CN104656156A - 音频大地电磁测深三维采集资料的磁参考处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明是可获取高质量的电磁场资料的音频大地电磁测深三维采集资料的磁参考处理方法，进行三维观测，在起伏地形表面，测点以矩形网状分布，测网密度根据勘探比例尺及勘探深度要求而定，每个测点都进行电道观测并计算磁场分量值，利用磁参考数据计算测点校正的卡尼亚视电阻率。本发明可以提高工作效率，实现了磁道与电道独立采集，能获取高质量的电磁场资料。

Description

音频大地电磁测深三维采集资料的磁参考处理方法

技术领域

本发明属于重磁电等综合勘探技术领域，是一种音频大地电磁测深三维采集资料的磁参考处理方法。

背景技术

可控源音频大地电磁测深法(Controlled SourceAudiofrequencyMagnetotelluric,简称CSAMT)是一种利用接地电偶源或者磁偶源为信号源的一种电磁测深法。该方法的工作频率为音频，其实质是利用人工激发的电磁场来弥补天然场能量不足的大地电磁测深法（MT），其采集方式与资料处理方法与MT有较大不同。由于CSAMT具有野外数据质量高、重复性好，解释与处理方法简单（解释方法直接套用MT方法）、解释剖面横向分辨率高、方法不受高阻层屏蔽及工作成本低廉等优点。近年来，该方法在油气勘探中得到了广泛应用，而且在工程物探、电法找水和地热与金属矿勘探方面也受到了地球物理工作者的青睐。目前，该方法使用的仪器大都是由加拿大凤凰地球物理公司生产的V8多功能可控源电磁采集***和由美国Zonge公司生产的GDP-32可控源电磁采集***。

常用的野外观测方式有以下几种：

(1)、标量CSAMT

常规标量CSAMT布置一个水平接地电偶场源，在测点测量沿测线方向上的电场分量（Ex），在一个排列（几个到上十个连续测点）内仅测量一个垂直于测线方向的磁场分量（Hy）,并以此计算Cagniard视电阻率。标量CSAMT之所以对地球物理学家和石油公司有吸引力，就是它的效率高、成本低，这也是为什么目前大多数CSAMT工作仍为标量测量的原因。

(2)、矢量CSAMT

矢量CSAMT方式也是利用单一场源，但是在测点同时测量4个或5个电磁分量(Ex，Ey，Hx，Hy，Hz)。矢量CSAMT数据可获取地下二维或三维构造的信息，常用于非各向同性不强的地区以确定复杂地质构造。

(3)、张量CSAMT

张量CSAMT利用两个方向的场源(共点或者分离)，每个场源发射时分别测定五个电磁分量(Ex，Ey，Hx，Hy，Hz)。与大地电磁场不同，矢量CSAMT场源不是全方位的，所以需要两个场源。为了完全确定阻抗张量，总共需要测量10个分量。张量测量最好用于构造很复杂的地区和测深点距比地质构造尺寸大很多的地区。

现有CSAMT方法技术主要集中在二维方式，且以标量方式为主。以测点为最小测量单元，在所有测点上测量水平电场分量，而在有限测点上测量水平磁场分量，多个测点连接形成测线，完成地质构造的二维反演解释，这种方式工作效率低下，成本高，对复杂地质区，勘探能力有限。其次，现有采集技术在强干扰区易受干扰，难以获取高质量的磁场数据，资料质量难以保证，常导致后期解释的困难甚至错误。

发明内容

本发明目的在于提供一种工作效率提高，可获取高质量的电磁场资料的音频大地电磁测深三维采集资料的磁参考处理方法。

本发明通过以下步骤实现：

1）在测区内建立磁场分量观测基站；

所述的观测基站设在测量工区与发射源之间，并靠近工区。基站应远离工业及民用电力设施等文化干扰。

所述的观测基站应离高压线1公里以上，民用供电等设施300米以上；并附近地势平坦。

2）采用可控源音频大地电磁测深法进行三维观测，在起伏地形表面，测点以矩形网状分布，测网密度根据勘探比例尺及勘探深度要求而定；每个测点都进行电道观测，在地形起伏较大的测点处同时也进行磁场观测；

3）按照如下公式计算每个测点处的磁场分量值：

$H_{y_1}=D_H\·H_{y_R}---\left(1\right)$

其中：H_y1是要计算的测点处的磁场值，H_yR是磁参考基站处所观测的磁场值，D_H是校正系数；

其中：r_R是磁参考站距发射源的距离，r₁是测点距发射源的距离，为观测点矢量路径与电偶极子源方向的夹角，为磁参考点矢量路径与电偶极子源方向的夹角，i为虚数单位，I0，I1，K0，K1为贝赛尔函数，r是收发距，k是贝赛尔函数；

4）利用磁参考数据计算测点校正的卡尼亚视电阻率；

利用测点处观测的电场分量（Ex1）和公式（1）计算得到的磁场分量（Hy1）按下式计算卡尼亚视电阻率：

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{loc}}=\frac{1}{\mathrm{\ω\μ}}{(E_{x1}/H_{y1})}^2---\left(2\right)$

其中：ρ_loc是校正后的卡尼亚视电阻率，Ex1是观测点处的电场值，Hy1是用（1）计算出的测点处磁场值，ω为发射电磁波的角频率，μ为磁化率。

本发明可以提高工作效率，实现了磁道与电道独立采集。

本发明在测区内寻找电磁干扰较小的地点建立数量有限的磁场水平分量观测基站，然后在测区只进行电道观测的三维电磁阵列观测方式，即磁站固定，电道采集站在测线上游动。这种采集方式，工作效率大幅度提高，而且磁场设置在干扰较小的区域，能获取高质量的电磁场资料。

本发明测点磁场分量校正处理技术，提供高质量电磁场资料。根据可控源音频大地电磁测深理论，提出了利用磁基站磁场来计算测点磁分量计算方法，从而给出了基于基站磁场数据的可控源电磁法卡尼亚视电阻率计算方法

本发明达到了测点处电、磁分量计算的视电阻率精度要求。

附图说明

图1是CSAMT磁参考基站设置示意图；

图2标量CSAMT（a）与磁参考处理（b）视电阻率曲线比较；

图3两个测点处的准确标量CSAMT和磁参考处理视电阻率曲线对比；

图4卡尼亚视电阻率剖面与磁场校正后视电阻率剖面对照图，上：卡尼亚视电阻率剖面图；下：磁场校正后视电阻率剖面图。

具体实施方式

以下结合附图和实验例详细说明本发明。

1）在测区内建立磁场分量观测基站，同时观测获取Ex1,Hyr两个电磁场分量。

如图1所示，在工区附近按上述发明内容1）要求选择磁参考基站。在工区内进行测量时，测点与基站同时观测。

2）测区内其它点按同样模式进行。可多个测点的电场分量与磁参考点磁场分量同时观测，以提高生产效率。

3）按照如下公式计算测点处的磁场分量值：

$H_{y_1}=D_H\·H_{y_R}$

其中：

4）测点处卡尼亚视电阻率计算；

利用测点处观测的电场分量（Ex1）和上式计算得到的磁场分量（Hy1）按下式计算得到实测点的卡尼亚视电阻率：

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{loc}}=\frac{1}{\mathrm{\ω\μ}}{(E_{x1}/H_{y1})}^2$

该视电阻率曲线可用于反演与解释。

本发明模型验证与实测效果分析。

1）层状模型

考虑一个三层模型。表格1是模型参数，表格2是位置参数。在参考点、点1、点2、点3的卡尼亚视电阻率通过参考点磁场计算得到，其中图2（a）没有使用磁参考处理方法的三个点的卡尼亚视电阻率曲线，图2（b）使用磁参考处理后的三个点的卡尼亚视电阻率曲线。这种方法一般运用在标量CSAMT中。从图2（a）得知，曲线的变化随着测点与参考点距离的增加而增大。这显然会影响CSAMT数据的解释。图2（b）可以看出无论哪个测点的卡尼亚视电阻率曲线几乎都没有变化，说明通过磁参考处理可以精确得到每个测点的卡尼亚视电阻率曲。

表格1模型参数

	Layer1	Layer2	Layer3
				电阻率(Ωm)	100	10	100
厚度(m)	50	500

表格2位置参数

2）实例分析

①实例1

在某小型盆地进行局部地质勘查实验。勘查面积2400平方千米，划分为长和宽均为1000米的勘查网格。探测深度50米至1500米。为了测试磁参考处理方法的效果和精确度，对两个位置（S1，S2）进行CSAMT数据采集，并观测每个位置的Ex和Hy分量。其中指定S2作为磁参考站。S1与S2距离为2000米。图3表示准确的卡尼亚视电阻率曲线和磁参考处理方法的比较结果。从图可以观察到，由S2处磁场分量计算出S1处的磁参考处理视电阻率曲线与S1处准确视电阻率曲非常吻合。标准偏差统计结果如表格3所示，可以看出视电阻率的标准偏差控制在百分之三左右。

表3S1处MRTC法视电阻率标准偏差

Frq.(Hz)	1024	512	256	128	64	32	16	8	4	2	1
												Std.(%)	2.76	0.39	0.87	1.63	2.71	2.67	2.18	2.23	3.24	2.98	5.43

②实例2

在一条实际测线上使用标量CSAMT法和MRTC法，这条测线在距磁参考基准点两千米外区域。图4为两种不同的数据采集方法下视电阻率剖面。图4中的上图是常规标量CSAMT卡尼亚视电阻率等高线，下图是使用参考基准点的磁场进行磁参考处理得到的视电阻率等高线。比较图中上图和下图的等高线，它们几乎相同。

模型实验和野外实验有力证明本发明是一种有效的方法，它使得CSAMT更具灵活性和机动性。

Claims (3)

1.一种音频大地电磁测深三维采集资料的磁参考处理方法，特点是明通过以下步骤实现：

1）在测区内建立磁场分量观测基站；

2）采用可控源音频大地电磁测深法进行三维观测，在起伏地形表面，测点以矩形网状分布，测网密度根据勘探比例尺及勘探深度要求而定；每个测点都进行电道观测，在地形起伏较大的测点处同时也进行磁场观测；

3）按照如下公式计算每个测点处的磁场分量值：

$H_{y_1}=D_H\·H_{y_R}---\left(1\right)$

其中：H_y1是要计算的测点处的磁场值，H_yR是磁参考基站处所观测的磁场值，D_H是校正系数，如下式得到；

其中：r_R是磁参考站距发射源的距离，r₁是测点距发射源的距离，为观测点矢量路径与电偶极子源方向的夹角，为磁参考点矢量路径与电偶极子源方向的夹角，i为虚数单位，I0，I1，K0，K1为贝赛尔函数，r是收发距，k是贝赛尔函数；

4）利用磁参考数据计算测点校正的卡尼亚视电阻率；

利用测点处观测的电场分量（Ex1）和公式（1）计算得到的磁场分量（Hy1）按下式计算卡尼亚视电阻率：

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{loc}}=\frac{1}{\mathrm{\ω\μ}}{(E_{x1}/H_{y1})}^2---\left(2\right)$

其中：ρ_loc是校正后的卡尼亚视电阻率，Ex1是观测点处的电场值，Hy1是用（1）计算出的测点处磁场值，ω为发射电磁波的角频率，μ为磁化率。

2.根据权利要求1的方法，特点是步骤1）所述的观测基站设在测量工区与发射源之间，并靠近工区。基站应远离工业及民用电力设施等文化干扰。

3.根据权利要求1的方法，特点是步骤1）所述的观测基站应离高压线1公里以上，民用供电等设施300米以上；并附近地势平坦。