時(shí)頻電磁和大地電磁數(shù)據(jù)的一維聯(lián)合反演方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明是時(shí)頻電磁和大地電磁數(shù)據(jù)的一維聯(lián)合反演方法，聯(lián)合反演時(shí)頻電磁的發(fā)射頻率為0.025-100Hz，大地電磁的頻率為0.0005-320Hz，計(jì)算每個(gè)時(shí)頻電磁測(cè)點(diǎn)與所有的大地電磁測(cè)點(diǎn)之間的距離，得到最近的大地電磁測(cè)點(diǎn)，提取電磁測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，計(jì)算時(shí)頻電磁和大地電磁聯(lián)合反演雅克比偏導(dǎo)數(shù)矩陣，依據(jù)正則化反演原理計(jì)算目標(biāo)函數(shù)，用共軛梯度迭代算法使目標(biāo)函數(shù)最小化，當(dāng)目標(biāo)函數(shù)的擬合誤差達(dá)到設(shè)定的誤差標(biāo)準(zhǔn)或者迭代次數(shù)超過(guò)設(shè)定的最大迭代次數(shù)即完成聯(lián)合反演。本發(fā)明可獲得測(cè)線下方地下介質(zhì)電阻率分布，能夠滿(mǎn)足構(gòu)造、斷層、圈閉的解釋需要，反演的結(jié)果從淺到深的分辨率都高于單獨(dú)用時(shí)頻電磁數(shù)據(jù)的反演。
【專(zhuān)利說(shuō)明】時(shí)頻電磁和大地電磁數(shù)據(jù)的一維聯(lián)合反演方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于地球物理勘探的電磁法勘探數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，是地球物理數(shù)值模擬和反 演，具體是時(shí)頻電磁和大地電磁數(shù)據(jù)的一維聯(lián)合反演方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 上世紀(jì)90年代建場(chǎng)測(cè)深法用于油氣藏探測(cè)并取得了好的效果。在此方法 基礎(chǔ)上，結(jié)合時(shí)間域瞬變電磁測(cè)深和頻率域電磁測(cè)深的特點(diǎn)，出現(xiàn)了時(shí)頻電磁法（He Zhanxiang. , 2003, Artificial source time and frequency electromagnetic method:P. R. China patent application，ZL03150098. 6)，這種方法具有時(shí)間域電磁法和頻率域電磁 法的特點(diǎn)。
[0003] 時(shí)頻電磁就是指用一個(gè)大的水平長(zhǎng)導(dǎo)線源在地面激發(fā)不同頻率的方波，在地面平 行于發(fā)射源的測(cè)線上接收電場(chǎng)Ex和磁場(chǎng)Hz的電磁法，該方法具有時(shí)間域瞬變電磁和頻率 域測(cè)深特點(diǎn)。發(fā)射源通常情況下從幾千米到十幾千米，發(fā)射源到測(cè)線的距離（收發(fā)距）從5 千米?15千米，通常情況下發(fā)射源的長(zhǎng)度和收發(fā)距里的大小根據(jù)目標(biāo)層的深度確定。為了 探測(cè)深部的目標(biāo)體，必須保證有足夠長(zhǎng)的發(fā)射源和收發(fā)距，但是發(fā)射源的長(zhǎng)度和收發(fā)距不 能過(guò)于大，發(fā)射源長(zhǎng)度過(guò)大造成施工效率低，施工難度增加，收發(fā)距越大，靜態(tài)位移越明顯。 增加探測(cè)的深度還可以通過(guò)增加發(fā)射方波的周期實(shí)現(xiàn)，隨著方波的發(fā)射周期增加，對(duì)發(fā)射 機(jī)的穩(wěn)定性要求更高，發(fā)射周期過(guò)長(zhǎng)，容易將發(fā)射機(jī)燒掉，所以發(fā)射周期不能沒(méi)有限制的增 加。
[0004] 為了提高時(shí)頻電磁法探測(cè)深部目標(biāo)體的精確性，在進(jìn)行時(shí)頻電磁勘探的地方還要 部署天然場(chǎng)源電磁法（MT)數(shù)據(jù)的采集，天然場(chǎng)源電磁法測(cè)點(diǎn)距離比時(shí)頻電磁的相對(duì)大一 點(diǎn)，通常情況下每隔5個(gè)時(shí)頻電磁測(cè)點(diǎn)，有一個(gè)天然場(chǎng)源電磁法測(cè)點(diǎn)，總體上來(lái)說(shuō)對(duì)施工效 率影響不大。
[0005] 當(dāng)在對(duì)一個(gè)工區(qū)完成時(shí)頻電磁法和天然場(chǎng)源電磁法數(shù)據(jù)的采集后，有了兩種類(lèi)型 的數(shù)據(jù)，這兩種數(shù)據(jù)之間存在一定的互補(bǔ)性。時(shí)頻電磁的最下發(fā)射頻率能達(dá)到0.01Hz，但是 大地電磁的最低頻率能夠達(dá)到〇. 0005HZ，在目標(biāo)體的深度比較深時(shí)，只用時(shí)頻電磁的數(shù)據(jù) 處理能難精確探測(cè)埋深很深的目標(biāo)體，如果在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中增加低頻的MT數(shù)據(jù)做聯(lián)合 反演，是可以改善深部的分辨率，因此電磁和大地電磁數(shù)據(jù)的聯(lián)合反演方法就可能取得效 果。
[0006] 由于時(shí)頻電磁測(cè)量的是電場(chǎng)和磁場(chǎng)的振幅，MT數(shù)據(jù)測(cè)量得到的是視電阻率，這兩 種方法的數(shù)據(jù)相差很大，不在一個(gè)數(shù)量級(jí)范圍上，在反演過(guò)程中如何使這兩種數(shù)據(jù)起到的 作用一樣就顯的非常關(guān)鍵。在形成時(shí)頻電磁和大地電磁數(shù)據(jù)聯(lián)合反演的目標(biāo)函數(shù)之前需要 先計(jì)算這兩種方法的雅克比偏導(dǎo)數(shù)矩陣，采用傳統(tǒng)的差分法會(huì)使計(jì)算的計(jì)算變長(zhǎng)，而且效 果很差。如何解決這些問(wèn)題，在已經(jīng)發(fā)表的論文中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有關(guān)線索。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明目地在于提供一種可以提高時(shí)頻電磁深的勘探精度，淺部的勘探精度也隨 之得以改善的時(shí)頻電磁和大地電磁數(shù)據(jù)的一維聯(lián)合反演方法。
[0008] 本發(fā)明通過(guò)如下步驟實(shí)現(xiàn)：
[0009] 1)依據(jù)實(shí)測(cè)時(shí)頻電磁和大地電磁數(shù)據(jù)的頻率分布范圍，選擇參加聯(lián)合反演的數(shù) 據(jù)；
[0010] 所述的參加聯(lián)合反演的數(shù)據(jù)時(shí)頻電磁的發(fā)射頻率范圍為ο. 025-100HZ，大地電磁 的頻率范圍為0. 0005-320HZ。
[0011] 所述的參加聯(lián)合反演時(shí)時(shí)頻電磁所用的發(fā)射頻率范圍是〇. 1-lOOHz，大地電磁的 頻率范圍是0. 0005-0. 1Hz。
[0012] 2)計(jì)算每個(gè)時(shí)頻電磁測(cè)點(diǎn)與所有的大地電磁測(cè)點(diǎn)之間的距離，得到每個(gè)時(shí)頻電 磁測(cè)點(diǎn)的最近的大地電磁測(cè)點(diǎn)，然后提取每個(gè)時(shí)頻電磁測(cè)點(diǎn)和距它最近大地電磁測(cè)點(diǎn)的數(shù) 據(jù)；
[0013] 3)分別計(jì)算時(shí)頻電磁和大地電磁聯(lián)合反演過(guò)程中的雅克比偏導(dǎo)數(shù)矩陣；
[0014] 所述的時(shí)頻電磁雅克比矩陣的通過(guò)解析公式計(jì)算：
[0015]

【權(quán)利要求】
1. 一種時(shí)頻電磁和大地電磁數(shù)據(jù)的一維聯(lián)合反演方法，特點(diǎn)是通過(guò)如下步驟實(shí)現(xiàn)： 1) 依據(jù)實(shí)測(cè)時(shí)頻電磁和大地電磁數(shù)據(jù)的頻率分布范圍，選擇參加聯(lián)合反演的數(shù)據(jù)； 2) 計(jì)算每個(gè)時(shí)頻電磁測(cè)點(diǎn)與所有的大地電磁測(cè)點(diǎn)之間的距離，得到每個(gè)時(shí)頻電磁測(cè)點(diǎn) 的最近的大地電磁測(cè)點(diǎn)，然后提取每個(gè)時(shí)頻電磁測(cè)點(diǎn)和距它最近大地電磁測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)； 3) 分別計(jì)算時(shí)頻電磁和大地電磁聯(lián)合反演過(guò)程中的雅克比偏導(dǎo)數(shù)矩陣； /I A 仿捉工11111/^ 田；+ 咎 Ft 米fr
士 咎士nlC . 方法誤差函數(shù)的權(quán)函數(shù)，S(m)是穩(wěn)定化函數(shù)；a是正則化參數(shù)； AMT和ATFEM是一維正演算子；dMT是大地電磁觀測(cè)點(diǎn)的P xy、P yx以及它們的相位等觀測(cè) 數(shù)據(jù)； dTFEM是時(shí)頻電磁觀測(cè)點(diǎn)的電場(chǎng)Ex和磁場(chǎng)Hz的觀測(cè)數(shù)據(jù)；m是要反演的模型參數(shù)，每層 的電阻率值； 5) 采用共軛梯度的迭代算法使目標(biāo)函數(shù)最小化； 6) 迭代反演過(guò)程中采用如下公式計(jì)算時(shí)頻電磁數(shù)據(jù)加權(quán)矩陣和大地電磁數(shù)據(jù)的 加權(quán)矩陣:
式中
、別是聯(lián)合反演中第一次迭代之前天然場(chǎng)源和時(shí)頻電磁法的擬合 誤差；max是計(jì)算最大值函數(shù)；sum是求和函數(shù)； 7) 重復(fù)步驟5)和6)，當(dāng)時(shí)頻電磁和大地電磁聯(lián)合反演的目標(biāo)函數(shù)的擬合誤差達(dá)到設(shè) 定的誤差標(biāo)準(zhǔn)或者迭代次數(shù)超過(guò)了設(shè)定的最大迭代次數(shù)后，這樣就最終實(shí)現(xiàn)時(shí)頻電磁和大 地電磁數(shù)據(jù)聯(lián)合反演方法。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，特點(diǎn)是步驟1)所述的參加聯(lián)合反演的數(shù)據(jù)時(shí)頻電磁的 發(fā)射頻率范圍為0. 025-lOOHz，大地電磁的頻率范圍為0. 0005-320HZ。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，特點(diǎn)是步驟1)所述的參加聯(lián)合反演時(shí)時(shí)頻電磁所用的 發(fā)射頻率范圍是0. 1-lOOHz，大地電磁的頻率范圍是0.0005-0. 1Hz。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，特點(diǎn)是步驟3)所述的時(shí)頻電磁雅克比矩陣的通過(guò)解析 公式計(jì)算：
式中，是第j層的電導(dǎo)率
I反射系數(shù)
是水平波數(shù)的平方 根，《是角頻率，是磁導(dǎo)率，0 0是空氣中的電導(dǎo)率；Z是接收點(diǎn)在垂直方向的坐標(biāo)，h是 發(fā)射源的高度；Ji是一階貝塞爾函數(shù)；Hz是磁場(chǎng)強(qiáng)度；
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，特點(diǎn)是步驟3)所述的大地電磁的雅克比矩陣采用差分 公式計(jì)算。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，特點(diǎn)是步驟5)采用共軛梯度的迭代算法最小化目標(biāo) 函數(shù)式計(jì)算時(shí)，在最小化第一次迭代過(guò)程中正則化參數(shù)a值為0.5, a值的取值范圍為 0.05-5;在迭代過(guò)程中自動(dòng)調(diào)節(jié)a值的大小，如擬合誤差增加，增加 a值；如果擬合誤差 減小，a值減小。
【文檔編號(hào)】G01V3/38GK104280782SQ201310292347
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2013年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月12日
【發(fā)明者】王志剛, 萬(wàn)海珍 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司, 中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司