可控源音頻大地電磁法視相位信息的獲取方法與裝置的制造方法
【專利摘要】本申請?zhí)岢鲆环N可控源音頻大地電磁法視相位信息的獲取方法與裝置，涉及煤田水文地質(zhì)與地球物理領(lǐng)域，包括：獲得可控源音頻大地電磁CSAMT電場分量電位差數(shù)據(jù)；通過所述電位差數(shù)據(jù)獲得視電阻率數(shù)據(jù)；根據(jù)所述視電阻率數(shù)據(jù)，采用比值計算視相位數(shù)據(jù)，突破“遠區(qū)”限制，在缺少磁場數(shù)據(jù)的情況，利用電場單分量數(shù)據(jù)，獲取視相位信息，從而為可控源音頻大地電磁法數(shù)據(jù)解釋提供重要的參考依據(jù)。
【專利說明】
可控源音頻大地電磁法視相位信息的獲取方法與裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及煤田水文地質(zhì)與地球物理領(lǐng)域，具體涉及可控源音頻大地電磁法視相 位信息的獲取方法與裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 大地電磁法（Magnetotel luric，MT)和可控源音頻大地電磁法（Control led source audio-frequency magnetotelluric，CSAMT)是頻率域電磁法中最常用和最重要的 兩種工作方法。其中CSAMT法是為了克服天然場源信號微弱而在MT的基本理論之上建立的 一種人工源電磁法。實際野外工作中，CSAMT通常觀測一組正交的電、磁場分量數(shù)據(jù)，然后根 據(jù)電、磁場分量數(shù)據(jù)的比值計算視電阻率Ps，同時計算視相位&。
[0004] 式中，ps為卡尼亞視電阻率，為真空中磁導率，《代表角頻率，Ex代表電場x方向 分量的響應(yīng)值，Hy代表磁場y方向分量的響應(yīng)值。
[0006] 式中，A為視相位，Im代表電磁場的虛部，Re代表電磁場的實部，E、H分別代表 CSAMT的電場分量和磁場分量。
[0007] 視相位參數(shù)對薄中間層和高阻基底的反映比振幅曲線更為明顯，并且視相位曲線 不受靜態(tài)效應(yīng)影響。因此，在進行CSAMT處理時，視相位參數(shù)是不可或缺的信息。
[0008] CSAMT法需要在"遠區(qū)"（R>6h，其中r為觀測點到發(fā)射源點的距離，h為目的層或地 質(zhì)目標體埋藏深度)進行測量(圖1A，其中，A為第一接地發(fā)射電極，B為第二接地發(fā)射電極，M 為第一接地測量電極，N為第二接地測量電極），當達不到遠區(qū)要求時，CSAMT法無法按照卡 尼亞公式計算視電阻率，也無法利用電場和磁場數(shù)據(jù)計算視相位，否則會引起不小的誤差。 為了克服CSAMT只能遠區(qū)測量的缺點，許多學者做了大量研究。方文藻等（1992)采用將均勻 半空間場的精確公式與遠區(qū)公式比較，求得一個校正系數(shù)K，將遠區(qū)定義視電阻率乘上校正 系數(shù)K，即可求得全區(qū)定義視電阻率值，該方法簡便且容易實現(xiàn)。湯井田等（1994、2011)先后 提出多種全區(qū)視電阻率定義，均形象地反映了地下介質(zhì)的變化特征。佟鐵鋼等（2009)對 CSAMT全區(qū)視電阻率法的數(shù)值模擬進行了探討，利用漢克爾數(shù)值濾波算法和逆樣條插值算 法對水平層狀電磁場進行正演計算，取得了很好的效果。
[0009] CSAMT電場單分量觀測模式突破"遠區(qū)"限制（圖1B)，這種觀測方式可以在中區(qū)觀 測（r>3h)。馮兵等（2013)對CSAMT探測中電場E x分量視電阻率定義進行了研究，討論了 CSAMT電場x方向全區(qū)視電阻率的應(yīng)用，采用積分方法將多個偶極子進行疊加，獲得雙極源 電磁場，并通過模型分析和實測資料驗證了該方法的有效性。何繼善院士（2012)提出的廣 域電磁法突破了 CSAMT法遠區(qū)測量的限制，把提取視電阻率的觀測范圍拓展到更廣的區(qū)域。
[0010] 在這種缺少磁場數(shù)據(jù)的電場單分量觀測模式中，如何計算視相位是需要解決的 問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明為了解決目前缺少磁場數(shù)據(jù)的電場單分量觀測模式中無法獲得視相位信 息的問題，提供一種可控源音頻大地電磁法視相位信息的獲取方法與裝置，利用地球物理 方法獲得視相位彳目息。
[0012] 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：
[0013] 可控源音頻大地電磁法視相位信息的獲取方法，包括：
[0014] 獲得可控源音頻大地電磁CSAMT電場分量電位差數(shù)據(jù)；
[0015] 通過所述電位差數(shù)據(jù)獲得視電阻率數(shù)據(jù)；
[0016] 根據(jù)所述視電阻率數(shù)據(jù)，采用比值計算視相位數(shù)據(jù)。
[0017] 優(yōu)選地，獲得音頻大地電磁CSAMT電場分量電位差數(shù)據(jù)包括：
[0018] 通過第一接地發(fā)射電極和第二接地發(fā)射電極向地下發(fā)射電磁場；
[0019] 在距離發(fā)射電磁場預(yù)設(shè)的偏移距內(nèi)布設(shè)第一接地測量電極和第二接地接測量電 極，對CSAMT電場分量進行觀測，采集獲得CSAMT由第一接地測量電極和第二接地測量電極 之間的平均電位差，獲得電場單分量電位差數(shù)據(jù)。
[0020] 優(yōu)選地，對CSAMT電場分量進行觀測包括：
[0021] 當觀測點與發(fā)射源之間的距離與目標體埋藏深度的距離之比大于3時，觀測第一 接地測量電極與第二接地測量電極之間的平均電位差。
[0022] 優(yōu)選地，通過所述電位差數(shù)據(jù)獲得視電阻率數(shù)據(jù)包括：
[0023] 利用CSAMT電場Ex分量定義的視電阻率公式表示如下：
[0025] 其4
為裝置系數(shù)；」為測量電壓，W為第一接地測量電極與第 二接地測量電極之間的距離，AB為第一接地發(fā)射電極與第二接地發(fā)射電極之間的距離，r為 收發(fā)距，I為偶極子源的電流強度。
[0026] 優(yōu)選地，根據(jù)所述視電阻率數(shù)據(jù)，采用比值計算視相位數(shù)據(jù)包括：
[0027] 根據(jù)計算的視電阻率，視相位表示如下：
[0029] 式中，A .是頻點k的轉(zhuǎn)換視相位，c〇k是頻點k的圓頻率，《為圓頻率。
[0030] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供可控源音頻大地電磁法視相位信息的獲取裝 置，包括：
[0031] 采集模塊，用于獲得可控源音頻大地電磁CSAMT電場分量電位差數(shù)據(jù)；
[0032] 迭代模塊，用于通過所述電位差數(shù)據(jù)獲得視電阻率數(shù)據(jù)；
[0033] 相位模塊，用于根據(jù)所述視電阻率數(shù)據(jù)，采用比值計算視相位數(shù)據(jù)。
[0034]優(yōu)選地，所述采集模塊獲得音頻大地電磁CSAMT電場分量電位差數(shù)據(jù)包括：
[0035]通過第一接地發(fā)射電極和第二接地發(fā)射電極向地下發(fā)射電磁場；
[0036]在距離發(fā)射電磁場預(yù)設(shè)的偏移距內(nèi)布設(shè)第一接地測量電極和第二接地接測量電 極，對CSAMT電場分量進行觀測，采集獲得CSAMT由第一接地測量電極和第二接地測量電極 之間的平均電位差，獲得電場單分量電位差數(shù)據(jù)。
[0037]優(yōu)選地，所述采集模塊對CSAMT電場分量進行觀測包括：
[0038]當觀測點與發(fā)射源之間的距離與目標體埋藏深度的距離之比大于3時，觀測第一 接地測量電極與第二接地測量電極之間的平均電位差。
[0039] 優(yōu)選地，所述迭代模塊通過所述電位差數(shù)據(jù)獲得視電阻率數(shù)據(jù)包括：
[0040] 利用CSAMT電場Ex分量定義的視電阻率公式表示如下：
[0042] 其中
為裝置系數(shù)；為測量電壓，^為第一接地測量電極與第 二接地測量電極之間的距離，AB為第一接地發(fā)射電極與第二接地發(fā)射電極之間的距離，r為 收發(fā)距，I為偶極子源的電流強度。
[0043] 優(yōu)選地，所述相位模塊根據(jù)所述視電阻率數(shù)據(jù)，采用比值計算視相位數(shù)據(jù)包括：
[0044] 根據(jù)計算的視電阻率，視相位表示如下：
[0046] 式中，^是頻點k的轉(zhuǎn)換視相位，cok是頻點k的圓頻率，co為圓頻率。
[0047] 本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：
[0048] 利用本發(fā)明的方法和裝置，突破"遠區(qū)"限制，在缺少磁場數(shù)據(jù)的情況，利用電場單 分量數(shù)據(jù)，獲取視相位信息，從而為可控源音頻大地電磁法數(shù)據(jù)解釋提供重要的參考依據(jù)。
【附圖說明】
[0049] 圖1是相關(guān)技術(shù)觀測方式與單分量觀測方式的比較圖；
[0050] 圖2是本發(fā)明實施例的一種可控源音頻大地電磁法視相位信息的獲取方法的流程 圖；
[0051] 圖3是本發(fā)明實施例的一種可控源音頻大地電磁法視相位信息的獲取裝置的結(jié)構(gòu) 示意圖；
[0052]圖4是本發(fā)明實施例的感應(yīng)電壓曲線圖；
[0053]圖5是本發(fā)明實施例的視電阻率與視相位曲線圖；
[0054]圖6是本發(fā)明實施例的電場單分量綜合解釋圖。
【具體實施方式】
[0055]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。
[0056]如圖2所示，本發(fā)明實施例提供一種可控源音頻大地電磁法視相位信息的獲取方 法，包括：
[0057] S101、獲得可控源音頻大地電磁CSAMT電場分量電位差數(shù)據(jù)；
[0058] S102、通過所述電位差數(shù)據(jù)獲得視電阻率數(shù)據(jù)；
[0059] S103、根據(jù)所述視電阻率數(shù)據(jù)，采用比值計算視相位數(shù)據(jù)。
[0060] 步驟S101包括：
[0061] S1011、通過第一接地發(fā)射電極和第二接地發(fā)射電極向地下發(fā)射電磁場；
[0062] S1012、在距離發(fā)射電磁場預(yù)設(shè)的偏移距內(nèi)布設(shè)第一接地測量電極和第二接地接 測量電極，對CSAMT電場分量進行觀測，采集獲得CSAMT由第一接地測量電極和第二接地測 量電極之間的平均電位差，獲得電場單分量電位差數(shù)據(jù)。
[0063] S1012中距離發(fā)射電磁場預(yù)設(shè)的偏移距內(nèi)，對CSAMT電場分量進行觀測包括：
[0064]當觀測點與發(fā)射源之間的距離與目標體埋藏深度的距離之比大于3時，觀測第一 接地測量電極與第二接地測量電極之間的平均電位差。
[0065] 步驟S102包括：
[0066] 利用CSAMT電場Ex分量定義的視電阻率公式如下：
[0068] 其中
為裝置系數(shù)；為測量電壓，^為第一接地測量 電極與第二接地測量電極之間的距離，AB為第一接地發(fā)射電極與第二接地發(fā)射電極之間的 距離，r為收發(fā)距，I為偶極子源的電流強度。
[0069] 步驟S103包括：
[0070] 利用如下公式，根據(jù)視電阻率數(shù)據(jù)計算視相位數(shù)據(jù)
[0072] 此式為視相位表達式，式中A是頻點k的轉(zhuǎn)換視相位，《k是頻點k的圓頻率，《為 圓頻率。因此，視相位是視電阻率頻率的變化率，可以通過視電阻率求取視相位。
[0073] 如圖3所示，本發(fā)明實施例還提供一種可控源音頻大地電磁法視相位信息的獲取 裝置，包括：
[0074] 采集模塊，用于獲得可控源音頻大地電磁CSAMT電場分量電位差數(shù)據(jù)；
[0075] 迭代模塊，用于通過所述電位差數(shù)據(jù)獲得視電阻率數(shù)據(jù)；
[0076] 相位模塊，用于根據(jù)所述視電阻率數(shù)據(jù)，采用比值計算視相位數(shù)據(jù)。
[0077] 所述采集模塊獲得音頻大地電磁CSAMT電場分量電位差數(shù)據(jù)是指：
[0078] 通過第一接地發(fā)射電極和第二接地發(fā)射電極向地下發(fā)射電磁場；
[0079]在距離發(fā)射電磁場預(yù)設(shè)的偏移距內(nèi)布設(shè)第一接地測量電極和第二接地接測量電 極，對CSAMT電場分量進行觀測，采集獲得CSAMT由第一接地測量電極和第二接地測量電極 之間的平均電位差，獲得電場單分量電位差數(shù)據(jù)。
[0080]所述采集模塊對CSAMT電場分量進行觀測是指：
[0081]當觀測點與發(fā)射源之間的距離與目標體埋藏深度的距離之比大于3時，觀測第一 接地測量電極與第二接地測量電極之間的平均電位差。
[0082]所述迭代模塊通過所述電位差數(shù)據(jù)獲得視電阻率數(shù)據(jù)是指：
[0083] 利用CSAMT電場Ex分量定義的視電阻率公式表示如下：
為裝置系數(shù)；為測量電壓，^為第一接地測量電極與第 二接地測量電極之間的距離，AB為第一接地發(fā)射電極與第二接地發(fā)射電極之間的距離，r為 收發(fā)距，I為偶極子源的電流強度。
[0086] 所述相位模塊根據(jù)所述視電阻率數(shù)據(jù)，采用比值計算視相位數(shù)據(jù)是指：
[0087] 根據(jù)計算的視電阻率，視相位表示如下：
[0089] 式中，A是頻點k的轉(zhuǎn)換視相位，cok是頻點k的圓頻率，co為圓頻率。。
[0090] 實施例一
[0091 ] 選取地電模型為K型地電斷面，地電參數(shù)為P1 = 10 Q ? m、P2 = P3 = 320 Q ? m、hi = 200m，h2 = 400m。發(fā)射源長度dL = 1000m，極距r = 1200m，MN=40m。按照下式計算CSAMT電場Ex 響應(yīng)數(shù)據(jù)，然后按照公另
計算各頻點的感應(yīng)電壓數(shù)據(jù)。
[0094] 其中+
[0095] 式中，I為偶極子源的電流強度;dL為偶極子長度;r為收發(fā)距；co為角頻率;p為均 勻半空間電阻率；。
[0096] 具體計算結(jié)果如圖4所示，并將成圖所用K型地電模型電場Ex感應(yīng)電壓部分數(shù)據(jù)列 成表1。
[0097] 表 1

[0100] 根據(jù)理論模型計算得到的CSAMT電場Ex分量的響應(yīng)值，通過公式
廿算 視電阻率數(shù)據(jù)。進而得到視電阻率曲線如圖5中實線所示，并將成圖所用K型地電模型電場 Ex視電阻率數(shù)據(jù)列成表2。
[0101] 表2

[0104]根據(jù)得到的視電阻率數(shù)據(jù)，運用公式
計算相應(yīng)的視相 位數(shù)據(jù)，進而的到視相位曲線如圖5中虛線所示。
[0105]由圖5看出，視相位曲線比視電阻曲線變化幅度大，而且視相位曲線的極值點正好 對應(yīng)視電阻率曲線的拐點。正因為如此，視電阻率曲線反映 K型斷面并不明顯，而相位曲線 卻有清楚的顯示。這說明相位曲線雖不含有新的信息，但分辨地層的能力比振幅曲線強。如 將視電阻率曲線與視相位曲線結(jié)合起來，從不同的角度進行分析，綜合起來解釋頻率測深 資料，將會得到更好的地質(zhì)效果。
[0106] 實施例2
[0107] 測區(qū)位于太原市境內(nèi)，太原盆地的北端，地形系山前丘陵，溝壑發(fā)育呈樹枝狀分 布，地形地面貌復(fù)雜。構(gòu)造類型為裂陷盆地型構(gòu)造。測區(qū)為次級隆起區(qū)的一凹陷帶，即向斜 帶，在向斜帶內(nèi)有含煤地層保存。區(qū)內(nèi)普遍為第四系覆蓋，且黃土覆蓋很厚，大部分在300-400m之間。
[0108] 通過觀測兩個接地電極之間的平均電位差來實現(xiàn)Ex分量的觀測，采用赤道偶極裝 置:r = 2000m，AB = 500m，MN=200m，線距離為1000米，點距為250米，記錄點設(shè)在r的中點。
[0109] 在進行電磁頻率測深時，局部近地表電性不均勻體(沖積物、河床、山坡局部潮濕 帶巖石露頭等)經(jīng)常嚴重地影響所觀測到的視電阻率數(shù)據(jù)，使視電阻率數(shù)據(jù)產(chǎn)生與頻率無 關(guān)的平移，最終影響資料的解釋結(jié)果。為消除這一現(xiàn)象，對全區(qū)資料進行了視相位提取處 理。
[0110] 按照模型實例的計算順序和計算方法逐點逐頻率進行視電阻率和視相位的提取。 通過進一步的成圖處理得到該區(qū)域的頻率測深曲線、視電阻率斷面、視相位斷面圖以及地 質(zhì)推斷解釋圖如圖6所示。
[0111] 綜合解釋各斷面，推斷出該條剖面含有斷層構(gòu)造和煤系地層賦存。通過利用CSAMT 電場單分量視電阻率提取視相位法方法在測區(qū)內(nèi)的應(yīng)用，查明本區(qū)為一向斜構(gòu)造，并發(fā)育 了次一級的褶曲，綜合解釋推斷本測區(qū)構(gòu)造形態(tài)為深掩蓋斷陷盆地型構(gòu)造，控制了含煤分 布面復(fù)合1000余平方公里，提供了 10億的D級儲量，獲得了滿意的地質(zhì)效果。
[0112]雖然本發(fā)明所揭示的實施方式如上，但其內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明的技術(shù)方 案而采用的實施方式，并非用于限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不 脫離本發(fā)明所揭示的核心技術(shù)方案的前提下，可以在實施的形式和細節(jié)上做任何修改與變 化，但本發(fā)明所限定的保護范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書限定的范圍為準。
【主權(quán)項】
1. 可控源音頻大地電磁法視相位信息的獲取方法，其特征在于，包括： 獲得可控源音頻大地電磁CSAMT電場分量電位差數(shù)據(jù)； 通過所述電位差數(shù)據(jù)獲得視電阻率數(shù)據(jù)； 根據(jù)所述視電阻率數(shù)據(jù)，采用比值計算視相位數(shù)據(jù)。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:獲得音頻大地電磁CSAMT電場分量電位差數(shù) 據(jù)包括： 通過第一接地發(fā)射電極和第二接地發(fā)射電極向地下發(fā)射電磁場； 在距離發(fā)射電磁場預(yù)設(shè)的偏移距內(nèi)布設(shè)第一接地測量電極和第二接地接測量電極，對 CSAMT電場分量進行觀測，采集獲得CSAMT由第一接地測量電極和第二接地測量電極之間的 平均電位差，獲得電場單分量電位差數(shù)據(jù)。3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:對CSAMT電場分量進行觀測包括： 當觀測點與發(fā)射源之間的距離與目標體埋藏深度的距離之比大于3時，觀測第一接地 測量電極與第二接地測量電極之間的平均電位差。4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過所述電位差數(shù)據(jù)獲得視電阻率數(shù)據(jù)包 括： 利用CSAMT電場Ex分量定義的視電阻率公式表示如下：其牛^裝置系數(shù);為測量電壓，瓦^為第一接地測量電極與第二接地 測量電極之間的距離，AB為第一接地發(fā)射電極與第二接地發(fā)射電極之間的距離，r為收發(fā) 距，I為偶極子源的電流強度。5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述視電阻率數(shù)據(jù)，采用比值計算視相 位數(shù)據(jù)包括： 根據(jù)計算的視電阻率，視相位表示如下：式中，是頻點k的轉(zhuǎn)換視相位，Wk是頻點k的圓頻率，W為圓頻率。6. 可控源音頻大地電磁法視相位信息的獲取裝置，其特征在于，包括： 采集模塊，用于獲得可控源音頻大地電磁CSAMT電場分量電位差數(shù)據(jù)； 迭代模塊，用于通過所述電位差數(shù)據(jù)獲得視電阻率數(shù)據(jù)； 相位模塊，用于根據(jù)所述視電阻率數(shù)據(jù)，采用比值計算視相位數(shù)據(jù)。7. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于:所述采集模塊獲得音頻大地電磁CSAMT電場 分量電位差數(shù)據(jù)包括： 通過第一接地發(fā)射電極和第二接地發(fā)射電極向地下發(fā)射電磁場； 在距離發(fā)射電磁場預(yù)設(shè)的偏移距內(nèi)布設(shè)第一接地測量電極和第二接地接測量電極，對 CSAMT電場分量進行觀測，采集獲得CSAMT由第一接地測量電極和第二接地測量電極之間的 平均電位差，獲得電場單分量電位差數(shù)據(jù)。8. 如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于：所述采集模塊對CSAMT電場分量進行觀測包 括： 當觀測點與發(fā)射源之間的距離與目標體埋藏深度的距離之比大于3時，觀測第一接地 測量電極與第二接地測量電極之間的平均電位差。9. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述迭代模塊通過所述電位差數(shù)據(jù)獲得視電 阻率數(shù)據(jù)包括： 利用CSAMT電場Ex分量定義的視電阻率公式表示如下：其牛為裝置系數(shù);為測量電壓，品^為第一接地測量電極與第二接地 測量電極之間的距離，AB為第一接地發(fā)射電極與第二接地發(fā)射電極之間的距離，r為收發(fā) 距，I為偶極子源的電流強度。10. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述相位模塊根據(jù)所述視電阻率數(shù)據(jù)，采用 比值計算視相位數(shù)據(jù)包括： 根據(jù)計算的視電阻率，視相位表示如下：式中，口。*是頻點k的轉(zhuǎn)換視相位，Wk是頻點k的圓頻率，W為圓頻率。
【文檔編號】G01V3/08GK105911595SQ201610069239
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年2月2日
【發(fā)明人】薛國強, 崔江偉, 底青云, 閆述, 陳衛(wèi)營
【申請人】中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所