CN110488365B - 一种多极化大地电磁测深方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多极化大地电磁测深方法，包括在每个测点上以测点为中心，沿测线方向和垂直测线方法设置若干对电极并观测x和y方向电场；沿测线x方向和垂直测线y方向上设置磁棒并观测x和y方向磁场；同时进行多极距电场和磁场的观测并得到磁场实测时间序列和电场实测时间序列；对磁场实测时间序列和电场实测时间序列进行数据处理完成共点同频多极化大地电磁测深。本发明提供的这种多极化大地电磁测深方法，能够进行共点同频多电极距探测，而且能够通过数据处理能够削弱地表不均匀体引起的静态效应，提高复杂不规则三维地质体探测精度，而且本发明方法可靠性高，简单方便。

Description

一种多极化大地电磁测深方法
技术领域
本发明属于地球物理勘探领域，具体涉及一种多极化大地电磁测深方法。
背景技术
1950年杰洪诺夫(Tichonov)和1953年卡尼亚(Cagnaird)提出了基于平面电磁波理论的大地电磁测深法(MT)，并逐步发展出音频大地电磁测深法 (AMT)和可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)，统称为平面波大地电磁测深法，这些方法在地质勘探领域中应用广泛。目前，基于平面波电磁测深法的观测方法可分为以下几种：1、标量模式，观测一组水平正交极化的电场和磁场； 2、矢量模式，观测二组水平正交极化的电场和磁场；3、张量模式，不但观测二组水平正交极化的电场和磁场，还需观测一个垂直磁场。为了消除静态效应，在以上三种模式的基础上发展起来的EMAP、CEMAP(远参考和EMAP的组合)、阵列式等装置。总之，无论哪种观测模式，对于每个测深点，测量电场极化的响应都是采用一个电极距进行。但是，地下介质是复杂三维地质体，一个电场极距无法完整刻画地下复杂不规则三维地质体的电磁多极化响应特征(如图1 所示)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够在每个测深点同时进行大于等于3个电极距的多极化电场响应测量，采用空间共点多极化同频观测方法，提高探测地下复杂不规则三维体的准确度。本发明提供的这种多极化大地电磁测深方法，包括如下步骤：
S1.在每个测点上，以测点为中心，沿测线方向和垂直测线方法设置若干对电极，用于观测x方向和y方向电场；
S2.在沿测线x方向和垂直测线方向的y方向上设置磁棒，用于观测x方向磁场和y方向磁场；
S3.在进行多极距电场的观测的同时进行磁场观测，从而得到磁场实测时间序列和电场实测时间序列；(在标量观测时装置简化仅观测x方向电场和y方向磁场)
S4.对步骤S3得到的磁场实测时间序列和电场实测时间序列进行数据处理，从而完成多极化大地电磁测深。
步骤S1所述的沿测线方向设置若干对电极，具体为采用如下规则设置若干对电极：
R1：电极对的数量N＝ceil[lg(fmax)]-floor[lg(fmin)]；式中fmax为最大目标频率，fmin为最小目标频率，ceil()为向上取整函数，floor()为向下取整函数；
R2：第n组电极距为单位电极距的n倍；n为1～N中的自然数；
R3：单位电极距X根据物探工作要求最大探测深度D进行设定，且要求 X＝0.01D，单位为米。
步骤S4所述的对步骤S3得到的磁场实测时间序列和电场实测时间序列进行数据处理，具体为采用如下步骤进行处理：
A.根据步骤S3得到的磁场实测时间序列和各极距下的电场实测时间序列分别进行功率谱估算，并估算出各极距下的视电阻率和相位；
B.根据步骤A得到的各极距下的视电阻率和相位，计算得到平均视电阻率和相位；
C.根据步骤B得到的平均视电阻率和相位进行反演，从而得到多极化大地电磁测深成果图。
步骤B所述的根据步骤A得到的各极距下的视电阻率和相位，计算得到平均视电阻率和相位，具体为采用如下步骤计算得到平均视电阻率和相位：
a.采用如下规则将探测频率范围从高到低分为N段：
当ceil[lg(fmax)]-1＜lg(f)≤ceil[lg(fmax)]，则为第1频段；
当ceil[lg(fmax)]-2＜lg(f)≤ceil[lg(fmax)]-1，则为第2频段；
……
当ceil[lg(fmax)]-m＜lg(f)≤ceil[lg(fmax)]-(m-1)，则为第m频段；
……
当ceil[lg(fmax)]-(N-1)＜lg(f)≤ceil[lg(fmax)]-(N-1-1)，则为第N-1频段；
当floor[lg(fmin)]≤lg(f)≤ceil[lg(fmax)]-(N-1)，则为第N频段；
式中fmax为最大目标频率，fmin为最小目标频率，ceil()为向上取整函数，floor()为向下取整函数；
b.采用如下算式计算第m频段在第n极距的权值Amn：
Amn＝(N-|m-n|)5
其整体思路为：高频段小极距的权值高，低频段大极距的权值高；(也可采用符合此思路的其它函数)
c.采用如下算式计算得到第m频段各目标频率视电阻率ρm(f)和相位 pn(f)：
Figure BDA0002199256630000041
Figure BDA0002199256630000042
式中ρmn(f)为频率f下第n极距视电阻率，Amn为第m频段在第n极距的权值， pmn(f)为频率f下第n极距相位。(示例为算术加权平均，也可采用几何加权平均)
本发明提供的这种多极化大地电磁测深方法，能够进行多电极距探测，而且能够通过数据处理能够削弱地表不均匀体引起的静态效应或提高浅层探测精度，而且本发明方法可靠性高，简单方便。
附图说明
图1为现有的三维异常体多极化示意图。
图2为本发明方法的多极化张量测量装置示意图。
图3为本发明方法的多极化标量测量装置示意图。
图4为本发明方法的流程示意图
具体实施方式
如图4所示为本发明方法的方法流程示意图：本发明提供的这种多极化大地电磁测深方法，包括如下步骤：
S1.在每个测点上，以测点为中心，沿测线方向和垂直测线方法设置若干对电极，用于观测x方向和y方向电场；具体为采用如下规则设置若干对电极：
R1：电极对的数量N＝ceil[lg(fmax)]-floor[lg(fmin)]；式中fmax为最大目标频率，fmin为最小目标频率，ceil()为向上取整函数，floor()为向下取整函数；
R2：第n组电极距为单位电极距的n倍；n为1～N中的自然数；
R3：单位电极距X根据物探工作要求最大探测深度D进行设定，且要求 X＝0.01D，单位为米；比如若要求最大探测深度为2000m，则单位电极距为 20m；
S2.在沿测线x方向和垂直测线方向的y方向上设置磁棒，用于观测x方向磁场和y方向磁场(如图2所示)；
S3.在进行多极距电场的观测的同时进行磁场观测，从而得到磁场实测时间序列和电场实测时间序列；(在标量观测时装置简化仅观测x方向电场和y方向磁场，如图3所示)
S4.对步骤S3得到的磁场实测时间序列和电场实测时间序列进行数据处理，从而完成多极化大地电磁测深；具体为采用如下步骤进行处理：
A.根据步骤S3得到的磁场实测时间序列和各极距下的电场实测时间序列分别进行功率谱估算，并采用分频段差异化加权平均估算出各极距下的视电阻率和相位；
B.根据步骤A得到的各极距下的视电阻率和相位，计算得到平均视电阻率和相位；所述的分频段差异化加权平均，具体为采用如下步骤计算得到平均视电阻率和相位：
a.采用如下规则将探测频率范围从高到低分为N段：
当ceil[lg(fmax)]-1＜lg(f)≤ceil[lg(fmax)]，则为第1频段；
当ceil[lg(fmax)]-2＜lg(f)≤ceil[lg(fmax)]-1，则为第2频段；
……
当ceil[lg(fmax)]-m＜lg(f)≤ceil[lg(fmax)]-(m-1)，则为第m频段；
……
当ceil[lg(fmax)]-(N-1)＜lg(f)≤ceil[lg(fmax)]-(N-1-1)，则为第N-1频段；
当floor[lg(fmin)]≤lg(f)≤floor[lg(fmin)]+1，则为第N频段；
式中fmax为最大目标频率，fmin为最小目标频率，ceil()为向上取整函数，floor()为向下取整函数；
b.采用如下算式计算第m频段在第n极距的权值Amn：
Amn＝(N-|m-n|)5
其整体思路为：高频段小极距的权值高，低频段大极距的权值高；(也可采用符合此思路的其它函数)
c.采用归一化加权平均计算，比如采用如下算式(算术平均)计算得到第 m频段各目标频率视电阻率ρm(f)和相位pn(f)：
Figure BDA0002199256630000061
Figure BDA0002199256630000062
式中ρmn(f)为频率f下第n极距视电阻率，Amn为第m频段在第n极距的权值， pmn(f)为频率f下第n极距相位；(示例为算术加权平均，也可采用几何加权平均)
C.根据步骤B得到的平均视电阻率和相位进行反演，从而得到多极化大地电磁测深成果图。
以下结合两个实施例，对本发明方法进行进一步说明：
(1)fmax＝104Hz，fmin＝10-1Hz，要求最大探测深度为5000m，则N＝5， X＝50m，各频段在各极距的权值分布如下：
表1实施例1的各频段在各极距的权值分布示意表
Figure BDA0002199256630000071
(2)fmax＝105Hz，fmin＝10Hz，要求最大探测深度2000m，则N＝4， X＝20m，各频段在各极距的权值分布如下：
表2实施例2的各频段在各极距的权值分布示意表
Figure BDA0002199256630000072
。

Claims (2)

1.一种多极化大地电磁测深方法，包括如下步骤：
S1.在每个测点上，以测点为中心，沿测线方向和垂直测线方法设置若干对电极，用于观测x方向和y方向电场；
S2.在沿测线x方向和垂直测线方向的y方向上设置磁棒，用于观测x方向磁场和y方向磁场；
S3.在进行多极距电场的观测的同时进行磁场观测，从而得到磁场实测时间序列和电场实测时间序列；
S4.对步骤S3得到的磁场实测时间序列和电场实测时间序列进行数据处理，从而完成多极化大地电磁测深；具体为采用如下步骤进行处理：
A.根据步骤S3得到的磁场实测时间序列和各极距下的电场实测时间序列分别进行功率谱估算，并估算出各极距下的视电阻率和相位；
B.根据步骤A得到的各极距下的视电阻率和相位，计算得到平均视电阻率和相位；具体为采用如下步骤计算得到平均视电阻率和相位：
a.采用如下规则将探测频率范围从高到低分为N段：
当ceil[lg(fmax)]-1＜lg(f)≤ceil[lg(fmax)]，则为第1频段；
当ceil[lg(fmax)]-2＜lg(f)≤ceil[lg(fmax)]-1，则为第2频段；
……
当ceil[lg(fmax)]-m＜lg(f)≤ceil[lg(fmax)]-(m-1)，则为第m频段；
……
当ceil[lg(fmax)]-(N-1)＜lg(f)≤ceil[lg(fmax)]-(N-1-1)，则为第N-1频段；
当floor[lg(fmin)]≤lg(f)≤floor[lg(fmin)]+1，则为第N频段；式中fmax为最大目标频率，fmin为最小目标频率，ceil()为向上取整函数，floor()为向下取整函数；
b.采用如下算式计算第m频段在第n极距的权值Amn：
Amn＝(N-|m-n|)5
其整体思路为：高频段小极距的权值高，低频段大极距的权值高；
c.采用如下算式计算得到第m频段各目标频率视电阻率ρm(f)和相位pn(f)：
Figure FDA0002841487810000021
Figure FDA0002841487810000022
式中ρmn(f)为频率f下第n极距视电阻率，Amn为第m频段在第n极距的权值，pmn(f)为频率f下第n极距相位；
C.根据步骤B得到的平均视电阻率和相位进行反演，从而得到多极化大地电磁测深成果图。
2.根据权利要求1所述的多极化大地电磁测深方法，其特征在于步骤S1所述的沿测线方向设置若干对电极，具体为采用如下规则设置若干对电极：
R1：电极对的数量N＝ceil[lg(fmax)]-floor[lg(fmin)]；式中fmax为最大目标频率，fmin为最小目标频率，ceil()为向上取整函数，floor()为向下取整函数；
R2：第n组电极距为单位电极距的n倍；n为1～N中的自然数；
R3：单位电极距X根据物探工作要求最大探测深度D进行设定，且要求X＝0.01D，单位为米。
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