CN116088059B - 基于双源错频发射的人工源频率域电磁勘探方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于地球物理勘探领域，提供了一种基于双源错频发射的人工源频率域电磁勘探方法及系统，根据勘探目标的空间分布位置确定布设位置，布置两个正交的场源；在测区设置测点位置，在测点位置上布置两个正交分布的采集设备；控制两个场源发射不同频率组合的信号；获取测点处不同方向的电场响应信号；交换两个场源的发射频组，获取该测点处第二组电场响应信号；根据电场响应信号，求取测区的视电阻率，实现三维数据的采集。本发明可以实现一次野外施工即可采集获取赤道装置Ex分量、Ey分量和轴向装置Ex分量、Ey分量电磁信号，实现真正意义上的三维电磁快速探测。
Description
技术领域
本发明属于地球物理勘探技术领域，具体涉及一种基于双源错频发射的人工源频率域电磁勘探方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
国内外目前有很多种人工源频率域电磁勘探类方法，传统电磁勘探方法采用单一标量场源单点激励，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、不同模式获取地下目标体的全部信息，在一定程度上会影响三维勘探效果。采用某一特定方法一次测量工作只能获取某一特定电性信息。
另外，针对同一个工区，需要在同一测点进行多次不同参数的野外测量、数据处理及解释工作，才可以获取地下不同属性的信息，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
本发明为了解决上述问题，提出了一种基于双源错频发射的人工源频率域电磁勘探方法及系统，本发明可以实现一次野外施工即可采集获取赤道装置Ex分量、Ey分量（其中E表示电场，x、y分别表示x、y方向，下同）和轴向装置Ex分量、Ey分量电磁信号，实现真正意义上的三维电磁快速探测。
根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：
一种基于双源错频发射的人工源频率域电磁勘探方法，包括以下步骤：
根据勘探目标的空间分布位置确定布设位置，在所述布设位置，布置两个正交的场源；
在测区设置测点位置，在测点位置上布置两个正交分布的采集设备；
控制两个场源发射不同频率组合的信号；
获取测点处不同方向的电场响应信号；
交换两个场源的发射频组，获取该测点处第二组电场响应信号；
根据电场响应信号，求取测区的视电阻率，实现三维数据的采集。
作为一种可选择的实施方式，根据大地平均电阻率和目的勘探深度确定布设位置、判断收发距的大小。
作为一种可选择的实施方式，布置两个正交的场源的具体过程包括：在确定的布设位置沿正交的两个方向布设场源，场源为两个正交电偶极源，二者相交于两个场源的中点位置。
作为一种可选择的实施方式，两个场源的长度取值范围均在1km-3km。
作为一种可选择的实施方式，两个场源的交点位置与测区中心的距离的取值范围为5km-20km。
作为一种可选择的实施方式，在测点位置上布置两个正交分布的采集设备的具体过程包括在测区内布设赤道装置和轴向装置，两个装置的方向分别平行于对应场源的方向。
作为进一步的，所述采集设备等间距分布。
作为一种可选择的实施方式，控制两个场源发射不同频率组合的信号的具体过程包括：
两个场源发射的信号的频率主频互不重合，且信号互为补充。
作为一种可选择的实施方式，实现三维数据的采集的具体过程包括：将两次采集的信号进行合并，得到所有测点的所有频率的赤道装置Ex分量、Ey分量和轴向装置Ex分量、Ey分量电磁信号。
作为一种可选择的实施方式，实现三维数据的采集的具体过程包括根据记录的电流时间序列和工作装置参数、以及电磁场响应信号时间序列，求取所述测区地层的全区视电阻率。
一种基于双源错频发射的人工源频率域电磁勘探系统，包括：
在布设位置设置的两个正交的场源，用于发射不同频率组合的信号，且不同场源发射频率不能重合；
在测区设置的两个正交分布的采集设备，用于获取不同方向的电场响应信号；
控制器，用于控制两个场源发射不同频率组合的信号，以及交换两个场源的发射频组；
处理器，用于根据电场响应信号，求取测区的视电阻率，实现三维数据的采集。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明可以实现赤道装置和轴向装置的同时勘探，获得测区内Ex、Ey两个极化方向探测数据，实现测区三维数据采集，为后续三维反演提供海量多模态的原始数据，为后续三维反演解释提供充分的数据。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本实施例的流程示意图；
图2的（a）是本实施例的人工源频率域电磁勘探方法的接收端工作图；
图2的（b）本实施例的人工源频率域电磁勘探方法的发射端工作图；
图3的（a）、（b）分别是本实施例的频率信号1的幅值-时间图以及幅值-频率图；
图4的（a）、（b）分别是本实施例的频率信号2幅值-时间图以及幅值-频率图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
以一种典型实施例为例进行说明：
本实施例以深部矿产勘查所需的勘探频率为例，如图1所示，首先根据勘探目标的空间分布位置选定场源布设位置，如图2中的（b）所示，在该位置沿正交的A1B1和A2B2两个方向布设场源，源A1B1和源A2B2：源A1B1和源A2B2为两个正交电偶极源，二者相交于两个场源的中点位置，两个场源的长度取值范围均在1km-3km；交点位置与测区中心的距离的取值范围为5km-20km。
这两个场源同步交错发射两组互不重叠的信号：场源A1B1发送第一信号时，源A2B2送第二信号。将需要的勘探频率设计为两组不同频率组合的信号，两组频率主频互不重合，如图3中的（a）、（b）、图4中的（a）、（b）所示，其中第一信号包含0.0625Hz、0.125Hz、0.25Hz、0.3125Hz、0.5Hz、0.625Hz、1Hz、1.25Hz、2Hz、2.5Hz、4Hz、5Hz、8Hz、10Hz、16Hz、20Hz、32Hz、40Hz、64Hz、80Hz、128Hz、160Hz、256Hz、320Hz、512Hz、640Hz、1024Hz、1280Hz、2048Hz等成分；第二信号包含0.1875Hz、0.375Hz、0.5625Hz、0.75Hz、1.125Hz、1.5Hz、2.25Hz、3Hz、4.5Hz、6Hz、9Hz、12Hz、18Hz、24Hz、36Hz、48Hz、72Hz、96Hz、144Hz、192Hz、288Hz、384Hz、576Hz、768Hz、1152Hz、1536Hz、2304 Hz等成分；二者互为补充。即源A1B1和源A2B2同步交替发射第一信号和第二信号，且所述第一信号与所述第二信号互不相关。记录两个场源发射的电流信号。
当然，上述实施例给出的频率仅仅是一种示例，并不限定上述参数，在其他实施例中，上述参数可以进行更改。
另外，信号的生成过程利用现有技术即可，在此不再限定。
如图2的的（a）和（b）所示，同时在测区内进行赤道装置和轴向装置两种方式的信号观测，在相同测点位置等间距布设M1N1和M2N2两个正交方向的电极，M1N1和M2N2方向分别平行于场源A1B1和A2B2两个方向，分别采集该测点M1N1和M2N2两个方向的水平电场响应信号，其中包括赤道装置Ex分量、Ey分量和轴向装置Ex分量、Ey分量电磁信号。记录采集到的响应信号的时间序列。
一次数据采集结束后，在不改变测点观测方式的情况下，交换两组正交场源的发射频率信号，即场源A2B2发送第二信号时，源A1B1送第一信号，进行第二次信号发送和采集。两个场源再次同步交替发射第二信号和第一信号，记录两个场源发射的电流信号。
本次分别采集研究不同频率信号的赤道装置Ex分量、Ey分量和轴向装置Ex分量、Ey分量电磁信号，记录采集到的响应信号的时间序列。
将两次采集的信号进行合并，即可得到第一信号和第二信号合并之后所有测点的所有频率的赤道装置Ex分量、Ey分量和轴向装置Ex分量、Ey分量电磁信号。根据记录的电流时间序列和工作装置参数、以及电磁场响应信号时间序列，求取所述测区地层的全区视电阻率。
在本实施例中，根据电场响应信号，采用计算机迭代求解方程的算法，逐次逼近，求取视电阻率的最佳值，求解方程采用已知广域视电阻率计算公式即可。
为方便理解，给出求解方程：
是与观测装置的几何尺寸有关的系数，称为E-Ex方式广域电磁测深提取视电阻率的装置系数；
是测点MiNi之间的电压，i=1，2；
I为供电电流；
是由发送电流频率ω、地下电阻率ρ以及发收距r构成的复函数，反映了电磁效应在地下的传播特性，称为E-Ex方式广域电磁测深的电磁效应函数。
通过该方法实现赤道装置和轴向装置的同时勘探，获得测区内Ex、Ey两个极化方向探测数据，实现测区三维数据采集，为后续三维反演提供海量多模态的原始数据。
综上，本发明通过布设两个正交场源进行激励，发射不同频率组合的信号，形成双源错频发射，且不同模态电磁信号因发射频率不同互不影响，采用分布式观测，实现赤道装置和轴向装置不同模态电磁信号同时激发、同时接收，一次获取海量不同模态电磁数据。
工作时，两个正交场源同时进行激励，但是发射频组不同，两组场源对应频率互不重叠。在测点处布设一组相互正交的电场测量装置，以分布式观测方式，同时获取赤道装置Ex分量、Ey分量和轴向装置Ex分量、Ey分量电磁信号。
一次采集结束后，在不改变测点位置的情况下，交换两组正交场源的发射频组，进行第二次信号发送和电场信号的采集。通过该方法实现赤道装置、轴向装置的同时勘探，获得测区内两个频组的Ex、Ey两个极化方向探测数据，实现三维数据采集，为后续三维反演解释提供充分的数据。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，本领域技术人员不需要付出创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于双源错频发射的人工源频率域电磁勘探方法，其特征是，包括以下步骤：
根据勘探目标的空间分布位置确定布设位置，在所述布设位置，布置两个正交的场源；
在测区设置测点位置，在测点位置上布置两个正交分布的赤道装置和轴向装置，两个装置的方向分别平行于对应场源的方向；
控制两个场源发射不同频率组合的信号，两组信号均为高阶伪随机信号，两个场源发射的信号的频率主频互不重合，且信号互为补充；
获取测点处不同方向的电场响应信号；
交换两个场源的发射频组，获取该测点处第二组电场响应信号；
将两次采集的信号进行合并，得到所有测点的所有频率的赤道装置Ex分量、Ey分量和轴向装置Ex分量、Ey分量电磁信号，其中E表示电场，x、y分别表示x、y方向；
根据电场响应信号，求取测区的视电阻率，实现三维数据的采集。
2.如权利要求1所述的一种基于双源错频发射的人工源频率域电磁勘探方法，其特征是，根据大地平均电阻率和目的勘探深度确定布设位置、判断收发距的大小。
3.如权利要求1所述的一种基于双源错频发射的人工源频率域电磁勘探方法，其特征是，布置两个正交的场源的具体过程包括：在确定的布设位置沿正交的两个方向布设场源，场源为两个正交电偶极源，二者相交于两个场源的中点位置。
4.如权利要求1所述的一种基于双源错频发射的人工源频率域电磁勘探方法，其特征是，两个场源的长度取值范围均在1km-3km。
5.如权利要求1所述的一种基于双源错频发射的人工源频率域电磁勘探方法，其特征是，两个场源的交点位置与测区中心的距离的取值范围为5km-20km。
6.如权利要求1所述的一种基于双源错频发射的人工源频率域电磁勘探方法，其特征是，实现三维数据的采集的具体过程包括根据记录的电流时间序列和工作装置参数、以及电磁场响应信号时间序列，求取所述测区地层的全区视电阻率。
7.一种基于双源错频发射的人工源频率域电磁勘探系统，其特征是，包括：
在布设位置设置的两个正交的场源，用于发射不同频率组合的信号，且不同场源发射频率不重合；
在测区设置的两个正交分布的赤道装置和轴向装置，两个装置的方向分别平行于对应场源的方向，用于获取不同方向的电场响应信号；
控制器，用于控制两个场源发射不同频率组合的信号，两组信号均为高阶伪随机信号，两个场源发射的信号的频率主频互不重合，且信号互为补充，以及交换两个场源的发射频组；
处理器，用于将两次采集的信号进行合并，得到所有测点的所有频率的赤道装置Ex分量、Ey分量和轴向装置Ex分量、Ey分量电磁信号，其中E表示电场，x、y分别表示x、y方向，根据电场响应信号，求取测区的视电阻率，实现三维数据的采集。
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