CN111983701A - 横向大地电磁波测深方法及其测深装置 - Google Patents

横向大地电磁波测深方法及其测深装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种横向大地电磁波测深方法，包括选定测线、主测点和辅助测点；在主测点及辅助测点布设传感器、获取监测时间序列并估算功率谱；计算各辅助测点与主测点之间的相位差频率曲线或空间自相关系数频率曲线并计算大地电阻率，完成横向大地电磁波测深。本发明还公开了实现所述横向大地电磁波测深方法的测深装置。本发明可以通过相速度计算电阻率、也可以结合传统大地电磁法计算卡尼亚电阻率，实现一个装置完成两种方法的测深工作，提高测量精度。最后，本发明是基于横向大地电磁波，适用于人工源或天然源，方便快捷、简单高效。

Description

横向大地电磁波测深方法及其测深装置
技术领域
本发明属于地球物理勘探领域，具体涉及一种横向大地电磁波测深方法及其测深装置。
背景技术
随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，人们对于基础物理领域的研究也越来越深入。
在地球物理勘探领域，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。这些方法都是基于平面电磁波垂直入射至大地的理论基础上。实际上不管是人工源还是天然源，大地电磁平面波垂直入射都是简化的理想状态，由于复杂地形、各向异性和三维不均匀体的影响，实际中的大地电磁波可能沿各个方向扩散传播，但都可以分解为沿垂直方向传播的波(定义为纵向大地电磁波)和沿水平方向传播的波(定义为横向大地电磁波)的矢量和。
目前，传统的大地电磁测深法在应用时，由于需要观测的数据较多，使得观测装置极为沉重，而且深部数据还容易受到浅表不均匀地电体或者地形起伏引起的静态效应影响。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种基于横向大地电磁波，而且方便快捷、简单高效，不受静态效应影响的横向大地电磁波测深方法。
本发明的目的之二在于提供一种实现所述横向大地电磁波测深方法的测深装置。
本发明提供的这种横向大地电磁波测深方法，包括如下步骤：
S1.选定测线，并在测线上选定主测点；
S2.在步骤S1选定的主测点周围，选定N个辅助测点；N为不小于2的正整数；所述辅助测点均匀分布在以主测点为中心、半径为L的圆周上；
S3.在步骤S2选定的主测点及各个辅助测点处沿平行于测线方向和垂直于测线方向布设传感器，同步监测并获取各测点上的监测时间序列；
S4.对步骤S3得到的各监测时间序列进行功率谱估算；
S5.根据步骤S4得到的功率谱计算各辅助测点与主测点之间的相位差频率曲线或空间自相关系数频率曲线；
S6.根据步骤S5得到的相位差频率曲线或空间自相关系数频率曲线，计算大地电阻率，完成横向大地电磁波测深。
步骤S3所述的传感器，具体为电场传感器或磁场传感器。
步骤S4所述的功率谱估算，具体为估算各监测时间序列的自功率谱以及主测点与辅助测点监测信号之间的互功率谱；
步骤S5中各辅助测点与主测点的相位差频率曲线，具体为采用如下算式计算相位差频率曲线：
Figure BDA0002661477610000021
式中：
Figure BDA0002661477610000022
为第i辅助测点和主测点的相位差频率曲线；angle()为取复数辐角主值操作，
Figure BDA0002661477610000023
表示第i辅助测点和主测点间监测信号互功率谱，ω为角频率。
步骤S5中各辅助测点与主测点的空间自相关系数频率曲线，具体为采用如下算式计算空间自相关系数频率曲线：
Figure BDA0002661477610000031
式中
Figure BDA0002661477610000032
表示第i辅助测点和主测点间监测信号互功率谱的实部，
Figure BDA0002661477610000033
表示第i辅助测点监测信号的自功率谱，
Figure BDA0002661477610000034
表示主测点监测信号自功率谱；
Figure BDA0002661477610000035
表示主测点与第i辅助测点连线与测线的夹角，L为辅助测点和主测点间距离。
步骤S6所述的计算大地电阻率，具体为采用如下算式计算大地电阻率：
Figure BDA0002661477610000036
式中：μ为磁导率，ω为角频率，k与ω相关且计算公式如下：
若N＝2，则
Figure BDA0002661477610000037
若N＞2，则针对频率ω0，将空间自相关系数频率曲线与0阶贝塞尔函数拟合，采用如下算式计算拟合误差
Figure BDA0002661477610000038
其中J0为0阶贝塞尔函数；并取拟合误差δ(ω0)最小时所对应的k的取值为最终的k值。
本发明还公开了一种实现所述横向大地电磁波测深方法的测深装置，包括测点传感器模块和上位机模块；测点传感器模块和上位机模块连接；测点传感器模块安装在测点上，用于监测并获取各测点上的监测时间序列并上传上位机模块；上位机模块用于根据接收的监测时间序列进行功率谱统计估算和计算相位差频率曲线或空间自相关系数频率曲线，并计算得到最终的大地电阻率。
所述的测点传感器模块为电场传感器模块或磁场传感器模块。
本发明提供的这种横向大地电磁波测深方法及其测深装置，可以计算电场与电场、磁场与磁场的相速度电阻率，也可以计算磁场与电场的相速度电阻率。本发明方案观测装置多样化，可适用不同地形条件，而且可以单独采用本发明方案实现电磁测深，也可以结合传统大地电磁法，实现一个装置完成两种方法的测深工作。最后，本发明基于横向大地电磁波，适用于人工源或天然源，方便快捷、简单高效。
附图说明
图1为本发明方法的方法流程示意图。
图2为本发明装置的功能模块图。
具体实施方式
如图1所示为本发明方法的方法流程示意图：本发明提供的这种横向大地电磁波测深方法，包括如下步骤：
S1.选定测线，并在测线上选定主测点；
S2.在步骤S1选定的主测点周围，选定N个辅助测点；N为不小于2的正整数；所述辅助测点均匀分布在以主测点为中心、半径为L的圆周上；
S3.在步骤S2选定的主测点及各个辅助测点处沿平行于测线方向和垂直于测线方向布设传感器，同步监测并获取各测点上的监测时间序列；
在具体实施时，布设的传感器可以为电场传感器或磁场传感器；
S4.对步骤S3得到的各监测时间序列进行功率谱估算；具体为估算各监测时间序列的自功率谱以及主测点与辅助测点监测信号之间的互功率谱；
S5.根据步骤S4得到的功率谱计算各辅助测点与主测点之间的相位差频率曲线或空间自相关系数频率曲线；
在具体实施时，采用如下算式计算相位差频率曲线：
Figure BDA0002661477610000051
式中：
Figure BDA0002661477610000052
为第i辅助测点和主测点的相位差频率曲线；angle()为取复数辐角主值操作，
Figure BDA0002661477610000053
表示第i辅助测点和主测点间监测信号互功率谱，ω为角频率；
采用如下算式计算空间自相关系数频率曲线：
Figure BDA0002661477610000054
式中
Figure BDA0002661477610000055
表示第i辅助测点和主测点间监测信号互功率谱的实部，
Figure BDA0002661477610000056
表示第i辅助测点监测信号的自功率谱，
Figure BDA0002661477610000057
表示主测点监测信号自功率谱；
Figure BDA0002661477610000058
表示主测点与第i辅助测点连线与测线的夹角，L为辅助测点和主测点间距离；
S6.根据步骤S5得到的相位差频率曲线或空间自相关系数频率曲线，计算大地电阻率，完成横向大地电磁波测深；具体为采用如下算式计算大地电阻率：
Figure BDA0002661477610000059
式中：μ为磁导率，ω为角频率，k与ω相关且计算公式如下：
若N＝2，则
Figure BDA00026614776100000510
若N＞2，则针对频率ω0，将空间自相关系数频率曲线与0阶贝塞尔函数拟合，采用如下算式计算拟合误差
Figure BDA00026614776100000511
其中J0为0阶贝塞尔函数；并取拟合误差δ(ω0)最小时所对应的k的取值为最终的k值。
如图2所述为本发明装置的功能模块图：本发明还公开了一种实现所述横向大地电磁波测深方法的测深装置，包括测点传感器模块和上位机模块；测点传感器模块和上位机模块连接；测点传感器模块安装在测点上，用于监测并获取各测点上的监测时间序列并上传上位机模块；上位机模块用于根据接收的监测时间序列进行功率谱统计估算和计算相位差频率曲线或空间自相关系数频率曲线，并计算得到最终的大地电阻率。
在具体实施时，测点传感器模块为电场传感器模块或磁场传感器模块。
横向大地电磁波测深方法基于相速度与大地电阻的关系实现测深，由于电磁波在相同的媒质中相速度是相同的，对于地形起伏，传播媒质不变，相速度不变，所以根据相速度计算得到的电阻率也不受地形影响，因而不会出现传统大地电磁法中由于地形起伏引起的静态效应现象。而浅表不均匀地电体仅影响其深度附近一定体积范围内的相速度，并不影响距离其较远的深度范围的相速度，因而也不会出现传统大地电磁测深中的电场振幅引起的静态效应现象。
本发明方法的理论基础为：对于纵向大地电磁波，其等相位面为水平面，也就是说当同步观测的两测点处于相同水平面时，其纵向大地电磁波相位差为0。
对于横向大地电磁波，其等相位面为垂直面，也即是说水平面上相隔一定距离的同步观测的两个测点存在相位差，该相位差与横向大地电磁波在大地传播的波速相关，而该波速与大地电导率相关，因此可以通过研究两测点间相位差来评估大地电导率。
根据电磁波传播理论，角频率ω的电磁波在导电媒质中相速度v表达式为：
Figure BDA0002661477610000071
式中ω＝2πf为角频率，k为相位常数，单位为rad/m；ε为介电常数；μ为磁导率；σ为电导率；真空中，
Figure BDA0002661477610000072
μ＝μ0＝4π×10-7H/m；
对于大地电磁波常用频段及常见大地岩矿电导率分布范围，一般有
Figure BDA0002661477610000073
所以相位常数
Figure BDA0002661477610000074
所以相速度为
Figure BDA0002661477610000075
此外，根据传播距离差L带来的相位差
Figure BDA0002661477610000076
也可以计算得到相速度
Figure BDA0002661477610000077
联立以上公式可得电阻率
Figure BDA0002661477610000078
电阻率即为该频率趋肤深度内的视电阻率。
由于天然大地电磁波来自各个方向且不固定，为提高观测质量，可采取多个辅助测点辅助观测，辅助测点在主测点为圆心的外围圆周上均匀分布，通过观测信号统计的空间自相关系数频率函数来统计求得相位常数，进一步求得电阻率。
此外，以上本发明所提供的方法和装置，是针对剖面测量，实际应用中也可以用于面积观测。面积性观测时，各横向剖面和各纵向剖面分别按上述方法分析即可。

Claims (8)

1.一种横向大地电磁波测深方法，包括如下步骤：
S1.选定测线，并在测线上选定主测点；
S2.在步骤S1选定的主测点周围，选定N个辅助测点；N为不小于2的正整数；所述辅助测点均匀分布在以主测点为中心、半径为L的圆周上；
S3.在步骤S2选定的主测点及各个辅助测点处沿平行于测线方向和垂直于测线方向布设传感器，同步监测并获取各测点上的监测时间序列；
S4.对步骤S3得到的各监测时间序列进行功率谱估算；
S5.根据步骤S4得到的功率谱计算各辅助测点与主测点之间的相位差频率曲线或空间自相关系数频率曲线；
S6.根据步骤S5得到的相位差频率曲线或空间自相关系数频率曲线，计算大地电阻率，完成横向大地电磁波测深。
2.根据权利要求1所述的横向大地电磁波测深方法，其特征在于步骤S3所述的传感器，具体为电场传感器或磁场传感器。
3.根据权利要求1或2所述的横向大地电磁波测深方法，其特征在于步骤S4所述的功率谱估算，具体为估算各监测时间序列的自功率谱以及主测点与辅助测点监测信号之间的互功率谱。
4.根据权利要求3所述的横向大地电磁波测深方法，其特征在于步骤S5中各辅助测点与主测点的相位差频率曲线，具体为采用如下算式计算相位差频率曲线：
Figure FDA0002661477600000011
式中：
Figure FDA0002661477600000012
为第i辅助测点和主测点的相位差频率曲线；angle()为取复数辐角主值操作，
Figure FDA0002661477600000013
表示第i辅助测点和主测点间监测信号互功率谱，ω为角频率。
5.根据权利要求4所述的横向大地电磁波测深方法，其特征在于步骤S5中各辅助测点与主测点的空间自相关系数频率曲线，具体为采用如下算式计算空间自相关系数频率曲线：
Figure FDA0002661477600000021
式中
Figure FDA0002661477600000022
表示第i辅助测点和主测点间监测信号互功率谱的实部，
Figure FDA0002661477600000023
表示第i辅助测点监测信号的自功率谱，
Figure FDA0002661477600000024
表示主测点监测信号自功率谱；
Figure FDA0002661477600000025
表示主测点与第i辅助测点连线与测线的夹角，L为辅助测点和主测点间距离。
6.根据权利要求5所述的横向大地电磁波测深方法，其特征在于步骤S6所述的计算大地电阻率，具体为采用如下算式计算大地电阻率：
Figure FDA0002661477600000026
式中：μ为磁导率，ω为角频率，k与ω相关且计算公式如下：
若N＝2，则
Figure FDA0002661477600000027
若N＞2，则针对频率ω0，将空间自相关系数频率曲线与0阶贝塞尔函数拟合，采用如下算式计算拟合误差
Figure FDA0002661477600000028
其中J0为0阶贝塞尔函数；并取拟合误差δ(ω0)最小时所对应的k的取值为最终的k值。
7.一种实现权利要求1～6之一所述的横向大地电磁波测深方法的测深装置，其特征在于包括测点传感器模块和上位机模块；测点传感器模块和上位机模块连接；测点传感器模块安装在测点上，用于监测并获取各测点上的监测时间序列并上传上位机模块；上位机模块用于根据接收的监测时间序列进行功率谱统计估算和计算相位差频率曲线或空间自相关系数频率曲线，并计算得到最终的大地电阻率。
8.根据权利要求7所述的测深装置，其特征在于所述的测点传感器模块为电场传感器模块或磁场传感器模块。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114384592A (zh) * 2021-12-01 2022-04-22 湖南五维地质科技有限公司 一种磁化率测深方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102419456A (zh) * 2011-06-30 2012-04-18 中国科学院地质与地球物理研究所 瞬变电磁测深数据的直接时间域处理方法
CN103389514A (zh) * 2013-07-18 2013-11-13 中国科学院地质与地球物理研究所 一种大地电磁去噪装置及大地电磁去噪方法
CN104102814A (zh) * 2014-06-11 2014-10-15 中国科学院地质与地球物理研究所 一种基于大地电磁数据反演电阻率和磁化率的方法及系统
US20150168588A1 (en) * 2012-07-04 2015-06-18 Genie Ip B.V. Mapping hydrocarbon liquid properties of a kerogencontaining source rock
CN105911603A (zh) * 2016-05-04 2016-08-31 湖南科技大学 基于天然电场的四维物探方法
CN109765627A (zh) * 2019-03-08 2019-05-17 中南大学 适用于山地的平面波电磁测深方法
CN110488365A (zh) * 2019-09-11 2019-11-22 湖南五维地质科技有限公司 一种多极化大地电磁测深方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102419456A (zh) * 2011-06-30 2012-04-18 中国科学院地质与地球物理研究所 瞬变电磁测深数据的直接时间域处理方法
US20150168588A1 (en) * 2012-07-04 2015-06-18 Genie Ip B.V. Mapping hydrocarbon liquid properties of a kerogencontaining source rock
CN103389514A (zh) * 2013-07-18 2013-11-13 中国科学院地质与地球物理研究所 一种大地电磁去噪装置及大地电磁去噪方法
CN104102814A (zh) * 2014-06-11 2014-10-15 中国科学院地质与地球物理研究所 一种基于大地电磁数据反演电阻率和磁化率的方法及系统
CN105911603A (zh) * 2016-05-04 2016-08-31 湖南科技大学 基于天然电场的四维物探方法
CN109765627A (zh) * 2019-03-08 2019-05-17 中南大学 适用于山地的平面波电磁测深方法
CN110488365A (zh) * 2019-09-11 2019-11-22 湖南五维地质科技有限公司 一种多极化大地电磁测深方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114384592A (zh) * 2021-12-01 2022-04-22 湖南五维地质科技有限公司 一种磁化率测深方法

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