CN115903053A - 一种电偶源井地瞬变电磁测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电偶源井地瞬变电磁测量方法，包括：在钻孔中的不同深度上依次布设多个发射点；将发射电偶源的两个发射电极置于钻孔中第一个发射点位置；连接发射机与井中探头，通过发射偶极源的发射电极从井壁向大地馈入具有设定波形和大小的电流；在地表布设接收点，测量钻孔与接收点连线的切向磁场分量，获取大地的瞬变电磁衰减响应；改变井中探头的深度，获取对应不同深度发射源的瞬变电磁衰减响应，直至所有设计的发射点均被测量完成；基于电偶极子瞬变电磁理论，根据不同发射点瞬变电磁衰减响应的极大时刻计算大地视电阻率，通过微分获取大地似电阻率，以此作为初始模型，开展大地电阻率反演。本发明能够实现大地电阻率的快速、高分辨测量。
Description
技术领域
本发明属于地球物理勘查技术领域，尤其涉及一种电偶源井地瞬变电磁测量方法。
背景技术
瞬变电磁法是一种时间域电磁勘探方法，其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，即可进一步推断地下介质的电性分布。在传统的瞬变电磁探测工作中，一般采用地面瞬变电磁观测系统，即发射和接收装置都布设在地表。由于瞬变电磁法属于感应类勘探方法，纵向分辨力较低，难以发现深部的有效异常。为提高该方法的纵向分辨能力，常常结合钻孔将观测装置深入地下开展探测，以实现深部或井旁矿体的高分辨探测。
现有技术中，结合钻孔开展的瞬变电磁测量方法主要包括两种。第一种是将发射装置布设在地面，将接收装置通过钻孔深入地下开展测量，此为地-井瞬变电磁法。该方法的缺点是，发射源位置在单次测量过程中保持固定，地下介质的受激发状态是固定不变的。如果矿体与发射源耦合不好，则探测效果必然较差甚至因为盲区效应造成错漏。因此往往需要布置多个大的发射源，以保证地下地质体与发射源之间有较好的耦合，这一般需要很大的野外工作量和很高的工作成本。第二种是将发射装置和接收装置均集成到井下探头中，通过钻孔将发射装置和接收装置同时送入地下开展测量，称为“孔中瞬变电磁法”。该方法的缺点是，由于井下探头内的空间极为有限，同时集成发射和接收装置，二者必然相互挤占空间，观测装置的发射磁矩和接收面积受空间限制无法保证。此外，由于空间限制，发射和接收装置距离往往较近，互感效应强，会对正常的瞬变电磁场产生较强的畸变。
发明内容
本发明的目的是提供一种电偶源井地瞬变电磁测量方法，在实现发射源和矿体良好耦合的前提下，避免多个大型发射源的布设，降低野外工作量和工作成本，同时保证足够的发射功率和接收面积，消除互感效应对瞬变电磁场的畸变，进而实现深部或井旁矿体的高分辨电性探测。
本发明提供了一种电偶源井地瞬变电磁测量方法，包括如下步骤：
步骤1，按照工作设计和精度要求，在钻孔中的不同深度上依次布设多个发射点；
步骤2，通过井中探头，将发射电偶源的两个发射电极置于钻孔中第一个发射点位置，并使发射电极紧贴井壁，以保证电极和井壁处于相互连通状态；
步骤3，连接发射机与井中探头，开启发射机，按照工作设计，通过发射偶极源的发射电极从井壁向大地馈入设定波形和大小的电流；
步骤4，在地表布设接收点，在发射的关断时段，测量钻孔与接收点连线的切向磁场分量，获取大地的瞬变电磁衰减响应；
步骤5，改变井中探头的深度，重复步骤3至步骤4，获取对应不同深度发射源的瞬变电磁衰减响应，直至所有设计的发射点均被测量完成；
步骤6，基于电偶极子瞬变电磁理论，根据不同发射点瞬变电磁衰减响应的极大时刻计算大地视电阻率，通过微分获取大地似电阻率，以此作为初始模型，开展大地电阻率反演。
进一步地，所述步骤6包括：
将井中发射源视为垂直电偶极子，根据不同发射点瞬变电磁衰减响应的极大时刻计算大地视电阻率，对于第i个发射点Ti，对应响应的极大时刻记为ti，深度记为Zi，则大地视电阻率
由下式计算：
式中，μ代表大地磁导率，r为接收点到钻孔的水平距离，b为一经验系数；通过微分获取大地似电阻率
的计算公式为：
以大地似电阻率
作为初始模型，开展大地电阻率反演。
借由上述方案，通过电偶源井地瞬变电磁测量方法，可以通过发射电偶源在井中的移动，实现大地电阻率的快速、高分辨测量。同时，采用井中发射、地表接收的测量方法，可以有效避免大型发射装置的布设以及消除互感畸变，具备施工简单、工作成本低、测量结果可靠程度高、处理解释速度快等优点。
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为本发明一实施例中井中发射点布设示意图；
图2为本发明一实施例中井中探头示意图；
图3为本发明一实施例中发射方波示意图；
图4为本发明一实施例中测量磁场切向分量示意图。
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。
本实施例提供了一种电偶源井地瞬变电磁测量方法，其基本步骤包括：
S1、按照工作设计和精度要求，在钻孔中的不同深度上依次布设多个发射点；
S2、通过井中探头，将发射电偶源的两个发射电极置于钻孔中第一个发射点位置，并使发射电极紧贴井壁，以保证电极和井壁处于相互连通状态；
S3、连接发射机与井中探头，开启发射机，按照工作设计，通过发射偶极源的发射电极从井壁向大地馈入具有特定波形和一定大小的电流；
S4、在地表布设接收点，在发射的关断时段，测量钻孔与接收点连线的切向磁场分量，获取大地的瞬变电磁衰减响应；
S5、改变井中探头的深度，重复S3-S4，获取对应不同深度发射源的瞬变电磁衰减响应，直至所有设计的发射点均被测量完成；
S6、基于电偶极子瞬变电磁理论，根据不同发射点瞬变电磁衰减响应的极大时刻计算大地视电阻率，通过微分获取大地似电阻率，以此作为初始模型，开展大地电阻率反演。
下面结合一个具体的实施例对本发明作进一步详细说明。
S1、对于总深度1000m的垂直钻孔ZK001，按照10m间距在钻孔中由浅到深依次布设101个发射点，分别为T1、T2、……、T101(附图1)；
S2、通过井中探头S1，将发射电偶源的两个发射电极A和B置于钻孔中第一个发射点T1位置，并使发射电极紧贴井壁，以保证电极和井壁处于相互连通状态，用于向大地进行供电(附图2)；
S3、连接发射机Tx与井中探头S1，开启发射机Tx，通过发射偶极源的发射电极A和B从井壁向大地馈入占空比1:1的方波，电流强度为I(附图3)；
S4、在地表距离钻孔r位置，布设接收点R1，在发射的关断时段，测量钻孔与接收点水平连线的切向(φ方向)磁场分量Hφ，获取大地的瞬变电磁衰减响应(附图4)；
S5、将井中探头移动到下一发射点位置，重复S3-S4，获取对应不同深度发射源的瞬变电磁衰减响应，直至所有设计的发射点T1、T2、……、T101均被测量完成；
S6、将井中发射源视为垂直电偶极子，根据不同发射点瞬变电磁衰减响应的极大时刻计算大地视电阻率，对于第i个发射点Ti，对应响应的极大时刻记为ti，深度记为Zi，则大地视电阻率
可由下式计算：
式中，μ代表大地磁导率，r为接收点到钻孔的水平距离，b为一经验系数。通过微分获取大地似电阻率
的计算公式为：
以此作为初始模型，开展大地电阻率反演。
该电偶源井地瞬变电磁测量方法，采用电偶源发射，通过井下探头将瞬变电磁发射源置入钻孔，在地下进行移动发射，在地表观测磁场切向分量，并基于瞬变响应的极大时刻开展视电阻率定义和反演解释，具体包括如下技术效果：
1)本发明将发射源置于钻孔中，通过发射源在井中的移动保证井周矿体的耦合，无需在地面布置大型发射框，降低了野外工作成本。
2)本发明采用收发分离的工作装置，发射源通过井下探头置于钻孔中，而接收点则布设于地面，二者之间具有较大的距离，可在极大程度上削弱瞬变电磁观测装置的互感效应，有效解决了孔中瞬变电磁法因互感效应而产生的响应畸变问题。
3)本发明采用井中发射、地面接收的装置形式，保证了发射和接收装置的布设空间，容易实现大功率发射和高灵敏度接收，且发射装置接近于地下矿体，能够充分激发矿体响应，有利于实现大深度、高分辨探测。
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 (2)
1.一种电偶源井地瞬变电磁测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，按照工作设计和精度要求，在钻孔中的不同深度上依次布设多个发射点；
步骤2，通过井中探头，将发射电偶源的两个发射电极置于钻孔中第一个发射点位置，并使发射电极紧贴井壁，以保证电极和井壁处于相互连通状态；
步骤3，连接发射机与井中探头，开启发射机，按照工作设计，通过发射偶极源的发射电极从井壁向大地馈入设定波形和大小的电流；
步骤4，在地表布设接收点，在发射的关断时段，测量钻孔与接收点连线的切向磁场分量，获取大地的瞬变电磁衰减响应；
步骤5，改变井中探头的深度，重复步骤3至步骤4，获取对应不同深度发射源的瞬变电磁衰减响应，直至所有设计的发射点均被测量完成；
步骤6，基于电偶极子瞬变电磁理论，根据不同发射点瞬变电磁衰减响应的极大时刻计算大地视电阻率，通过微分获取大地似电阻率，以此作为初始模型，开展大地电阻率反演。
2.根据权利要求1所述的电偶源井地瞬变电磁测量方法，其特征在于，所述步骤6包括：
将井中发射源视为垂直电偶极子，根据不同发射点瞬变电磁衰减响应的极大时刻计算大地视电阻率，对于第i个发射点Ti，对应响应的极大时刻记为ti，深度记为Zi，则大地视电阻率
由下式计算：
式中，μ代表大地磁导率，r为接收点到钻孔的水平距离，b为一经验系数；通过微分获取大地似电阻率
的计算公式为：
以大地似电阻率
作为初始模型，开展大地电阻率反演。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116400415A (zh) * | 2023-04-12 | 2023-07-07 | 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所 | 一种基于衰减过程的瞬变电磁全域视电阻率定义方法 |
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2022
- 2022-10-12 CN CN202211247960.9A patent/CN115903053A/zh active Pending
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN116400415A (zh) * | 2023-04-12 | 2023-07-07 | 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所 | 一种基于衰减过程的瞬变电磁全域视电阻率定义方法 |
| CN116400415B (zh) * | 2023-04-12 | 2023-11-24 | 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所 | 一种基于衰减过程的瞬变电磁全域视电阻率定义方法 |
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