一種多道瞬變電磁探測數(shù)據(jù)的反演方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電磁技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多道瞬變電磁探測數(shù)據(jù)的反演方法和裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 瞬變電磁法是一種時間域人工源電磁法，廣泛應(yīng)用于金屬礦、石油、煤炭等能源探 測中。目前，淺部資源開發(fā)殆盡，探測深部資源成為趨勢。傳統(tǒng)的瞬變電磁法的探測深度和 探測精度難以滿足深部資源探測的要求，發(fā)展大深度探測的瞬變電磁法探測新技術(shù)和新裝 備迫在眉睫。英國愛丁堡大學(xué)的Wright提出了多道瞬變電磁法（Multi-channel Transient Electromagnetic method, MTEM)新技術(shù)。與傳統(tǒng)的瞬變電磁法相比，MTEM具有大功率、陣 列式接收、偽隨機二進制序列（Psudo-random binary sequence,PRBS)信號激勵等特點，使 得MTEM方法已成功應(yīng)用于油藏監(jiān)控、油氣資源探測等領(lǐng)域，而且探測深度和探測精度已經(jīng) 達到了深部礦產(chǎn)資源探測要求。
[0003] MTEM方法的核心在于采用電偶極源發(fā)射源信號，采用電偶極陣列在源的軸向采集 響應(yīng)數(shù)據(jù)。目前，現(xiàn)有技術(shù)通常把所獲得的大地脈沖響應(yīng)進行積分，得到上升沿響應(yīng)曲線， 然后對上升沿曲線進行反演。然而，由于大地脈沖響應(yīng)早期幅值變化較大，再加上幅值較大 的空氣波的干擾，使得得到的上升沿曲線質(zhì)量很差，嚴重影響反演效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種多道瞬變電磁探測數(shù)據(jù)的反演方法和裝置，其目的是解決現(xiàn)有技 術(shù)對多道瞬變電磁探測數(shù)據(jù)的反演效果差的問題。
[0005] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：
[0006] -種多道瞬變電磁探測數(shù)據(jù)的反演方法，該反演方法包括：在待測地進行多道瞬 變電磁探測，以獲得待測地的大地脈沖響應(yīng)；獲得大地脈沖響應(yīng)的下降沿階躍響應(yīng)；以及 對下降沿階躍響應(yīng)進行反演。
[0007] 優(yōu)選地，獲得大地脈沖響應(yīng)的下降沿階躍響應(yīng)的步驟包括：從大地脈沖響應(yīng)接近 于零的晚期起始，對大地脈沖響應(yīng)隨時間反向積分，以獲得大地脈沖響應(yīng)的下降沿階躍響 應(yīng)。
[0008] 優(yōu)選地，下降沿階躍響應(yīng)根據(jù)如下公式獲得：
其中，fstep°ff(tj表示下降沿階躍響 應(yīng)，g(t)表示大地脈沖響應(yīng)，t_表示反向積分的起始時間道，t "表示反向積分的終止時間 道。
[0009] 優(yōu)選地，對下降沿階躍響應(yīng)曲線進行反演的步驟包括：通過將地電模型離散為厚 度相等的多層，得到離散模型；根據(jù)離散模型的粗糙度來確定下降沿階躍響應(yīng)曲線的反演 的目標函數(shù)；以及求解目標函數(shù)，以獲得下降沿階躍響應(yīng)曲線的反演結(jié)果。
[0010] 優(yōu)選地，離散模型的粗糙度為
其中叫、m1+1分別為離散模型
對應(yīng)模型數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)之間的擬合殘差，其中F(m)表示正演算 的多層中的第i層和第i+1的由1· = 1 9 M豐士*日命的地層序數(shù)，R1表示粗 糙度；反演的目標函數(shù)為 ：寸應(yīng)模型的粗糙度，
子，d為由反向積分獲得的瞬變電磁衰減曲線，;^為目標擬合殘差，μ為拉格朗日算子，加 權(quán)矩陣W為MXM對角矩陣diag(l/ δ i，1/ δ 2，…，1/ δ Μ)，Μ為瞬變電磁衰減曲線中的時間 道數(shù)，對角線上的元素 S 對應(yīng)該時間道數(shù)據(jù)的標準差；將目標函數(shù)線性化，得到如下迭代 表達式：
雅可比矩陣，Jk中的元素為·
以及通過對迭代表達式進行迭代計算，獲得反演結(jié) 果。
[0011] -種多道瞬變電磁探測數(shù)據(jù)的反演裝置，該反演裝置包括：大地脈沖響應(yīng)獲得單 元，其用于在待測地進行多道瞬變電磁探測，以獲得待測地的大地脈沖響應(yīng)；下降沿階躍響 應(yīng)獲得單元，其用于獲得大地脈沖響應(yīng)的下降沿階躍響應(yīng)；以及反演單元，其用于對下降沿 階躍響應(yīng)進行反演。
[0012] 優(yōu)選地，下降沿階躍響應(yīng)獲得單元用于：從大地脈沖響應(yīng)接近于零的晚期起始，對 大地脈沖響應(yīng)隨時間反向積分，以獲得大地脈沖響應(yīng)的下降沿階躍響應(yīng)。
[0013] 優(yōu)選地，下降沿階躍響應(yīng)獲得單元根據(jù)如下公式獲得下降沿階躍響應(yīng)：
其中，fstop°ff(tj表示下降沿階躍響 應(yīng)，g(t)表示大地脈沖響應(yīng)，t_表示反向積分的起始時間道，t "表示反向積分的終止時間 道。
[0014] 優(yōu)選地，反演單元用于：通過將地電模型離散為厚度相等的多層，得到離散模型； 根據(jù)離散模型的粗糙度來確定下降沿階躍響應(yīng)曲線的反演的目標函數(shù)；以及求解目標函 數(shù)，以獲得下降沿階躍響應(yīng)曲線的反演結(jié)果。
[0015] 優(yōu)選地，反演單元用于：將離散模型的粗糙度確定為 /=Z
m1+1分別為離散模型的多層中的第i層和第i+Ι的電阻率，i = 1，2, ...，N表示相應(yīng)的 地層序數(shù)，R1表示粗糙度；將反演的目標函數(shù)確定為
3?nf對應(yīng)模型的粗糙度：
I對應(yīng)模型數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)之間的擬合殘 差，其中F(m)表示正演算子，d為由反向積分獲得的瞬變電磁衰減曲線，;f.2為目標擬合殘 差，μ為拉格朗日算子，加權(quán)矩陣W為MXM對角矩陣diagd/Spl/Sp，…，1/δΜ)，Μ為 瞬變電磁衰減曲線中的時間道數(shù)，對角線上的元素 S 3寸應(yīng)該時間道數(shù)據(jù)的標準差；將目標 函數(shù)線性化，得到如下迭代表達式

Jk為雅可比矩陣，Jk中的元素為
；以及通過對迭代表達 式進行迭代計算，獲得反演結(jié)果。
[0016] 本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：
[0017] 本發(fā)明的一種多道瞬變電磁探測數(shù)據(jù)的反演方法和裝置，能夠避免脈沖響應(yīng)中 空氣波的干擾，獲得比較準確的反演結(jié)果；通過反向積分法獲得的大地脈沖響應(yīng)的下降沿 階躍響應(yīng)與解析解吻合較好；以及反演效果較好。
【附圖說明】
[0018] 圖IA是MTEM數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖；
[0019] 圖IB是電阻率為20ohm-m均勻半空間、偏移距為1000 m時提取的大地脈沖響應(yīng)曲 線圖；
[0020] 圖IC是利用現(xiàn)有方法所得到的反演結(jié)果與對應(yīng)解析解的對比圖；
[0021] 圖2是本發(fā)明實施例的一種多道瞬變電磁探測數(shù)據(jù)的反演方法的一個示例的流 程圖；
[0022] 圖3是本發(fā)明的實施例的一種多道瞬變電磁探測數(shù)據(jù)的反演裝置的框圖；
[0023] 圖4A是一個由圖IB所獲得的下降沿階躍響應(yīng)曲線與解析解之間的對比圖；
[0024] 圖4B是一個應(yīng)用示例中的反演結(jié)果與真實模型之間的對比圖；
[0025] 圖4C是驗證試驗所得到的反演結(jié)果與真實模型之間的對比圖。
【具體實施方式】
[0026] 為使本發(fā)明的發(fā)明目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚明了，下面結(jié)合附圖對本 發(fā)明的實施例進行說明，需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例和實施例中 的特征可以相互任意組合。
[0027] MTEM數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的示意圖如圖IA所示。該采集系統(tǒng)通過源電極對向大地發(fā)射 源電流，在源信號的發(fā)射期間在源電偶極子的軸向采用接收電偶極子陣列接收電壓信號。
[0028] 在現(xiàn)有技術(shù)中，多道瞬變電磁法發(fā)射機發(fā)射一個PRBS信號，由接收機接收這種激 勵源信號，對所接收的激勵源信號數(shù)據(jù)進行反卷積處理，得到脈沖響應(yīng)曲線，再對脈沖響應(yīng) 曲線進行積分，得到上升沿響應(yīng)曲線，采用迭代反演算法擬合此上升沿曲線，得到地下地 質(zhì)目標體電阻率和深度信息，并對地下含油結(jié)構(gòu)體進行判斷和確定。
[0029] 采用階躍響應(yīng)線性疊加或者卷積的方法可以得到PRBS信號激勵下的電磁場響 應(yīng)，進而可以從中提取得到大地脈沖響應(yīng)。
[0030] 圖IB為電阻率為20ohm-m均勻半空間、偏移距為1000 m時提取的大地脈沖響應(yīng)， 圖IC為相同模型下瞬變電磁上升沿階躍響應(yīng)的解析解。由圖IC