的地层因子曲线，点虚线为原始地层因子去除新地层因子后剩余的电磁噪声。电磁噪声曲线在零值附近振荡，符合噪声特征。

参照图4，示出了本发明实施例中地层因子畸变测道限制示意图。图中黑色实线为待校正的地层因子曲线，黑色点虚线为参考的地层因子曲线。对图中示出的畸变道，按照参考曲线相应测道的数值，给定20％的限差，限制为新的数值后，再进行拟合。

步骤E，按公式V^*＝P^*×T^-5/2对新的地层因子P^*进行时间还原，得到消除电磁噪声后的磁感应衰减值V^*。

参照图5，示出了本发明实施例中磁感应衰减曲线校正前后的对比图。图中黑色点虚线为校正前的磁感应衰减曲线，黑色实线为校正后的磁感应衰减曲线。可见，经过校正后的曲线明显光滑，更加符合瞬变电磁信号的衰减规律。

参照图6，示出了本发明实施例中校正前的电阻率断面图。图中在800m-1100m之间为电磁噪声干扰区，电阻率等值线明显凌乱无规律，不符合沉积地层的地电断面结构。

参照图7，示出了本发明实施例中校正后的电阻率断面图。图中在800m-1100m之间为电磁噪声干扰区，经过本发明所述方法进行校正后，电磁干扰区的电阻率等值线分布与未受干扰区规律一致，在横向上表现出沉积地层的连续性，在纵向上表现出明显的地电断面结构，符合实际地质情况。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (5)

1.一种沉积地层瞬变电磁法电磁干扰的校正方法，其特征在于，包括：

序列获取步骤，对采集的瞬变电磁衰减信号进行时间补偿，得到与地层电阻率相关的地层因子序列；

曲线圆滑步骤，对地层因子序列进行曲线圆滑；

时间还原步骤，对处理后的数据进行时间还原，得到噪声干扰校正后的瞬变电磁信号；

其中，所述序列获取步骤具体包括以下子步骤：

感应衰减获取子步骤，采集感应磁场垂直分量在时间上的梯度，即V＝dB_Z/dT，式中B_Z为感应磁场垂直分量，T为采样时间序列，d为微分符号，V为T对应的磁感应衰减值；

地层因子获取子步骤，步骤B，按公式P＝V×T^5/2对衰减值进行时间补偿，得到地层因子P。

2.根据权利要求1所述的一种沉积地层瞬变电磁法电磁干扰的校正方法，其特征在于，所述曲线圆滑步骤中，以时间序列T和原始的地层因子构建二维曲线，使用多项式曲线拟合技术进行曲线圆滑。

3.根据权利要求1所述的一种沉积地层瞬变电磁法电磁干扰的校正方法，其特征在于，所述时间还原步骤中，按公式V^*＝P^*×T^-5/2对新的地层因子P^*进行时间还原，得到消除电磁噪声后的磁感应衰减值V^*，式中，时间序列T。

4.一种沉积地层瞬变电磁法电磁干扰的校正装置，其特征在于，包括：

序列获取模块，对采集的瞬变电磁衰减信号进行时间补偿，得到与地层电阻率相关的地层因子序列；

曲线圆滑模块，对地层因子序列进行曲线圆滑；

时间还原模块，对处理后的数据进行时间还原，得到噪声干扰校正后的瞬变电磁信号；

其中，所述序列获取模块具体包括以下单元：

感应衰减获取单元，采集感应磁场垂直分量在时间上的梯度，即V＝dB_Z/dT，式中B_Z为感应磁场垂直分量，T为采样时间序列，d为微分符号，V为T对应的磁感应衰减值；

地层因子获取单元，模块B，按公式P＝V×T^5/2对衰减值进行时间补偿，得到地层因子P。

5.根据权利要求4所述的一种沉积地层瞬变电磁法电磁干扰的校正装置，其特征在于，所述曲线圆滑模块中，以时间序列T和原始的地层因子构建二维曲线，使用多项式曲线拟合技术进行曲线圆滑。