CN108897050B - 一种可控源音频大地电磁测深法最佳收发距确定方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可控源音频大地电磁测深法CSAMT最佳发射接收距离确定方法及系统，其中收发距为r，所述系统主要是为了CSAMT生产过程中避免由于r太小近场效应严重进而导致勘探深度过浅，同时避免r太大信号弱进而得不到可靠资料而发明的；首先需根据勘探任务确定需要探测最大深度H；其次需收集测区内的电性特征或者布设有限个数的音频大地电磁测深AMT点，以获取测区的电阻率信息以及放射所需的最小发射频率f_min；结合本发明推导所确定的公式以及仪器所能观测到的最小的电压值即可确定CSAMT的最大和最小收发距r。

Description

一种可控源音频大地电磁测深法最佳收发距确定方法及系统

技术领域

本发明涉及地球物理勘探技术方法领域，具体涉及一种可控源音频大地电磁测深法最佳收发距确定方法及系统。

背景技术

可控源音频大地电磁测深法(Controlled Source Audi o-frequencyMagnetoTelluric,CSAMT)收发距r大小的确定是获取野外可靠资料的关键，收发距r太小，可获取高信噪比的资料，但是很容易进入CSAMT的近区和过渡区，此时用卡尼亚视电阻率和阻抗相位进行CSAMT资料处理反演解释将背离CSAMT基本原理，非波区的资料将失去频率测深的意义，虽有多种近场校正方法，但这些方法都是基于简单的一维介质，校正效果并不理想。若r太大，信号太弱，抗干扰能力减弱，很难获取高信噪比的可靠资料。如今，常用r与趋肤深度δ之间的关系来区分近区(r＜＜δ)、过渡区(r≈δ)或者远区(r＞＞δ)，一般认为满足远区的条件是收发距r应大于4到6倍的趋肤深度，这种划分比较粗糙而且变化范围太大，r大于几倍的δ才能算作真实的远区难以把握且在实际应用当中无法准确判断。

发明内容

为了避免CSAMT野外收发距r选择不合理而导致卡尼亚视电阻率曲线过早地进入近区，从而导致CSAMT勘探深度过浅，达不到勘探要求的缺陷，本发明提供一种可控源音频大地电磁测深法最佳收发距确定方法及系统，相比传统的收发距确定方法，该方法不仅可以给出确切的最大和最小收发距，而且在实际应用当中取得了较好的效果。

本发明公开一种可控源音频大地电磁测深法最佳收发距确定方法，所述方法包括以下步骤：

S1、根据可控源音频大地电磁测深法CSAMT勘探任务书确认勘探目标体的深度H；

S2、在测区内设有限个AMT测深点，以获取测区内的背景电阻率的大小ρ以及发射所需的最小发射频率f_min；

S3、按照以下公式确定可控源音频大地电磁测深法的最小收发距为：

或

其中：

为圆周率，μ为磁导率，δ为趋肤深度，

所述CSAMT的最大收发距的确定受给定噪声条件下可探测的最小电场强度大小有关，其最大收发距的具体表达式为：

其中：I为发射电流的大小，dl为发射导线的长度，|E_x|_min为仪器给定噪声条件下可探测的最小强度，ρ为背景电阻率值。

在上述技术方案中，所述步骤S2中，所述AMT测深点布设在地势平坦且远离人文干扰的测点。

本发明还公开一种可控源音频大地电磁测深法最佳收发距确定系统，所述系统包括以下模块：

勘探模块，根据可控源音频大地电磁测深法CSAMT勘探任务书确认勘探目标体的深度H；

布控收集模块，在测区内设有限个AMT测深点，以获取测区内的背景电阻率的大小ρ以及发射所需的最小发射频率f_min；

计算模块，按照以下公式确定可控源音频大地电磁测深法的最小收发距为：

或

其中：

为圆周率，μ为磁导率，δ为趋肤深度，

所述CSAMT的最大收发距的确定受给定噪声条件下可探测的最小电场强度大小有关，其最大收发距的具体表达式为：

其中：I为发射电流的大小，dl为发射导线的长度，|E_x|_min为仪器给定噪声条件下可探测的最小强度，ρ为背景电阻率值。

在上述技术方案中，所述布控收集模块中，所述AMT测深点布设在地势平坦且远离人文干扰的测点。

本发明一种可控源音频大地电磁测深法最佳收发距确定方法及系统，具有以下有益效果：本发明可以有效地改善由于近场效应所导致的CSAMT勘探深度过浅的问题,在测区进行有限个AMT点观测，不仅有利于获取测区的背景电阻率和确定最小发射频率，而且有利于获取测区内的电阻率的地电模型，与CSAMT资料结合进行联合反演，可以有效提高CSAMT勘探的精度，所给出的最大和最小收发距公式是根据CSAMT基本原理理论，经过严格的数学推导得出的，可根据此公式结合测区的背景电阻率和发射的最小频率准确地确定CSAMT野外观测的最佳收发距。

附图说明

图1为本发明一种可控源音频大地电磁测深法最佳收发距确定方法示意图；

图2为本发明一种可控源音频大地电磁测深法最佳收发距确定系统模块图；

图3为本发明一种可控源音频大地电磁测深法最佳收发距确定系统野外布设AMT测深点示意图；

图4为本发明一种可控源音频大地电磁测深法最佳收发距确定系统卡尼亚视电阻率随收发距和频率变化曲线图；

图5为本发明一种可控源音频大地电磁测深法最佳收发距确定系统CSAMT野外实际观测的电磁场值计算的卡尼亚视电阻率和相位曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述

本发明公开一种可控源音频大地电磁测深法最佳收发距确定方法，所述方法包括以下步骤：

S1、根据可控源音频大地电磁测深法CSAMT勘探任务书确认勘探目标体的深度H；

其中，CSAMT勘探任务书详细地表述了本次勘探的勘探任务、野外工作量、施工人员、质量控制等因素，在确定CSAMT的野外施工的最佳收发距之前需首先确认此次勘探目标体的深度H。

S2、在测区内设有限个AMT测深点，以获取测区内的背景电阻率的大小ρ以及发射所需的最小发射频率f_min；

其中，如图3所示，确保AMT的品质，所述AMT测深点布设在地势平坦且远离人文干扰的测点，通过测区的电性资料可以获取地表电阻率或测井电阻率，频率是通过换算得到，比较麻烦，用AMT获取比较简单。

S3、按照以下公式确定可控源音频大地电磁测深法的最小收发距为：

或

其中：

为圆周率，μ为磁导率，δ为趋肤深度，

所述CSAMT的最大收发距的确定受给定噪声条件下可探测的最小电场强度大小有关，其最大收发距的具体表达式为：

其中：I为发射电流的大小，dl为发射导线的长度，|E_x|_min为仪器给定噪声条件下可探测的最小强度，ρ为背景电阻率值。

其中，δ是趋肤深度，也就是电磁波衰减到1/e时所穿透的深度，一般可以通过这个大概的估算出电磁波频率到多少时所穿透的深度；只有δ大于H的时候才能探测到深度H的目标体，当小于H的时候则认为探测不到深度H的目标体。

本发明还公开一种可控源音频大地电磁测深法最佳收发距确定系统，其特征在于，所述系统包括以下模块：

勘探模块，根据可控源音频大地电磁测深法CSAMT勘探任务书确认勘探目标体的深度H；

布控收集模块，在测区内设有限个AMT测深点，以获取测区内的背景电阻率的大小ρ以及发射所需的最小发射频率f_min；

计算模块，按照以下公式确定可控源音频大地电磁测深法的最小收发距为：

或

其中：

为圆周率，μ为磁导率，δ为趋肤深度，

所述CSAMT的最大收发距的确定受给定噪声条件下可探测的最小电场强度大小有关，其最大收发距的具体表达式为：

其中：I为发射电流的大小，dl为发射导线的长度，|E_x|_min为仪器给定噪声条件下可探测的最小强度，ρ为背景电阻率值。

其中，所述布控收集模块中，所述AMT测深点布设在地势平坦且远离人文干扰的测点。

以下为本发明理论模型及实测效果分析

1)选取不同均匀半空间模型建立电偶源CSAMT测量系统，设计参数如表格1所示，卡尼亚视电阻率随收发距和频率的变化如图4所示，当r或者f较大(r＞r_A，f＞f_A)时，卡尼亚视电阻率ρ等于均匀半空间电阻率，此时为远区。当r或者f较小(r＜r_B，f＜f_B)时，ρ急剧增大，表现近区特性，当r或者f处于r_B或者f_B附近时，处于过渡带，且在r_B或者f_B处达到过渡带最低谷。表2(a)给出了f＝1Hz时，电阻率ρ和r不同时计算的a值。表2(b)给出了ρ＝10Ω.m时f和r不同时计算的a值。

表1模型设计参数

表2(a)f＝1Hz时ρ和r不同时计算的a值

ρ(Ω·m)	r<sub>A</sub>(m)	a
			1	4073.8	8.09
10	12882.5	8.09
			100	40738.0	8.09
1000	128825.0	8.09

表2(b)ρ＝10Ω.m时f和r不同时计算的a值

r(m)	f<sub>A</sub>(Hz)	a
			1000	165.96	8.09
2000	41.50	8.09
			3000	18.45	8.09
4000	10.38	8.09

2)实例分析

在某地采用CSAMT进行地热勘查实验，采用加拿大凤凰公司V8综合电法仪器进行野外观测，其仪器可观测的最小电压值为0.1μV，发射电流大小为20安培，发射偶极子长度为1800米。

具体步骤如下：

21)根据勘查设计任务书确定本次勘探的目的层深度为1000米；

22)在工区内布设有限个AMT测点可知：工区表层电阻率为200欧姆米以及发射所需的最小发射频率f_min＝16Hz；

23)根据本发明所采用的计算收发距的公式可确定此时的最小收发距和最大收发距分别为：

而在实际工作中采用的收发距为15km，图5是CSAMT野外实际观测的电磁场值计算的卡尼亚视电阻率和相位曲线图，从图中可以看出在频率近似为16赫磁时，开始进入过渡区，其有效探测深度为：

达到了勘探深度的要求。

模型实验和野外实验有力证明本发明是一种有效的方法，它使得CSAMT野外收发距的确定更合理，更具科学性。

说明书中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。本实施方式仅用于说明该发明，而不用于限制本发明的范围，本领域技术人员对于本发明所做的等价置换等修改均认为是落入该发明权利要求书所保护范围内。

Claims (1)

1.一种可控源音频大地电磁测深法最佳收发距确定方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

S1、根据可控源音频大地电磁测深法CSAMT勘探任务书确认勘探目标体的深度H；

S2、在测区内设有限个AMT测深点，以获取测区内的背景电阻率的大小ρ以及发射所需的最小发射频率f_min，所述AMT测深点布设在地势平坦且远离人文干扰的测点；

S3、按照以下公式确定可控源音频大地电磁测深法的最小收发距为：

或

其中：

π为圆周率，μ为磁导率，δ为趋肤深度，

所述CSAMT的最大收发距的确定与给定噪声条件下可探测的最小电场强度大小有关，其最大收发距的具体表达式为：

其中：I为发射电流的大小，dl为发射导线的长度，|E_x|_min为仪器给定噪声条件下可探测的最小强度，ρ为背景电阻率值；

应用可控源音频大地电磁测深法最佳收发距确定方法的可控源音频大地电磁测深法最佳收发距确定系统包括以下模块：

勘探模块，根据可控源音频大地电磁测深法CSAMT勘探任务书确认勘探目标体的深度H；

布控收集模块，在测区内设有限个AMT测深点，以获取测区内的背景电阻率的大小ρ以及发射所需的最小发射频率f_min，所述AMT测深点布设在地势平坦且远离人文干扰的测点；

计算模块，按照以下公式确定可控源音频大地电磁测深法的最小收发距为：

或

其中：

π为圆周率，μ为磁导率，δ为趋肤深度，

所述CSAMT的最大收发距的确定受给定噪声条件下可探测的最小电场强度大小有关，其最大收发距的具体表达式为：

其中：I为发射电流的大小，d1为发射导线的长度，|E_x|_min为仪器给定噪声条件下可探测的最小强度，ρ为背景电阻率值。

Images