CN116400415A - 一种基于衰减过程的瞬变电磁全域视电阻率定义方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及瞬变电磁勘探技术领域，且公开了一种基于衰减过程的瞬变电磁全域视电阻率定义方法，其基本步骤包括：获取单个测点完整的实测瞬变电磁响应数据向量，向量包含有多个不同时间道的瞬变电磁响应；给定均匀半空间电阻率初值，计算对应的半空间瞬变电磁响应，然后通过迭代拟合获取等效电阻率值；计算等效电阻率值对应的均匀半空间瞬变电磁响应，根据公式计算不同时间道的视电阻率和视深度。本发明提供的瞬变电磁全域视电阻率定义方法，可以充分利用瞬变电磁响应的衰减过程，获取总衰减过程的大地等效电阻率，通过大地瞬变电磁响应和等效半空间响应的比值计算获得不同时间道的视电阻率。
Description
技术领域
本发明涉及瞬变电磁勘探技术领域，具体为一种基于衰减过程的瞬变电磁全域视电阻率定义方法。
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。该方法具有体积效应小、工作效率高、低阻分辨力强等优点，在地球电磁探测领域得到了广泛应用。
在获取大地的瞬变电磁响应后，一般通过反演、视电阻率定义等方式实现大地电性结构的成像。其中视电阻率定义方法由于结果唯一、效果直观、计算快速等优势，在瞬变电磁数据成像领域应用最为广泛，是瞬变电磁数据处理必不可少的流程之一。目前，瞬变电磁视电阻率定义方法主要包括两类。第一类是区分早期和晚期的近似视电阻率定义，基于瞬变电磁响应的早、晚期近似公式，通过简单的公式转换直接获取视电阻率值，结果具有唯一性。该类背景技术的缺点是，无法解决过渡期的视电阻率定义问题，且对于非中心点装置(如定源回线、偶极装置)或不规则形状发射源，早期视电阻率定义公式不再适用。同时，对于目前正在广泛研究的电性源瞬变电磁方法，其早、晚期响应近似与回线源的近似形式不同，无法通用，需要重新推导。第二类是基于反函数理论的全域视电阻率定义方法，主要包括平移算法、二分搜索算法、牛顿迭代算法等，该类方法无需进行响应的分期或分区，能够处理过渡期数据，实现全域的视电阻率定义。该类背景技术的缺点是，仅仅利用了单个时间道的瞬变电磁数据，基于迭代的视电阻率定义结果依赖于迭代初值，存在二值性或无解问题，导致视电阻率曲线存在间断点、空白点，不能有效地反映地下介质的电性变化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于衰减过程的瞬变电磁全域视电阻率定义方法，在无需对瞬变电磁响应进行分区或分期的前提下，实现电性源、磁性源激励的通用视电阻率定义，充分利用瞬变电磁响应全衰减过程的特性，避免传统全域视电阻率定义技术所存在的二值和无解问题，确保视电阻率曲线连续，稳定、有效地反映大地介质的电性变化特征。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于衰减过程的瞬变电磁全域视电阻率定义方法，其基本步骤包括：
S1、获取单个测点完整的实测瞬变电磁响应数据向量D，向量包含有多个不同时间道的瞬变电磁响应；
S2、给定均匀半空间电阻率初值ρ0，计算半空间瞬变电磁响应D0，然后计算偏差量
令G0＝G(ρ0)，计算其一阶导数G'0＝G'(ρ0)；
S3、按公式ρ1＝ρ0-G0/G'0进行一次迭代，获得更新的近似值，计算G1＝G(ρ1)和一阶导数G1'＝G'(ρ1)；
S4、如果满足终止条件G1＜0.1G0，则停止迭代，取ρ1作为衰减过程等效电阻率值ρe，进行步骤S6，否则进行步骤S5；
S5、如果迭代次数达到预先给定的迭代次数，终止迭代，取ρ1作为衰减过程等效电阻率值ρe，否则，以ρ1代替ρ0转步骤S3继续迭代；
S6、计算电阻率值ρe的均匀半空间瞬变电磁响应De，通过公式计算不同时间道的视电阻率值和视深度。
进一步地，所述步骤S6包括：
通过下式计算不同时间道的视电阻率值：
ρs＝ρe(D/De)-2/3
获取瞬变电磁场传播的视速度公式如下所示：
其中v表示瞬变电磁场传播的视速度，μ0代表磁导率，t代表观测时刻。最后通过时间积分获得视深度。
获得对应不同时间道的视深度后，绘制视电阻率-视深度曲线。
与现有技术相比，本发明提供的瞬变电磁全域视电阻率定义方法，可以充分利用瞬变电磁响应的衰减过程，获取总衰减过程的大地等效电阻率，通过大地瞬变电磁响应和等效半空间响应的比值计算获得不同时间道的视电阻率，结果唯一，电阻率定义结果稳定、连续，能够有效反映大地介质的电性变化规律，具备操作简单、计算速度快、通用性强等优点。
附图说明
图1为设计电性模型的示意图；
图2为瞬变电磁响应数据向量D的曲线图，其中上方实线为磁感应强度响应，下方实线为衰减电压响应；
图3为均匀半空间瞬变电磁响应De的曲线图；
图4为视电阻率-视深度剖面示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种基于衰减过程的瞬变电磁全域视电阻率定义方法，其基本步骤包括：
S1、获取单个测点完整的实测瞬变电磁响应数据向量D(磁感应强度或衰减电压)，向量应包含有多个不同时间道的瞬变电磁响应，能够完整体现衰减过程；
S2、给定均匀半空间电阻率初值ρ0，计算半空间瞬变电磁响应D0，然后计算偏差量
令G0＝G(ρ0)，计算其一阶导数G'0＝G'(ρ0)；
S3、按公式ρ1＝ρ0-G0/G'0进行一次迭代，获得更新的近似值，计算G1＝G(ρ1)和一阶导数G1'＝G'(ρ1)；
S4、如果满足终止条件G1＜0.1G0，则停止迭代，取ρ1作为衰减过程等效电阻率值ρe，转S6，否则转S5；
S5、如果迭代次数达到预先给定的迭代次数，终止迭代，取ρ1作为衰减过程等效电阻率值ρe，否则，以ρ1代替ρ0转步骤S3继续迭代；
S6、计算电阻率值ρe的均匀半空间瞬变电磁响应De，通过下式计算不同时间道的视电阻率值：
ρs＝ρe(D/De)-2/3
通过公式
获取瞬变电磁场传播的视速度，进而计算获得对应不同时间道视电阻率的视深度。
实施例：
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、针对设计模型(附图1)，采用边长为500米的发射回线，发射电流16安培，计算中心点测点完整的实测瞬变电磁响应数据向量D(附图2)，其中上图实线为磁感应强度响应，下图实线为衰减电压响应，包含51个时间道的瞬变电磁响应，采样时间范围为10-6-10-1秒，能够完整体现衰减过程；
S2、给定均匀半空间电阻率初值ρ0＝50Ω·m，计算偏差量为0.082，按照上述技术方案中的迭代方法，经过5次迭代后，偏差量为0.007，满足迭代终止条件，终止迭代，此时ρe＝46.2Ω·m；
S3、计算电阻率值ρe的均匀半空间瞬变电磁响应De(附图3中虚线，其中上图为磁感应强度响应，下图为衰减电压响应)，通过下式计算不同时间道的视电阻率值：
ρs＝ρe(D/De)-2/3
通过式
获取瞬变电磁场传播的视速度，进而获得对应不同时间道的视深度，绘制视电阻率-视深度曲线(附图4)。通过与设计模型的对比可以看出，本方案所提出基于衰减过程的瞬变电磁全域视电阻率定义，对于磁感应强度和衰减电压数据，均能够完整、连续地反映大地的电性变化趋势。
(1)本发明充分利用瞬变电磁响应的全衰减过程，有效解决了单个时间道数据视电阻率定义中存在的二值性问题，视电阻率定义结果唯一、连续、稳定；
(2)本发明所提出的视电阻率定义方法，能够解决不规则发射源的瞬变电磁全域视电阻率定义问题，且同时适用于电性源和磁性源发射的瞬变电磁响应，对于磁感应强度和衰减电压响应，视电阻率定义公式相同，具备良好的通用性。
本发明的技术关键点是一种基于衰减过程的瞬变电磁全域视电阻率定义方法，其主要特征是，基于瞬变电磁响应的全衰减过程，通过拟合获取衰减过程等效电阻率值，通过对瞬变电磁响应和等效电阻率半空间响应的比值和转换，进行瞬变电磁全时段的视电阻率定义。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (2)
1.一种基于衰减过程的瞬变电磁全域视电阻率定义方法，其基本步骤包括：
S1、获取单个测点完整的实测瞬变电磁响应数据向量D，向量包含有多个不同时间道的瞬变电磁响应；
S2、给定均匀半空间电阻率初值ρ0，计算半空间瞬变电磁响应D0，然后计算偏差量
令G0＝G(ρ0)，计算其一阶导数G'0＝G'(ρ0)；
S3、按公式ρ1＝ρ0-G0/G'0进行一次迭代，获得更新的近似值，计算G1＝G(ρ1)和一阶导数G′1＝G'(ρ1)；
S4、如果满足终止条件G1＜0.1G0，则停止迭代，取ρ1作为衰减过程等效电阻率值ρe，进行步骤S6，否则进行步骤S5；
S5、如果迭代次数达到预先给定的迭代次数，终止迭代，取ρ1作为衰减过程等效电阻率值ρe，否则，以ρ1代替ρ0转步骤S3继续迭代；
S6、计算电阻率值ρe的均匀半空间瞬变电磁响应De，通过公式计算不同时间道的视电阻率值和视深度。
2.根据权利要求1所述的一种基于衰减过程的瞬变电磁全域视电阻率定义方法，其特征在于：所述步骤S6中，通过下式计算不同时间道的视电阻率值：
ρs＝ρe(D/De)-2/3
通过下式计算瞬变电磁场传播的视速度：
其中v表示瞬变电磁场传播的视速度，μ0代表磁导率，t代表观测时刻。最后通过时间积分获得视深度。
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