CN115097531B - 全区观测交替覆盖积分差分混合激励全信息电磁勘探方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全区观测交替覆盖积分差分混合激励全信息电磁勘探方法，包括：S1：确定待勘探区域及待勘探区域的核心目标区域；S2：将待勘探区域划分为若干基本阵列区域，将核心目标区域划分为若干交错阵列区域；并在待勘探区域内确定多个混合激励系统布设位置；S3：依次在每个基本阵列区域布设由接收台站组成基本观测阵列进行观测；S4：依次在每个交错阵列区域布设由接收台站组成的交错观测阵列进行观测。从物理上实现单一场源、差分场源、积分场源三种激励方式，并且从不同角度、不同方位、不同模式获取地下三维目标体信息，有利于正确成像，提升了分辨率。

Description

全区观测交替覆盖积分差分混合激励全信息电磁勘探方法

技术领域

本发明涉及地球物理勘探技术领域，尤其涉及一种全区观测交替覆盖积分差分混合激励全信息电磁勘探方法。

背景技术

目前，常用的电磁勘探方法主要有直流电阻率法(DC)、激发极化法(IP，包括时域激电法、频域激电法及频谱激电法)、瞬变电磁法(TEM)、大地电磁法(MT)、可控源电磁法(CSEM)等。对于不同的勘探方法都配套了各自相应的仪器装备、数据处理与解释系统。这些勘探方法主要存在以下问题：

其一，传统电磁勘探方法采用单一激发场源激励，发射源极化模式和接收模式单一，不能从不同角度、不同方位利用不同模式的发射和接收获取地下三维目标体信息，严重影响勘探效果。

其二，传统的可控源电磁法(CSEM)只能在远区工作，数据信噪比较低；且存在场源效应和阴影效应，不能对复杂地质体正确成像，分辨率较低。

其三，传统方法一次测量工作只能获取某一特定的电性信息。针对同一个工区，需要重复开展多次野外测量、数据处理及解释工作，才能全面地获取地下三维体的电性信息，这在很大程度上影响了勘探效率，增加了不必要的勘探成本。

发明内容

本发明提供了一种全区观测交替覆盖积分差分混合激励全信息电磁勘探方法，以解决现有电磁勘探效率低、勘探效果不佳的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种全区观测交替覆盖积分差分混合激励全信息电磁勘探方法，包括：

S1：确定待勘探区域及待勘探区域的核心目标区域；

S2：将待勘探区域划分为若干基本阵列区域，将核心目标区域划分为若干交错阵列区域；并在待勘探区域内确定多个混合激励系统布设位置；

S3：依次在每个基本阵列区域布设由接收台站组成的基本观测阵列，并逐一调节每个混合激励系统，使其依次激励包含单一场源、差分场源、积分场源在内的多种极化模态，此期间内各接收台站进行数据采集；

S4：依次在每个交错阵列区域布设由接收台站组成的交错观测阵列，并逐一调节每个混合激励系统，使其依次激励包含单一场源、差分场源、积分场源在内的多种极化模态，此期间内各接收台站进行数据采集。

进一步地，混合激励系统的电极系包括呈十字排列且中心对称的五个电极，其包括16种供电组合模式，其中，8种单一一组正负极的供电模式用于激励单一场源的极化模态，4种两组正负极电流流向相同的供电模式用于激励积分场源的极化模态，4种两组正负极电流流向相反的供电模式用于激励差分场源的极化模态。

进一步地，交错观测阵列与基本观测阵列遵循混合激励系统共用，接收台站加密且不共用的布设原则。

进一步地，所述逐一调节每个混合激励系统，使其依次激励包含单一场源、差分场源、积分场源在内的多种极化模态，此期间内各接收台站进行数据采集，具体包括：

A1：开启一个混合激励系统，依次激励包含单一场源、差分场源、积分场源在内的多种极化模态，各接收台站进行数据采集；此时其他的混合激励系统开启闲置充电模式；

A2：依次逐一开启其他的混合激励系统，按照步骤A1进行观测。

进一步地，每个接收台站采集的数据包括两个电场分量和/或三个磁场分量。

进一步地，混合激励系统的发射信号为1000Hz~低频0.1Hz的方波信号。

进一步地，在混合激励系统发射期内，各接收台站采集人工源电场和/或磁场信号；

在混合激励系统发射间歇，各接收台站采集天然源电场和/或磁场信号。

进一步地，还包括：

将采集的全部数据分离成人工源信号和天然源信号两部分；

再分别从人工源信号和天然源信号中识别并提取时间域信号和频率域信号，得到地下介质的电阻率信息和极化率信息；

将采集的全部数据进行全信息综合反演成像。

有益效果

本发明提出了一种全区观测交替覆盖积分差分混合激励全信息电磁勘探方法，具有如下优点：

（1）从物理上实现单一场源、差分场源、积分场源三种激励方式，并且从不同角度、不同方位、不同模式获取地下三维目标体信息，有利于正确成像，提升了分辨率；

（2）突破远区观测的束缚，避免了场源效应和阴影效应的影响，可以在复杂条件下获得正确的勘探结果；

（3）一次野外采集工作同步获取“几何测深(收发距变化)”与“电磁感应(频率变化)”信息，单一场源、差分场源、积分场源极化模式信息，时间域和频率域信息，人工场源和天然场源信息，电阻率和极化率信息，电磁场分量及其梯度信息，勘探效率高；

（4）可以用于油气、矿产资源、工程与环境、地热、地下水等勘察中，对于陆地、航空和海洋等不同领域电磁勘探也同样适用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种全区观测交替覆盖积分差分混合激励全信息电磁勘探方法流程图；

图2是本发明实施例提供的待勘探区域及核心目标区域划分示意图；

图3是本发明实施例提供的一种混合激励系统及观测阵列的布设示意图；

图4是本发明实施例提供的交错观测阵列加密布设方式；其中，（1）为一点加密方式，（2a）和（2b）为两种两点加密方式，（3a）和（3b）为两种三点加密方式，（4a）和（4b）为两种四点加密方式；

图5是本发明实施例提供的混合激励系统的电极排列方式示意图；

图6是本发明实施例提供的8种单一场源极化模态对应供电方式示意图，其中，（1）~（8）对应8种供电方式；

图7是本发明实施例提供的4种积分场源极化模态对应供电方式示意图，其中，（1）~（4）对应4种供电方式；

图8是本发明实施例提供的4种差分场源极化模态对应供电方式示意图，其中，（1）~（4）对应4种供电方式。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

针对现有地球物理勘探方法存在的问题，本发明实施例提供了一种积分差分混合激励的全信息电磁勘探方法，能全方位激发地下目标体，接收电磁场信息，利用全部信息进行反演成像，实现电磁场全信息勘探。下面具体介绍本实施例提供的混合激励的全信息电磁勘探方法的主要内容。包括：

如图1所示，本发明实施例提供了一种全区观测交替覆盖积分差分混合激励全信息电磁勘探方法，包括：

S1：依据勘探要求，确定待勘探区域及待勘探区域的核心目标区域。

S2：将待勘探区域划分为若干基本阵列区域，将核心目标区域划分为若干交错阵列区域；并在待勘探区域内确定多个混合激励系统布设位置。

根据实际基本观测阵列的大小，以基本观测阵列为单位划分待勘探区域。同时对于核心目标区域，根据实际交错观测阵列大小，以交错观测阵列为单位划分核心目标区域。如图2所示，虚线框表示待勘探区域划分成的多个基本阵列区域，实线框表示核心目标区域划分成的多个交错阵列区域。混合激励系统的数量及布设位置根据待勘探区域的大小进行确定，混合激励系统以及混合激励系统之间的间距，以及观测阵列中接受台站的数量及接收台站之前的距离，均可依据对勘探精细程度的要求进行适当加密或稀疏。如图3所示，展示了一种混合激励系统及观测阵列的布设示意图。

S3：依次在每个基本阵列区域布设由接收台站组成的基本观测阵列，并逐一调节每个混合激励系统，使其依次激励包含单一场源、差分场源、积分场源在内的多种极化模态，此期间内各接收台站进行数据采集。具体包括：

S31：选择一个基本阵列区域，将基本观测阵列布设到该基本阵列区域内；

S32：先开启一个混合激励系统，依次激励包含单一场源、差分场源、积分场源在内的多种极化模态，各接收台站进行数据采集；此时其他的混合激励系统开启闲置充电模式；

S33：依次开启其他的混合激励系统，按照步骤S32进行观测；

S34：选择下一个基本阵列区域，重复步骤S31至S34，直至所有的基本阵列区域完成观测，实现待勘探区域全区域的基本阵列观测。

S4：依次在每个交错阵列区域布设由接收台站组成的交错观测阵列，并逐一调节每个混合激励系统，使其依次激励包含单一场源、差分场源、积分场源在内的多种极化模态，此期间内各接收台站进行数据采集。具体包括：

S41：选择一个交错阵列区域，将交错观测阵列布设到该交错阵列区域内；

S42：先开启一个混合激励系统，依次激励包含单一场源、差分场源、积分场源在内的多种极化模态，各接收台站进行数据采集；此时其他的混合激励系统开启闲置充电模式；

S43：依次开启其他的混合激励系统，按照步骤S42进行观测；

S44：选择下一个交错阵列区域，重复步骤S41至S44，直至所有的交错阵列区域完成观测，实现核心目标全区域的交错阵列观测。

数据采集过程中，先完成基本观测阵列的信息采集工作，之后再完成交错观测阵列的信息采集工作。基本观测阵列是完成对待勘探区域的一次信息全面采集，完成了基本观测阵列内部信号的激发和接收；交错观测阵列利用基本观测阵列的混合激励系统在基本观测阵列之间激发接收，由此实现多角度、全方位激发和接收；交错观测阵列中接收台站与基本观测阵列中接收台站交错分布，依据对勘探精细程度的要求适当加密，由此实现电磁勘探信息的全面接收。

需说明的是，交错观测阵列与基本观测阵列遵循混合激励系统共用，接收台站加密且不共用的布设原则。依据对核心目标区域的探测精细程度的要求，可对交错观测阵列的接收台站进行不同程度的加密。图4举例说明了在基本观测阵列中采用不同加密节点数后，交错观测阵列中接收站台的分布情况。图4中假设基本观测阵列中有四个接收站台，交错观测阵列分别采用一点、二点、三点、四点加密方式进行加密的示意图，具体地，图4中，（1）为一点加密方式，（2a）和（2b）为两种两点加密方式，（3a）和（3b）为两种三点加密方式，（4a）和（4b）为两种四点加密方式。具体施工时，对要求精细探测区域的加密采集方式不限于图4，可根据勘探区域复杂的地形地貌等情况，灵活调整加密方式，加密布置方式具有灵活多变、任意覆盖的特点。在交错观测阵列的基础上进行接收站台加密，能够完善在不同阵列之间的激发和接收信息，突破远区观测束缚，避免场源效应和阴影效应的影响，实现信息多角度、全方位全面系统的接收，可以在复杂条件下获得正确的勘探结果。

如图5所示，本实施例中，混合激励系统的电极系包括呈十字排列且中心对称的五个电极（A₁、A₂、B₁、B₂、O），其中，A₁、A₂、B₁、B₂四个电极关于中心电极O中心对称，其包括16种供电组合模式。8种单一一组正负极的供电模式用于激励单一场源的极化模态，如图6中（1）~（8）所示，箭头方向为电流流向。4种两组正负极电流流向相同的供电模式用于激励积分场源的极化模态，如图7中（1）~（4）所示，箭头方向为电流流向。4种两组正负极电流流向相反的供电模式用于激励差分场源的极化模态，如图8中（1）~（4）所示，箭头方向为电流流向。本发明提供的单一、积分和差分混合激励系统从物理上实现单一场源、差分场源、积分场源多种激励方式，能从不同角度、不同方位、不同模式获取地下三维目标体信息，有利于正确成像，且提升了分辨率。

本实施例中，接收站台接收的场分量分为以下三种情况：①两个电场分量接收；②三个磁场分量接收；③两个电场和三个磁场五个分量接收。与已有的一些梯度场接收系统不同，由于本发明的源采用了差分发射，接收系统仍采用传统方法接收场分量。

本实施例中，全信息数据采集与处理有以下特点：①混合激励系统发射信号为一组高频(1000Hz)~低频(0.1Hz)的方波信号，对电场、磁场及梯度的时间序列采用等间隔采样；②发射间歇，接收台站采集天然源电场、磁场信号，效率高；③能根据发射波形、发射电流及时间，识别并分离天然源信号和人工源信号，并得到电场和磁场的时间域信息、频率域信息；地下介质电阻率信息和极化率信息；④融合各种电性信息进行综合反演成像与定量解释，分辨率高，对于任意复杂地质条件精细勘探具有广普适用性。根据采集的电场和磁场信息得到电场和磁场的时间域信息、频率域信息，以及地下介质电阻率信息和极化率信息，以及将采集的数据进行全信息综合反演成像，上述数据处理的具体方法均为现有技术，在此不再进行赘述。

具体的实施步骤如下：

步骤一：利用单一、积分和差分混合激励系统发射不同频率的方波信号，接收人工源电场、磁场及其梯度场信息；

步骤二：在发射间歇，此时接收站台采集天然源电场、磁场及其梯度信息；

步骤三：将采集的全部数据分离成天然源信号和人工源信号两部分，再分别从人工源信号和天然源信号中识别并提取时间域信号和频率域信号，得到地下介质的电阻率信息和极化率信息；

步骤四：将全区观测交替覆盖积分差分混合激励采集的数据进行全信息综合反演成像，实现勘探区精细成像与定量解释。

本发明公开了一种全区观测交替覆盖积分差分混合激励的全信息电磁勘探方法，该方法是一种差分积分混合激励，集多功能、多信息、多分量于一体的全信息电磁勘探方法。具体主要表现有以下优良特性：

①全区观测交替覆盖观测将电磁场数据采集分为基本阵列观测和交错阵列观测。首先对整个勘探区域进行第一次基本阵列观测，之后对勘探的核心目标区域进行交错阵列观测。交错阵列利用基本阵列的发射源在基本阵列之间激发接收，由此实现多角度、全方位激发和接收；交错阵列中接收站台与基本阵列中接收站台交错分布，依据对勘探精细程度的要求适当加密，由此实现电磁场信息全面接收，突破远区观测束缚，避免了场源效应和阴影效应的影响，可以在复杂条件下获得正确的勘探结果。接收时采用单一分量和差分场源接收，提升了分辨率。

②该方法从物理上实现单一场源、差分场源、积分场源多种激励方式，并且从不同角度、不同方位、不同模式获取地下三维目标体信息，有利于正确成像，且提升了分辨率。

③该方法一次野外采集工作同步获取“几何测深(收发距变化)”与“电磁感应(频率变化)”信息，单一场源、差分场源、积分场源极化模式信息，时间域和频率域信息，人工场源和天然场源信息，电阻率和极化率信息，电磁场三分量及其梯度信息，有效提升了勘探分辨率和工作效率。利用电磁场全部信息进行反演，实现对勘探区域正确、准确和高分辨率成像。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种全区观测交替覆盖积分差分混合激励全信息电磁勘探方法，其特征在于，包括：

S1：确定待勘探区域及待勘探区域的核心目标区域；

S2：将待勘探区域划分为若干基本阵列区域，将核心目标区域划分为若干交错阵列区域；并在待勘探区域内确定多个混合激励系统布设位置；

S3：依次在每个基本阵列区域布设由接收台站组成的基本观测阵列，并逐一调节每个混合激励系统，使其依次激励包含单一场源、差分场源、积分场源在内的多种极化模态，此期间内各接收台站进行数据采集；

S4：依次在每个交错阵列区域布设由接收台站组成的交错观测阵列，并逐一调节每个混合激励系统，使其依次激励包含单一场源、差分场源、积分场源在内的多种极化模态，此期间内各接收台站进行数据采集；

混合激励系统的电极系包括呈十字排列且中心对称的五个电极，其包括16种供电组合模式，其中，8种单一一组正负极的供电模式用于激励单一场源的极化模态，4种两组正负极电流流向相同的供电模式用于激励积分场源的极化模态，4种两组正负极电流流向相反的供电模式用于激励差分场源的极化模态。

2.根据权利要求1所述的全区观测交替覆盖积分差分混合激励全信息电磁勘探方法，其特征在于，交错观测阵列与基本观测阵列遵循混合激励系统共用，接收台站加密且不共用的布设原则。

3.根据权利要求1所述的全区观测交替覆盖积分差分混合激励全信息电磁勘探方法，其特征在于，所述逐一调节每个混合激励系统，使其依次激励包含单一场源、差分场源、积分场源在内的多种极化模态，此期间内各接收台站进行数据采集，具体包括：

A1：开启一个混合激励系统，依次激励包含单一场源、差分场源、积分场源在内的多种极化模态，各接收台站进行数据采集；此时其他的混合激励系统开启闲置充电模式；

A2：依次逐一开启其他的混合激励系统，按照步骤A1进行观测。

4.根据权利要求1所述的全区观测交替覆盖积分差分混合激励全信息电磁勘探方法，其特征在于，混合激励系统的发射信号为1000Hz～低频0.1Hz的方波信号。

5.根据权利要求1所述的全区观测交替覆盖积分差分混合激励全信息电磁勘探方法，其特征在于，在混合激励系统发射期内，各接收台站采集人工源电场和/或磁场信号；

在混合激励系统发射间歇，各接收台站采集天然源电场和/或磁场信号。

6.根据权利要求5所述的全区观测交替覆盖积分差分混合激励全信息电磁勘探方法，其特征在于，还包括：

将采集的全部数据分离成人工源信号和天然源信号两部分；

再分别从人工源信号和天然源信号中识别并提取时间域信号和频率域信号，得到地下介质的电阻率信息和极化率信息；

将采集的全部数据进行全信息综合反演成像。

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