一種地下目標體瞬變電磁多分量合成方法和裝置的制造方法
【專利摘要】一種地下目標體的瞬變電磁多分量合成方法和裝置，涉及地球物理勘探領域，有利于解釋瞬變電磁資料，從而極大地提高瞬變電磁探測的分辨能力及解釋精度，豐富瞬變電磁探測的解釋理論。地下目標體的瞬變電磁多分量合成方法包括：測量地下目標體的瞬變電磁場的水平電場分量感應電壓；測量地下目標體的瞬變電磁場的垂直磁場分量感應電壓；分別對水平電場分量感應電壓和垂直磁場分量感應電壓進行積分以分別獲得水平電場分量和垂直磁場分量，并且將水平電場分量和垂直磁場分量進行合成以獲得用于解釋瞬變電磁資料的合成總場量。地下目標體的瞬變電磁多分量合成裝置包括水平電場分量感應電壓測量模塊、垂直磁場分量感應電壓測量模塊、以及多分量合成模塊。
【專利說明】
-種地下目標體瞬變電磁多分量合成方法和裝置
技術領域
[0001 ]本發明設及地球物理勘探領域，特別設及一種地下目標體的瞬變電磁多分量合成 方法和裝置。
【背景技術】
[0002] 瞬變電磁法是近年來應用較多的地球物理勘探方法之一，可根據地殼中巖石或者 礦體的導電性及介電性等電學性質的差異，研究電磁場的空間或時間分布規律，從而解決 各種地質問題。在探測油氣、金屬、非金屬礦產、深部地質構造研究，工程勘察、油氣、礦產、 水、地熱勘探等方面發揮著重要的作用。
[0003] 目前瞬變電磁探測方式，無論是長偏移距還是近區觀測，其觀測參數多為磁場的 垂直分量。雖有學者也提出過應同時觀測水平分量，但鮮有成功的應用研究。目前存在的觀 測方式多是利用空屯、線圈或磁探頭在連續的等對數時間間隔窗口內采集地下地質體信息， W獲得感應二次場的衰減曲線，一般為20~40道，信息量十分有限。
[0004] 針對運種單一分量的觀測方式，目前存在的解釋方法有很多，主要包括浮動薄板 解釋法(視縱向電導解釋法）、煙圈理論解釋法、擬地震成象解釋法、瞬變電磁時~頻轉換反 演、一維、二維正、反演人機聯合解釋法等。但是運些方法都是利用單一的垂直磁場分量，不 能很好地解決當前物探所面臨的高精度解釋的科學問題。而關于多分量、矢量合成、多參數 聯合解釋方面的研究卻鮮有報道。
【發明內容】
[0005] 本發明要解決的技術問題是提供一種地下目標體的瞬變電磁多分量合成方法和 裝置，W極大地提高瞬變電磁探測的分辨能力及解釋精度，豐富瞬變電磁探測的解釋理 論。
[0006] 為了解決上述問題，本發明提供了一種地下目標體的瞬變電磁多分量合成方法， 包括W下步驟：
[0007] 步驟S1:測量所述地下目標體的瞬變電磁場的水平電場分量感應電壓；
[000引步驟S2:測量所述地下目標體的瞬變電磁場的垂直磁場分量感應電壓；W及
[0009] 步驟S3:分別對所述水平電場分量感應電壓和所述垂直磁場分量感應電壓進行積 分W分別獲得水平電場分量和垂直磁場分量，并且對所述水平電場分量和所述垂直磁場分 量進行合成W獲得用于解釋瞬變電磁資料的合成總場量。
[0010] 進一步地，在所述步驟S1中，按照瞬變電磁法規范來測量所述地下目標體的瞬變 電磁場的水平電場分量感應電壓。
[0011] 進一步地，所述步驟S1包括W下步驟：
[0012] 步驟S11:在地面上布設一個矩形的發射回線線圈，并向所述發射回線線圈內輸入 電流；W及
[0013] 步驟S12:在電流關斷的瞬間利用兩個不極化電極采集地下介質感應出的二次感 應電壓信號，從而獲得所述水平電場分量感應電壓。
[0014] 進一步地，在所述步驟S2中，按照瞬變電磁法規范來測量所述地下目標體的瞬變 電磁場的垂直磁場分量感應電壓。
[0015] 進一步地，所述步驟S2包括W下步驟：
[0016] 步驟S21:在地面上布設一個矩形的發射回線線圈，并向所述發射回線線圈內輸入 電流；W及
[0017] 步驟S22:在電流關斷的瞬間利用垂直放置的接收探頭采集地下介質感應出的二 次感應電壓信號，從而獲得所述垂直磁場分量感應電壓。
[0018] 進一步地，在所述步驟S3中，利用
來對所述水平電場分量和所述 垂直磁場分量進行合成W獲得用于解釋瞬變電磁資料的合成總場量，其中，Vb是合成總場 量，出是垂直磁場分量，并且Ex是水平電場分量。
[0019] 為了解決上述問題，本發明提供一種地下目標體的瞬變電磁多分量合成裝置，包 括：
[0020] 水平電場分量感應電壓測量模塊，所述水平電場分量感應電壓測量模塊用于測量 所述地下目標體的瞬變電磁場的水平電場分量感應電壓；
[0021] 垂直磁場分量感應電壓測量模塊，所述垂直磁場分量感應電壓測量模塊用于測量 所述地下目標體的瞬變電磁場的垂直磁場分量感應電壓；W及
[0022] 多分量合成模塊，所述多分量合成模塊用于分別對所述水平電場分量感應電壓和 所述垂直磁場分量感應電壓進行積分W分別獲得水平電場分量和垂直磁場分量，并且用于 對所述水平電場分量和所述垂直磁場分量進行合成W獲得用于解釋瞬變電磁資料的合成 總場量。
[0023] 進一步地，所述水平電場分量感應電壓測量模塊按照瞬變電磁法規范來測量所述 地下目標體的瞬變電磁場的水平電場分量感應電壓。
[0024] 進一步地，所述水平電場分量感應電壓測量模塊包括一個矩形的發射回線線圈和 兩個不極化電極，其中，所述發射回線線圈布設在地面上，并且所述發射回線線圈內輸入有 電流，所述水平電場分量感應電壓測量模塊在電流關斷的瞬間利用兩個不極化電極采集地 下介質感應出的二次感應電壓信號，從而獲得所述水平電場分量感應電壓。
[0025] 進一步地，所述垂直磁場分量感應電壓測量模塊按照瞬變電磁法規范來測量所述 地下目標體的瞬變電磁場的垂直磁場分量感應電壓。
[0026] 進一步地，所述垂直磁場分量感應電壓測量模塊包括一個矩形的發射回線線圈， 并且包括垂直放置的接收探頭，其中，所述發射回線線圈布設在地面上，并且所述發射回線 線圈內輸入有電流，所述垂直磁場分量感應電壓測量模塊在電流關斷的瞬間利用所述垂直 放置的接收探頭采集地下介質感應出的二次感應電壓信號，從而獲得所述垂直磁場分量 感應電壓。
[0027] 進一步地，所述多分量合成模塊利用
來對所述水平電場分量和 所述垂直磁場分量進行合成W獲得用于解釋瞬變電磁資料的合成總場量，其中，Vb是合成 總場量，出是垂直磁場分量，并且Ex是水平電場分量。
[0028] 本發明的有益效果:通過本發明所獲得的合成總場量有利于解釋瞬變電磁資料， 從而極大地提高瞬變電磁探測的分辨能力及解釋精度，豐富瞬變電磁探測的解釋理論。
【附圖說明】
[0029] 圖1是本發明實施例的地下目標體的瞬變電磁多分量合成方法的流程圖；
[0030] 圖2是本發明實施例的測量水平電場分量感應電壓的流程圖；
[0031] 圖3是本發明實施例的測量垂直磁場分量感應電壓的流程圖；
[0032] 圖4是針對單個異常體模擬數據的總場量合成的模型示意圖；
[0033] 圖5是針對單個異常體模擬數據的總場量合成的垂直磁場分量響應值示意圖；
[0034] 圖6是針對單個異常體模擬數據的總場量合成的水平電場分量響應值示意圖；
[0035] 圖7是針對單個異常體模擬數據的總場量合成的在傳統意義下的垂直磁場分量的 視電阻率斷面示意圖；
[0036] 圖8是針對單個異常體模擬數據的總場量合成的在傳統意義下的水平電場分量的 視電阻率斷面示意圖；
[0037] 圖9是針對單個異常體模擬數據的總場量合成的多分量合成矢量圖；
[0038] 圖10是針對兩個異常體模擬數據的總場量合成的模型示意圖；
[0039] 圖11是針對兩個異常體模擬數據的總場量合成的在傳統意義下的垂直磁場分量 的視電阻率斷面示意圖；
[0040] 圖12是針對兩個異常體模擬數據的總場量合成的在傳統意義下的水平電場分量 的視電阻率斷面示意圖；W及
[0041] 圖13是針對兩個異常體模擬數據的總場量合成的多分量合成矢量圖。
【具體實施方式】
[0042] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下文中將結合附圖對本發明 的實施例進行詳細說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中 的特征可W相互任意組合。
[0043] 如圖1所示，本發明實施例提供一種地下目標體的瞬變電磁多分量合成方法，包括 W下步驟：
[0044] 步驟S1:測量所述地下目標體的瞬變電磁場的水平電場分量感應電壓；
[0045] 步驟S2:測量所述地下目標體的瞬變電磁場的垂直磁場分量感應電壓；W及
[0046] 步驟S3:分別對所述水平電場分量感應電壓和所述垂直磁場分量感應電壓進行積 分W分別獲得水平電場分量和垂直磁場分量，并且對所述水平電場分量和所述垂直磁場分 量進行合成W獲得用于解釋瞬變電磁資料的合成總場量。
[0047] 進一步地，在所述步驟S1中，按照瞬變電磁法規范來測量所述地下目標體的瞬變 電磁場的水平電場分量感應電壓。
[004引進一步地，如圖2所示，所述步驟S1包括W下步驟：
[0049] 步驟S11:在地面上布設一個矩形的發射回線線圈，并向所述發射回線線圈內輸入 電流；W及
[0050] 步驟S12:在電流關斷的瞬間利用兩個不極化電極采集地下介質感應出的二次感 應電壓信號，從而獲得所述水平電場分量感應電壓。
[0051 ]進一步地，在所述步驟S2中，按照瞬變電磁法規范來測量所述地下目標體的瞬變 電磁場的垂直磁場分量感應電壓。
[0052] 進一步地，如圖3所示，所述步驟S2包括W下步驟：
[0053] 步驟S21:在地面上布設一個矩形的發射回線線圈，并向所述發射回線線圈內輸入 電流；W及
[0054] 步驟S22:在電流關斷的瞬間利用垂直放置的接收探頭采集地下介質感應出的二 次感應電壓信號，從而獲得所述垂直磁場分量感應電壓。
[0055] 進一步地，在所述步驟S3中，利用
來對所述水平電場分量和所述 垂直磁場分量進行合成W獲得用于解釋瞬變電磁資料的合成總場量，其中，Vb是合成總場 量，出是垂直磁場分量，并且Ex是水平電場分量。
[0056] 本發明還提供一種地下目標體的瞬變電磁多分量合成裝置，包括：
[0057] 水平電場分量感應電壓測量模塊，所述水平電場分量感應電壓測量模塊用于測量 所述地下目標體的瞬變電磁場的水平電場分量感應電壓；
[005引垂直磁場分量感應電壓測量模塊，所述垂直磁場分量感應電壓測量模塊用于測量 所述地下目標體的瞬變電磁場的垂直磁場分量感應電壓；W及
[0059] 多分量合成模塊，所述多分量合成模塊用于分別對所述水平電場分量感應電壓和 所述垂直磁場分量感應電壓進行積分W分別獲得水平電場分量和垂直磁場分量，并且用于 對所述水平電場分量和所述垂直磁場分量進行合成W獲得用于解釋瞬變電磁資料的合成 總場量。
[0060] 進一步地，所述水平電場分量感應電壓測量模塊按照瞬變電磁法規范來測量所述 地下目標體的瞬變電磁場的水平電場分量感應電壓。
[0061] 進一步地，所述水平電場分量感應電壓測量模塊包括一個矩形的發射回線線圈和 兩個不極化電極，其中，所述發射回線線圈布設在地面上，并且所述發射回線線圈內輸入有 電流，所述水平電場分量感應電壓測量模塊在電流關斷的瞬間利用兩個不極化電極采集地 下介質感應出的二次感應電壓信號，從而獲得所述水平電場分量感應電壓。
[0062] 進一步地，所述垂直磁場分量感應電壓測量模塊按照瞬變電磁法規范來測量所述 地下目標體的瞬變電磁場的垂直磁場分量感應電壓。
[0063] 進一步地，所述垂直磁場分量感應電壓測量模塊包括一個矩形的發射回線線圈， 并且包括垂直放置的接收探頭，其中，所述發射回線線圈布設在地面上，并且所述發射回線 線圈內輸入有電流，所述垂直磁場分量感應電壓測量模塊在電流關斷的瞬間利用所述垂直 放置的接收探頭采集地下介質感應出的二次感應電壓信號，從而獲得所述垂直磁場分量感 應電壓。
[0064] 進一步地，所述多分量合成模塊利用
來對所述水平電場分量和 所述垂直磁場分量進行合成W獲得用于解釋瞬變電磁資料的合成總場量，其中，Vb是合成 總場量，出是垂直磁場分量，并且Ex是水平電場分量。
[0065] 實例一:單個異常體模擬數據的總場量合成
[0066] 如圖4所示，設計均勻半空間中嵌入規則Ξ維體模型進行正演模擬。取均勻半空間 介質的電阻率為P = 75 Ω . m; Ξ維體的大小為50m X 50m X 50m的立方體，其電阻率為P = 1 Ω .m，立方體的頂部埋深為30米。
[0067]由麥克斯韋方程組出發，可W得到大回線源瞬變電磁場的表達式為：
[0071] 中屯、點時壓·（ ω )=Εφ( ω )=〇 (4)
[0072] 其中a是回線的邊長，10代表發射電流，出（ω )，Εφ( ω )分別代表水平磁場和水平 電場分量，Hz( ω )是垂直磁場分量，λ是積分變量，Ji(A)是第一類貝塞爾函數，Zo是第一層介 質的波阻抗，Ζ<ι>是總的波阻抗。
[0073] 通過傅里葉變換可W將(1)-(3)式變為：
[0076] 通過Ξ維有限元正演計算，得到各測點垂直磁場分量與水平電場分量的響應值。 如圖5和圖6所示。
[0077] 根據傳統視電阻率定義公式計算得到各點的視電阻率并成圖。如圖7所示，縱坐標 為時間道，橫坐標為剖面上測點位置即點號。
[0078] 從圖7中可W看出，在剖面中屯、區域淺層視電阻率顯示為低阻，其電阻率值約從47 Ω -m到54Ω -m，反映了對應部位有低阻Ξ維體的存在。在縱向上、在橫向上低阻異常的影 響均有一定范圍，但是整個斷面低阻異常的幅值不強，不利于考察異常體的準確位置。
[0079] 圖8為同一地電模型有限元法數值模擬計算的陣列場水平分量視電阻率斷面圖。 從水平分量視電阻率剖面圖上可W看出，低阻異常在縱向上的范圍明顯擴大，而在橫向上 的影響也更加清楚，低阻異常幅值較強，在25號點到75號點的范圍內視電阻率值約為13 Ω · m-17 Ω · m〇
[0080] 通過正演計算直接得到的響應值是均勻半空間嵌入Ξ維體地電模型的衰減電壓 值，然后通過積分計算，則可獲得垂直方向磁場值和水平方向電場值。
[0081]
(7)
[0082]利用公式(7)進行矢量合成后，根據各點不同時刻的總矢量作出矢量圖，繪得合成 矢量圖，如圖9所示。W水平向右的方向為矢量場的正方向，水平向左的方向為矢量場的負 方向，將總場值大小按一定比例用線段長短表示，線段箭頭方向表示合成的總場矢量的方 向。
[0083] 圖9為多分量觀測合成矢量圖。為了便于比較，我們將視電阻率圖中分布在0-100 之間的21個點重新分布到-50到50之間。從圖中可W看出，整個區域，合成矢量都具有一定 的指向性，在50號點左側，合成矢量有偏向右下方的趨勢，而在50號點右側磁場有偏向左側 下方的趨勢，運種指向性越接近中屯、點越明顯。因此本發明方法能更準確地確定異常源的 空間位置，豐富了瞬變電磁的觀測技術與解釋理論。
[0084] 實例二:兩個異常體模擬數據的合成
[0085] 如圖10所示，設定均勻半空間中賦存兩個塊狀Ξ維體的地電模型。模型參數如下： 均勻半空間的電阻率為Ρ = 75Ω . m。兩個異常體均為50mX50mX50m的立方體，電阻率均為 ρ = 1Ω .m，其埋深均為30米，相距40米。
[0086] 采用相同的發射、接收模式。
[0087] 通過正演計算，得到各測點垂直磁場分量與水平電場分量的響應值。根據傳統視 電阻率定義公式計算得到各點的視電阻率并成圖。
[0088] 圖11為兩個Ξ維體模型磁場垂直分量視電阻率斷面圖，從圖中可W看出，在0號點 和100號點對應部位獲得兩處相對低的低阻異常，預示對應部位地下介質中存在兩個低阻 異常源。在早期道(淺層），兩個低阻異常相對明顯，視電阻率值為43Ω .Π1-57Ω -m;在晚期 道(深層），異常影響很弱，視電阻率值基本為背景電阻率值。
[0089] 通過計算，同樣可得水平電場分量的視電阻率斷面圖。
[0090] 圖12為兩個Ξ維體模型陣列場水平電場分量視電阻率剖面圖。從圖中可W看出， 在0號和100號點兩個低阻異常區域非常明顯，視電阻率值范圍為12Ω .Π 1-19Ω -m，可見低 阻異常體影響很強，在縱向、橫向上上低阻影響范圍也有所擴大。且在兩低阻區域中間有很 明顯的高阻間隔，說明兩低阻異常體相距一定距離。
[0091] 利用本發明所提供的矢量合成方法，將兩個Ξ維體模型數值模擬計算的垂直方 向磁場和水平方向電場合成得到總矢量場，按上述成圖方法成矢量圖。結果如圖13所示，其 中，偏移距為20米。有圖可見，合成矢量的指向性已非常清晰，可W明顯看出，在5號點和95 號點附近合成矢量呈明顯的匯聚特征，預示運兩處地下存在電性異常體，運與實際模型對 應位置相吻合，顯示了合成矢量指向性獨特的優點，表明本發明所提出的合成矢量較任一 單分量具有較強的分辨能力。
[0092] 雖然本發明所掲露的實施方式如上，但所述的內容只是為了便于理解本發明而采 用的實施方式，并非用W限定本發明。任何本發明所屬技術領域內的技術人員，在不脫離本 發明所掲露的精神和范圍的前提下，可W在實施的形式上及細節上作任何的修改與變化， 但本發明的專利保護范圍，仍須W所附的權利要求書所界定的范圍為準。
【主權項】
1. 一種地下目標體的瞬變電磁多分量合成方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟S1:測量所述地下目標體的瞬變電磁場的水平電場分量感應電壓； 步驟S2:測量所述地下目標體的瞬變電磁場的垂直磁場分量感應電壓；以及 步驟S3:分別對所述水平電場分量感應電壓和所述垂直磁場分量感應電壓進行積分以 分別獲得水平電場分量和垂直磁場分量，并且對所述水平電場分量和所述垂直磁場分量進 行合成以獲得用于解釋瞬變電磁資料的合成總場量。2. 如權利要求1所述的地下目標體的瞬變電磁多分量合成方法，其特征在于，在所述步 驟S1中，按照瞬變電磁法規范來測量所述地下目標體的瞬變電磁場的水平電場分量感應電 壓。3. 如權利要求2所述的地下目標體的瞬變電磁多分量合成方法，其特征在于，所述步驟 S1包括以下步驟： 步驟S11:在地面上布設一個矩形的發射回線線圈，并向所述發射回線線圈內輸入電 流；以及 步驟S12:在電流關斷的瞬間利用兩個不極化電極采集地下介質感應出的二次感應電 壓信號，從而獲得所述水平電場分量感應電壓。4. 如權利要求2或3所述的地下目標體的瞬變電磁多分量合成方法，其特征在于，在所 述步驟S2中，按照瞬變電磁法規范來測量所述地下目標體的瞬變電磁場的垂直磁場分量感 應電壓，其中，所述步驟S2包括以下步驟： 步驟S21:在地面上布設一個矩形的發射回線線圈，并向所述發射回線線圈內輸入電 流；以及 步驟S22:在電流關斷的瞬間利用垂直放置的接收探頭采集地下介質感應出的二次感 應電壓信號，從而獲得所述垂直磁場分量感應電壓。5. 如權利要求4所述的地下目標體的瞬變電磁多分量合成方法，其特征在于，在所述步 驟S3中，來對所述水平電場分量和所述垂直磁場分量進行合成以獲 得用于解釋瞬變電磁資料的合成總場量，其中，VB是合成總場量，Hz是垂直磁場分量，并且Ex 是水平電場分量。6. -種地下目標體的瞬變電磁多分量合成裝置，其特征在于，包括： 水平電場分量感應電壓測量模塊，所述水平電場分量感應電壓測量模塊用于測量所述 地下目標體的瞬變電磁場的水平電場分量感應電壓； 垂直磁場分量感應電壓測量模塊，所述垂直磁場分量感應電壓測量模塊用于測量所述 地下目標體的瞬變電磁場的垂直磁場分量感應電壓；以及 多分量合成模塊，所述多分量合成模塊用于分別對所述水平電場分量感應電壓和所述 垂直磁場分量感應電壓進行積分以分別獲得水平電場分量和垂直磁場分量，并且用于對所 述水平電場分量和所述垂直磁場分量進行合成以獲得用于解釋瞬變電磁資料的合成總場 量。7. 如權利要求6所述的地下目標體的瞬變電磁多分量合成裝置，其特征在于，所述水平 電場分量感應電壓測量模塊按照瞬變電磁法規范來測量所述地下目標體的瞬變電磁場的 水平電場分量感應電壓。8. 如權利要求7所述的地下目標體的瞬變電磁多分量合成裝置，其特征在于，所述水平 電場分量感應電壓測量模塊包括一個矩形的發射回線線圈和兩個不極化電極，其中，所述 發射回線線圈布設在地面上，并且所述發射回線線圈內輸入有電流，所述水平電場分量感 應電壓測量模塊在電流關斷的瞬間利用兩個不極化電極采集地下介質感應出的二次感應 電壓信號，從而獲得所述水平電場分量感應電壓。9. 如權利要求7或8所述的地下目標體的瞬變電磁多分量合成裝置，其特征在于，所述 垂直磁場分量感應電壓測量模塊按照瞬變電磁法規范來測量所述地下目標體的瞬變電磁 場的垂直磁場分量感應電壓，其中，所述垂直磁場分量感應電壓測量模塊包括一個矩形的 發射回線線圈，并且包括垂直放置的接收探頭，其中，所述發射回線線圈布設在地面上，并 且所述發射回線線圈內輸入有電流，所述垂直磁場分量感應電壓測量模塊在電流關斷的瞬 間利用所述垂直放置的接收探頭采集地下介質感應出的二次感應電壓信號，從而獲得所述 垂直磁場分量感應電壓。10. 如權利要求9所述的地下目標體的瞬變電磁多分量合成裝置，其特征在于，所述多 分量合成模塊利用來對所述水平電場分量和所述垂直磁場分量進行合成 以獲得用于解釋瞬變電磁資料的合成總場量，其中，VB是合成總場量，Hz是垂直磁場分量，并 且Ex是水平電場分量。
【文檔編號】G01V3/38GK105824052SQ201610104011
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年2月25日
【發明人】郭文波, 薛國強, 李貅, 底青云, 崔江偉, 劉銀愛
【申請人】西安西北有色物化探總隊有限公司