CN117741776B - 一种含天然源参考的人工源频域电磁勘探方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于地球物理勘探领域，提供了一种含天然源参考的人工源频域电磁勘探方法及系统，获取目标测区内天然源电磁探测的结果，建立勘探频率与探测深度的对应关系；根据天然源电磁探测结果，计算确定目标测区内人工源收发距离及下限频率；在目标测区的各个测点，同时获取天然源和人工源的接收数据，基于所述接收数据，计算各源对应的视电阻率，根据两者的视电阻率的重叠区域，结合所述下限频率，确定天然源和人工源的接收数据中的有效频率区域，将两者的有效频率区域进行拼接。本发明结合天然场源电磁法探测深度大和人工源电磁法信号强的优点，合理选择人工源的收发距离以及勘探频率，实现在有限收发距离下的大深度探测。

Description

一种含天然源参考的人工源频域电磁勘探方法及系统

技术领域

本发明属于地球物理勘探技术领域，具体涉及一种含天然源参考的人工源频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。

天然场源电磁法因其理论简明和较大的探测深度而成为重要的地球物理探测方法，例如大地电磁法（MT）和音频大地电磁法（AMT）。尽管如此，由于天然电磁场信号的强度较低，这些方法的观测数据通常面临低信噪比和弱抗干扰能力的问题。为了提高数据的信噪比，引入人工场源进行信号增强是一个常见做法。然而，人工源电磁法如可控源音频大地电磁法（CSAMT）和广域电磁法（WFEM）等，其探测深度主要依赖于收发距离和勘探频率。由于电磁波的衰减特性，人工源的有效收发距离通常受限于10公里至20公里，从而限制了探测深度。此外，人工场源的引入也带来了新的问题，例如非平面波效应，导致在低频区域的数据可能不可靠。在实际应用中，如勘探频段选择不当，可能会收集到较低频率的近区信号，进一步限制探测深度。

相比之下，大地电磁法利用天然场源，其收发距离可达数百公里，且能够探测更低的频率范围。然而，在天然场源和人工场源电磁法的理论应用中，通常只考虑单一类型的场源，并将其他类型的场源信号视为干扰噪声。这种处理方式可能导致数据解释错误，同时也造成了潜在数据的浪费。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种含天然源参考的人工源频域电磁勘探方法及系统，本发明结合天然场源电磁法探测深度大和人工源电磁法信号强的优点，合理选择人工源的收发距离以及勘探频率，实现在有限收发距离下的大深度探测。

根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

一种含天然源参考的人工源频域电磁勘探方法，包括以下步骤：

获取目标测区内天然源电磁探测的结果，建立勘探频率与探测深度的对应关系；

根据天然源电磁探测结果，计算确定目标测区内人工源收发距离及下限频率；

在目标测区的各个测点，同时获取天然源和人工源的接收数据，基于所述接收数据，计算各源对应的视电阻率，根据两者的视电阻率的重叠区域，结合所述下限频率，确定天然源和人工源的接收数据中的有效频率区域，将两者的有效频率区域进行拼接。

作为可选择的实施方式，在目标测区内进行天然源电磁探测时，天然源探测点选在测区内干扰小于设定值的位置。

作为可选择的实施方式，所述建立勘探频率与探测深度的对应关系的过程中，利用趋肤深度计算公式建立勘探频率与探测深度的对应关系。

作为可选择的实施方式，所述人工源收发距离和人工源的探测深度之间呈比例关系。

作为可选择的实施方式，同时获取天然源和人工源的接收数据的具体过程中，同一测点上，天然源和人工源的接收频率相互不重叠。

作为可选择的实施方式，根据两者的视电阻率的重叠区域，结合所述下限频率，确定天然源和人工源的接收数据中的有效频率区域，将两者的有效频率区域进行拼接的具体过程包括，在同一测点上，根据天然源和人工源接收数据分别进行计算，得到对应的卡尼亚视电阻率，确定两者卡尼亚视电阻率的重叠区域，确定所述重叠区域的最小边界频率，选取重叠区域的人工源数据，并和下限频率至所述最小边界频率之间的天然源数据进行拼接。

作为可选择的实施方式，所述下限频率为天然源的频率下限，天然源的频率下限根据人工源的频率下限计算得到，天然源的频率下限则低于人工源的频率下限一个量级。

作为可选择的实施方式，所述最小边界频率为人工源的频率下限。

一种含天然源参考的人工源频域电磁勘探系统，包括：

预处理模块，被配置为获取目标测区内的天然源电磁探测结果，建立勘探频率与探测深度的对应关系；

计算模块，被配置为根据天然源电磁探测结果，计算确定目标测区内人工源收发距离及下限频率；

拼接模块，被配置为在目标测区的各个测点，同时获取天然源和人工源的接收数据，基于所述接收数据，计算各源对应的视电阻率，根据两者的视电阻率的重叠区域，结合所述下限频率，确定天然源和人工源的接收数据中的有效频率区域，将两者的有效频率区域进行拼接。

一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成上述方法中的步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明综合利用天然场源电磁法的深度探测优势和人工源电磁法的信号增强优势，能够在有限的收发距离条件下实现更深层次的地下探测。

本发明利用天然源和人工源的频率上限保持近似一致，而天然源频率的下限则低于人工源一个量级，进行拼接，从而在确保数据质量的同时实现更深的探测深度。

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是本实施例的天然源-人工源联合观测示意图；

图2是本实施例的人工源波区下限频率确定示意图。

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。

在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

本实施例公开了一种含天然源参考的人工源频域电磁勘探方法，包括以下步骤：

1、利用天然源电磁探测建立频率与深度对应关系：在勘探前期在测区内开展天然源电磁探测，利用趋肤深度计算公式建立勘探频率与探测深度的精准对应关系，为后续人工源勘探布置提供依据。

频域电磁探测的核心在于通过多频率电磁信号的传输，获取不同深度层的电阻率特征。考虑到天然源电磁法不受源效应影响的特性，前期开展天然源电磁探测，通过趋肤深度计算公式能够更准确地确定勘探频率与实际探测深度之间的对应关系。

所述趋肤深度计算公式为

(1)

其中，为趋肤深度，/>为勘探频率，/>为/>对应的卡尼亚视电阻率。

卡尼亚视电阻率计算公式如下：

(2)

其中，为角频率（/>），/>为介质的磁导率，/>为接收的电场值，/>为/>对应的正交磁场值。

在实际工作中，由于天然电磁场信号强度低，观测数据通常信噪比低，因此前期天然源探测点一般选在测区内干扰较弱的位置。

表1 均匀两层模型（第一层电阻率为100Ω·m，层厚100m，第二层电阻率10Ω·m）情况下，频率和探测深度对应关系

2、人工源收发距离与下限频率的确定：根据前期天然源勘探结果，建立测区内收发距离及下限频率的一一对应关系，避免采集到无用频率(低于下限频率)降低信号强度和勘探效率。

在实际工作中，人工源电磁法的探测深度通常与收发距离和勘探频率有关。一般而言，人工源电磁法的探测深度约为收发距离的0.1倍。人工源探测深度需满足：

(3)

进一步推导，可以得到测区内收发距离及下限频率的一一对应关系，

(4)

基于此公式，可以确定测区内的收发距离和下限频率（向下取0.5整数倍），以满足实际所需的探测深度。

表2 均匀两层模型（第一层电阻率为100Ω·m，层厚100m，第二层电阻率10Ω·m）情况下，人工源收发距离与下限频率的对应关系

3、含天然源参考的人工源勘探实施：在同一测点同时采集天然源和人工源数据，通过分析视电阻率差异确定每个测点人工源的有效频率，并与频率更低的天然源数据进行拼接，以实现有限收发距的大深度探测。

如图1所示，在同一点同时接收Ex（电场分量）和Hy（磁场分量）。为避免人工源发射频率对天然源接收数据的干扰，人工源发射频率与天然源接收频率相互不重叠。

图中的x、y、z即为空间坐标系中的x、y、z轴。

在此基础上，天然源和人工源的频率上限保持近似一致，而天然源频率的下限则低于人工源一个量级，以达到更深的探测深度。假设拟探测深度约为1000m，人工源收发距确定为10km，人工源频率下限取为1Hz(如表2)，天然源频率下限取0.1Hz。

如图2所示，在分析接收数据时，通过计算天然源和人工源接收数据分别得到卡尼亚视电阻率、/>，对于同一地点接收的/>和/>，在平面波区（大于1Hz）二者是重叠的，如果人工源采用1Hz以下频率，由于受源效应影响，二者会发生分离。

选取平面波区（大于1Hz）的人工源数据，并拼接0.1~1Hz的天然源数据，从而在确保数据质量的同时实现大深度探测。

上述实施例的各个参数的取值均为示例，可以在其他实施例中，根据需求进行调整。

实施例二

一种含天然源参考的人工源频域电磁勘探系统，包括：

预处理模块，被配置为获取目标测区内的天然源电磁探测结果，建立勘探频率与探测深度的对应关系；

计算模块，被配置为根据天然源电磁探测结果，计算确定目标测区内人工源收发距离及下限频率；

拼接模块，被配置为在目标测区的各个测点，同时获取天然源和人工源的接收数据，基于所述接收数据，计算各源对应的视电阻率，根据两者的视电阻率的重叠区域，结合所述下限频率，确定天然源和人工源的接收数据中的有效频率区域，将两者的有效频率区域进行拼接。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

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 (9)

1.一种含天然源参考的人工源频域电磁勘探方法，其特征是，包括以下步骤：

获取目标测区内天然源电磁探测的结果，建立勘探频率与探测深度的对应关系；

根据天然源电磁探测结果，计算确定目标测区内人工源收发距离及人工源的频率下限，根据所述人工源的频率下限计算天然源的频率下限；

在目标测区的各个测点，同时获取天然源和人工源的接收数据，基于所述接收数据，计算各源对应的视电阻率，根据两者的视电阻率的重叠区域，结合人工源和天然源的频率下限，确定天然源和人工源的接收数据中的有效频率区域，将两者的有效频率区域进行拼接；

所述根据两者的视电阻率的重叠区域，结合人工源和天然源的频率下限，确定天然源和人工源的接收数据中的有效频率区域，将两者的有效频率区域进行拼接的具体过程包括，在同一测点上，根据天然源和人工源接收数据分别进行计算，得到对应的卡尼亚视电阻率，确定两者卡尼亚视电阻率的重叠区域，确定所述重叠区域的最小边界频率，选取重叠区域的人工源数据，并和天然源的频率下限至所述最小边界频率之间的天然源数据进行拼接。

2.如权利要求1所述的一种含天然源参考的人工源频域电磁勘探方法，其特征是，在目标测区内进行天然源电磁探测时，天然源探测点选在测区内干扰小于设定值的位置。

3.如权利要求1所述的一种含天然源参考的人工源频域电磁勘探方法，其特征是，所述建立勘探频率与探测深度的对应关系的过程中，利用趋肤深度计算公式建立勘探频率与探测深度的对应关系。

4.如权利要求1所述的一种含天然源参考的人工源频域电磁勘探方法，其特征是，所述人工源收发距离和人工源的探测深度之间呈比例关系。

5.如权利要求1所述的一种含天然源参考的人工源频域电磁勘探方法，其特征是，同时获取天然源和人工源的接收数据的具体过程中，同一测点上，天然源和人工源的接收频率相互不重叠。

6.如权利要求1所述的一种含天然源参考的人工源频域电磁勘探方法，其特征是，所述天然源的频率下限根据人工源的频率下限计算得到，天然源的频率下限低于人工源的频率下限一个量级。

7.如权利要求1所述的一种含天然源参考的人工源频域电磁勘探方法，其特征是，所述最小边界频率为人工源的频率下限。

8.一种含天然源参考的人工源频域电磁勘探系统，其特征是，包括：

预处理模块，被配置为获取目标测区内的天然源电磁探测结果，建立勘探频率与探测深度的对应关系；

计算模块，被配置为根据天然源电磁探测结果，计算确定目标测区内人工源收发距离及人工源的频率下限，根据所述人工源的频率下限计算天然源的频率下限；

拼接模块，被配置为在目标测区的各个测点，同时获取天然源和人工源的接收数据，基于所述接收数据，计算各源对应的视电阻率，根据两者的视电阻率的重叠区域，结合人工源和天然源的频率下限，确定天然源和人工源的接收数据中的有效频率区域，将两者的有效频率区域进行拼接；

所述根据两者的视电阻率的重叠区域，结合人工源和天然源的频率下限，确定天然源和人工源的接收数据中的有效频率区域，将两者的有效频率区域进行拼接的具体过程包括，在同一测点上，根据天然源和人工源接收数据分别进行计算，得到对应的卡尼亚视电阻率，确定两者卡尼亚视电阻率的重叠区域，确定所述重叠区域的最小边界频率，选取重叠区域的人工源数据，并和天然源的频率下限至所述最小边界频率之间的天然源数据进行拼接。

9.一种电子设备，其特征是，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成权利要求1-7中任一项所述的方法中的步骤。