一种地‑井电性源短偏移距瞬变电磁探测方法技术

本发明专利技术公开了一种地‑井电性源短偏移距瞬变电磁探测方法，属于矿产资源地球物理勘探技术领域。目的是提出一种在地面发射、地下接收的新型电性源瞬变电磁工作方法。具体包括：地面多辐射源布置；井中瞬变信号接收；模拟信号分析处理。以解决现有技术电性源短偏移距瞬变电磁法工作空间主要为地面，当地表存在较厚低阻覆盖层或电磁干扰较大时，地面发射、观测的工作模式对深部目标体的探测效果通常较差的问题。本发明专利技术的方法在矿产资源地球物理勘探中有较好的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种地-井电性源短偏移距瞬变电磁探测方法
本专利技术具体涉及一种地-井电性源短偏移距瞬变电磁探测方法，属于矿产资源地球物理勘探

技术介绍
电性源短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)是一种具有较大探测深度的人工源电磁法，目前其工作空间主要为地面。当地表存在较厚低阻覆盖层或电磁干扰较大时，地面发射、观测的工作模式对深部目标体的探测效果通常较差。瞬变电磁法(Transientelectromagneticmethod，TEM)的工作空间可以是空中、地面和地下。一般来讲，地下瞬变电磁法的探测精度较高、探测深度相对较大。这是由于接收点离地下目标体更近，由目标体引起的异常受其他地层的影响更小因而更加明显；并且接收点位于地下，有效避免了地表存在的各种电磁干扰及低阻覆盖层的影响，使信号质量更高、穿透深度更大。因此，地面发射、地下接收的地-井瞬变电磁法装置在解决深部盲矿探测领域可发挥重要的作用。目前的地-井瞬变电磁法主要以地面回线为发射源(磁性源)，在钻孔内用探头测量瞬变信号，然后通过分析、处理观测到的瞬变信号提取目标体的电性和几何信息。该装置类型最早产生于上世纪七十年代，并在八十年代得到深入广泛的研究和应用，尤其是在加拿大、澳大利亚和前苏联等国家，利用地-井瞬变电磁法进行深部找矿取得了丰硕的成果。同时，专门用于或者具备井中观测的瞬变电磁仪也得到了快速发展，代表性的有加拿大CRONE公司研制的PEM瞬变电磁系统、加拿大GEONICS公司生产的PROTEM系列瞬变电磁仪以及澳大利亚CSIRO研制的SIROTEM系统。我国于上世纪八十年代开始地-井瞬变电磁法的研究和应用，其中地质科学院物化探研究所在此方面做了大量的工作。近些年随着国外仪器设备的不断涌入、理论研究的逐渐成熟以及在危机矿山接替资源的紧迫要求下，地-井瞬变电磁法越来越受到国内的重视，针对方法理论和应用效果的研究逐渐多了起来。但是整体来看，我国对于地-井瞬变电磁法的研究和应用程度及范围仍非常有限。在瞬变电磁法中，还有一种广泛利用的发射源形式是长接地导线(电性源)。根据偏移距与探测深度之间的关系，可以将地面电性源瞬变电磁分为长偏移距模式(LOTEM)和短偏移距(SOTEM)模式。其中，SOTEM由于采用较小的偏移距观测，具有探测精度高、施工高效等优点，已在深部矿产勘探、水文地质调查等领域发挥了重要作用。相较于回线源，电性源在地下可激发水平向和垂直向的感应电流，这就导致了电性源瞬变电磁对低阻和高阻都具有较高的灵敏度。目前，电性源瞬变电磁法不仅实现了地面工作形式，还形成了地面发射、空中接收的半航空瞬变电磁法，而且在海洋环境中也得到广泛应用。然而，唯独地下空间的研究和应用没有涉及。
技术实现思路
因此，本专利技术目的是提出一种在地面发射、地下接收的新型电性源瞬变电磁工作方法。本专利技术的方法包括以下步骤：步骤一地面多辐射源布置；步骤二井中瞬变信号接收；步骤三实测信号分析处理；采用一维OCCAM反演算法对井中信号进行处理，一维OCCAM反演算法具体为：设模型向量和数据向量的个数分别为N和M，目标函数如公式一所示；式中，m＝(m1,m2,...,mN)代表模型参数向量，d＝(d1,d2,...,dM)代表数据向量，W＝diag(1/δ1,1/δ2,...,1/δM)为误差加权矩阵，1/δi为各个数据点的方差，F表示正演算子，表示目标拟合残差，代表粗糙度矩阵；对于某个模型参数mk，应用泰勒定理，局部近似式如公式二所示；F(mk+Δm)≈F(mk)+J(mk)Δm(公式二)其中，J(mk)为雅可比矩阵，根据公式二，将最小化目标函数问题转化为如公式三所示；式中，mk+1＝mk+Δm，在每一个模型迭代步中，J(mk)和为已知，公式三为正则化线性最小二乘问题，若系数矩阵为满秩，则解如公式四所示；在每一迭代步中，利用一维线性搜索法求得使解的拟合残差χ2小于目标拟合残差的最大拉格朗日因子μ，求解得到满足的拉格朗日因子，得到最终模型。进一步的，所述方法中步骤一具体为：发射源布置于距观测钻孔500米范围以内的区域，发射源长度长0.5km至2km，利用大功率发电机供以10—50A的矩形双极性阶跃电流，在钻孔四周不同方位布设多个辅助发射源，依次观测发射源及辅助发射源产生的响应。进一步的，所述方法中步骤二具体为：利用井中探头，在钻孔中由浅及深逐个位置进行信号接收，采用三分量探头，接收x、y、z三个方向的感应电动势。为判断目标体的电性特征和其大概位置，进一步的，所述方法中步骤二还包括：将仪器记录的衰减信号，按照钻孔编号及深度位置归类，并按不同时间道摘取数据，绘制井中响应剖面图。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供一种地-井电性源短偏移距瞬变电磁探测方法，实现了电性源瞬变电磁法在地下空间中的应用。采用一维OCCAM反演技术对井中信号进行处理解释。选取静态响应作为反演目标函数，选择最佳观测时刻的静态响应不仅可以减少反演的计算量还可以有效避免过早及过晚时刻电磁场扩散特性不同带来的差异。在矿产资源地球物理勘探中有较好的效果。附图说明图1为实施例1中地井SOTEM工作示意图；图2为实施例1中井中垂直感应电动势响应剖面图；图3为实施例2中井中实测不同深度处的感应电压曲线图；图4为实施例2中实测数据一维反演结果图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行说明：实施例1在本实施例中，地-井电性源短偏移距瞬变电磁探测方法主要步骤为：步骤一：地面多辐射源布置采用长接地导线源发射，可提供较大的发射磁矩和较慢的地下衰减信号，有利于大深度目标体的探测。为确保深部信号强度、减小体积效应，发射源一般布置于距观测钻孔500米范围以内的区域，发射源长度一般长0.5—2km，利用大功率发电机供以10—50A的矩形双极性阶跃电流，如图1所示，图中1为钻孔，2为探头，3为矿体，4为发射波形。同时，为了得到地下目标体与发射源的最佳耦合，获得更多的异常体信息，在钻孔四周不同方位布设多个辅助发射源，依次观测不同发射源产生的响应。步骤二：井中瞬变信号接收：利用井中专用探头，在钻孔中由浅及深逐个位置进行信号接收。可采用三分量探头，接收x、y、z三个方向的感应电动势。将仪器记录的衰减信号，按照钻孔编号及深度位置归类，并按不同时间道摘取数据，绘制如图2所示的井中响应剖面图。图2为均匀半空间模型内存在高阻目标体时，在不同井位观测到的10ms时刻的垂直磁场感应电动势曲线。通过分析响应剖面的变化趋势，并结合发射源和钻井的相对位置，便可以判断目标体的电性特征和其大概位置。步骤3：实测信号分析处理：对实测数据进行处理解释，是本专利的重点内容。根据图2所示井中响应剖面可实现对异常的定性解释，而要实现定量解释则需开展反演处理。本专利中，采用一维OCCAM反演技术对井中信号进行处理解释。OCCAM算法，也称最光滑模型反演法，通过偏差原理寻找满足目标拟合残差的最光滑模型。由于该算法具有不依赖初始模型、收敛稳定性较好、不会出现过度解释等优点，OCCAM算法已被广泛应用于各种电磁法数据的反演中。尤其是针对主要以三维地质体为探测目标的地-井装置，OCCAM算法相较于其他反演算法具有较好的稳定性。对于地-井TEM反演目标函数的选取，可以是固定深度、多时间道的响应衰减曲线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地‑井电性源短偏移距瞬变电磁探测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一 地面多辐射源布置；步骤二 井中瞬变信号接收；步骤三 实测信号分析处理；采用一维OCCAM反演算法对井中信号进行处理，一维OCCAM反演算法具体为：设模型向量和数据向量的个数分别为N和M，目标函数如公式一所示；

【技术特征摘要】
1.一种地-井电性源短偏移距瞬变电磁探测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一地面多辐射源布置；步骤二井中瞬变信号接收；步骤三实测信号分析处理；采用一维OCCAM反演算法对井中信号进行处理，一维OCCAM反演算法具体为：设模型向量和数据向量的个数分别为N和M，目标函数如公式一所示；式中，m＝(m1,m2,...,mN)代表模型参数向量，d＝(d1,d2,...,dM)代表数据向量，W＝diag(1/δ1,1/δ2,...,1/δM)为误差加权矩阵，1/δi为各个数据点的方差，F表示正演算子，表示目标拟合残差，代表粗糙度矩阵；对于某个模型参数mk，应用泰勒定理，局部近似式如公式二所示；F(mk+Δm)≈F(mk)+J(mk)Δm公式二其中，J(mk)为雅可比矩阵，根据公式二，将最小化目标函数问题转化为如公式三所示；式中，mk+1＝mk+Δm，在每一个模型迭代步中，J(mk)和为已知，公式三为正则化线性最小二乘问题，若系数矩阵为满秩...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈卫营，薛国强，钟华森，
申请(专利权)人：中国科学院地质与地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11