CN114047550B - 一种压制慢极化效应的差分波形瞬变电磁测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种压制慢极化效应的差分波形瞬变电磁测量方法，包括：步骤1，布设测量点；步骤2，开始第1个观测周期，发射双极差分方波第一段，持续设定脉宽；步骤3，停止双极差分方波第一段的发射，并立即发射第二段波形，脉宽与第一段相同，完成后停止第二段波形发射并关断发射机；步骤4，第二段双极差分方波关断后，按照设定时窗开始磁场测量，直至本周期测量完成；步骤5，重复步骤1‑4，完成多个周期的双极差分方波瞬变电磁测量；步骤6，将同一测点的多周期观测数据叠加，获取接收点的大地双极差分方波瞬变电磁响应，作为无IP效应的双极差分方波瞬变电磁响应进行数据处理解释。本发明能够剔除慢极化效应对瞬变电磁数据的干扰。

Description

一种压制慢极化效应的差分波形瞬变电磁测量方法
技术领域
本发明涉及时间域电磁勘探技术领域，尤其涉及一种压制慢极化效应的差分波形瞬变电磁测量方法。
背景技术
瞬变电磁法(TEM)是一种时间域电磁勘探方法，基本原理是利用接地或不接地发射源在探测区域建立稳恒磁场，然后瞬间关断场源，根据法拉第电磁感应定律，地下介质中将感生出随时间变化的二次场，观测并记录感生的瞬变电磁响应，即可推断地下介质的电性分布。对于含极化(IP)效应的大地介质而言，当发射电流关断后，大地介质中将产生涡旋电压，涡旋电压在导电大地介质中产生涡流，同时对极化大地介质充电。随涡流衰减，感生磁场强度变小，其变化引起的涡旋电压迅速降低，以至低于极化介质的充电电压，充电过程不能持续。随涡流继续衰减，极化介质存储的电压大于涡旋电压，此时发生放电。因感生涡流即是极化介质的充电电流，放电电流与涡流方向必然相反，因此产生的电磁场与瞬变电磁感生电磁场方向相反，导致瞬变电磁曲线发生反号或畸变，给数据处理解释带来了干扰，甚至无法进行处理解释。
现有技术一般利用基于重复双极性方波的传统回线源瞬变电磁法在极化介质上进行磁场观测。由于瞬变电磁场的观测时窗通常在～n×10毫秒(ms)的范围，时间常数在1毫秒以上的慢极化效应通常也会叠加到瞬变电磁信号中。在数据处理方面，针对这种慢极化效应主要有两类处理办法，一是通过基函数拟合等方式，将包含极化效应的瞬变电磁响应分为多个独立的分量，再根据某些判定准则将电磁响应分离为瞬变电磁响应和极化响应，分别进行处理；二是直接处理包含IP效应的总瞬变电磁响应，在考虑极化效应的条件下进行数据联合反演和解释，同时解出大地的电导率和极化率参数。但由于TEM中的IP效应本身即由瞬变电磁感生涡流激发，与瞬变电磁响应具有较强的耦合，基于分离的方法难以真正将纯粹的TEM响应和IP响应完全分离；同时由于IP效应的复杂性，目前仍没有准确的物理模型描述，考虑IP效应的联合反演解释方法难以真正实现地电参数的定量，且由于IP效应的引入，未知参数的个数成数倍增加，数据处理解释具有较强的奇异性，反演解释多解性强，目前仍未有较完善的解决办法。
发明内容
本发明的目的是提供一种压制慢极化效应的差分波形瞬变电磁测量方法，通过瞬变电磁发射波形的控制，对慢极化效应(即时间常数大于1ms的IP效应)进行压制，同时确保不会导致瞬变电磁响应的大幅度损失，在基本保持瞬变电磁探测现有技术框架的前提下，剔除慢极化效应对瞬变电磁数据的干扰，为后续获取大地的电导率参数提供物理基础。
本发明提供了一种压制慢极化效应的差分波形瞬变电磁测量方法，包括如下步骤：
步骤1，布设发射框，在发射框内按照工作设计，参照回线源瞬变电磁探测装置布设测量点，即接收点，完成后准备开始发射和测量工作；
步骤2，开始第1个观测周期，通过发射波形控制装置发射双极差分方波第一段，持续设定脉宽；
步骤3，停止双极差分方波第一段的发射，并立即发射第二段波形，发射电流与第一段大小相等、方向相反，持续脉宽与第一段相同，完成后停止第二段波形发射并关断发射机；
步骤4，第二段双极差分方波关断后，接收点按照设定时窗开始磁场测量，直至,本周期测量完成；
步骤5，重复步骤1至步骤4，完成多个周期的双极差分方波瞬变电磁测量；
步骤6，重复步骤1至步骤5，完成所有布设测点的测量，将同一测点的多周期观测数据进行叠加，获取接收点的大地双极差分方波瞬变电磁响应，作为无IP效应的双极差分方波瞬变电磁响应进行数据处理解释。
进一步地，步骤1中的接收点按照工作设计布置。
进一步地，步骤2中，在发射机中设定发射电流大小为I，脉宽为W，开始第1个观测周期T1，通过发射波形控制装置发射双极差分方波第一段W1，发射电流为-I，持续时间为W，然后停止。
进一步地，步骤3中，停止W1发射后，立即发射双极差分方波第一段W2停止，发射电流为I，持续时间为W，完成后关停发射机。
进一步地，步骤4中，接收点按照设定时窗Ts开始磁场测量，直至测量本周期T1测量完成。
进一步地，步骤5中，重复步骤1至步骤4，完成T2、T3…多个周期的双极差分方波瞬变电磁测量。
借由上述方案，通过压制慢极化效应的差分波形瞬变电磁测量方法，通过控制瞬变电磁发射波形，对慢极化效应进行直接压制，无需改变瞬变电磁原有施工方式的几何特征，具有如下技术效果：
1)本发明通过控制瞬变电磁探测技术的发射波形，直接从物理场层面对TEM中的慢极化效应进行了压制，不引入数值计算误差。
2)本发明在不使瞬变电磁响应大幅度损失的前提下，实现了对慢极化效应的压制，所获得瞬变电磁响应可直接按照无极化情况进行处理解释，避免了因考虑IP效应引出的奇异性等问题。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明一种压制慢极化效应的差分波形瞬变电磁测量方法的流程图；
图2是本发明一实施例中双极差分方波瞬变电磁测量方式示意图；
图3是本发明一实施例中双极差分方波瞬变电磁发射波形示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参图1所示，本实施例提供了一种压制慢极化效应的差分波形瞬变电磁测量方法，包括如下步骤：
步骤S1，布设发射框，在发射框内按照工作设计，参照回线源瞬变电磁探测装置布设测量点，即接收点，完成后准备开始发射和测量工作；
步骤S2，开始第1个观测周期，通过发射波形控制装置发射双极差分方波第一段，持续设定脉宽；
步骤S3，停止双极差分方波第一段的发射，并立即发射第二段波形，发射电流与第一段大小相等、方向相反，持续脉宽与第一段相同，完成后停止第二段波形发射并关断发射机；
步骤S4，第二段双极差分方波关断后，接收点按照设定时窗开始磁场测量，直至,本周期测量完成；
步骤S5，重复步骤S1至步骤S4，完成多个周期的双极差分方波瞬变电磁测量；
步骤S6，重复步骤S1至步骤S5，完成所有布设测点的测量，将同一测点的多周期观测数据进行叠加，获取接收点的大地双极差分方波瞬变电磁响应，作为无IP效应的双极差分方波瞬变电磁响应进行数据处理解释。
下面结合一个具体的实施例对本发明作进一步详细说明。
参图2、图3所示，一种压制慢极化效应的差分波形瞬变电磁测量方法，包括：
S1、布设发射框Loop，在发射框内按照传统瞬变电磁回线装置布设R1、R2、R3、R4共4个接收点(参见图2)；
S2、在发射机Transmitter中设定发射电流大小为I，脉宽为W，开始第1个观测周期T1，通过发射波形控制装置发射双极差分方波第一段W1，发射电流为-I，持续时间为W，然后停止(参见图3)；
S3、停止W1发射后，立即发射双极差分方波第一段W2停止，发射电流为I，持续时间为W，完成后关停发射机；
S4、接收点R1按照设定时窗Ts开始磁场测量，直至测量本周期T1测量完成；
S5、重复S1-S4步骤，完成T2、T3…等多个周期的双极差分方波瞬变电磁测量；
S6、重复S1-S5步骤，完成所有布设测点的测量。然后将同一测点的多周期观测数据进行叠加，获取接收点的大地双极差分方波瞬变电磁响应，作为无IP效应的双极差分方波瞬变电磁响应进行数据处理解释。
通过本发明提供的双极差分方波对大地进行激发时，正负方波所产生的大地电磁响应方向相反。但TEM响应衰减快，在关断时第一个方波产生的TEM响应即已经大幅衰减，响应受第二个方波控制，响应规律类似于传统的方波响应。而慢极化响应衰减速率小，正负方波所产生的极化响应在关断后会在很大程度上互相抵消。因此，利用双极差分方波可以在略微削弱TEM响应的同时，大幅压制大地的慢极化响应。具有施工简单、不改变原有测量方式、便于野外数据采集的优点。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种压制慢极化效应的差分波形瞬变电磁测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，布设发射框，在发射框内按照工作设计，参照回线源瞬变电磁探测装置布设测量点，即接收点，完成后准备开始发射和测量工作；
步骤2，开始第1个观测周期，通过发射波形控制装置发射双极差分方波第一段，持续设定脉宽；
步骤3，停止双极差分方波第一段的发射，并立即发射第二段波形，发射电流与第一段大小相等、方向相反，持续脉宽与第一段相同，完成后停止第二段波形发射并关断发射机；
步骤4，第二段双极差分方波关断后，接收点按照设定时窗开始磁场测量，直至本周期测量完成；
步骤5，重复步骤1至步骤4，完成多个周期的双极差分方波瞬变电磁测量；
步骤6，重复步骤1至步骤5，完成所有布设测点的测量，将同一测点的多周期观测数据进行叠加，获取接收点的大地双极差分方波瞬变电磁响应，作为无IP效应的双极差分方波瞬变电磁响应进行数据处理解释。
2.根据权利要求1所述的压制慢极化效应的差分波形瞬变电磁测量方法，其特征在于，步骤1中的接收点按照工作设计布置。
3.根据权利要求2所述的压制慢极化效应的差分波形瞬变电磁测量方法，其特征在于，步骤2中，在发射机中设定发射电流大小为I，脉宽为W，开始第1个观测周期T1，通过发射波形控制装置发射双极差分方波第一段W1，发射电流为-I，持续时间为W，然后停止。
4.根据权利要求3所述的压制慢极化效应的差分波形瞬变电磁测量方法，其特征在于，步骤3中，停止W1发射后，立即发射双极差分方波第一段W2停止，发射电流为I，持续时间为W，完成后关停发射机。
5.根据权利要求4所述的压制慢极化效应的差分波形瞬变电磁测量方法，其特征在于，步骤4中，接收点按照设定时窗Ts开始磁场测量，直至测量本周期T1测量完成。
6.根据权利要求5所述的压制慢极化效应的差分波形瞬变电磁测量方法，其特征在于，步骤5中，重复步骤1至步骤4，完成T2、T3…多个周期的双极差分方波瞬变电磁测量。
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