一種計(jì)算發(fā)射源姿態(tài)改變引起的電磁響應(yīng)誤差的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于地球物理勘測(cè)領(lǐng)域，具體為海洋可控源電磁勘探領(lǐng)域，涉及一種發(fā)射 源姿態(tài)改變引起的可控源海洋電磁響應(yīng)誤差的計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 海洋可控源電磁法具有能夠區(qū)分深水區(qū)圈閉內(nèi)油水性質(zhì)以及揭露火山巖覆蓋下 的"高阻體"的特點(diǎn)，在降低深水油氣勘探風(fēng)險(xiǎn)、減少多解性方面起到了重要作用，已成為發(fā) 達(dá)國家進(jìn)行深水油氣勘探的重要手段。目前，無論是學(xué)術(shù)研宄還是實(shí)際數(shù)據(jù)處理中，大都基 于海底水平發(fā)射偶極的假設(shè)。實(shí)際深水海洋環(huán)境是復(fù)雜多變的，海底存在著由內(nèi)波、潮流等 導(dǎo)致的海底洋流。海洋電磁勘探中發(fā)射源的長度為100-300米，在強(qiáng)海底流場(chǎng)的作用下其 姿態(tài)很難保持理想的水平狀態(tài)。發(fā)射源姿態(tài)的變化，必然會(huì)影響到測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量，從而影 響對(duì)地下電性結(jié)構(gòu)的解釋，這種解釋上很小的偏差，都可能造成勘探的失誤。因此，研宄發(fā) 射源姿態(tài)對(duì)電磁響應(yīng)的影響是非常必要的。
[0003] 發(fā)射源方向?qū)Ｑ罂煽卦措姶趴碧接绊懛矫娴难绣常加谏鲜兰o(jì)八十年代。Chave 和Cox(1982)給出了海洋可控源一維層狀模型的正演算法，并指出用水平電偶極源獲得 的數(shù)據(jù)質(zhì)量比垂直電偶極源要好很多。Key(2009)通過一維正反演計(jì)算，研宄了 Inline、 Broadside和Vertical三個(gè)方向的發(fā)射源產(chǎn)生的電磁場(chǎng)分布特征及反演結(jié)果，最后指出 Inline方向的發(fā)射源得到的正演數(shù)據(jù)和反演結(jié)果最好，Broadside方向的次之，Vertical 方向的最差，后兩種情況不能準(zhǔn)確給出地下介質(zhì)的電阻率分布。以上文章對(duì)發(fā)射源的方向 有嚴(yán)格的限制，為了體現(xiàn)發(fā)射源方向的任意性，劉云鶴等（2012)將發(fā)射源姿態(tài)的改變分解 為水平擺動(dòng)、傾斜和水平旋轉(zhuǎn)三種形式的組合，利用歐拉旋轉(zhuǎn)將發(fā)射源由源坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到 地球坐標(biāo)系，研宄了發(fā)射源姿態(tài)改變?cè)斐珊Ｑ箅姶庞^測(cè)數(shù)據(jù)的誤差分布特征，最后得出發(fā) 射源姿態(tài)改變會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)產(chǎn)生畸變。但是文章仍然局限于對(duì)一維層狀模型的研宄。發(fā)射源 姿態(tài)是在三維空間中變化的，而且海底地質(zhì)構(gòu)造和地層電導(dǎo)率都具有復(fù)雜空間變化特征， 用一維模擬往往難以有效描述電磁場(chǎng)的異常規(guī)律。因此，為了準(zhǔn)確地描述發(fā)射源姿態(tài)改變 對(duì)電磁響應(yīng)的影響，有必要發(fā)展二維計(jì)算方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足及問題，本發(fā)明提供了一種發(fā)射源姿態(tài)改變引起的可控源海 洋電磁響應(yīng)誤差的計(jì)算方法，可以快速準(zhǔn)確地評(píng)估發(fā)射源姿態(tài)改變對(duì)二維可控源海洋電磁 響應(yīng)的影響。
[0005] 依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，發(fā)射源姿態(tài)改變引起的可控源海洋電磁響應(yīng)誤差的計(jì)算 方法，具體包括以下步驟：
[0006] 1)獲取地球物理模型、發(fā)射源參數(shù)和觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)；
[0007] 2)利用歐拉旋轉(zhuǎn)和矩陣變換將任意姿態(tài)發(fā)射源轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的計(jì)算坐標(biāo)系中的等 效電偶極子源；
[0008] 3)通過對(duì)構(gòu)造走向進(jìn)行Fourier變換，將全三維電磁問題轉(zhuǎn)化為二維問題，導(dǎo)出 適用于任意方向電偶極子的波數(shù)域電磁場(chǎng)方程；
[0009] 4)在y-ζ平面內(nèi)采用有限元方法求解該方程，利用Fourier逆變換得到空間域海 洋電磁響應(yīng)；
[0010] 5)計(jì)算由發(fā)射源姿態(tài)偏轉(zhuǎn)引起的海洋電磁響應(yīng)的誤差。
[0011] 步驟1)中獲取地球物理模型、發(fā)射源參數(shù)和觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)包括：
[0012] 獲取海水和海底各個(gè)地層的物理參數(shù)包括電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率，并把各個(gè)地層的物理 參數(shù)按網(wǎng)格間距網(wǎng)格化，形成網(wǎng)格化數(shù)據(jù)文件作為輸入數(shù)據(jù)；
[0013] 獲取發(fā)射源參數(shù)包括發(fā)射源頻率、長度、位置坐標(biāo)和監(jiān)測(cè)到的發(fā)射源的實(shí)時(shí)姿態(tài) 特征；
[0014] 獲取觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)包括觀測(cè)范圍和點(diǎn)間距。
[0015] 優(yōu)選地，發(fā)射源姿態(tài)的改變分為三種基本類型：水平擺動(dòng)、傾斜和水平旋轉(zhuǎn)。任意 發(fā)射源姿態(tài)可分解水平擺動(dòng)、傾斜和水平旋轉(zhuǎn)三種基本形式的組合。
[0016] 優(yōu)選地，利用歐拉旋轉(zhuǎn)和矩陣變換，將其轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)地球坐標(biāo)系中的等效電偶極 子分布；
[0017] Vr = DaDpDyV
[0018] 其中，ν'和V分別為發(fā)射源在計(jì)算坐標(biāo)和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)中的偶極矩；Da，De，D y分別 為發(fā)射源水平擺動(dòng)、傾斜和水平旋轉(zhuǎn)時(shí)分別對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)矩陣。
[0019] 另外，通過對(duì)構(gòu)造走向進(jìn)行Fourier變換，將全三維電磁問題轉(zhuǎn)化為二維問題，導(dǎo) 出適用于任意方向電偶極子的波數(shù)域電磁場(chǎng)方程的步驟，包括：
[0020] 通過沿構(gòu)造走向把Maxwell方程組進(jìn)行Fourier變換，將全三維電磁問題轉(zhuǎn)化為 二維問題，導(dǎo)出適用于任意方向電偶極子的波數(shù)域電磁場(chǎng)方程：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種計(jì)算發(fā)射源姿態(tài)改變引起的電磁響應(yīng)誤差的方法，其特征在于，所述方法采用 W下步驟： 1) 獲取地球物理模型、發(fā)射源參數(shù)和觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)； 2) 利用歐拉旋轉(zhuǎn)和矩陣變換將任意姿態(tài)發(fā)射源轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的計(jì)算坐標(biāo)系中的等效電 偶極子源； 3) 通過對(duì)構(gòu)造走向進(jìn)行化urier變換，將全S維電磁問題轉(zhuǎn)化為二維問題，導(dǎo)出適用 于任意方向電偶極子的波數(shù)域電磁場(chǎng)方程； 4) 在y-z平面內(nèi)采用有限元方法求解該方程，利用Fourier逆變換得到空間域海洋電 磁響應(yīng)； 5) 計(jì)算由發(fā)射源姿態(tài)偏轉(zhuǎn)引起的海洋電磁響應(yīng)的誤差。
2. 如權(quán)利要求1所述的計(jì)算發(fā)射源姿態(tài)改變引起的電磁響應(yīng)誤差的方法，其特征在 于，步驟1)中獲取地球物理模型、發(fā)射源參數(shù)和觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)包括： 獲取海水和海底各個(gè)地層的物理參數(shù)包括電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率，并把各個(gè)地層的物理參數(shù) 按網(wǎng)格間距網(wǎng)格化，形成網(wǎng)格化數(shù)據(jù)文件作為輸入數(shù)據(jù)； 獲取發(fā)射源參數(shù)包括發(fā)射源頻率、長度、位置坐標(biāo)和監(jiān)測(cè)到的發(fā)射源的實(shí)時(shí)姿態(tài)特 征； 獲取觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)包括觀測(cè)范圍和點(diǎn)間距。
3. 如權(quán)利要求1所述的計(jì)算發(fā)射源姿態(tài)改變引起的電磁響應(yīng)誤差的方法，其特征在 于，發(fā)射源姿態(tài)可分解水平擺動(dòng)、傾斜和水平旋轉(zhuǎn)=種基本形式的組合。
4. 如權(quán)利要求1所述的計(jì)算發(fā)射源姿態(tài)改變引起的電磁響應(yīng)誤差的方法，其特征在 于，利用歐拉旋轉(zhuǎn)和矩陣變換，將監(jiān)測(cè)到的發(fā)射源姿態(tài)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)地球坐標(biāo)系中的等效電 偶極子分布； V' =0。0日D丫 V 其中，V'和V分別為發(fā)射源在計(jì)算坐標(biāo)和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)中的偶極矩；D。，Dp，D,分別為發(fā) 射源水平擺動(dòng)、傾斜和水平旋轉(zhuǎn)時(shí)分別對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)矩陣。
5. 如權(quán)利要求1所述的計(jì)算發(fā)射源姿態(tài)改變引起的電磁響應(yīng)誤差的方法，其特征在 于，通過對(duì)構(gòu)造走向進(jìn)行化urier變換，將全S維電磁問題轉(zhuǎn)化為二維問題，導(dǎo)出適用于任 意方向電偶極子的波數(shù)域電磁場(chǎng)方程的步驟，包括： 通過沿構(gòu)造走向把Maxwell方程組進(jìn)行化urier變換，將全S維電磁問題轉(zhuǎn)化為二維 問題，導(dǎo)出適用于任意方向電偶極子的波數(shù)域電磁場(chǎng)方程：
其中心為X方向上的電場(chǎng)和磁場(chǎng)，0為模型電阻率，Op為主場(chǎng)的電阻率，0 s = 。-Op,。k為波數(shù)，《為角頻率，y。為磁導(dǎo)率，7叫;-鄉(xiāng)。。。每，與，巧為主場(chǎng)立個(gè)方向的電 場(chǎng)； 該里主場(chǎng)=個(gè)方向的電場(chǎng)&，巧，巧體現(xiàn)了發(fā)射源的方向。按照權(quán)利2所述的方法，得到
計(jì)算坐標(biāo)中的等效電偶極子源V'之后，將其代入到程序DipolelD中計(jì)算g，巧，巧，該樣做 有利于提高整體計(jì)算效率和計(jì)算精度。
6. 如權(quán)利要求1所述的計(jì)算發(fā)射源姿態(tài)改變引起的電磁響應(yīng)誤差的方法，其特征在 于，計(jì)算由發(fā)射源姿態(tài)偏轉(zhuǎn)引起的海洋電磁響應(yīng)的誤差的步驟，包括： 發(fā)射源姿態(tài)改變（偏離水平位置）之后的電場(chǎng)由S部分；X方向源，Y方向源和Z方向 源在該處產(chǎn)生的電場(chǎng)，疊加而成，WEi'為例： Ex - Ex,邸d-x+Ex，皿D-y+Ex,v邸 其中E,'發(fā)射源姿態(tài)改變之后得到的X方向的電場(chǎng)分量，E^HED_y，Ey,HED_y，胃?在上述 基礎(chǔ)之上，計(jì)算權(quán)利2所述接收系統(tǒng)接收的電磁響應(yīng)。
7. 如權(quán)利要求6所述的計(jì)算發(fā)射源姿態(tài)改變引起的電磁響應(yīng)誤差的方法，其特征在 于，進(jìn)一步包括： 由發(fā)射源姿態(tài)改變引起的電磁響應(yīng)誤差是；發(fā)射源改變之后的電場(chǎng)相對(duì)于改變之前電 場(chǎng)的相對(duì)變化率。即：
其中Eph。分別表示振幅誤差和相位誤差。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種計(jì)算發(fā)射源姿態(tài)改變引起的電磁響應(yīng)誤差的方法，其利用歐拉旋轉(zhuǎn)和矩陣變換將任意姿態(tài)發(fā)射源轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的計(jì)算坐標(biāo)系中的等效電偶極子源；通過對(duì)構(gòu)造走向進(jìn)行Fourier變換，將全三維電磁問題轉(zhuǎn)化為二維問題，導(dǎo)出適用于任意方向電偶極子的波數(shù)域電磁場(chǎng)方程；在y-z平面內(nèi)采用有限元方法求解該方程，利用Fourier逆變換得到空間域海洋電磁響應(yīng)；最后計(jì)算由發(fā)射源姿態(tài)偏轉(zhuǎn)引起的海洋電磁響應(yīng)的誤差。本發(fā)明針對(duì)海洋可控源電磁勘探中發(fā)射源姿態(tài)在底流作用下發(fā)生改變的情況，提供了一種計(jì)算發(fā)射源姿態(tài)改變引起的電磁響應(yīng)誤差的方法，為實(shí)際海洋可控源電磁觀測(cè)時(shí)分析和校正發(fā)射源姿態(tài)變化引起的數(shù)據(jù)誤差提供指導(dǎo)，以提高海洋可控源電磁探測(cè)的精度。
【IPC分類】G06F17-50
【公開號(hào)】CN104598672
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410836759
【發(fā)明人】姬莉莉, 郝天珧, 徐亞, 黃松
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所
【公開日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2014年12月30日