人工場源頻率域全梯度電磁測量方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種人工場源頻率域全梯度電磁測量方法，在測區(qū)內(nèi)布置測線和測點；人工場源發(fā)射不同頻率電磁波，通過測量單元，完成測區(qū)內(nèi)所有測點上對應(yīng)發(fā)射頻率下電磁場信號的測量；采用差分求取相關(guān)測點的電磁場梯度信號；根據(jù)測得的電磁場梯度信號對地下介質(zhì)的電磁梯度信息進行反演，實現(xiàn)對地下目標(biāo)體的勘探。與現(xiàn)有技術(shù)相比，消除了相鄰測點電場信號中相同的噪聲信號，增強了采集單元的抗干擾能力，提高了信噪比，降低了對人工場源發(fā)射功率的要求，具有比電場本身高的分辨力，能夠?qū)Φ刭|(zhì)體邊界進行圈定，反映地質(zhì)體空間分布細(xì)節(jié)，對深部電性變化反映靈敏。提高了野外測量效率，降低了施工成本，提高了對地質(zhì)異常解釋的準(zhǔn)確度。
【專利說明】人工場源頻率域全梯度電磁測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及一種地球物理電磁勘探方法，尤其是適用于在噪聲干擾的測區(qū)環(huán)境下采用人工場源對地下異常體邊界進行圈定識別的人工場源頻率域電磁梯度測量方法。
【背景技術(shù)】:
[0002]電磁法勘探是利用電磁感應(yīng)原理研究天然場源或人工場源在大地中激勵的交變電磁場分布,并由觀測到的電磁場分布研究地下電性及地質(zhì)特性的一種地球物理方法,在礦產(chǎn)資源勘探和地質(zhì)、工程環(huán)境調(diào)查中廣泛應(yīng)用。電磁法主要分為時間域電磁法和頻率域電磁法，其中頻率域電磁法根據(jù)探測深度與頻率的關(guān)系，利用不同發(fā)射頻率實現(xiàn)對不同深度電性結(jié)果的探測，通常探測深度較大，測量效率較高。按照場源的不同，頻率域電磁法可以分為天然場源電磁法和人工場源電磁法，主要包括大地電磁法(MT)、音頻大地電磁法(AMT)、可控源音頻大地電磁法(CSAMT)、電磁陣列剖面法(EMAP)、混場源電磁法(HSMT)和廣域電磁法(WFEM)。其中，人工源頻率域電磁探測方法采用人工供電產(chǎn)生音頻電磁場，使得所觀測的電磁場的頻率、場強和方向可控，具有抗干擾能力較強、分辨率較高的優(yōu)點，近年來已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于金屬礦、石油、天然氣、地?zé)帷⑺目辈旒肮こ?、地質(zhì)調(diào)查等領(lǐng)域。人工源頻率域電磁法通常測量各工作頻率f由人工場源激發(fā)大地產(chǎn)生的電磁場信號E，通過對電磁場信號的絕對測量來計算出相應(yīng)頻率所對應(yīng)的電阻率，進而達到測定地下結(jié)構(gòu)的目的。目前，市場上主流的人工源頻率域電磁法勘探儀器包括⑶P32、GMS-07、V8和EH-4等，實際應(yīng)用中人工源頻率域電磁法勘探儀器通常測量沿測線方向的電場絕對量Ex和垂直于測線方向的磁場絕對量Hy，進而由這兩個絕對量計算相應(yīng)的視電阻率，以實現(xiàn)對地下結(jié)構(gòu)進行探測的目的。
[0003]采用人工源頻率域電磁法進行野外測量時，盡管信號比天然場源電磁法要強，但接收系統(tǒng)采集到的信號仍然包含大量的噪聲。噪聲干擾來源廣，形式多樣，影響頻率范圍寬，常規(guī)方法難以取得較好的壓制效果。受此影響，在一些干擾較為嚴(yán)重區(qū)域或收發(fā)距較大時，儀器獲得的數(shù)據(jù)信噪比較低，有時甚至出現(xiàn)有用信號被強噪聲干擾淹沒，嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)質(zhì)量。當(dāng)采用受噪聲干擾的數(shù)據(jù)進行資料解釋時，將會導(dǎo)致電磁資料產(chǎn)生畸變，且分辨率降低，因此反映地下電性結(jié)構(gòu)容易失真，有時甚至是錯誤的。為了壓制噪聲干擾，目前常用做法是加大人工場源發(fā)射功率。該措施有利于增強深部地質(zhì)體的絕對電磁響應(yīng)幅度，便于接收機檢測，然而受野外施工條件和器件水平限制，大發(fā)射功率發(fā)射的拓展空間受到限制，對噪聲的壓制水平有限。
[0004]此外，當(dāng)前人工源頻率域電磁法通過絕對電磁場對地下結(jié)構(gòu)進行探測時，由于地下異常體引起的視電阻率沿測線的變化是平緩漸變的，測量結(jié)果只能確定異常體的大致位置，而無法對異常體的邊界細(xì)節(jié)(包括縱向分界面)進行圈定識別。同時，這種測量方法對于一些較小的異常體和一些控制油氣藏或礦體的次級斷裂帶無法識別，容易漏掉，難以滿足深部精細(xì)探測的需要。
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005]本發(fā)明的目的就是針對上述現(xiàn)有方法技術(shù)的不足，提供一種人工場源頻率域全梯度電磁測量方法。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]一種人工場源頻率域電磁梯度探測方法，包括以下步驟:
[0008]A、根據(jù)實際的探測任務(wù)和目標(biāo)，確定人工場源發(fā)射機和測區(qū)的位置，并且按照特定的測網(wǎng)布置規(guī)則在測區(qū)內(nèi)對測線和測點進行布置；
[0009]B、人工場源發(fā)射不同頻率的電磁波，通過測量單元，完成測區(qū)內(nèi)所有測點上對應(yīng)發(fā)射頻率f下電磁場信號E的測量，其中電磁場信號E的采集與人工場源電磁波的發(fā)射保持冋步；
[0010]C、根據(jù)測區(qū)內(nèi)相鄰測點上的電磁場信號E，采用差分的方式求取相關(guān)測點的電磁場梯度信號ΛΕ，其中相鄰測點上的電磁場信號E采用特定方式獲取，為同步測量的同一時間段的數(shù)據(jù)；
[0011]D、根據(jù)測得的電磁場梯度信號ΛΕ，并結(jié)合人工源發(fā)射電磁波的頻率f，對地下介質(zhì)的電磁梯度信息進行反演解釋，以實現(xiàn)對地下目標(biāo)體的勘探。
[0012]步驟A中所述的測網(wǎng)布置規(guī)則包括:
[0013]——在測區(qū)內(nèi)建立平面直角坐標(biāo)系，沿測線方向為X方向，測線偏移的方向為y方向，X方向與I方向互相垂直；
[0014]——每條測線的起始點為O列測點，沿X方向增大，終點為η列測點，每條測線等間隔分布η+1個測點，相鄰測點間的距離Ix根據(jù)需要設(shè)置，一般為20m~200m之間的某一特定值；
[0015]——測區(qū)內(nèi)第一條測線為O號測線，沿y方向增大，最后一條測線為m號測線，測區(qū)內(nèi)等間隔布置m+1條測線，相鄰測線的偏移距離Iy根據(jù)需要設(shè)置，一般為20m~200m之間的某一特定值。
[0016]步驟B中所述的電磁波發(fā)射頻率f為一系列不同發(fā)射頻點的集合，集合中某一發(fā)射頻率fk對應(yīng)的趨膚深度為
【權(quán)利要求】
1.一種人工場源頻率域全梯度電磁測量方法，其特征在于，包括以下步驟: A、根據(jù)實際的探測任務(wù)和目標(biāo)，確定人工場源發(fā)射機和測區(qū)的位置，并且按照特定測網(wǎng)布置規(guī)則在測區(qū)內(nèi)對測線和測點進行布置； B、人工場源發(fā)射不同頻率的電磁波，通過測量單元，完成測區(qū)內(nèi)所有測點上對應(yīng)發(fā)射頻率f下電磁場信號E的測量，其中電磁場信號E的采集與人工場源電磁波的發(fā)射保持同I K少； C、根據(jù)測區(qū)內(nèi)相鄰測點上的電磁場信號E，采用差分的方式求取相關(guān)測點的電磁場梯度信號ΛΕ，其中相鄰測點上的電磁場信號E采用特定方式獲取，為同步測量的同一時間段的數(shù)據(jù)； D、根據(jù)測得的電磁場梯度信號ΛΕ，結(jié)合人工源發(fā)射電磁波的頻率f，對地下介質(zhì)的電磁梯度信息進行反演，實現(xiàn)對地下目標(biāo)體的勘探。
2.按照權(quán)利要求1所述的人工場源頻率域全梯度電磁測量方法，其特征在于，步驟A中所述的特定測網(wǎng)布置規(guī)則包括: ——在測區(qū)內(nèi)建立平面直角坐標(biāo)系，沿測線方向為X方向，測線偏移的方向為I方向，X方向與y方向互相垂直； ——每條測 線的起始點為O列測點，沿X方向增大，終點為η列測點，每條測線等間隔分布η+1個測點，相鄰測點間的距離Ix根據(jù)需要設(shè)置，一般為20m~200m之間的某一特定值； ——測區(qū)內(nèi)第一條測線為O號測線，沿y方向增大，最后一條測線為m號測線，測區(qū)內(nèi)等間隔布置m+1條測線，相鄰測線的偏移距離Iy根據(jù)需要設(shè)置，一般為20m~200m之間的某一特定值。
3.按照權(quán)利要求1所述的人工場源頻率域全梯度電磁測量方法，其特征在于，步驟B中所述的電磁波發(fā)射頻率f為一系列不同發(fā)射頻點的集合，集合中某一發(fā)射頻點fk對應(yīng)的趨膚深度為Sk = 503長，其中P為大地電阻率，發(fā)射頻率f由所需探測深度和縱向分辨率確定。
4.按照權(quán)利要求1所述的人工場源頻率域全梯度電磁測量方法，其特征在于，步驟B中所述的電磁場信號E包括X方向的電場信號Ex, y方向的電場信號Ey, x方向的磁場信號Hx, y方向的磁場信號Hy和垂直于大地平面的z方向的磁場信號Hz共5個分量,實際測量中根據(jù)實際情況對5個電磁場信號分量進行選擇性測量，測區(qū)內(nèi)第i條測線上第j列測點的在發(fā)射電磁波頻率為fk時5個分量中的任意分量電磁場信號用E (j, i，fk)表示。
5.按照權(quán)利要求1所述的人工場源頻率域全梯度電磁測量方法，其特征在于，步驟C中所述的測區(qū)內(nèi)相關(guān)測點的電磁場梯度信號△ E包括沿測線X方向的電磁場梯度ΛχΕ，垂直于測線I方向的電磁場梯度AyE,以及垂直于大地平面的ζ方向的準(zhǔn)梯度ΛζΕ，電磁場梯度信號Λ E包括Ex、Ey、Hx、Hy和Hz在內(nèi)的x、y方向上的10個電磁場梯度信號和ζ方向的5個準(zhǔn)梯度信號，實際應(yīng)用中根據(jù)具體要求選擇對需要的ΛΕ分量進行測量，其中: ——沿X方向的第m號測線上的測點沒有y方向的電磁場梯度Λ yE，測區(qū)內(nèi)第i條測線上第j列測點在電磁波發(fā)射頻率為fk時y反向的電磁場梯度AyE (j,i,fk)=[E (j, i+1，fk)-E (j，i，fk)]/ly ； ——所有測線上沿y方向的第η列測點沒有X方向的電磁場梯度△ χΕ，測區(qū)內(nèi)第i條測線上第j列測點在電磁波發(fā)射頻率為fk時X反向的電磁場梯度Λ xE (j, i,fk)=[E (j+1，i，fk)-E (j, i，fk) ]/lx ； ——測區(qū)內(nèi)所有測點在最后一個發(fā)射頻點上沒有z方向的準(zhǔn)梯度ΛζΕ，測區(qū)內(nèi)第i條測線上第j列測點在電磁波發(fā)射頻率為fk時z方向的電磁場準(zhǔn)梯度ΛζΕ (i，j, fk) =[E(i，j，fk+i> -E (i, j, fk) ]/[logfk+1-logfk] o
6.按照權(quán)利要求1所述的人工場源頻率域全梯度電磁測量方法，其特征在于，步驟C中所述的獲取相鄰測點上電磁場信號E采用的特定方式包括: ——分布式測量，采用(n+l)X (m+1)個采集單元覆蓋測區(qū)內(nèi)所有的測點，對測區(qū)內(nèi)所有測點電磁場信號實施一次性同時測量，保證相鄰測點上采集到的電磁場信號E為同步測量的同一時間段的信號； ——陣列滾動式測量，由少量的采集單元組成測量陣列，對測區(qū)內(nèi)所有測點的電磁場信號E進行逐次滾動式測量，相鄰兩個測量陣列中第一個測量陣列的末端電磁場信號和第二個測量陣列的首端電磁場信號進行重復(fù)交叉測量，以保證求取電磁場梯度時相鄰兩個測點的電磁場信號為同步測量的同一時間段的信號，其中，每個測量陣列中X方向至少包含2個測量單元，y方向至少包含2個測量單元，每個測量陣列中所有的測量單元同步采集電磁場信號。
【文檔編號】G01V3/08GK103869371SQ201410123468
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】林君, 周海根, 劉長勝, 周逢道, 史志輝, 劉立超, 薛開昶, 孫彩堂, 曾新森 申請人:吉林大學(xué)