基于反演模型的大地電磁場(chǎng)靜位移校正方法
【專利摘要】本發(fā)明的一種基于反演模型的大地電磁場(chǎng)靜位移校正方法屬于大地電磁測(cè)深方法中的數(shù)據(jù)處理【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明的校正方法包括如下步驟：在設(shè)計(jì)反演的初始模型中，添加一淺表賦值為廣義靜位移電阻率的高阻體或低阻體，即將存在靜位移測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的模型網(wǎng)格電阻率賦值為廣義靜位移電阻率參與反演，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)校正該測(cè)點(diǎn)的靜位移，得到帶有靜位移校正效果的反演結(jié)果。其中，所述的高阻體的電阻率大于背景電阻率，所述的低阻體的電阻率小于背景電阻率。本發(fā)明的校正方法在三維理論基礎(chǔ)上進(jìn)行大地電磁場(chǎng)靜位移校正，使校正后的結(jié)果更接近于實(shí)際的地下電性結(jié)構(gòu)，信息更加精準(zhǔn)；且通過設(shè)計(jì)初始模型實(shí)現(xiàn)靜位移校正，降低實(shí)施靜校正的復(fù)雜度，并且實(shí)現(xiàn)工作零成本。
【專利說明】基于反演模型的大地電磁場(chǎng)靜位移校正方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及大地電磁測(cè)深方法中的數(shù)據(jù)處理【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種用于校正畸 變場(chǎng)產(chǎn)生的畸變數(shù)據(jù)的大地電磁場(chǎng)靜位移校正方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 大地電磁測(cè)深（MT)以勘探深度大、設(shè)備輕便、數(shù)據(jù)采集成本較低等優(yōu)勢(shì)成為深部 地殼探測(cè)和找礦的重要手段之一。但是，靜位移的存在嚴(yán)重影響了大地電磁測(cè)深（MT)數(shù)據(jù) 的準(zhǔn)確性及應(yīng)用效果。以往認(rèn)為地表淺部二維或三維不均勻體邊界的積累電荷產(chǎn)生的二 次電場(chǎng)導(dǎo)致觀測(cè)的電場(chǎng)分量突變，引起了靜位移現(xiàn)象；由于邊界面積電荷只對(duì)相應(yīng)頻率的 電場(chǎng)產(chǎn)生影響，所以靜位移常表現(xiàn)為視電阻率曲線垂直于頻率軸的明顯的平移，而相位曲 線不會(huì)出現(xiàn)畸變現(xiàn)象；靜位移效應(yīng)直接影響到視電阻率、張量阻抗、電性主軸、二維偏離度 等物理量的計(jì)算，尤其是使視電阻率曲線在頻率-電阻率雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中沿頻率軸發(fā)生畸 變，嚴(yán)重影響了反演及解釋結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0003] 當(dāng)前的靜位移校正方法有以下五種：（1)空間濾波法（Berdichevsky等，1980 ; Sternberg 等，1982 ;Warner 等，1983 ;Bostick，1986 ;Torres Verdin and Bostick，1992 ; 劉俊昌，2011) ; (2)阻抗張量分解法（Groom等，1989;楊生，2002) ; (3)獨(dú)立測(cè)量校正法 (Andrienx 和 Wightman，1984 ;Sternberg 等，1988 ;Pellerin 和 Hohmann，1990 ;Zhang 等， 1995 ;姚治龍等，2001 ;Tripaldi，2010) (4)綜合資料解釋法（Berdichevsky 和 Dmitriev, 1976 ;Larsen，1977 ;Wannamaker 等，1984 ;Jones，1988 ;deGroot_Hedli，1991 ;Smith 和 Booker，1991 ;方文藻，1993 ;Meju，1996 ;王家映，1998 ;于鵬等，2001 ;Y. Sasaki，2006) 和（5)相位校正方法（Berdichevsky 和 Dmitriev，1976;何展翔，1993 ;B.Tournerie 等， 2007)。
[0004] 上述五種靜位移校正方法分別存在一些缺陷和不足：其中，（1)空間濾波法通過 多道測(cè)量獲取平均電場(chǎng)強(qiáng)度，在電場(chǎng)測(cè)量偶極矩大于淺部不均勻體時(shí)非常有效，但是電極 排列方向平行于不均勻體分布時(shí)，該方法無(wú)效，并且該方法成本高、效率較低；（2)阻抗張 量分解法通過分解阻抗張量計(jì)算畸變張量和畸變參數(shù)，當(dāng)不存在感應(yīng)型畸變影響時(shí)，該方 法能較好的恢復(fù)視電阻率曲線，但是該方法的計(jì)算屬欠定問題，不能確定全部畸變參數(shù)； (3)獨(dú)立測(cè)量校正法主要是使用大地電磁測(cè)深（MT)測(cè)點(diǎn)瞬變電磁測(cè)深（TEM)結(jié)果校正畸變 的視電阻率曲線，TEM結(jié)果不受靜位移效應(yīng)影響，但是僅在MT與TEM存在重合頻段時(shí)才能 使用，并且該方法不能用于淺部高阻覆蓋區(qū)；(4)綜合資料解釋法將靜位移校正系數(shù)放入 正演、反演計(jì)算中或者利用先驗(yàn)信息直接給出校正系數(shù)，但是很容易使反演陷入局部極小 而停止計(jì)算，并且需要較多較確切的先驗(yàn)信息；（5)相位校正法利用不受靜位移效應(yīng)影響 的相位，通過鄰點(diǎn)相位轉(zhuǎn)換估算地下電阻率，但是實(shí)際情況較難滿足該方法的要求條件。另 夕卜，靜位移效應(yīng)的出現(xiàn)以及偏移量的大小取決于觀測(cè)點(diǎn)與引起靜位移地質(zhì)體在空間上的相 對(duì)位置和布站參數(shù)等諸多因素。
[0005] 同時(shí)，目前對(duì)靜位移的認(rèn)識(shí)和現(xiàn)有校正方法仍然是以一、二維大地電磁場(chǎng)理論和 假設(shè)條件為基礎(chǔ)，不符合三維靜位移效應(yīng)的定義，因此存在較大的理論缺陷。并且現(xiàn)有方法 均沒有野外實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)（野外勘探實(shí)驗(yàn)，包括參數(shù)實(shí)驗(yàn)和實(shí)際物理模型試驗(yàn)）的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)作 為技術(shù)補(bǔ)充或方法驗(yàn)證的依據(jù)。對(duì)大地電磁測(cè)深觀測(cè)曲線來說，在不了解影響因素的條件 下，無(wú)法判斷出靜位移是否存在以及偏移方向和偏移量的大小，進(jìn)而不可能利用現(xiàn)行校正 方法進(jìn)行完全靜校正。所以，現(xiàn)有方法具有不通用性以及對(duì)改正結(jié)果的不確定性。
[0006] 另外，現(xiàn)有方法均是基于數(shù)據(jù)處理過程的校正方法，方法實(shí)施十分復(fù)雜，而且部分 方法的經(jīng)濟(jì)成本很高，不容易實(shí)現(xiàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于反演模型的大地電磁場(chǎng)靜 位移校正方法。該大地電磁場(chǎng)靜位移校正方法具有如下特點(diǎn)：
[0008] (1)在三維理論基礎(chǔ)上進(jìn)行大地電磁場(chǎng)靜位移校正，使校正后的測(cè)量結(jié)果更接近 于實(shí)際的地下電性結(jié)構(gòu)，信息更加精準(zhǔn)。
[0009] (2)以野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)研究靜位移現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)完整的技術(shù)，并作驗(yàn)證以數(shù)據(jù)反 演解釋過程為平臺(tái)，通過設(shè)計(jì)初始模型實(shí)現(xiàn)靜位移校正，降低實(shí)施靜校正的復(fù)雜度，并且實(shí) 現(xiàn)工作零成本。
[0010] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0011] 一種大地電磁場(chǎng)靜位移校正方法，包括如下步驟：
[0012] 在設(shè)計(jì)反演的初始模型中，添加一淺表具有廣義靜位移電阻率的高阻體或低阻 體參與反演，即將存在靜位移測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的模型網(wǎng)格電阻率賦值為廣義靜位移電阻率參與反 演，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)校正該測(cè)點(diǎn)靜位移的反演結(jié)果；所述的高阻體的電阻率大于背景的電阻率，所 述的低阻體的電阻率小于背景的電阻率。所述的背景為反演初始模型的背景。
[0013] 所述的高阻體或低阻體為不均勻體。
[0014] 一種大地電磁場(chǎng)靜位移校正方法，包括如下步驟：
[0015] S1，通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的視電阻率、阻抗相位和阻抗相位隨頻率的變化趨勢(shì)判斷該測(cè) 點(diǎn)是否存在靜位移；
[0016] S2,如果存在靜位移，則確定廣義靜位移電阻率；
[0017] S3,設(shè)計(jì)反演的初始模型，添加一淺表具有根據(jù)步驟S2中確定的廣義靜位移電阻 率的高阻體或低阻體，將初始模型中對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)電阻率值設(shè)定為廣義靜位移電阻 率，進(jìn)而得到帶有靜位移校正的反演結(jié)果。
[0018] 進(jìn)一步的，所述S1步驟中靜位移存在的確定方法如下：
[0019] 當(dāng)存在靜位移時(shí)，表現(xiàn)在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中視電阻率測(cè)深曲線和相位曲線垂直于頻 率坐標(biāo)軸發(fā)生移動(dòng)，并且位移量與頻率有關(guān)。
[0020] 進(jìn)一步的，所述S2步驟中廣義靜位移電阻率的確定方法如下：
[0021] 如果TE和TM兩種模式的頻率-視電阻率曲線在高頻或全頻段分開，當(dāng)量差小于 零時(shí)，廣義靜位移電阻率應(yīng)小于背景電阻率值；當(dāng)量差大于零時(shí)，廣義靜位移電阻率應(yīng)大于 背景電阻率值。
[0022] 進(jìn)一步的，所述S2步驟中廣義靜位移電阻率的確定方法如下：
[0023] 如果TE和TM兩種模式的頻率-視電阻率曲線在高頻段重合，將兩種模式的阻抗 相位調(diào)至第一象限，當(dāng)相位量差大于零時(shí)，廣義靜位移電阻率應(yīng)大于背景電阻率值；當(dāng)相位 量差小于零時(shí)，廣義靜位移電阻率應(yīng)小于背景電阻率值。
[0024] 進(jìn)一步的，所述S2步驟中廣義靜位移電阻率的確定方法如下：
[0025] 如果TE和TM兩種模式視電阻率、阻抗相位的量差均小于視電阻率或相位的5%， 將兩種模式的阻抗相位調(diào)至第一象限，相位量差隨頻率的降低由負(fù)值向零趨近時(shí)，廣義靜 位移電阻率應(yīng)大于背景電阻率值；當(dāng)相位量差隨頻率的降低由正值向零趨近時(shí)，廣義靜位 移電阻率應(yīng)小于背景電阻率值。
[0026] 靜位移現(xiàn)象使大地電磁測(cè)深觀測(cè)資料出現(xiàn)很強(qiáng)的畸變，在數(shù)據(jù)處理和反演中很可 能造成很大誤差，甚至是錯(cuò)誤，導(dǎo)致錯(cuò)誤的地球物理解釋和地質(zhì)解譯。而以往的校正方法不 能有效、高效的實(shí)現(xiàn)靜位移校正。本發(fā)明提供了一種有效的大地電磁場(chǎng)靜位移校正方法，彌 補(bǔ)了以往校正方法的不足，該方法便于使用，并且沒有任何經(jīng)濟(jì)成本，能夠?qū)崿F(xiàn)大地電磁測(cè) 深數(shù)據(jù)帶靜位移校正反演，從而得到較其他反演結(jié)果更為真實(shí)、準(zhǔn)確的地下電性結(jié)構(gòu)模型， 為地下水資源、地?zé)豳Y源、礦產(chǎn)資源勘查提供更為可靠的地下電性結(jié)構(gòu)分布資料，也能夠?yàn)?深部地球探測(cè)、大陸動(dòng)力學(xué)研究提供更為準(zhǔn)確的信息。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明的大地電磁場(chǎng)靜位移校正方法的流程框圖；
[0028] 圖2a為含背景電阻的基本模型圖；
[0029] 圖2b為在圖2a模型中添加不均勻體后的X方向模型圖；
[0030] 圖2c為在圖2a模型中添加不均勻體后的Y方向模型圖；
[0031] 圖3為不均勻體為高阻時(shí)TE和TM模式視電阻率正演響應(yīng)差異圖，其中，圖中的 " + Λ" ?"等符號(hào)表示淺表不均勻體的電阻率對(duì)數(shù)值；
[0032] 圖3a為TE模式視電阻率標(biāo)準(zhǔn)值與靜位移值的差的關(guān)系圖；
[0033] 圖3b為TM模式視電阻率標(biāo)準(zhǔn)值與靜位移值的差的關(guān)系圖；
[0034] 圖3c為TM與TE模式視電阻率帶靜位移值的差的關(guān)系圖；
[0035] 圖3d為TE模式阻抗相位標(biāo)準(zhǔn)值與靜位移值的差的關(guān)系圖；
[0036] 圖3e TM模式阻抗相位標(biāo)準(zhǔn)值與靜位移值的差的關(guān)系圖；
[0037] 圖3f TM與TE模式阻尼相位帶靜位移值的差的關(guān)系圖；
[0038] 圖4為不均勻體為低阻時(shí)TE和TM模式阻抗相位正演響應(yīng)差異圖，其中，圖中的 " + Λ" ?"等符號(hào)表示淺表不均勻體的電阻率對(duì)數(shù)值；
[0039] 圖4a為TE模式視電阻率標(biāo)準(zhǔn)值與靜位移值的差的關(guān)系圖；
[0040] 圖4b為TM模式視電阻率標(biāo)準(zhǔn)值與靜位移值的差的關(guān)系圖；
[0041] 圖4c為TM與TE模式視電阻率帶靜位移值的差的關(guān)系圖；
[0042] 圖4d為TE模式阻抗相位標(biāo)準(zhǔn)值與靜位移值的差的關(guān)系圖；
[0043] 圖4e為TM模式阻抗相位標(biāo)準(zhǔn)值與靜位移值的差的關(guān)系圖；
[0044] 圖4f為TM與TE模式阻尼相位帶靜位移值的差的關(guān)系圖；
[0045] 圖5為四種電極距觀測(cè)系統(tǒng)圖；
[0046] 圖5a為電極距為8米時(shí)觀測(cè)系統(tǒng)圖；
[0047] 圖5b為電極距為20米時(shí)觀測(cè)系統(tǒng)圖；
[0048] 圖5c為電極距為30米時(shí)觀測(cè)系統(tǒng)圖；
[0049] 圖5d為電極距為40米時(shí)觀測(cè)系統(tǒng)圖；
[0050] 圖6為不均勻體為高阻時(shí)TE和TM模式視電阻率實(shí)測(cè)響應(yīng)差異圖，其中，其中，圖 中的" + "Λ" ?"等符號(hào)表示數(shù)據(jù)采集的電極距；
[0051] 圖6a為TE模式視電阻率標(biāo)準(zhǔn)值與靜位移值的差的關(guān)系圖；
[0052] 圖6b為TM模式視電阻率標(biāo)準(zhǔn)值與靜位移值的差的關(guān)系圖；
[0053] 圖6c為TM與TE模式視電阻率帶靜位移值的差的關(guān)系圖；
[0054] 圖6d為TE模式阻抗相位標(biāo)準(zhǔn)值與靜位移值的差的關(guān)系圖；
[0055] 圖6e為TM模式阻抗相位標(biāo)準(zhǔn)值與靜位移值的差的關(guān)系圖；
[0056] 圖6f為TM與TE模式阻尼相位帶靜位移值的差的關(guān)系圖；
[0057] 圖7為不均勻體為低阻時(shí)TE和TM模式視電阻率實(shí)測(cè)響應(yīng)差異圖，其中，其中，圖 中的" + "Λ" ?"等符號(hào)表示數(shù)據(jù)采集的電極距；
[0058] 圖7a為TE模式視電阻率標(biāo)準(zhǔn)值與靜位移值的差的關(guān)系圖；
[0059] 圖7b為TM模式視電阻率標(biāo)準(zhǔn)值與靜位移值的差的關(guān)系圖；
[0060] 圖7c為TM與TE模式視電阻率帶靜位移值的差的關(guān)系圖；
[0061]圖7d為TE模式阻抗相位標(biāo)準(zhǔn)值與靜位移值的差的關(guān)系圖；
[0062] 圖7e為TM模式阻抗相位標(biāo)準(zhǔn)值與靜位移值的差的關(guān)系圖；
[0063] 圖7f為TM與TE模式阻尼相位帶靜位移值的差的關(guān)系圖；
[0064] 圖8為本發(fā)明的理論驗(yàn)證示例圖；
[0065] 圖8a為基本模型圖；
[0066] 圖8b為帶不均勻體的模型圖；
[0067] 圖8c為一號(hào)點(diǎn)視電阻率的數(shù)據(jù)圖；
[0068] 圖8d為二號(hào)點(diǎn)視電阻率的數(shù)據(jù)圖；
[0069] 圖8e為基本模型正演數(shù)據(jù)的反演結(jié)果的信息圖；
[0070] 圖8f為靜位移數(shù)據(jù)的未校正反演結(jié)果的信息圖；
[0071] 圖8g為靜位移數(shù)據(jù)的校正反演結(jié)果的信息圖；
[0072] 圖9為本發(fā)明的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證示例圖；
[0073] 圖9a為視電阻率的數(shù)據(jù)圖；
[0074] 圖9b為阻抗相位的數(shù)據(jù)圖；
[0075] 圖9c為不帶靜位移校正的反演結(jié)果的信息圖；
[0076] 圖9d為帶有靜位移校正的反演結(jié)果的信息圖。

【具體實(shí)施方式】
[0077] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明：
[0078] -種基于反演模型設(shè)計(jì)的大地電磁場(chǎng)靜位移校正方法，包括如下步驟：
[0079] 在設(shè)計(jì)反演的初始模型中，添加一淺表具有廣義靜位移電阻率的高阻體或低阻 體參與反演，即將存在靜位移測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的模型網(wǎng)格電阻率賦值為廣義靜位移電阻率參與反 演，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)校正該測(cè)點(diǎn)靜位移的反演結(jié)果；所述的高阻體的電阻率大于背景的電阻率，所 述的低阻體的電阻率小于背景的電阻率。其中，所述的高阻體或低阻體為不均勻體。所述 的背景為反演初始模型的背景。
[0080] 進(jìn)一步的，如圖1所示，一種大地電磁場(chǎng)靜位移校正方法，包括如下步驟：
[0081] S1，通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的視電阻率、阻抗相位和阻抗相位隨頻率的變化趨勢(shì)判斷該測(cè) 點(diǎn)是否存在靜位移；
[0082] S2,如果存在靜位移，則確定廣義靜位移電阻率；
[0083] S3,設(shè)計(jì)反演的初始模型，添加一淺表具有根據(jù)步驟S2中確定的廣義靜位移電阻 率的高阻體或低阻體，將初始模型中對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)電阻率值設(shè)定為廣義靜位移電阻 率，進(jìn)而得到帶有靜位移校正的反演結(jié)果。
[0084] 進(jìn)一步的，所述S1步驟中靜位移存在的確定方法如下：
[0085] 當(dāng)存在靜位移時(shí)，表現(xiàn)在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中視電阻率測(cè)深曲線和相位曲線垂直于頻 率坐標(biāo)軸發(fā)生移動(dòng)，并且位移量與頻率有關(guān)。
[0086] 進(jìn)一步的，所述S2步驟中廣義靜位移電阻率的確定方法如下：
[0087] 如果TE和TM兩種模式的頻率-視電阻率曲線在高頻或全頻段分開，當(dāng)量差小于 零時(shí)，廣義靜位移電阻率應(yīng)小于背景電阻率值；當(dāng)量差大于零時(shí)，廣義靜位移電阻率應(yīng)大于 背景電阻率值。
[0088] 進(jìn)一步的，所述S2步驟中廣義靜位移電阻率的確定方法如下：
[0089] 如果TE和TM兩種模式的頻率-視電阻率曲線在高頻段重合，將兩種模式的阻抗 相位調(diào)至第一象限，當(dāng)相位量差大于零時(shí)，廣義靜位移電阻率應(yīng)大于背景電阻率值；當(dāng)相位 量差小于零時(shí)，廣義靜位移電阻率應(yīng)小于背景電阻率值。
[0090] 進(jìn)一步的，所述S2步驟中廣義靜位移電阻率的確定方法如下：
[0091] 如果TE和TM兩種模式視電阻率、阻抗相位的量差均很小難以判斷時(shí)（即視電阻 率、阻抗相位的量差均小于視電阻率或相位的5%時(shí)），將兩種模式的阻抗相位調(diào)至第一象 限，相位量差隨頻率的降低由負(fù)值向零趨近時(shí)，廣義靜位移電阻率應(yīng)大于背景電阻率值；當(dāng) 相位量差隨頻率的降低由正值向零趨近時(shí)時(shí)，廣義靜位移電阻率應(yīng)小于背景電阻率值。
[0092] 該校正方法通過設(shè)計(jì)大地電磁反演解釋的初始模型淺表第一層的網(wǎng)格尺度和電 阻率實(shí)現(xiàn)靜位移校正。初始模型只需設(shè)計(jì)出現(xiàn)靜位移現(xiàn)象的測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格即可。其中， 本發(fā)明技術(shù)方案中使用的一些基本概念的含義如下：
[0093] (1)TE模式：大地電磁場(chǎng)（MT)在二維理論基礎(chǔ)下定義的垂直于測(cè)線的水平電場(chǎng)和 平行于測(cè)線的水平磁場(chǎng)分量組合而成的一組場(chǎng)的分量稱為TE模式分量，而這種組合稱為 TE模式。
[0094] (2)TM模式：大地電磁場(chǎng)（MT)在二維理論基礎(chǔ)下定義的平行于測(cè)線的水平電場(chǎng)和 垂直于測(cè)線的水平磁場(chǎng)分量組合而成的一組場(chǎng)的分量稱為TM模式分量，而這種組合稱為 TM模式。
[0095] (3)視電阻率：反映巖石和礦石導(dǎo)電性變化的參數(shù)，在地下存在多種巖石的情況 下用MT測(cè)得的電阻率，不是某一種巖石的真電阻率。它除受各種巖石電阻率的綜合影響 夕卜，還與巖石、礦石的分布狀態(tài)（包括一些構(gòu)造因素）、電磁場(chǎng)方向等具體情況有關(guān)，所以稱 它為視電阻率。
[0096] (4)阻抗相位：反映巖石和礦石導(dǎo)電性變化的參數(shù)，由電磁場(chǎng)的水平分量求得。
[0097] (5)量差：這里專指某一個(gè)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)中相同頻點(diǎn)的TM模式視電阻率與TE模式 視電阻率的差，或者某一個(gè)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)中相同頻點(diǎn)的TM模式阻抗相位與TE模式阻抗相位 的差。
[0098] (6)廣義靜位移電阻率：靜位移效應(yīng)的影響因素可以簡(jiǎn)化歸結(jié)為反演模型中淺 部網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的電阻率和尺度參數(shù)，在反演模型構(gòu)建過程中，添加一個(gè)淺表的高阻或低阻體 (所謂的高阻或低阻體是相對(duì)于背景而言的）參與反演，即可達(dá)到校正靜位移效應(yīng)的目的， 并且高阻或低阻體的電阻率可以隨意給定，但是須要確定相對(duì)于背景的大小，網(wǎng)格幾何參 數(shù)不需要考慮阻體（或不均勻體）的大小。把這種在反演初始模型中設(shè)計(jì)的電阻率值定義 為廣義靜位移電阻率。
[0099] 為了確定廣義靜位移電阻率，首先要解決一個(gè)基本問題，即靜位移效應(yīng)的影響因 素。
[0100] 1、靜位移效應(yīng)的影響因素
[0101] 影響靜位移現(xiàn)象的因素很多、很復(fù)雜，但大體可分為兩類，即地質(zhì)類因素和觀測(cè)技 術(shù)類因素。
[0102] 地質(zhì)類因素主要包括：（1)地下淺層存在局部不均勻地質(zhì)體，其電阻率與圍巖的 差異、規(guī)模大小、埋藏深度的變化等因素有關(guān)；(2)淺表存在產(chǎn)狀陡峭的淺層斷裂構(gòu)造的 影響。
[0103] 觀測(cè)技術(shù)類因素主要包括：（1)測(cè)量電極距的影響；（2)測(cè)量電極布極方向的影 響；（3)測(cè)量時(shí)間的影響；（4)測(cè)量電極的接地電阻、電極極差的影響；（5)電極與淺層地質(zhì) 體的相對(duì)位置的影響；（6)地形因素的影響。
[0104] 以往認(rèn)為靜位移效應(yīng)由于大地電磁場(chǎng)疊加上一種穩(wěn)態(tài)或似穩(wěn)態(tài)電流場(chǎng)所導(dǎo)致的 結(jié)果，只影響視電阻率曲線。為了深入分析地質(zhì)類因素對(duì)"靜位移效應(yīng)"特征的影響，本發(fā) 明以三維電磁場(chǎng)理論為基礎(chǔ)，將這些影響因素?cái)?shù)值化，并通過MT三維數(shù)值模擬對(duì)大地電磁 場(chǎng)靜位移效應(yīng)進(jìn)行研究，分析各種地質(zhì)因素的變化對(duì)靜位移效應(yīng)特征的影響規(guī)律，總結(jié)這 些因素的改變與各種靜位移效應(yīng)特征的定性和定量關(guān)系，以便建立三維條件下的靜位移校 正方法。通過三維正演模擬發(fā)現(xiàn)，靜位移效應(yīng)對(duì)阻抗相位也會(huì)產(chǎn)生影響，這很可能是因?yàn)椴?均勻體充當(dāng)了畸變界面的角色，而它產(chǎn)生的畸變效應(yīng)不僅影響了電磁波產(chǎn)生的總場(chǎng)強(qiáng)度， 也影響了電磁波的波形。
[0105] 為了深入分析觀測(cè)技術(shù)類因素對(duì)"靜位移效應(yīng)"特征的影響，本發(fā)明以野外勘探 實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，將這些影響因素量化到測(cè)量參數(shù)中，通過不斷改變測(cè)量參數(shù)和淺表不均勻體 (靜位移現(xiàn)象的主要產(chǎn)生原因）的電阻率進(jìn)行研究，分析各種測(cè)量因素的變化對(duì)靜位移效 應(yīng)特征的影響規(guī)律，總結(jié)這些因素的改變與各種靜位移效應(yīng)特征的定性和定量關(guān)系，以便 建立三維條件下的靜位移校正方法。發(fā)現(xiàn)靜位移效應(yīng)對(duì)阻抗相位也會(huì)產(chǎn)生影響。
[0106] 因此，當(dāng)存在靜位移效應(yīng)時(shí)，其特征也主要表現(xiàn)在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中視電阻率測(cè)深 曲線和相位曲線垂直于頻率坐標(biāo)軸發(fā)生移動(dòng)，并且位移量與頻率有關(guān)，也就是說不同頻率 的移動(dòng)變化量不同。
[0107] 2、地質(zhì)類因素產(chǎn)生的靜位移現(xiàn)象示例
[0108] 淺層不均勻體一直以來被認(rèn)為是產(chǎn)生靜位移的主要原因，在此將淺層不均勻體 的概念細(xì)化，表示為地下淺表的三維電性異常體。
[0109] 如圖2a所示，建立背景電阻率為100歐姆米的地下均勻半空間模型；如圖2b和2c 所示，在圖2a所示模型中添加不均勻體，電阻率在1-10000歐姆米范圍內(nèi)變化，大小為4m * 4m * 4m，地表出露。其中，約定平行于地表的南北向和東西向分別為X方向和Y方向。
[0110] 圖3為不均勻體為高阻時(shí)TE和TM模式視電阻率正演響應(yīng)差異圖，其中，圖中的 "+〃〇〃 Λ 〃?"等符號(hào)表示淺表不均勻體的電阻率對(duì)數(shù)值。
[0111] 圖4為不均勻體為低阻時(shí)ΤΕ和ΤΜ模式阻抗相位正演響應(yīng)差異圖，其中，圖中的 " + Λ" ?"等符號(hào)表示淺表不均勻體的電阻率對(duì)數(shù)值。
[0112] 如圖3a、3b、3c、3d、3e、3f、4a、4b、4c、4d、4e和圖4f所示，通過三維正演模擬，在 320-1赫茲的頻率范圍內(nèi)分別得到不同模式異常響應(yīng)的差異關(guān)系曲線。
[0113] 由圖3和圖4可見，當(dāng)淺表不均勻體電阻率值與背景不同時(shí)，由畸變場(chǎng)得到的視 電阻率量差（TM模式異常值：TM模式正常值與TM模式靜位移值的差；TE模式異常值：TE模 式正常值與TE模式靜位移值的差；量差：TM模式異常值與TE模式異常值的差）和阻抗相 位量差均不相同，電阻率（對(duì)數(shù)）差異越大，視電阻率（對(duì)數(shù)）、阻抗相位的量差越大，并且 這種關(guān)系服從非線性規(guī)律。此外，量差的變化與頻率有關(guān)。其他因素的靜位移現(xiàn)象也有相 似結(jié)果。
[0114] 3、觀測(cè)技術(shù)類因素產(chǎn)生的靜位移現(xiàn)象示例
[0115] 如圖5所示，野外觀測(cè)實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)四種電極距觀測(cè)系統(tǒng)，其中，圖5a、圖5b、圖5c 和圖5d的電極距分別為8米、20米、30米和40米。首先測(cè)量沒有不均勻體時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù) (通過計(jì)算得到視電阻率和阻抗相位），然后埋入電阻體或者電導(dǎo)體（4米X4米X4米，電 阻率分別為1000000歐姆米和1歐姆米。測(cè)點(diǎn)的地下真實(shí)電阻率變化范圍約為10-100歐 姆米。
[0116] 圖6為不均勻體為高阻時(shí)TE和TM模式視電阻率實(shí)測(cè)響應(yīng)差異圖，其中，其中，圖 中的" + "Λ" ?"等符號(hào)表示數(shù)據(jù)采集的電極距（即8、20、30、40米）。
[0117] 圖7為不均勻體為低阻時(shí)TE和TM模式視電阻率實(shí)測(cè)響應(yīng)差異圖，其中，其中，圖 中的"+〃〇〃 Λ" ?"等符號(hào)表示淺表數(shù)據(jù)采集的電極距（即8、20、30、40米）。
[0118] 如圖 6a、6b、6c、6d、6e、6f、7a、7b、7c、7d、7e 和圖 7f 所示，頻率-視電阻率（阻抗 相位）曲線隨偶極距的變化。
[0119] 由圖6和圖7可見，不同模式視電阻率和阻抗相位的靜位移量（標(biāo)準(zhǔn)值與帶有靜 位移現(xiàn)象的畸變值之差）和量差隨靜位移的影響因素變化而變化，并且隨頻率明顯變化。 其他因素的靜位移現(xiàn)象也有相似結(jié)果。
[0120] 4、判定廣義靜位移電阻率
[0121] 由理論模擬和野外實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可知，所有因素對(duì)靜位移現(xiàn)象的影響有一個(gè)共同的 特征：當(dāng)淺表不均勻體為高阻（或可等效為高阻不均勻體）時(shí)，視電阻率量差（總體上）大 于零，阻抗相位（總體上）小于零，阻抗相位量差值隨頻率的降低由負(fù)數(shù)增大至〇;當(dāng)淺表 不均勻體為低阻（或可等效為低阻不均勻體）時(shí)，視電阻率量差（總體上）小于零，阻抗相 位（總體上）大于零，阻抗相位量差值隨頻率的降低由正數(shù)減小至0。
[0122] 雖然靜位移現(xiàn)象的影響因素十分復(fù)雜，但是全部都可以歸結(jié)為電阻率數(shù)值這一種 變化因素上，因此，可以通過在反演的初始模型中設(shè)計(jì)廣義靜位移電阻率實(shí)現(xiàn)靜校正。
[0123] 可以依據(jù)下列步驟對(duì)廣義靜位移電阻率進(jìn)行判定
[0124] (1)如果TE和TM兩種模式的頻率-視電阻率曲線在高頻或全頻段分開，當(dāng)量差小 于零時(shí)，廣義靜位移電阻率應(yīng)小于背景電阻率值；當(dāng)量差大于零時(shí)，廣義靜位移電阻率應(yīng)大 于背景電阻率值。
[0125] (2)如果TE和TM兩種模式的頻率-視電阻率曲線高頻段重合，將兩種模式的阻抗 相位調(diào)至第一象限，當(dāng)相位量差大于零時(shí)，廣義靜位移電阻率應(yīng)大于背景電阻率值；當(dāng)相位 量差小于零時(shí)，廣義靜位移電阻率應(yīng)小于背景電阻率值。
[0126] (3)如果TE和TM兩種模式視電阻率、阻抗相位的量差均很小難以判斷，將兩種模 式的阻抗相位調(diào)至第一象限，相位量差隨頻率的降低由負(fù)值向零趨近時(shí)，廣義靜位移電阻 率應(yīng)大于背景電阻率值；當(dāng)相位量差隨頻率的降低由正值向零趨近時(shí)時(shí)，廣義靜位移電阻 率應(yīng)小于背景電阻率值。
[0127] 因此，在反演模型構(gòu)建過程中，添加一個(gè)淺表的高阻或低阻體（即設(shè)計(jì)淺表網(wǎng)格 賦值為廣義靜位移電阻率）參與反演，即可達(dá)到校正該測(cè)點(diǎn)靜位移效應(yīng)的目的。
[0128] 本發(fā)明的技術(shù)方案產(chǎn)生了明顯的技術(shù)效果，并經(jīng)過了理論數(shù)據(jù)驗(yàn)證方法和實(shí)測(cè)數(shù) 據(jù)驗(yàn)證方法的有效性驗(yàn)證，具體如下：
[0129] 圖8為本發(fā)明技術(shù)方案理論數(shù)據(jù)驗(yàn)證方法有效性的示例，圖8a為兩個(gè)異常體的基 本模型，圖8b為添加淺表兩個(gè)不均勻體（一號(hào)點(diǎn)和二號(hào)點(diǎn)）的模型，如圖8c和圖8d所不， 分別進(jìn)行正演模擬得到理論視電阻率和阻抗相位數(shù)據(jù)，帶有靜位移的視電阻率數(shù)據(jù)。在本 發(fā)明的靜位移校正方法指導(dǎo)下，根據(jù)廣義靜位移電阻率概念和判斷依據(jù)對(duì)一號(hào)點(diǎn)和二號(hào)點(diǎn) 的初始模型進(jìn)行重構(gòu)，如圖8g所示，得到了帶有靜位移校正的反演結(jié)果，如圖8e和圖8f所 示，分別與基本模型反演結(jié)果和未校正反演結(jié)果進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，校正的反演結(jié)果（如圖8g 所示）與真實(shí)反演結(jié)果（如圖8e所示）一致性很好，而未校正的反演結(jié)果（如圖8f所示） 沒有準(zhǔn)確反映地下電性結(jié)構(gòu)，并且可能會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的解釋。
[0130] 圖9為本發(fā)明技術(shù)方案實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證方法有效性的示例，通過分析發(fā)現(xiàn)帶有靜位 移的視電阻率數(shù)據(jù)如圖9a和圖9b所示。在本發(fā)明的靜位移校正方法指導(dǎo)下，根據(jù)廣義靜 位移電阻率概念和判斷依據(jù)對(duì)帶有靜位移的測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的的初始模型網(wǎng)格進(jìn)行重構(gòu)，得到了 帶有靜位移校正的反演結(jié)果（如圖9d所示），與未校正反演結(jié)果（如圖9c所示）和該地 區(qū)已知的地質(zhì)信息以及地球物理信息進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，校正的反演結(jié)果（如圖9d所示）更接 近真實(shí)的地下電阻率分布結(jié)構(gòu)，例如更加清晰的地下淺表低阻層和深部高阻層（深度范圍 300-500米，橫向范圍300-2300米）。而未校正的反演結(jié)果（如圖9c所示）沒有準(zhǔn)確反映 地下電性結(jié)構(gòu)，很可能會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的解釋。
[0131] 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范 圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于反演模型的大地電磁場(chǎng)靜位移校正方法，其特征在于，包括如下步驟： 在設(shè)計(jì)反演的初始模型中，添加一淺表賦值為廣義靜位移電阻率的高阻體或低阻體參 與反演，即將存在靜位移測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的模型網(wǎng)格電阻率賦值為廣義靜位移電阻率參與反演， 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)校正對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)靜位移的反演結(jié)果；所述的高阻體的電阻率大于背景的電阻率，所 述的低阻體的電阻率小于背景的電阻率，所述的背景為反演初始模型的背景。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大地電磁場(chǎng)靜位移校正方法，其特征在于，所述的高阻體或 低阻體為不均勻體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大地電磁場(chǎng)靜位移校正方法，其特征在于，包括如下步 驟： S1，通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的視電阻率、阻抗相位和阻抗相位隨頻率的變化趨勢(shì)判斷該測(cè)點(diǎn)是 否存在靜位移； 52, 如果存在靜位移，則確定廣義靜位移電阻率； 53, 設(shè)計(jì)反演的初始模型，添加一淺表具有根據(jù)步驟S2中確定的廣義靜位移電阻率的 高阻體或低阻體，將初始模型中對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)電阻率值設(shè)定為廣義靜位移電阻率， 進(jìn)而得到帶有靜位移校正的反演結(jié)果。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的大地電磁場(chǎng)靜位移校正方法，其特征在于，所述S1步驟中靜 位移存在的確定方法如下： 當(dāng)存在靜位移時(shí)，表現(xiàn)在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中視電阻率測(cè)深曲線和相位曲線垂直于頻率坐 標(biāo)軸發(fā)生移動(dòng)，并且位移量與頻率有關(guān)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的大地電磁場(chǎng)靜位移校正方法，其特征在于，所述S2步驟中廣 義靜位移電阻率的確定方法如下： 如果TE和TM兩種模式的頻率-視電阻率曲線在高頻或全頻段分開，當(dāng)量差小于零時(shí)， 廣義靜位移電阻率應(yīng)小于背景電阻率值；當(dāng)量差大于零時(shí)，廣義靜位移電阻率應(yīng)大于背景 電阻率值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的大地電磁場(chǎng)靜位移校正方法，其特征在于，所述S2步驟中廣 義靜位移電阻率的確定方法如下： 如果TE和TM兩種模式的頻率-視電阻率曲線在高頻段重合，將兩種模式的阻抗相位 調(diào)至第一象限，當(dāng)相位量差大于零時(shí)，廣義靜位移電阻率應(yīng)大于背景電阻率值；當(dāng)相位量差 小于零時(shí)，廣義靜位移電阻率應(yīng)小于背景電阻率值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的大地電磁場(chǎng)靜位移校正方法，其特征在于，所述S2步驟中廣 義靜位移電阻率的確定方法如下： 如果TE和TM兩種模式視電阻率、阻抗相位的量差均小于視電阻率或相位的5%，將兩 種模式的阻抗相位調(diào)至第一象限，相位量差隨頻率的降低由負(fù)值向零趨近時(shí)，廣義靜位移 電阻率應(yīng)大于背景電阻率值；當(dāng)相位量差隨頻率的降低由正值向零趨近時(shí)時(shí)，廣義靜位移 電阻率應(yīng)小于背景電阻率值。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104267443SQ201410542158
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月22日
【發(fā)明者】張昆, 呂慶田, 魏文博, 董浩, 嚴(yán)加永, 王華鋒, 張亞偉, 屈栓柱, 唐寶山 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所, 張昆