CN111665569B - 一种双模频率域被动源电场法 - Google Patents

Abstract

一种双模频率域被动源电场法。本方法先采用自由频率模式在测区内获取一段时间内被动源电场信号，通过傅里叶变换获取电场频谱曲线，从电场频谱曲线中选择电场信号强、频比合理的频率组作为被动源电场测量的固定频率值，按照固定频率值开展测区内的被动源电场勘探。该方法能提高被动源电场法获取的电场数据的信噪比，提高整个测区内的被动源电场数据质量，提高勘探效果。

Description

一种双模频率域被动源电场法

技术领域

本发明涉及一种勘查地球物理领域的提高被动源电场勘探效果的新勘探方法。

背景技术

在电法勘探中有一种采用测量被动源(或天然)电场进行地质勘探的选频法。该方法采用两个接地的测量电极直接测量大地的被动源(或天然)电场不同频率的电场信号强度，而无需测量大地的被动源(或天然)磁场，也无需布置主动源电场源，故该方法的工作效率较高、勘探成本低、抗人文电磁干扰能力强，在地质勘探中具有比较明显的优势。但由于形成大地的被动源(或天然)电场信号的激励源并不是稳定的，不同频率的激励源的信号强度也存在比较大的变化，相同频率的激励源的信号强度也随着时间发生变化，故不同时刻获取的相同频率的天然电场信号强度不同；但根据实际测量结果看，一般某个区域内会存在某些频率的电场信号强度相对较强，而另外一些频率的电场信号强度则相对较弱，该现象在不同的区域或勘探区会有局部变化，且随着距离的加大，变化也相应加大，故整个大地上的被动源电场信号强度强的频率并不是固定不变，而是随着时间、位置的变化而发生变化；若某个勘探区内的测点均只基于测点本身的电场信号强度而选择频率值，则会影响不同测点之间的可比性，从而降低整个勘探区内的勘探效果，另也影响被动源电场法的日变校正技术无法实施。

基于目前被动源电场所存在的上述问题，为提高该方法的勘探效果，故提出一种提高被动源电场勘探效果的电法勘探方法，同时保持被动源电场法的高效率优势。

发明内容：

本发明的目的是基于现有被动源电场法所存在不同测区、不同时刻的被动源电场信号的频率值即相对稳定，又存在变化的特点，提出一种双模频率域被动源电场法，即先通过自由频率模式获取勘探区内具有较高信噪比的主要的频率值，并进行频率值的优选，再通过固定频率模式获取勘探区内所有测点上的电场信号，从而提高同一个勘探区内不同测点的数据的可比性，提高被动源电场的勘探精度和效果。

一种双模频率域被动源电场法，其具体步骤如下：

a)在勘探区选择人文电磁干扰小的基点布设一台测量被动源电位的电法设备，采集时间序列的被动源电位原始信号，并对电位原始信号进行傅里叶变换，获取该时间序列内的电位的频谱数据和频率范围；电位的频率范围内的相邻高频与低频的频比范围优先选择(1,2]，且相应频比小于

p为大于1的正数，为固定值。时间序列的被动源电位原始信号一般为离散的时间序列数据，故对应的傅里叶变换为离散傅里叶变换。为了获得高频的频谱数据，则时间序列的电位数据采样率可以选择相对高的采样频率；按照奈奎斯特采样定理，在进行模拟/数字信号的转换过程中，当最大采样频率大于信号中最高频率的2倍时，采样之后的数字信号能完整地保留了原始信号中的信息，一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的5～10倍；如一段20秒的时间序列电位数据，采用20000Hz的采样频率，则大概能获取10000～0.1Hz之间的频谱数据。

b)根据勘探区内有代表性的岩矿石、土壤的电阻率物性参数，根据频率域电磁法的勘探深度公式

根据勘探区的勘探目标最浅和最深勘探目标深度，反算勘探区内期望的勘探频率范围[f_L,f_H]，且该勘探频率范围包含在步骤a)中的电位的频率范围之内；其中f_L为最低频率值，f_H为最高频率值；为了比较合理的确定有代表性的岩矿石、土壤的电阻率物性参数，可以对不同类型的测量目标的电阻率物性参数求取平均值，作为电磁法的勘探深度公式的电阻率结果；为了后续计算的简单和方便，可以对勘探频率的最低和最高值进行取整。若最高勘探频率值超过步骤a)获取到的频谱数据的最高频率值，则要么降低本步骤的最高频率值使其不超过频谱数据的最高频率值，要么提高步骤a)中的采样频率，使其满足步骤b)的最高频率值。

c)在步骤a)中的频谱数据中，在频率区间[f_H,m*f_H]中选择

值最高的频率值f为第1个固定频率值f₁；m为大于1的正数，为固定值；f₁的下标1为第1个固定频率值的序号；|U_f|为频率值为f时的电位绝对值；优先选择m＝2；f_H优先选择满足f_H≦100000Hz；f_L优先选择满足f_L≧0.0001Hz。若该频率区间内出现

值最高的频率值有多个，则选择频率值最小的频率值为相应的固定频率值。通过以上方式从而获取到第1个固定频率值不低于步骤b)的最高频率值。若该频率区间的所有电位值均为0，则按照规则，直接选择f_H作为第1个固定频率值，虽然该频率无电场信号，但不影响该方法的实施，一般而言某个频率区间的所有电位值均为0的现象很难出现，即便出现，也不影响该方法的实施。

d)第n个固定频率值f_n的确定方法为：在频率区间[f_n-1/p,f_n-1)中选择

值最高的频率值f为第n个固定频率值f_n；n为大于1的自然数，为选择的第n个固定频率值的序号；f_n的下标n、f_n-1的下标n-1分别为选择的第n和n-1个固定频率值的序号；p为大于1的正数，为固定值，与步骤a)中的p为同一个参数；|U_f|为频率值为f时的电位绝对值；由于被动源电场法的勘探精度相对于主动源电场法或电磁法来说要低，且由于电磁法本身所固有的勘探精度限制，并不是频率越多勘探精度会越高，且频率越多必然会引起勘探效率的降低和勘探成本的提高，故优先选择p＝2，即选择的相邻固定频率值的频比在1～2之间，从而能相对平衡勘探效率和勘探精度之间的矛盾；若该频率区间内出现

值最高的频率值有多个，则选择频率值最小的频率值为相应的固定频率值。

e)比较f_n和f_L的大小；如果f_n≥f_L，则频率区间[f_n-1/p,f_n-1)调整为[f_n/p,f_n)，

调整为

重复步骤d)，选择第n+1个固定频率值f_n+1；如果f_n<f_L，则继续步骤f)；n为自然数，为选择的固定频率值的序号；p为大于1的正数，为固定值，与步骤a)、d)中的p为同一个参数；频率f_n、f_n-1、f_n+1的下标为相应的固定频率值的序号；此循环选择主要是选择出一系列满足信噪比高的频率作为后续勘探的固定频率。

f)获得所有固定频率值；

g)在勘探区内的所有测点上，根据步骤f)获得的所有固定频率值，采集所有固定频率值的被动源电位值；由于同一个勘探区内的所有测点是基于测区内的实际电场特征情况选择的固定频率值，从而使整个勘探工作能获得数据质量更高、可比性更强的结果。

h)对勘探区内所有测点的所有固定频率值的被动源电位值进行处理，获取勘探区内的地质情况。对获得的数据进行如测量极距归一化、日变校正、去躁、反演等处理，从而实现勘探区内的双模频率域被动源电场法勘探。

附图说明：

图1为本发明的一种双模频率域被动源电场法流程图；

图2为现有被动源电场常规勘探方法流程图。

具体实施方式：

以下参照图1、图2结合具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1所示，开展一种双模频率域被动源电场法的勘探，其具体步骤如下：

a)在勘探区选择人文电磁干扰小的基点布设一台测量被动源电位的电法设备，采集时间长度为20秒的时间序列的被动源电位原始信号，采用20000Hz的采样频率，并对电位原始信号进行离散傅里叶变换，从而获取10000～0.1Hz之间的电位的频谱数据；电位的频率范围内的相邻高频与低频的频比范围选择为1.1。

b)根据勘探区内有代表性的岩矿石、土壤的电阻率物性参数，对不同类型的测量目标的电阻率物性参数求取平均值，假设该平均值为100欧姆米；根据频率域电磁法的勘探深度公式

根据勘探区的勘探目标最浅和最深勘探目标深度(假设最浅勘探深度为50米，最深勘探深度为1000米)，反算勘探区内期望的勘探频率范围[f_L,f_H](根据以上参数，通过取整从而能获得该频率范围为[10,5000]，该勘探频率范围包含在步骤a)中的电位的频率范围之内)；即最低频率值f_L＝10Hz，最高频率值f_H＝5000Hz。

c)选择m＝2，在步骤a)中的频谱数据中，在频率区间[5000,2*5000]中选择

值最高的频率值f为第1个固定频率值f₁；若该频率区间内出现

值最高的频率值有多个，则选择频率值最小的频率值为相应的固定频率值。通过以上方式从而获取到第1个固定频率值不低于步骤b)的最高频率值(f_H＝5000Hz)；|U_f|为频率值为f时的电位绝对值。假设选择的第1个固定频率值f₁＝5000Hz。

d)选择p＝2，第n个固定频率值f_n的确定方法为：在频率区间[f_n-1/2,f_n-1)(基于步骤c)选择的第1个固定频率值f₁＝5000Hz，则第2个固定频率所在的区间为[2500,5000))中选择

值最高的频率值为第n个固定频率值f_n；n为大于1的自然数，为选择的第n个固定频率值的序号；f_n的下标n、f_n-1的下标n-1分别为选择的第n和n-1个固定频率值的序号；若该频率区间内出现有多个频率值的

值最高，则选择频率值最小的频率值为相应的固定频率值；|U_f|为频率值为f时的电位绝对值。

e)比较f_n和f_L(f_L＝10Hz)的大小；如果f_n≥f_L，则频率区间[f_n-1/2,f_n-1)调整为[f_n/2,f_n)，

调整为

重复步骤d)，选择第n+1个固定频率值f_n+1；如果f_n<f_L，则继续步骤f)；n为自然数，为选择的固定频率值的序号；频率f_n、f_n-1、f_n+1的下标为相应的固定频率值的序号；此循环选择主要是选择出一系列信噪比高的频率作为后续勘探的固定频率；|U_f|为频率值为f时的电位绝对值。

f)获得所有固定频率值。

g)在勘探区内的所有测点上，根据步骤f)获得的所有固定频率值，采集所有固定频率值的被动源电位值。

h)对勘探区内所有测点的所有固定频率值的被动源电位值进行处理，获取勘探区内的地质情况。对获得的数据进行如测量极距归一化、日变校正、去躁、反演等处理，从而实现勘探区内的双模频率域被动源电场法勘探。由于同一个勘探区内的所有测点是基于测区内的实际电场特征情况选择的固定频率值，从而使整个勘探工作能获得数据质量更高、可比性更强的结果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明内。

Claims (8)

1.一种双模频率域被动源电场法，其具体步骤如下：

a)在勘探区选择人文电磁干扰小的基点布设一台测量被动源电位的电法设备，采集时间序列的被动源电位原始信号，并对电位原始信号进行傅里叶变换，获取该时间序列内的电位的频谱数据和频率范围；

b)根据勘探区内有代表性的岩矿石、土壤的电阻率物性参数，根据频率域电磁法的勘探深度公式，根据勘探区的勘探目标最浅和最深勘探目标深度，反算勘探区内期望的勘探频率范围[f_L,f_H]，且该勘探频率范围包含在步骤a)中的电位的频率范围之内；其中f_L为最低频率值，f_H为最高频率值；

c)在步骤a)中的频谱数据中，在频率区间[f_H,m*f_H]中选择

值最高的频率值f为第1个固定频率值f₁；m为大于1的正数，为固定值；f₁的下标1为第1个固定频率值的序号；|U_f|为频率值为f时的电位绝对值；

d)第n个固定频率值f_n的确定方法为：在频率区间[f_n-1/p,f_n-1)中选择

值最高的频率值f为第n个固定频率值f_n；n为大于1的自然数，为选择的第n个固定频率值的序号；f_n的下标n、f_n-1的下标n-1分别为选择的第n和n-1个固定频率值的序号；p为大于1的正数，为固定值；|U_f|为频率值为f时的电位绝对值；

e)比较f_n和f_L的大小；如果f_n≥f_L，则频率区间[f_n-1/p,f_n-1)调整为

调整为

重复步骤d)，选择第n+1个固定频率值f_n+1；如果f_n<f_L，则继续步骤f)；n为自然数，为选择的固定频率值的序号；p为大于1的正数，为固定值；频率f_n、f_n-1、f_n+1的下标为相应的固定频率值的序号；

f)获得所有固定频率值；

g)在勘探区内的所有测点上，根据步骤f)获得的所有固定频率值，采集所有固定频率值的被动源电位值；

h)对勘探区内所有测点的所有固定频率值的被动源电位值进行处理，获取勘探区内的地质情况。

2.如权利要求1所述的一种双模频率域被动源电场法，其特征在于：步骤a)中的电位的频率范围内的相邻高频与低频的频比范围为(1,2]，且相应频比小于

3.如权利要求1所述的一种双模频率域被动源电场法，其特征在于：m＝2。

4.如权利要求1所述的一种双模频率域被动源电场法，其特征在于：p＝2。

5.如权利要求1所述的一种双模频率域被动源电场法，其特征在于：f_H≦100000Hz。

6.如权利要求1所述的一种双模频率域被动源电场法，其特征在于：f_L≧0.0001Hz。

7.如权利要求1所述的一种双模频率域被动源电场法，其特征在于：若频率区间[f_H,m*f_H]内出现

值最高的频率值有多个，则选择频率值最小的频率值为相应的固定频率值。

8.如权利要求1所述的一种双模频率域被动源电场法，其特征在于：若频率区间[f_n-1/p,f_n-1)内出现

值最高的频率值有多个，则选择频率值最小的频率值为相应的固定频率值。

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