本發(fā)明具體涉及一種類十字接地導(dǎo)線源瞬變電磁探測(cè)方法，屬于瞬變電磁探測(cè)方法技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

電性源瞬變電磁法作為瞬變電磁法的一個(gè)重要分支，在中深部金屬礦、油氣資源及地?zé)峥碧街邪l(fā)揮了重要作用。按照收發(fā)距與目標(biāo)體探測(cè)深度的比值，主要發(fā)展了長(zhǎng)偏移距瞬變電磁法(lotem)和電性源短偏移距瞬變電磁法(sotem)。

在發(fā)展的早期，電性源瞬變電磁法沿用了頻率域人工源電磁法，如可控源音頻大地電磁法(csamt)的觀測(cè)方式，在大于探測(cè)目標(biāo)深度3-6倍的偏移距進(jìn)行觀測(cè)，稱為長(zhǎng)偏移距瞬變電磁法(long-offsettem,lotem)。在lotem中，將接地導(dǎo)線源看作電偶極源。油氣資源賦存區(qū)地層條件比較符合1d層狀結(jié)構(gòu)，因此，lotem多用于大深度的油氣資源探測(cè)中。與csamt類似，理論上所有測(cè)點(diǎn)位于遠(yuǎn)區(qū)，保證響應(yīng)中主要成分來自地面波，觀測(cè)點(diǎn)的響應(yīng)主要來自測(cè)點(diǎn)下方，但在實(shí)際觀測(cè)中，測(cè)點(diǎn)很難滿足遠(yuǎn)區(qū)的觀測(cè)條件，多處于中遠(yuǎn)區(qū)或者過渡區(qū)，測(cè)點(diǎn)響應(yīng)中往往包含收發(fā)之間地質(zhì)體的信息。

sotem在更小的收發(fā)距進(jìn)行探測(cè)，同一測(cè)點(diǎn)不同時(shí)刻的響應(yīng)包含的地層波和地面波的成分差別較大，響應(yīng)既包括測(cè)點(diǎn)下方的地質(zhì)信息，也包括了收發(fā)之間地質(zhì)體的信息，而這種地質(zhì)體往往是2d或者3d的。

傳統(tǒng)的單一接地導(dǎo)線源瞬變電磁探測(cè)方式存在三個(gè)方面的主要問題：1)由于單一接地導(dǎo)線供電，地下形成的電流體系是單一方向的，只適合探測(cè)一維電性結(jié)構(gòu)；2)在一定的范圍內(nèi)，響應(yīng)場(chǎng)強(qiáng)較弱或者是零值區(qū)和電性非敏感區(qū)，影響了電性源瞬變電磁法觀測(cè)分量的選擇和觀測(cè)范圍；3)當(dāng)接地導(dǎo)線的方向與地下低阻層走向一致時(shí)，注入的電流被低阻層吸收，影響探測(cè)效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，為了更好地解決上述問題，充分挖掘電性源瞬變電磁不同方向觀測(cè)分量所包含的地電信息，本發(fā)明提出了一種十字或者類十字接地導(dǎo)線源瞬變電磁探測(cè)方法，發(fā)射系統(tǒng)包含交叉發(fā)射源和多個(gè)接地電極，在觀測(cè)系統(tǒng)中，同時(shí)觀測(cè)三個(gè)磁場(chǎng)和兩個(gè)電場(chǎng)分量，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的僅觀測(cè)水平電場(chǎng)和垂直磁場(chǎng)兩分量的觀測(cè)裝置。

具體的，所述方法包括：

布設(shè)類十字接地導(dǎo)線源，具體為在直線導(dǎo)線源的基礎(chǔ)上增加垂向或者交叉方向的發(fā)射源，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，計(jì)算三個(gè)磁場(chǎng)分量和兩個(gè)電場(chǎng)分量。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提出的類十字接地導(dǎo)線源瞬變電磁探測(cè)方法，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的僅觀測(cè)水平電場(chǎng)和垂直磁場(chǎng)兩分量的觀測(cè)方法。本發(fā)明方法的響應(yīng)整體上大于常規(guī)源，特別是對(duì)于x方向的水平磁場(chǎng)和y-方向水平電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)幅度增大數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)，解決以往常規(guī)源無法有效觀測(cè)這些分量的問題。同時(shí)，對(duì)于高阻和低阻異常的分辨能力沒有減弱。

附圖說明

圖1是本發(fā)明類十字接地導(dǎo)線源的布置圖；

圖2a、圖2b分別是傳統(tǒng)發(fā)射源產(chǎn)生的x-方向磁場(chǎng)和y-方向電場(chǎng)示意圖；

圖3是十字發(fā)射源系統(tǒng)的電流方向示意圖；

圖4a、圖4b分別是常規(guī)源和十字源的x-方向水平電場(chǎng)分布特征(1e-3s)示意圖；

圖5a、圖5b分別是常規(guī)源和十字源的y-方向水平電場(chǎng)分布特征(1e-3s)示意圖；

圖6a、圖6b分別是常規(guī)源和十字源的x-方向水平磁場(chǎng)分布特征(1e-3s)示意圖；

圖7a、圖7b分別是常規(guī)源和十字源的y-方向水平磁場(chǎng)分布特征(1e-3s)示意圖；

圖8是傳統(tǒng)源和新十字源電場(chǎng)分量在含低阻異常和沒有異常時(shí)的相對(duì)誤差示意圖；

圖9是傳統(tǒng)源和新十字源磁場(chǎng)分量在含低阻異常和沒有異常時(shí)的相對(duì)誤差示意圖；

圖10是傳統(tǒng)源和新十字源電場(chǎng)分量在含高阻異常和沒有異常時(shí)的相對(duì)誤差示意圖；

圖11是傳統(tǒng)源和新十字源磁場(chǎng)分量在含高阻異常和沒有異常時(shí)的相對(duì)誤差示意圖；

圖12a、圖12b分別是新十字源和傳統(tǒng)源y-方向水平電場(chǎng)的衰減曲線示意圖；

圖13a、圖13b分別是新十字源和傳統(tǒng)源x-方向水平電場(chǎng)的衰減曲線示意圖；

圖14a、圖14b分別是新十字源和傳統(tǒng)源x-方向水平磁場(chǎng)的衰減曲線示意圖；

圖15a、圖15b分別是新十字源和傳統(tǒng)源y-方向水平磁場(chǎng)的衰減曲線示意圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行說明：

本實(shí)施例中，提出了一種十字或類十字接地導(dǎo)線源瞬變電磁探測(cè)方法。在常規(guī)的直線導(dǎo)線源的基礎(chǔ)上增加垂向或者交叉方向的發(fā)射源，首先對(duì)十字接地導(dǎo)線源的響應(yīng)進(jìn)行正演計(jì)算分析，并與常規(guī)發(fā)射源的響應(yīng)分布進(jìn)行對(duì)比分析；其次，對(duì)新發(fā)射源各分量的分辨能力進(jìn)行計(jì)算，與常規(guī)觀測(cè)分量的分辨能力進(jìn)行對(duì)比；最后，在典型礦區(qū)進(jìn)行野外測(cè)試，論證新探測(cè)方法的可行性。

圖1為本發(fā)明類十字接地導(dǎo)線源的布置圖，圖中包括發(fā)射機(jī)1、發(fā)射線2、接地電極3。

響應(yīng)表達(dá)式推導(dǎo)

對(duì)于常規(guī)的單一方向的發(fā)射線源，在層狀大地表面發(fā)射和接收的x-方向長(zhǎng)接地導(dǎo)線源的瞬變電磁場(chǎng)的表達(dá)式為

式中，ds為偶極子長(zhǎng)度；(x,y,z)為接收點(diǎn)坐標(biāo)；r為接收點(diǎn)到偶極子的距離；rtm和rte分別為tm和te模式下的反射系數(shù)；j1(λr)和j0(λr)分別為一階、零階貝塞爾函數(shù)。

取x-方向源長(zhǎng)度為100m，發(fā)射電流10a，計(jì)算的地電模型為

ρ1＝100ωm,ρ2＝10ωm,ρ3＝100ωm，h1＝400m；h2＝10m

x-方向產(chǎn)生的磁場(chǎng)和y-方向電場(chǎng)的分布如圖2a、圖2b所示，

這兩個(gè)方向的水平電場(chǎng)和磁場(chǎng)分布極不均勻，而且場(chǎng)強(qiáng)較弱，不利于數(shù)據(jù)的采集和觀測(cè)，這也是野外觀測(cè)以x-方向電場(chǎng)和垂直磁場(chǎng)為主的主要原因之一。

對(duì)于十字或類十字源的電磁場(chǎng)，響應(yīng)可以看作是各發(fā)射線源的組合，取如圖3所示的發(fā)射電流方向，以源之間的測(cè)點(diǎn)(x,y)為例，經(jīng)過坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，(x,y)在i2源坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(x2,y2)。在測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生的各方向電磁場(chǎng)表達(dá)式為

式中，φ是兩個(gè)源電流i1和i2之間的夾角，j1(λr)和j0(λr)分別為一階和零階第一類貝塞爾函數(shù)；z表示接收點(diǎn)的埋深，地表觀測(cè)時(shí)為零；

在實(shí)際應(yīng)用中，我們可以根據(jù)不同分量的響應(yīng)特征，選擇不同的發(fā)射組合。

響應(yīng)分布特征分析

以取x-方向源長(zhǎng)度為100m，發(fā)射電流10a，計(jì)算的地電模型為

ρ1＝100ωm,ρ2＝10ωm,ρ3＝50ωm，h1＝300m；h2＝20m

分別采用公式(1)-(5)和(6)-(10)計(jì)算常規(guī)源和十字源的電磁場(chǎng)響應(yīng)，計(jì)算結(jié)果如圖4a、4b、5a、5b、6a、6b、7a、7b所示。

通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)新源的響應(yīng)整體上大于常規(guī)源，特別是對(duì)于x方向的水平磁場(chǎng)和y-方向水平電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)幅度增大數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)，解決以往常規(guī)源無法有效觀測(cè)這些分量的問題。

分辨能力

通過計(jì)算不同地電模型響應(yīng)之間的相對(duì)誤差分析新源各分量的分辨能力。相對(duì)誤差的計(jì)算公式為

其中，fa表示包含異常體的響應(yīng)，f代表無異常體的響應(yīng)。

k，h分別代表含高阻和低阻的模型，模型參數(shù)為

h：ρ1＝100ωm,ρ2＝10ωm,ρ3＝50ωm，h1＝100m；h2＝10m

k:ρ1＝100ωm,ρ2＝1000ωm,ρ3＝50ωm，h1＝100m；h2＝10m

d:ρ1＝100ωm,ρ2＝50ωm，h1＝100m

以點(diǎn)(80，200)為例對(duì)分辨能力進(jìn)行分析，

圖8給出了傳統(tǒng)源和新十字源電場(chǎng)分量在含低阻異常和沒有異常時(shí)的相對(duì)誤差。如圖8所示，傳統(tǒng)源的y-方向分量的相對(duì)誤差更大，但即使在早期沒有遇到分界面時(shí)，也會(huì)存在比較大的相對(duì)誤差，影響了對(duì)低阻異常埋深的判斷。而新源的y-方向的電場(chǎng)分量與x-方向的電場(chǎng)分量類似，在低阻異常埋深對(duì)應(yīng)的時(shí)刻出現(xiàn)明顯高于其他時(shí)刻的相對(duì)誤差，對(duì)低阻體有較好的分辨能力。

圖9給出了傳統(tǒng)源和新十字源磁場(chǎng)分量在含低阻異常和沒有異常時(shí)的相對(duì)誤差。如圖9所示，新源的磁場(chǎng)分量與傳統(tǒng)源的磁場(chǎng)分量類似，在低阻異常埋深對(duì)應(yīng)的時(shí)刻出現(xiàn)明顯高于其他時(shí)刻的相對(duì)誤差，對(duì)低阻體有較好的分辨能力。

圖10給出了傳統(tǒng)源和新十字源電場(chǎng)分量在含高阻異常和沒有異常時(shí)的相對(duì)誤差。如圖10所示，傳統(tǒng)源的y-方向分量的相對(duì)誤差更大，但即使在早期沒有遇到分界面時(shí)，也會(huì)存在比較大的相對(duì)誤差，影響了對(duì)高阻異常埋深的判斷。而新源的y-方向的電場(chǎng)分量與x-方向的電場(chǎng)分量類似，在高阻異常埋深對(duì)應(yīng)的時(shí)刻出現(xiàn)明顯高于其他時(shí)刻的相對(duì)誤差，對(duì)高阻體有較好的分辨能力。

圖11給出了傳統(tǒng)源和新十字源磁場(chǎng)分量在含高阻異常和沒有異常時(shí)的相對(duì)誤差。如圖11所示，新源的磁場(chǎng)分量與傳統(tǒng)源的磁場(chǎng)分量類似，在高阻異常埋深對(duì)應(yīng)的時(shí)刻出現(xiàn)明顯高于其他時(shí)刻的相對(duì)誤差，新源的磁場(chǎng)分量對(duì)高阻體的分辨能力沒有減弱。

總體上，新源的響應(yīng)幅值更大，特別是對(duì)于(x-方向的發(fā)射源)x-方向的水平磁場(chǎng)和y-方向的水平電場(chǎng)，這種場(chǎng)強(qiáng)增大多個(gè)數(shù)量級(jí)，同時(shí)，對(duì)于高阻和低阻異常的分辨能力沒有減弱。

應(yīng)用實(shí)例

勘探區(qū)位于山西省大同市某礦區(qū)，礦區(qū)主要含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組、二疊系下統(tǒng)山西組和侏羅系中統(tǒng)大同組，是華北雙系煤田的典型代表。大同煤田基本構(gòu)造形態(tài)為一向斜構(gòu)造，區(qū)域構(gòu)造位置地處鄂爾多斯穩(wěn)定變形區(qū)和東部伸展變形區(qū)之間區(qū)域，煤系變形以擠壓-伸展過渡性為特征。該煤礦表層為第四紀(jì)黃土覆蓋，溝壑縱橫、地形復(fù)雜。煤炭開采帶來一系列的采空問題。

本次sotem工作采用加拿大鳳凰公司的v8綜合電法儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作。發(fā)射源長(zhǎng)度為n300+e300m，發(fā)射電流10a，發(fā)射基頻25hz和8.33hz，發(fā)射功率30kw，以兩個(gè)交叉源的中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，在(300，200)測(cè)點(diǎn)分別觀測(cè)常規(guī)單一發(fā)射源和交叉源的響應(yīng)。

圖12a、圖12b和圖13a、圖13b分別給出了新十字源和傳統(tǒng)源水平電場(chǎng)的衰減曲線，通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，兩種源的y-方向水平電場(chǎng)存在明顯差異，新源的響應(yīng)場(chǎng)強(qiáng)更大，而且不存在反號(hào)現(xiàn)象。x-方向水平電場(chǎng)差別較小。

圖14a、圖14b和圖15a、圖15b分別給出了新十字源和傳統(tǒng)源水平磁場(chǎng)的衰減曲線，通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，兩種源的x-方向水平磁場(chǎng)存在明顯差異，新源的響應(yīng)場(chǎng)強(qiáng)更大。y-方向水平磁場(chǎng)差別較小。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。