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電性源瞬變電磁地空探測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電性源瞬變電磁地空探測方法，包括：采用接地長導(dǎo)線作為發(fā)射源，利用直升機或者無人機搭載接收線圈進行數(shù)據(jù)采集；采用全域視電阻率方法對觀測數(shù)據(jù)進行處理，完成對深部地質(zhì)目標(biāo)的定性解釋，獲得地質(zhì)目標(biāo)的產(chǎn)狀、走向、規(guī)模等概況信息；采用瞬變電磁波場變換方法、三維偏移成像技術(shù)及逆逆合成孔徑方法對地空數(shù)據(jù)進行解釋處理，完成對深部目標(biāo)體的精細(xì)探測，獲得深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)的深度、形狀、電性結(jié)構(gòu)等詳細(xì)信息。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)快速、大規(guī)模的電磁探測，能夠?qū)ι畈康刭|(zhì)目標(biāo)體進行詳細(xì)勘查，能夠獲得深層地質(zhì)目標(biāo)體的準(zhǔn)確、詳細(xì)的地質(zhì)信息。
【專利說明】電性源瞬變電磁地空探測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及地球物理勘探領(lǐng)域，特別是涉及了瞬變電磁探測方法與解釋技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，礦產(chǎn)資源消耗和需求進入了持續(xù)高增長階段，供需矛 盾日趨嚴(yán)重。東部平原地區(qū)利于勘探，開發(fā)時間較早，由于長期的開發(fā)，資源枯竭的問題已 經(jīng)顯現(xiàn)，礦產(chǎn)資源供給不足已成為制約我國經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸。為了保持國民經(jīng)濟的快速發(fā) 展，迫切需要尋找礦產(chǎn)資源供給的接替區(qū)和資源戰(zhàn)略儲備基地。首先，青藏高原橫跨全球三 大成礦域中的古亞洲和特提斯-喜馬拉雅兩大成礦域。尤其是特提斯-喜馬拉雅成礦域自 中生帶以來，經(jīng)歷了多島弧碰撞造山演化歷程。在喜馬拉雅隆升階段，受印度板塊向北持續(xù) 俯沖的影響，在青藏高原形成了沿雅魯藏布江一帶分布的R底斯火山-巖楽巖帶，伴隨著 大規(guī)模的成礦作用，是最有找礦潛力的地區(qū)。其次，我國擁有漫長的海岸線和廣闊的淺海， 淺海礦產(chǎn)資源主要是石油與天然氣和各類濱海砂礦，最近還發(fā)現(xiàn)一種極富發(fā)展前景的天然 氣水合物可燃冰。青藏高原地區(qū)和海洋大陸架由于其豐富的礦產(chǎn)資源優(yōu)勢，必將成為我國 礦產(chǎn)資源供給的接替區(qū)和資源戰(zhàn)略儲備基地。面對青藏高原地形復(fù)雜、高差懸殊、氣象多變 等特殊的自然條件，目前僅完成了大比例的基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查，詳細(xì)的地質(zhì)勘查還屬空白。海洋 條件惡劣，在海上作業(yè)，海面的風(fēng)浪襲擊，并在工作船航行過程中還有遇到暗礁的危險，在 這樣惡劣的環(huán)境中，船體在海水中不停地顛簸起伏，儀器裝置的海底投放和回收都極其困 難，和陸地想象的完全不同，甚至甲板上實驗人員的安全也受到威脅，實驗過程如果沒有很 好地計劃和組織，很難順利完成。為了克服上述種種困難，迫切需要我們提出合適的工作方 式以及新的解釋方法以適應(yīng)這些地區(qū)的詳細(xì)地質(zhì)勘探。
[0003] 航空電磁法（AirborneElectromagneticMethod簡稱AEM)，是航空物探常用的 測量方法之一。AEM具有速度快、成本低、通行性好、可大面積覆蓋、可用于海域等優(yōu)勢，尤 其是在運積層或植被發(fā)育的覆蓋地區(qū)，它更具有一般勘探手段不可比擬的優(yōu)勢，因此可以 用于高原海洋等地的勘察。但是航空瞬變電磁發(fā)射源受飛行器載重限制，使得航空瞬變電 磁發(fā)射磁矩有限，因此航空瞬變電磁的探測深度受限。目前應(yīng)用較多的是地面中心回線 方式瞬變電磁法裝置，由于這種裝置簡單，易于解釋，得到廣泛的應(yīng)用。當(dāng)邊長較大時（大 于300米），為了提高工作效率可以采用大定源裝置進行測量，但是大定源解釋方法較中心 回線復(fù)雜，目前已經(jīng)提出了一些大定源瞬變電磁的數(shù)據(jù)解釋方法。目前使用的儀器如V-5、 V8、⑶P-32、ROTEM、SIROTEM、PEM等大多采用地面大回線裝置形式。電性源瞬變電磁法利 用接地點電極通以脈沖電流而在地下建立起一次脈沖磁場。最早于60年代初發(fā)展起來的 是該方法的遠(yuǎn)區(qū)工作方式，即長偏移距離法LOTEM(LongOffsetTransientEM)，俄羅斯稱 其為固定源建場法，工作時間屬于波區(qū)，即收發(fā)距離大于4倍勘探目的層的深度，實現(xiàn)探測 nX102-nX103m的深層勘探。瞬變曲線響應(yīng)簡單，與頻率域方法基本上相似。時間域地空電 磁法（timedomaingroundairborneelectromagneticmethod)是融合地面TEM與航空 TEM優(yōu)勢的一種新型勘探方法，通常將發(fā)射系統(tǒng)放置于地面，并鋪設(shè)幾公里的長接地導(dǎo)線或 大定源回線源，然后將接收系統(tǒng)、傳感器安裝在直升機、無人機或飛艇上進行飛行測量.此 方法不僅具有航空TEM的空間分辨率高、野外布線方便快捷、探測高效等優(yōu)勢，還具有地面 TEM的大發(fā)射磁矩、信噪比高、勘探深度大的優(yōu)勢，是深部礦產(chǎn)資源快速勘查的重要技術(shù)手 段·
[0004] 最早的半航空系統(tǒng)出現(xiàn)在上世紀(jì)70年代初期，名為TURAIR系統(tǒng)。它屬于頻率域 電磁系統(tǒng)，采用兩個分開的接收機確定振幅比和相位差。進入90年代，半航空瞬時電磁系 統(tǒng)FLAIRTEM系統(tǒng)和TerraAir系統(tǒng)先后問世。1997年12月，F(xiàn)ugro公司用TerraAir系統(tǒng) 進行了實驗，將其與航空TEM系統(tǒng)（GEOTEM)和地面TEM系統(tǒng)（PR0TEM37)進行實測對比。
[0005] 國外從上世紀(jì)90年代初開始研究地空電磁勘探技術(shù)，Tohru，將基于直升機的地 空電磁探測系統(tǒng)成功應(yīng)用于mount bandai火山結(jié)構(gòu)勘查；Hisatoshi等成功應(yīng)用直升機地 空電磁系統(tǒng)探測到了 800m深處的地下水資源.我國地空電磁探測研究起步較晚，吉林大學(xué) 的研究人員于2009年開始研究地空電磁探測方法，由于直升機勘探費用高、飛行員及飛機 在飛行過程中存在風(fēng)險，所以，研究小組研發(fā)了基于無人飛艇的地空電磁勘探系統(tǒng).基于 飛艇的地空電磁勘探方法不僅可以解決直升機航空飛行勘探困難的問題，而且適用于地形 復(fù)雜的山區(qū)資源探測，在我國深部礦產(chǎn)資源探測和地質(zhì)普查應(yīng)用中具有廣闊的發(fā)展前景.


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供電性源瞬變電磁地空探測方法及解釋技術(shù)，能 夠?qū)ι畈康刭|(zhì)目標(biāo)體進行探測,并獲得深層地質(zhì)目標(biāo)體的詳細(xì)地質(zhì)信息。
[0007] 為了解決上述問題，本發(fā)明公開了長導(dǎo)線源瞬變電磁地空探測方法，包括：
[0008] 采用長導(dǎo)線源瞬變電磁地空探測方法，對深部地質(zhì)目標(biāo)體進行探測，獲得瞬變電 磁的觀測數(shù)據(jù)；
[0009] 采用多點數(shù)據(jù)合成的方法對瞬變電磁的觀測數(shù)據(jù)進行處理及解釋，完成對深部地 質(zhì)目標(biāo)體的精細(xì)探測，獲得深部地質(zhì)目標(biāo)體的信息；
[0010] 采用瞬變電磁虛擬波場連續(xù)速度分析及成像方法，對瞬變電磁的觀測數(shù)據(jù)進行處 理及解釋，完成對深部地質(zhì)目標(biāo)體的精細(xì)探測，獲得深部地質(zhì)目標(biāo)體的信息。
[0011] 優(yōu)選的，所述深部地質(zhì)目標(biāo)體的信息為深部地質(zhì)目標(biāo)體的位置信息、大小信息或 形狀信息。
[0012] 優(yōu)選的，所述采用長導(dǎo)線源瞬變電磁地空探測方法，對深部地質(zhì)目標(biāo)體進行探測， 獲得瞬變電磁的觀測數(shù)據(jù)的步驟，包括：
[0013] 通過地面長導(dǎo)線源AB向空中發(fā)射電磁場；
[0014] 在高度范圍為50-150米的空中設(shè)置觀測點，對深部地質(zhì)目標(biāo)體進行探測，采集數(shù) 據(jù)，獲得瞬變電磁的觀測數(shù)據(jù)；
[0015] 其中，所述對深部地質(zhì)目標(biāo)體進行探測，獲得瞬變電磁的觀測數(shù)據(jù)的過程是通過 長導(dǎo)線源地空探測的工作裝置來完成的。
[0016] 優(yōu)選的，所述地面長導(dǎo)線源AB的長度為3-5千米；所述地面長導(dǎo)線源AB的發(fā)射功 率不小于100千瓦。
[0017] 優(yōu)選的，所述采用多點數(shù)據(jù)合成的方法對瞬變電磁的觀測數(shù)據(jù)進行處理及解釋， 完成對深部地質(zhì)目標(biāo)體的精細(xì)探測，獲得深部地質(zhì)目標(biāo)體的信息的步驟，包括：
[0018] 對瞬變電磁的觀測數(shù)據(jù)，采用逆合成孔徑雷達(dá)算法的方式，進行相關(guān)加權(quán)疊加，獲 得瞬變電磁觀測數(shù)據(jù)的瞬變電磁逆合成孔徑數(shù)據(jù)體；
[0019] 對瞬變電磁觀測數(shù)據(jù)的瞬變電磁逆合成孔徑數(shù)據(jù)體，進行克?；舴蚱瞥上?，獲 得深層地質(zhì)目標(biāo)體的數(shù)字圖像；
[0020] 對所述深層地質(zhì)目標(biāo)體的數(shù)字圖像，進行數(shù)字圖像的分析，獲得深部地質(zhì)目標(biāo)體 的信息。
[0021] 優(yōu)選的，所述對瞬變電磁的觀測數(shù)據(jù)，采用逆合成孔徑雷達(dá)算法的方式，進行相關(guān) 疊加，獲得瞬變電磁觀測數(shù)據(jù)的瞬變電磁逆合成孔徑數(shù)據(jù)體的步驟，包括：
[0022] 設(shè)計半空間中賦存高阻塊狀異常體的三維模型，獲得半空間中賦存高阻塊狀異常 體的三維模型；
[0023] 設(shè)計半空間中賦存低阻塊狀異常體的三維模型，獲得半空間中賦存低阻塊狀異常 體的三維模型；
[0024] 依據(jù)半空間中賦存低阻塊狀異常體的三維模型及半空間中賦存低阻塊狀異常體 的三維模型，采用逆合成孔徑雷達(dá)算法的方式，對瞬變電磁的觀測數(shù)據(jù)進行波場變換，獲得 瞬變電磁觀測數(shù)據(jù)的瞬變電磁逆合成孔徑數(shù)據(jù)體。
[0025] 優(yōu)選的，所述對瞬變電磁觀測數(shù)據(jù)的瞬變電磁逆合成孔徑數(shù)據(jù)體，進行克?；舴?偏移成像，獲得深層地質(zhì)目標(biāo)體的數(shù)字圖像的步驟，包括：
[0026] 采用三維邊界元方式，對瞬變電磁觀測數(shù)據(jù)的瞬變電磁逆合成孔徑數(shù)據(jù)體，進行 克?；舴蚱瞥上瘢@得深層地質(zhì)目標(biāo)體的數(shù)字圖像。
[0027] 優(yōu)選的，所述采用瞬變電磁虛擬波場連續(xù)速度分析及成像方法，對瞬變電磁的觀 測數(shù)據(jù)進行處理及解釋，完成對深部地質(zhì)目標(biāo)體的精細(xì)探測，獲得深部地質(zhì)目標(biāo)體的信息 的步驟，包括：
[0028] 采用數(shù)據(jù)插值的方式，獲得瞬變電磁的觀測數(shù)據(jù)的虛擬速度數(shù)據(jù)體的數(shù)據(jù)量；
[0029] 采用速度建模的方式，獲得瞬變電磁的觀測數(shù)據(jù)的連續(xù)速度分析體成像圖像；
[0030] 通過上述瞬變電磁虛擬波場連續(xù)速度分析及成像方法，對瞬變電磁的觀測數(shù)據(jù)進 行處理及解釋，完成對深部地質(zhì)目標(biāo)體的精細(xì)探測，獲得深部地質(zhì)目標(biāo)體的信息。
[0031] 優(yōu)選的，所述采用數(shù)據(jù)插值的方式，獲得瞬變電磁的觀測數(shù)據(jù)的虛擬速度數(shù)據(jù)體 的數(shù)據(jù)量的步驟，包括：
[0032] 采用全局距離加權(quán)插值的方式，對散亂數(shù)據(jù)進行分析，獲得瞬變電磁的觀測數(shù)據(jù) 的最初虛擬速度數(shù)據(jù)體的數(shù)據(jù)量；
[0033] 采用近點線性插值的方式，對領(lǐng)域?qū)蔷€的數(shù)據(jù)進行分析，獲得瞬變電磁的觀測 數(shù)據(jù)的精細(xì)虛擬速度數(shù)據(jù)體的數(shù)據(jù)量。
[0034] 優(yōu)選的，所述采用速度建模的方式，獲得瞬變電磁的觀測數(shù)據(jù)的連續(xù)速度分析體 成像圖像的步驟，包括：
[0035] 采用射線方法，對瞬變電磁的觀測數(shù)據(jù)進行速度建模，獲得瞬變電磁的觀測數(shù)據(jù) 的連續(xù)速度分析體成像圖像；
[0036] 采用波動分析方法，對瞬變電磁的觀測數(shù)據(jù)進行速度建模，獲得瞬變電磁觀測數(shù) 據(jù)的連續(xù)速度分析體成像圖像；
[0037] 其中，所述波動分析方法為深度聚焦分析方法及剩余曲率分析方法。
[0038] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
[0039] 首先，本發(fā)明提供了長導(dǎo)線源瞬變電磁地空探測方法，是一種新型的瞬變電磁測 深法，能夠?qū)ι顚拥刭|(zhì)目標(biāo)體進行準(zhǔn)確勘探，從而獲得深層地質(zhì)目標(biāo)體的準(zhǔn)確、詳細(xì)的地質(zhì) 信息。
[0040] 其次,本發(fā)明提供的長導(dǎo)線源瞬變電磁地空探測方法,相對于地面瞬變電磁系統(tǒng) 而言，具有方便、高效的優(yōu)勢。尤其是在測量條件較為復(fù)雜的地區(qū)，如地勢起伏的山區(qū)，方 便、高效的優(yōu)勢更加明顯。
[0041] 再者，本發(fā)明提供的長導(dǎo)線源瞬變電磁地空探測方法，相對于航空瞬變電磁系統(tǒng) 而言，具有信噪比更高、空間分辨率更好的優(yōu)勢。
[0042] 另外，本發(fā)明提供的長導(dǎo)線源瞬變電磁地空探測方法，隨著導(dǎo)體埋藏加深，地面 TEM系統(tǒng)的晚期信噪比優(yōu)勢將減弱，而本發(fā)明所提供的方法，可以克服隨著導(dǎo)體埋藏加深， 地面TEM系統(tǒng)的晚期信噪比優(yōu)勢將減弱的缺陷。
[0043] 總之，本發(fā)明提供了長導(dǎo)線源瞬變電磁地空探測方法，是一種新型的瞬變電磁測 深法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0044] 圖1是本發(fā)明長導(dǎo)線源瞬變電磁地空探測方法實施例的流程圖；
[0045] 圖2是本發(fā)明實施例中瞬變電磁法原理示意圖；
[0046] 圖3是本發(fā)明實施例中瞬變電磁法工作機理示意圖；
[0047] 圖4是本發(fā)明實施例中長導(dǎo)線源地空探測方法工作原理示意圖；
[0048] 圖5是本發(fā)明實施例中長導(dǎo)線源地空探測方法工作裝置示意圖；
[0049] 圖6是本發(fā)明實施例中地井及井中瞬變電磁法的工作裝置示意圖；
[0050] 圖7是本發(fā)明實施例中航空瞬變電磁法的工作裝置示意圖；
[0051] 圖8是本發(fā)明實施例中瞬變電磁煙圈示意圖；
[0052] 圖9是本發(fā)明實施例中觀測曲線額波場轉(zhuǎn)換示意圖；
[0053] 圖10是本發(fā)明實施例中虛擬子波斷面對比示意圖；
[0054] 圖11是本發(fā)明實施例中子波寬度壓縮前后對比示意圖；
[0055] 圖12是本發(fā)明實施例中逆合成孔徑示意圖；
[0056] 圖13是本發(fā)明實施例中模型三維示意圖；
[0057] 圖14是本發(fā)明實施例中模型計算結(jié)果示意圖；
[0058] 圖15是本發(fā)明實施例中速度模型迭代算法的示意圖；
[0059] 圖16是本發(fā)明實施例中三維波場速度成像效果示意圖。

【具體實施方式】
[0060] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實 施方式對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的說明。
[0061] 本發(fā)明的核心構(gòu)思之一在于，發(fā)明提供了長導(dǎo)線源瞬變電磁地空探測方法，是一 種新型的瞬變電磁測深法，能夠?qū)ι顚拥刭|(zhì)目標(biāo)體進行準(zhǔn)確勘探，從而獲得深層地質(zhì)目標(biāo) 體的準(zhǔn)確、詳細(xì)的地質(zhì)信息。
[0062] 參照圖1，示出了本發(fā)明長導(dǎo)線源瞬變電磁地空探測方法實施例的流程圖，具體可 以包括：
[0063] 步驟101、采用長導(dǎo)線源瞬變電磁地空探測方法，對深部地質(zhì)目標(biāo)體進行探測，獲 得瞬變電磁的觀測數(shù)據(jù)。
[0064] 本發(fā)明采用長導(dǎo)線源地空探測方法工作裝置形式，對深部地質(zhì)目標(biāo)體進行探測， 獲得觀測數(shù)據(jù)。
[0065]參照圖2，示出了本發(fā)明實施例中瞬變電磁法原理示意圖。
[0066] 瞬變電磁場法（TransientElectromagneticField，簡稱TEM)是一種建立在電磁 感應(yīng)原理基礎(chǔ)上的時間域人工源電磁探測方法。它是利用階躍形波電磁脈沖激發(fā)，利用不 接地回線向地下發(fā)射一次場，在一次場斷電后，測量由地下介質(zhì)產(chǎn)生的感應(yīng)二次場隨時間 的變化，來達(dá)到尋找各種地質(zhì)目標(biāo)的一種地球物理勘探方法。
[0067]從圖2中，可以看出：電磁場感應(yīng)渦流程產(chǎn)生的過程及發(fā)射信號與接收信號的關(guān) 系。
[0068]參照圖3，示出了本發(fā)明實施例中瞬變電磁法工作機理示意圖。
[0069] 瞬變電磁法是利用接地電極或者不接地回線通以脈沖電流，在地下建立起一次脈 沖磁場，在一次磁場間隙期間，利用探測線圈觀測二次渦流場，根據(jù)觀測信號來判斷地下介 質(zhì)電性變化情況。
[0070] 從圖3中，可以看出：
[0071] 圖3A為發(fā)送方波電流信號的示意圖，圖3A可以清晰地說明發(fā)送方波電流信號情 況；
[0072] 圖3B為發(fā)送電流在大地中建立的磁場，即一次場的示意圖，圖3B可以清晰地說明 發(fā)送電流在大地中建立的磁場，即一次場的電流信號情況。
[0073] 圖3C為一次場消失后，接收線圈的自感信號的示意圖，圖3C可以清晰地說明一次 場消失后，接收線圈的自感信號情況。
[0074] 瞬變電磁場法的研究工作主要包括地面探測瞬變電磁法、地井及井中瞬變電磁法 及航空瞬變電磁法三個代表性裝置形式。
[0075] 所述對深部地質(zhì)目標(biāo)體進行探測，獲得瞬變電磁的觀測數(shù)據(jù)的過程是通過長導(dǎo)線 源地空探測的工作裝置來完成的。
[0076] 所述深部地質(zhì)目標(biāo)體的信息為深部地質(zhì)目標(biāo)體的位置信息、大小信息或形狀信 肩、。
[0077] 在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中，所述步驟101，具體可以包括：
[0078] 子步驟111、通過地面長導(dǎo)線源AB向空中發(fā)射電磁場；
[0079] 子步驟121、在高度范圍為50-80米的空中設(shè)置觀測點，對深部地質(zhì)目標(biāo)體進行探 測，采集數(shù)據(jù)，獲得瞬變電磁的觀測數(shù)據(jù)；
[0080] 其中，所述對深部地質(zhì)目標(biāo)體進行探測，獲得瞬變電磁的觀測數(shù)據(jù)的過程是通過 長導(dǎo)線源地空探測的工作裝置來完成的。
[0081] 參照圖4,示出了本發(fā)明實施例中長導(dǎo)線源地空探測方法工作原理示意圖。
[0082] 從圖4中，可以看出：本發(fā)明長導(dǎo)線源地空探測方法的工作原理。
[0083] 參照圖5,示出了本發(fā)明實施例中長導(dǎo)線源地空探測方法工作裝置示意圖。
[0084] 從圖5中，可以看出：本發(fā)明長導(dǎo)線源地空探測方法的工作裝置設(shè)計與以往不同。
[0085] 所述地面長導(dǎo)線源AB的長度為3-5千米；
[0086] 所述地面長導(dǎo)線源AB的發(fā)射功率為30千瓦。
[0087] 對本發(fā)明長導(dǎo)線源地空探測方法工作裝置做說明如下：
[0088] (I)AB為地面長導(dǎo)線源，測量在空中。
[0089] ⑵航線與AB平行。
[0090] (3)發(fā)射AB的長度3-5KM，發(fā)射功率30KW-50KW。
[0091] (4)觀測點在空中；可以是無人機、直升機等搭載接收裝置進行測量；飛機高度50 米-100米。
[0092] 參照圖6,示出了本發(fā)明實施例中地井及井中瞬變電磁法的工作裝置示意圖。
[0093] 從圖6中，可以看出：地井及井中瞬變電磁法的工作裝置的布置情況。
[0094] 井中TEM方法探測的地質(zhì)目的在于探測分布于鉆孔附近的深部導(dǎo)電礦體，并獲得 礦體形態(tài)，產(chǎn)狀及位置等信息。發(fā)送回線通常布置地面，接收線圈（探頭）沿鉆孔井軸逐點 移動觀測磁場分量的微分參量。也可以把發(fā)送回線和接收回線同時放在井中，兩個線圈按 照一定的排列方式，沿井壁逐點移動進行觀測。當(dāng)勘查區(qū)有彼此相靠近的多個鉆孔條件下， 一般只敷設(shè)一個大發(fā)送回線，從不同鉆孔中觀測到的異常變化規(guī)律可獲得地下隱伏導(dǎo)體的 位置等方面的信息。在僅有單個鉆孔的情況下，需要在地面敷設(shè)發(fā)送回線，根據(jù)Tx位于不 同方位上所觀測到的異常變化規(guī)律再去反演有關(guān)參數(shù)。也可以把發(fā)送線圈和接收線圈同時 都發(fā)置在井壁內(nèi)，進行偶極形式觀測。
[0095] 參照圖7,示出了本發(fā)明實施例中航空瞬變電磁法的工作裝置示意圖。
[0096] 從圖7中，可以看出：航空電磁法的工作裝置的布置情況。
[0097] 發(fā)射線圈和接收線圈都在空中。航空TEM系統(tǒng)的發(fā)送線圈安裝于機身，接受線圈 及前置放大器安裝在吊艙之中，吊艙用電纜拖拽在飛機的后下部，即：發(fā)射和接收裝置都在 空中。飛行高度一般為150m。航空TEM方法主要應(yīng)用于大面積范圍內(nèi)快速普查良導(dǎo)電礦體 及地質(zhì)填圖，在我國開展不多。
[0098] 步驟102、采用多點數(shù)據(jù)合成的方法對瞬變電磁的觀測數(shù)據(jù)進行處理及解釋，完成 對深部地質(zhì)目標(biāo)體的精細(xì)探測，獲得深部地質(zhì)目標(biāo)體的信息。
[0099] 在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中，所述步驟102,具體可以包括：
[0100] 子步驟112、對瞬變電磁的觀測數(shù)據(jù)，采用逆合成孔徑雷達(dá)算法的方式，進行相關(guān) 加權(quán)疊加，獲得瞬變電磁觀測數(shù)據(jù)的瞬變電磁逆合成孔徑數(shù)據(jù)體。
[0101] 在本發(fā)明的另一種優(yōu)選實施例中，所述子步驟112,具體可以包括：
[0102] 子步驟A1、設(shè)計半空間中賦存高阻塊狀異常體的三維模型，獲得半空間中賦存高 阻塊狀異常體的三維模型；
[0103] 子步驟A2、設(shè)計半空間中賦存低阻塊狀異常體的三維模型，獲得半空間中賦存低 阻塊狀異常體的三維模型；
[0104] 子步驟A3、依據(jù)半空間中賦存低阻塊狀異常體的三維模型及半空間中賦存低阻塊 狀異常體的三維模型，采用逆合成孔徑雷達(dá)算法的方式，對瞬變電磁的觀測數(shù)據(jù)進行波場 變換，獲得瞬變電磁觀測數(shù)據(jù)的瞬變電磁逆合成孔徑數(shù)據(jù)體。
[0105] 子步驟122、對瞬變電磁觀測數(shù)據(jù)的瞬變電磁逆合成孔徑數(shù)據(jù)體，進行克?；舴蚱?移成像，獲得深層地質(zhì)目標(biāo)體的數(shù)字圖像；
[0106] 在本發(fā)明的另一種優(yōu)選實施例中，所述子步驟122,具體可以包括：
[0107] 采用三維邊界元方式，對瞬變電磁觀測數(shù)據(jù)的瞬變電磁逆合成孔徑數(shù)據(jù)體，進行 克?；舴蚱瞥上?，獲得深層地質(zhì)目標(biāo)體的數(shù)字圖像。
[0108] 子步驟132、對所述深層地質(zhì)目標(biāo)體的數(shù)字圖像，進行數(shù)字圖像的分析，獲得深部 地質(zhì)目標(biāo)體的信息。
[0109] 為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明，下面詳細(xì)介紹采用多點數(shù)據(jù)合成 的方法對瞬變電磁的觀測數(shù)據(jù)進行處理及解釋，完成對深部地質(zhì)目標(biāo)體的精細(xì)探測，獲得 深部地質(zhì)目標(biāo)體的信息的過程。
[0110] (1)采用煙圈解釋方法，從觀測曲線得到視電阻率斷面剖面圖。
[0111] 參照圖8,示出了本發(fā)明實施例中瞬變電磁煙圈示意圖。
[0112] 從圖8中，可以看出：本發(fā)明實施例中瞬變電磁煙圈的工作原理。
[0113] 在電導(dǎo)率為〇和磁導(dǎo)率為的均勻大地上，敷設(shè)輸入階躍電流的回線，當(dāng)發(fā)送 回線中電流突然斷開時，在下半空間中就要被激勵起感應(yīng)渦流場以維持在斷開電流以前存 在的磁場，此瞬間的電流集中于Tx附近的地表，并按f4規(guī)律衰減（r為中心至觀測點的距 離）。隨后，面電流開始擴散到下半空間中，在切斷電流后的任一晚期時間里，感應(yīng)渦流呈多 個層殼的環(huán)帶形，并形成一系列與發(fā)送回線同形狀并且向下及向外擴散的"電流環(huán)"，通常 稱之為"煙圈"。
[0114] 大地感應(yīng)渦流在地表面產(chǎn)生的電磁場可近似地用圓形電流環(huán)表示。這些電流環(huán)就 像由發(fā)射回線吹出的"煙圈"，其半徑隨著時間增大而擴大，其深度隨時間延長而加深。
[0115] 當(dāng)計算均勻半空間的瞬變電磁響應(yīng)時，可以用一個鏡像電流環(huán)來代替。
[0116] 在層狀介質(zhì)中，仍然保持同樣的"煙圈"效應(yīng)，只是"煙圈"的傳播將逐漸局限于導(dǎo) 電地層中。
[0117] 隨著時間的延長，渦流場將向下及向外擴展。渦流場極大值將沿從中心起始與地 面成銳角的錐形斜面向下及向外傳播。
[0118] M.N.Nabighian指出，感應(yīng)渦流場在地表引起的磁場為整個"環(huán)帶"各個渦流層的 總效應(yīng)，這種效應(yīng)可以用一個簡單的電流環(huán)相等效，當(dāng)發(fā)送電流切斷以后某個時刻的地下 等效電流環(huán)時，它為一系列與發(fā)送回線同形狀并且向下及向外擴散的電流環(huán)，可以把它看 作一系列的二次發(fā)送線圈，可以計算某時刻的半徑，深度及電流，最終計算出某時刻的響應(yīng) 值，以及其隨時間的變化規(guī)律。 i=--(1)
[0119] 它的等效電流為：4泥
[0120] 它的半徑表達(dá)式為(2)
[0121] 它的深度表達(dá)式(3)
[0122] 式中c2 = 8/JI-2 = 0· 546479
[0123] 由于tanΘ=d/a= 1.07,Θ= 47°，故"煙圈"將沿47°傾斜錐面擴展，向下傳 播的速度為 Cd2
[0124] ⑷ 〇tV辱丨，
[0125] 其中t為傳播時間，〇為介質(zhì)電導(dǎo)率，μ^為真空中的磁導(dǎo)率。
[0126] 計算均勻半空間的瞬變電磁響應(yīng)時，可以把"煙圈"看作一系列的二次發(fā)送線圈， 很容易地計算出在某時刻沿地面測線的響應(yīng)值，以及在某個測點的響應(yīng)值隨時間變化的規(guī) 律。在層狀介質(zhì)中，仍然保持同樣的"煙圈"效應(yīng)，只是"煙圈"的傳播將逐漸局限于導(dǎo)電地 層中。
[0127] (2)瞬變電磁場的波場變換，把電阻率斷在轉(zhuǎn)換成了擬地震剖面分布情況。
[0128] 參照圖9,示出了本發(fā)明實施例中觀測曲線額波場轉(zhuǎn)換示意圖。
[0129] 目前已經(jīng)實現(xiàn)了波場轉(zhuǎn)換，并可以成功地提取出虛擬地震子波。
[0130] 其中，圖9中的（a)為現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)曲線示意圖；
[0131] 圖9中的（b)為現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)的加噪聲5%以后的曲線示意圖；
[0132] 圖9中的（C)為現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)曲線的波場轉(zhuǎn)換曲線示意圖；
[0133] 圖9中的（d)為現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)加噪聲以后的波場轉(zhuǎn)換曲線示意圖。
[0134] 從圖9中，可以看出：本發(fā)明實施例中觀測曲線額波場轉(zhuǎn)換情況。
[0135] 瞬變電磁場與虛擬波場之間存在如下對應(yīng)關(guān)系
[0136] Hm (r，t)=--1__ [re- (r.r)dτ ('入/ 2V/Tt'
[0137] 式中，Hm(r，t)為時域瞬變響應(yīng)擴散場，U(r，τ)為以波速^傳播的虛擬波場， 自變量τ是時間平方根的量綱。
[0138] 通過上述技術(shù)，本發(fā)明實現(xiàn)了從電阻率剖面到虛擬子波斷面的轉(zhuǎn)換。
[0139] 參照圖10,示出了本發(fā)明實施例中虛擬子波斷面對比示意圖。
[0140] 從圖10中，可以看出：本發(fā)明實施例中虛擬子波斷面對比的分布情況。
[0141] (3)壓縮子波寬度
[0142] 參照圖11，示出了本發(fā)明實施例中子波寬度壓縮前后對比示意圖；
[0143] 從圖11中，可以看出：本發(fā)明實施例中子波寬度壓縮前后的分布情況；經(jīng)過壓縮 處理后，波形明顯得到改善。
[0144] 經(jīng)波場變換獲得的虛擬子波存在嚴(yán)重的波形展寬現(xiàn)象，使得計算得到的虛擬波場 數(shù)值分辨率降低，嚴(yán)重影響著TEM成像的空間分辨能力。為此，對虛擬波場的離散數(shù)據(jù)求取 反褶積，消除波場變換的波形展寬效應(yīng)。
[0145] 設(shè)U(r，τ)為實際轉(zhuǎn)換出來的虛擬子波，本發(fā)明通過一個反褶積濾波因子h(t)， 進行如下計算，求取一個寬度得到壓縮后的新的子波U' (r，τ)
[0146] υ'(τ,τ) = 人1，4 -τ)，
[0147] (6)
[0148] 其中，反褶積濾波因子h(t)可用最小平方反褶積來求得。
[0149] 隨著瞬變電磁波場變換算法的提出，實現(xiàn)了由具有擴散特征的瞬變場向虛擬波場 的轉(zhuǎn)變，這就為實現(xiàn)航空瞬變電磁法的逆合成孔徑成像創(chuàng)造了條件。瞬變電磁逆合成孔徑 成像技術(shù)是借用逆合成孔徑雷達(dá)成像的思路[3?8]，就是利用機載真實孔徑發(fā)射線圈與 目標(biāo)的相對運動，把尺寸較小的真實天線孔徑用數(shù)據(jù)處理的方法合成一較大的等效孔徑的 發(fā)射線圈，使其分辨能力更高、穿透能力更強。對于航空瞬變電磁法而言其觀測方式與機載 逆合成孔徑雷達(dá)十分相似，完全可以借助逆合成孔徑雷達(dá)的成像思想，實現(xiàn)虛擬波場條件 下的航空瞬變電磁逆合成孔徑成像。
[0150] 雖然逆合成孔徑技術(shù)在雷達(dá)成像中早已廣泛應(yīng)用，但與逆合成孔徑雷達(dá)信號不 同，瞬變電磁場滿足的是擴散方程，場的變化特征是隨著時間衰減的，顯然不利于相關(guān)疊加 處理，也不利于合成成像。為此，必須利用瞬變電磁場與虛擬波場間存在的數(shù)學(xué)上的關(guān)系式 進行波場變換，通過優(yōu)化算法提取出這種虛擬波場信號。數(shù)字模擬和模型試驗的結(jié)果都證 明了：相鄰位置上同一地質(zhì)體的反射回波具有較好的相關(guān)性，因此根據(jù)不同位置信號的相 關(guān)系數(shù)生成不同的權(quán)值函數(shù)，相鄰各列信號在做相關(guān)疊加時以權(quán)函數(shù)進行加權(quán)，將重建的 地質(zhì)異常體信號加強，從而提高信噪比，達(dá)到突出弱異常的目的，進而提高了分辨率，加大 了勘探深度。在分析逆合成孔徑雷達(dá)算法的基礎(chǔ)上結(jié)合瞬變電磁信號的特點，對采樣信號 進行相關(guān)加權(quán)疊加形成瞬變電磁逆合成孔徑數(shù)據(jù)體，對該數(shù)據(jù)體進行克?；舴蚱瞥上瘢?得到地質(zhì)體高清晰度的數(shù)字圖像。
[0151] 通過模型數(shù)據(jù)的計算，并進行逆合成孔徑成像處理，說明了該方法的有效性；對以 往山區(qū)地面數(shù)據(jù)的再處理，并與原來的處理結(jié)果相比較，說明了該方法在提高瞬變電磁分 辨力方面的優(yōu)越性?？梢?，該方法的成功應(yīng)用，將對用高分辨的航空瞬變電磁法代替海面和 山區(qū)地面勘探具有重要意義。
[0152] 由于瞬變電磁場經(jīng)過波場變換，已經(jīng)把原來的感應(yīng)場轉(zhuǎn)換成了波場，每一點的數(shù) 據(jù)相當(dāng)于變成了自激自收的波動場。而前人已經(jīng)通過實驗分析確定瞬變電磁場在多激勵源 情況下存在場的相關(guān)疊加性，基于瞬變電磁場的上述特點，我們采用相關(guān)疊加的方法來進 行逆合成孔徑。其合成示意圖如圖1所示。
[0153] 參照圖12,示出了本發(fā)明實施例中逆合成孔徑示意圖；
[0154] 從圖12中，可以看出：本發(fā)明實施例中逆合成孔徑的工作原理。
[0155] 首先選取一個中心點，取為第i點，此點的波場值可表示為UOvτ)，其中ri為i 點到-N，"·，Ν內(nèi)某點的距離，τ為相對時移量。然后我們選定2N+1個測點的長度為逆合 成孔徑的長度，即選取i點左右兩側(cè)從-N到N的測點分別與中心點做相關(guān)，其歸一化的互 相關(guān)系數(shù)

【權(quán)利要求】
1. 電性源瞬變電磁地空探測方法，其特征在于所述方法包括： 采用接地長導(dǎo)線源AB作為發(fā)射裝置，向地下發(fā)送一次場，利用直升機或者無人機搭載 接收線圈進行數(shù)據(jù)采集，獲得瞬變電磁的觀測數(shù)據(jù)； 利用全區(qū)視電阻率定義對觀測數(shù)據(jù)進行處理，獲得虛擬波場的速度信息，并完成對深 部地質(zhì)目標(biāo)的定性解釋，獲得深部地質(zhì)體的概況信息； 對瞬變電磁數(shù)據(jù)進行波場變換，采用瞬變電磁虛擬波場連續(xù)速度分析及虛擬波場偏移 成像方法對瞬變電磁觀測數(shù)據(jù)進行處理解釋，完成對深部地質(zhì)目標(biāo)的精細(xì)探測，并且為了 提高數(shù)據(jù)的信噪比，采用多點數(shù)據(jù)合成的方法對瞬變電磁虛擬波場數(shù)據(jù)進行處理，實現(xiàn)深 部弱信息的提取，獲得深部地質(zhì)目標(biāo)體的詳細(xì)信息。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于： 所述地質(zhì)目標(biāo)體的詳細(xì)信息為地質(zhì)目標(biāo)體的電性信息、深度信息、規(guī)模信息與形狀信 息。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 地空瞬變電磁探測系統(tǒng)采用接地長導(dǎo)線源作為發(fā)射，利用直升機或者無人機搭載接收 線圈進行數(shù)據(jù)采集，其步驟包括： 通過在地面鋪設(shè)接地長導(dǎo)線源AB向地下發(fā)射一次電磁場； 在高度范圍為50-150米的空中設(shè)置觀測點，利用直升機或無人機搭載接收線圈進行 數(shù)據(jù)采集，獲得瞬變電磁的觀測數(shù)據(jù)； 其中， 所述對地質(zhì)目標(biāo)體進行探測，獲得觀測數(shù)據(jù)的過程，是通過電性源瞬變電磁探測裝置 完成的。
4. 如權(quán)利要求1或3所述的方法，其特征在于： 所述接地長導(dǎo)線源AB的長度為1-4千米； 所述接地長導(dǎo)線源AB的發(fā)射功率為不小于10千瓦。
5. 如權(quán)利要求1或3所述方法，其特征在于： 利用直升機或無人機搭載接收線圈進行數(shù)據(jù)采集，直升機或無人機飛行高度在保證飛 行安全情況下為30-150米， 飛行范圍與電性源尺度有關(guān)，垂向與軸向方向均不大于3倍電性源尺度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于： 采用全域視電阻率方法對觀測數(shù)據(jù)進行處理，完成對深部地質(zhì)目標(biāo)的定性解釋，獲得 地質(zhì)目標(biāo)的產(chǎn)狀、走向、規(guī)模等概況信息，并獲得虛擬波場速度信息，包括： 利用反函數(shù)原理實現(xiàn)電性源瞬變電磁的視電阻率定義，通過時深轉(zhuǎn)換獲得深度信息， 最終完成初步的視電阻率成像，并獲得不同深度虛擬波場的傳播速度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于： 所述利用反函數(shù)原理實現(xiàn)電性源瞬變電磁的視電阻率定義，通過時深轉(zhuǎn)換獲得深度信 息，完成初步的視電阻率成像，包括： 通過偶極疊加原理推導(dǎo)均勻半空間空中位置電性源瞬變電磁場響應(yīng)表達(dá)解析式，通過 反函數(shù)原理實現(xiàn)視電阻率的定義； 通過濾波方法實現(xiàn)多分量層狀模型電磁響應(yīng)的計算，利用電阻率定義公式計算層狀模 型視電阻形態(tài)，驗證定義方法； 利用視電阻率值與時間參數(shù)實現(xiàn)時深轉(zhuǎn)換。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于： 所述對瞬變電磁觀測數(shù)據(jù)進行波場變換，將瞬變電磁擴散場數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為虛擬波場函 數(shù)，并利用相關(guān)疊加方法實現(xiàn)虛擬波場的逆合成孔徑處理，結(jié)合速度分析，對數(shù)據(jù)進行克希 霍夫偏移成像，獲得深層地質(zhì)目標(biāo)體的圖像，具體步驟，包括： 采用預(yù)調(diào)件正則化共軛梯度法實現(xiàn)波場反變換； 采用相關(guān)疊加方法，對虛擬波場進行逆合成孔徑處理； 采用三維邊界元方式，對瞬變電磁觀測數(shù)據(jù)的瞬變電磁逆合成孔徑數(shù)據(jù)體，進行克希 霍夫偏移成像，獲得深層地質(zhì)目標(biāo)體的圖像。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用瞬變電磁虛擬波場連續(xù)速度分 析及成像方法，對瞬變電磁的觀測數(shù)據(jù)進行處理及解釋，完成對深部地質(zhì)目標(biāo)體的精細(xì)探 測，獲得深部地質(zhì)目標(biāo)體的信息的步驟，包括： 利用全域視電阻率定義方法，獲得瞬變電磁的觀測數(shù)據(jù)的虛擬速度數(shù)據(jù)； 利用速度建模的方式，獲得瞬變電磁的觀測數(shù)據(jù)的連續(xù)速度分析體成像圖像； 通過上述瞬變電磁虛擬波場連續(xù)速度分析及成像方法，對瞬變電磁的觀測數(shù)據(jù)進行處 理及解釋，完成對深部地質(zhì)目標(biāo)體的精細(xì)探測，獲得深部地質(zhì)目標(biāo)體的信息。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述采波場變換方法，及利用預(yù)調(diào)件正 則化共軛梯度發(fā)實現(xiàn)擴散場到虛擬波場的變換，使得變換后函數(shù)滿足波動方程，包括： 利用預(yù)調(diào)件子對反變換系數(shù)矩陣進行預(yù)調(diào)件處理，降低矩陣條件數(shù)； 采用正則化共軛梯度迭代實現(xiàn)擴散場到波場的轉(zhuǎn)換。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述采用速度分析的方式，獲得瞬變電 磁的觀測數(shù)據(jù)的連續(xù)速度分析體成像圖像的步驟，包括： 采用視電阻率定義的方式，對瞬變電磁的觀測數(shù)據(jù)計算相應(yīng)電阻率，根據(jù)電阻率與虛 擬波動速度之間的關(guān)系獲得瞬變電磁虛擬波場的初始速度； 采用近點線性插值方法，擴大速度數(shù)據(jù)體，實現(xiàn)連續(xù)速度分析，使速度數(shù)據(jù)滿足后續(xù)波 場延拓需要； 其中，所述波場延拓指利用克?；舴蚍e分實現(xiàn)波動方程的向下延拓成像深。
【文檔編號】G01V3/165GK104237956SQ201410081433
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月6日
【發(fā)明者】李貅, 戚志鵬, 張瑩瑩 申請人:長安大學(xué)