CN1580818A - 人工源时间频率电磁测深方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实现了电磁测深勘探方法在频率域方法与时间域方法的统一。通过激发和接收一系列频率(周期)脉冲，研究整个频谱的规律，同时研究每一个频率(周期)的信号衰减规律，从短周期到长周期，所反映的地下信息将逐步加深，对这些信息的叠加能提高勘探精度，而且时间域和频率域两者通过时频变换可以进行相互验证，大大地提高勘探精度。特别是资料处理中可以有时间域和频率域两种处理手段，研究多种信息，提高勘探精度。本发明是一种脉冲激发多样、采集多分量、研究多参数实现多勘探目标要求的新型高精度电磁测深法。属于地球物理勘探方法，可以应用于具有电性差异的地下目标的勘探，主要应用于油气、矿产及地热资源勘探。

Description

人工源时间频率电磁测深方法
涉及领域
本发明涉及地球物理勘探，是一种电磁测深勘探方法。
背景技术
目前，在油气、矿产和地热资源勘探中，人工源电磁法应用较多。但已有方法都是频率域或时间域方法。即或是一个频点一个频点地激发测量，如可控源声频大地电磁法(CSAMT)；或是激发一个脉冲(方波)测量其断电后随时间衰减曲线，如长偏移距瞬变电磁法(LOTEM)。另外，已有方法的测量参数仅限于一个电场、一个磁场分量，如CSAMT法；或只测一个垂直磁场，如LOTEM法。其研究的物性参数单一，仅限于电阻率参数。因此，这些方法在解决地质问题的能力和精度等方面与实际要求存在差距，方法本身难以完满解决存在的地质问题！
发明内容
针对背景技术中存在的问题，本发明在数据采集时仍然采用长导线电偶源或大回线磁偶源激发，采用多测站排列接收的工作方式。每个测站由电采集站和磁采集站组成，包括5个分量张量，即两个水平磁场和一个垂直磁场：Hx、Hy和Hz，两个水平电场：Ex和Ey。测站间距较小时磁采集站的数量可以减少，可以数个测站布设一个三分量磁采集站。激发方式采用过零或不过零方波。从高频到低频连续激发，每个频率重复激发若干次，重复次数视频率的高低设置，高频的重复次数多，最多为1024次，低频的重复次数少，最少为3次。接收系统通过GPS与发射同步接收每个频率重复激发的所有信号。
在室内对每个场分量的每个频率的信号进行叠加，提高信号品质。对每个频率记录的信号进行频谱分析，得到每个频率信号的基频及其谐波。逐个频率进行上述处理，然后汇总所有信号的频谱，得到从高频到低频信号的频谱，用于研究各个场分量的整个频谱的规律。
本方法实现了频率域方法与时间域方法的统一。这与CSAMT得到的二、三十个频率的信息相比要多10倍，其数据质量和可靠性也大大提高。同时对每个频率叠加后的信号按时间域瞬变规律研究。每一个周期信号的衰减规律都反映从浅到深的电性特征，从短周期到长周期，所反映的地下信息将逐步加深。对这些信息的叠加能进一步提高信号品质，因而浅层信息的叠加次数多、深层信息叠加次数相对少，这与LOTEM法单频信号单次记录相比，其信号质量得到了极大的提高。对每个频率信号的分析可以提供多个单频(周期方波)的瞬变电磁信息，这样其信息量较LOTEM要多若干倍。而且时间域和频率域两方面的信号可以相互验证，大大地提高勘探精度。另外，把单分量测量改为五分量，即测量三分量磁场(Hx、Hy、Hz)和两个水平电场(Ex、Ey)，各个场分量反映的信息是不一样的，五个场分量的组合可以完整描述地面电磁场的传播与感应规律。由于高质量记录了五个场分量信息，在数据正反演模拟研究中可以增加求解方程组中已知方程元素，减少解的非唯一性，加快模拟收敛。正反演模拟研究可以在频率域与时间域独立进行，获得的反演结果可以对比研究以求最佳。再就是同时研究多个参数：电场和磁场，电阻率(电导)和极化率，以及多组相位，这些参数反映的是地下岩石物理特性的不同方面，通过这些测量信息可以比较严密的反演重构地下物性模型，如电阻率、极化率以及物性界面，多种参数的综合有利于提高重构模型的准确性。因此，该方法兼具频率域方法与时间域方法两类方法之优点，而又具有远远高于上两者的数据品质和处理解释的优势，使得资料处理中可以有时间域和频率域两种处理手段，有综合利用各种场的特征研究多种岩石物性，最有效的提高勘探精度的多种手段。可见该方法是一种脉冲激发多样、采集多分量、研究多参数实现多勘探目标要求的新型高精度电磁测深法。
附图附表说明：
图1长导线电偶源激发数据采集设置图
图2大回线磁场源激发数据采集设置图
图3激发脉冲的波形，其中a、b、c、d为4种不同的激发波形
表1激发波形频率和周期的分布实例，其中最高频率为256Hz，最大激发周期为1024秒。
具体实施
实施例1(图1)：长导线电偶源激发，，在距离电偶源一定远处布设电磁场接收测站，采用5分量张量测站。接收测站电磁场水平分量的测量方向与长导线电偶源平行和垂直。激发波形为占空比1∶1的正负方波(图3d)，发射信号最高频率为256Hz，低频率为1024秒。从低频到高频连续激发。低频段每个频率重复激发3次，高频段每个频率重复激发1024次，之间逐渐递增(见表1)。在室内对每个场分量每个频率的信号进行叠加，从而得到电磁场5分量信号：Ex、Ey、Hx、Hy和Hz。通过对这些场分量信息的反演重构地下物性模型，包括反映地下导电性的电阻率断面，反映地下电极化特性的极化率断面以及反映地下电阻率突变的电性界面。
实施例2(图2)：大回线磁场源激发，在大回线源内布设电磁场接收测站，采用5分量张量测站。接收测站电磁场水平分量测量方向与大回线磁场源平行或垂直。激发波形为占空比1∶1∶1∶1的正负方波(图3a)，发射信号最高频率为256Hz，低频率为1024秒。从低频到高频连续激发(见表1)，低频段每个频率重复激发3次，高频段每个频率重复激发1024次，之间逐渐递增。在室内对每个场分量每个频率的信号进行叠加，从而得到电磁场5分量信号：Ex、Ey、Hx、Hy和Hz。通过对这些场分量信息的反演重构地下物性模型，包括反映地下导电性的电阻率断面，反映地下电极化特性的极化率断面以及反映地下电阻率突变的电性界面。
              附表1
序号 频率/周期 单位   重复次数
  1 256.00   HZ   1024
  2 215.28   HZ   1024
  3 181.06   HZ   1024
  4 152.23   HZ   512
  5 128.00   HZ   512
  6 107.64   HZ   512
  7 90.50   HZ   256
  8 76.61   HZ   256
  9 64.00   HZ   256
  10 53.82   HZ   128
  11 45.25   HZ   128
  12 38.06   HZ   128
  13 32.00   HZ   64
  14 26.91   HZ   64
  15 22.63   HZ   64
  16 19.25   HZ   64
  17 16.00   HZ   64
  18 13.45   HZ   64
  19 11.31   HZ   64
  20 9.51   HZ   32
  21 8.00   HZ   32
  22 6.73   HZ   32
  23 5.66   HZ   32
  24 4.76   HZ   32
  25 4.00   HZ   32
序号     频率/周期 单位     重复次数
  26     3.36     HZ     32
  27     2.83     HZ     16
  28     2.38     HZ     16
  29     2.00     HZ     16
  30     1.68     HZ     16
  31     1.41     HZ     16
  32     1.19     HZ     16
  33     1.00     HZ     16
  34     1.19     秒     16
  35     1.41     秒     16
  36     1.68     秒     16
  37     2.00     秒     16
  38     2.38     秒     16
  39     2.83     秒     8
  40     3.36     秒     8
  41     4.00     秒     8
  42     4.76     秒     8
  43     5.66     秒     8
  44     6.73     秒     8
  45     8.00     秒     8
  46     9.52     秒     6
  47     11.31     秒     6
  48     13.45     秒     6
  49     16.00     秒     6
  50     19.03     秒     6
序号   频率/周期 单位   重复次数
  51   22.63   秒   4
  52   26.91   秒   4
  53   32.00   秒   4
  54   38.06   秒   4
  55   45.26   秒   4
  56   53.81   秒   4
  57   64.00   秒   4
  58   76.13   秒   4
  59   90.52   秒   4
  60  107.63   秒   3
  61  128.00   秒   3
  62  152.26   秒   3
  63  181.03   秒   3
  64  215.25   秒   3
  65  256.00   秒   3
  66  304.51   秒   3
  67  362.06   秒   3
  68  430.51   秒   3
  69  512.00   秒   3
  70  609.03   秒   3
  71  724.12   秒   3
  72  861.01   秒   3
  73  1024.00   秒   3

Claims (8)

1、一种人工源时间频率电磁测深方法，其特征在于：采用长导线电偶源或大回线磁偶源激发和多个测站排列接收方式采集数据，每个测站由电采集站和磁采集站组成，包括5个电磁分量，即两个水平磁场和一个垂直磁场：Hx、Hy和Hz，两个水平电场：Ex和Ey；激发方式采用过零或不过零方波，从高频到低频连续激发；在室内对每个场分量的每个频率的信号进行叠加，对每个频率记录的信号进行频谱分析，得到每个频率信号的基频及其谐波，逐个频率进行上述处理，然后汇总所有信号的频谱，得到从高频到低频信号的频谱，通过这些场分量信息的反演重构地下物性模型。
2、如权利要求1所述的一种人工源时间频率电磁测深方法，其特征在于：所述的连续激发是指重复激发不同频率的方波，发射信号最高频率为256Hz，低频率为1024秒，高频的重复次数多，低频的重复次数少，之间逐渐变化。
3、如权利要求1所述的一种人工源时间频率电磁测深方法，其特征在于：所述的地下物性模型包括反映地下导电性的电阻率断面，反映地下电极化特性的极化率断面，和反映地下电阻率突变的电性界面。
4、如权利要求1所述的一种人工源时间频率电磁测深方法，其特征在于：所述的过零或不过零方波包括：占空比1∶1∶1∶1的正负方波(图3a)，占空比2∶1∶2∶1的正负方波(图3b)，占空比3∶1∶3∶1的正负方波(图3c)，占空比1∶1的正负方波(图3d)。
5、如权利要求1所述的一种人工源时间频率电磁测深方法，其特征在于：测站间距较小时磁采集站的数量可以减少，数个测站布设一个三分量磁采集站。
6、如权利要求1或2或5所述的一种人工源时间频率电磁测深方法，其特征在于：信号通过GPS与发射同步接收每个频率重复激发的所有信号。
7、如权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种人工源时间频率电磁测深方法，其特征在于：采用长导线电偶源激发，在距离电偶源一定远处布设电磁场接收测站，采用5分量张量测站，接收测站电磁场水平分量的测量方向与长导线电偶源平行和垂直，激发波形为占空比1∶1的正负方波，发射信号最高频率为256Hz，低频率为1024秒，从低频到高频连续激发，低频段每个频率重复激发3次，高频段每个频率重复激发1024次，之间逐渐递增，在室内对每个场分量每个频率的信号进行叠加，从而得到电磁场5分量信号：Ex、Ey、Hx、Hy和Hz，通过对这些场分量信息的反演重构地下物性模型，包括反映地下导电性的电阻率断面，反映地下电极化特性的极化率断面以及反映地下电阻率突变的电性界面。
8、如权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种人工源时间频率电磁测深方法，其特征在于：采用大回线磁场源激发，在大回线源内布设电磁场接收测站，采用5分量张量测站，接收测站电磁场水平分量测量方向与大回线磁场源平行或垂直。激发波形为占空比1∶1∶1∶1的正负方波，发射信号最高频率为256Hz，低频率为1024秒，从低频到高频连续激发，低频段每个频率重复激发3次，高频段每个频率重复激发1024次，之间逐渐递增。在室内对每个场分量每个频率的信号进行叠加，从而得到电磁场5分量信号：Ex、Ey、Hx、Hy和Hz，通过对这些场分量信息的反演重构地下物性模型，包括反映地下导电性的电阻率断面，反映地下电极化特性的极化率断面以及反映地下电阻率突变的电性界面。
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