一种垂直磁性源波数视电阻率测量方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种垂直磁性源波数视电阻率测量方法与装置，该方法通过在在地表铺设垂直磁性源并提供电流信号，以及在与垂直磁性源距离r处布设测点并采集切向电场和垂直磁场，并将切向电场和垂直磁场代入如下一元三次方程计算出参数x，再根据参数x计算出所述测点处频率对应的波数视电阻率、电磁场波数，并基于电磁场波数计算出相位。本发明专利技术提供的通过电场和磁场解析计算电磁波波数及相应的视电阻率方法，适合于任意频率和收发距，结果精确，具备在短收发距下探测地下深部电性结构的能力。

【技术实现步骤摘要】
一种垂直磁性源波数视电阻率测量方法与装置
本专利技术属于勘探地球物理
，具体涉及一种垂直磁性源波数视电阻率测量方法与装置。
技术介绍
频率域可控源电磁测深法一般是利用发射机通过接地导线(水平电偶极子)或不接地回线(垂直磁偶极子)向地下供某种发射电流频率的交变电流，在一定收发距外铺设测点，用接收机接收经大地传播后的电场和/或磁场。通过电磁场按一定方法计算出视电阻率，该视电阻率应能反映出地下的客观电性变化。依次改变频率，即可获得地下由浅部到深部的电导率变化规律。目前最常用的频率域可控源电磁测深法主要有可控源音频大地电磁法(CSAMT)和广域电磁法(WFEM)，具有效率高、抗干扰能力强等优点。CSAMT在测点上测量相互正交的水平电场和水平磁场，并计算卡尼亚电阻率。在足够大的收发距(远区)上，人工源产生的电磁波可近似为平面电磁波，此时CSAMT的卡尼亚电阻率是正确的，可以反映地下的客观电性。当收发距变小时(过渡区和近区)，人工源电磁场不能用平面波近似，此时CSAMT视电阻率曲线在低频时会呈现45度上升，和地下电阻率没有关系，不能反映地下的客观电性。广域电磁法(WFEM)在测点上只测量一个电场分量或一个磁场分量，按照现有技术“水平电偶源频率测深中全区视电阻率定义的新方法”(汤井田，何继善…)提到的方案计算广域视电阻率，也即用均匀半空间电阻率模型拟合观测的电场或者磁场，通过不断的迭代搜索，求得视电阻率。这种方法的本质是用迭代法、二分法或逆插值法等求解携带超越函数的非线性方程，得到一个可以拟合观测场的均匀半空间电阻率。但这种拟合方法要求电磁场场值与电阻率关系单调变化，但是实际电磁场场值与电阻率的关系并非完全成单调变化，无法求取准确视电阻率。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对当前采用CSAMT、WFEM方法无法准确求解全区任意处的视电阻率，无法由场值直接计算出全区视电阻率的问题，本专利技术提供一种垂直磁性源波数视电阻率测量方法与装置，其针对磁性源无需迭代搜索可以计算出全区任意处的波数视电阻率，适用于任意收发距和任意频率，在低频时不存在畸变，可以反映地下介质电性的客观变化规律。一方面，本专利技术一种垂直磁性源波数视电阻率测量方法，包括如下步骤：S1：在地表铺设垂直磁性源并提供电流信号，以及在与垂直磁性源距离r处布设测点并采集切向电场和垂直磁场；S2：将采集的切向电场和垂直磁场代入如下一元三次方程计算出参数x；-bx3+(3a-4b)x2+(9a-9b+1)x+(9a-9b+1)＝0式中，a、b、c均为一元三次方程的系数，Eφ、Hz分别表示测点处采集的切向电场、垂直磁场，i为虚数单位，I为提供给垂直磁性源的发射电流，ds为发射线圈的面积，ω为角频率，等于2πf，f为频率，μ为真空磁导率，其中，选取具有测深曲线特性的根作为步骤S2中参数x的解；S3：基于步骤S2计算出的参数x计算出所述测点处频率对应的波数视电阻率、电磁场波数，并基于电磁场波数计算出相位；式中，ρa表示所述测点处频率对应的波数视电阻率，k表示电磁场波数，Z表示为复数的中间参数，φ表示相位，im(Z)表示中间参数Z的虚部，re(Z)表示中间参数Z的实部。本专利技术基于切向电场和垂直磁场的理论公式，将其两者分量进行组合，消除非线性方程中的超越函数项最终推导出关于电磁波波数的上述一元三次方程，并最终利用计算的参数x计算出波数视电阻率和相位。本专利技术利用上述方法计算视电阻率的过程无需迭代计算，适合于任意收发距和任意频率，且通过仿真也验证了在低频时不存在畸变，可以准确地反应地下介质电性的客观变化规律。进一步优选，参数x中具有测深曲线特性的根表示如下：其中，其中，A、B、C、D四个系数与本专利技术的a,b的关系如下：A＝-b，B＝(3a-4b)，C＝(9a-9b+1)，D＝(9a-9b+1)。求解一元三次方程的解如下：本专利技术选择x3作为最终解。进一步优选，依次移动测点并均依据步骤S1-S3的方法得到不同测点上频率对应波数视电阻率、相位。本专利技术该方法适用于任何收发距r测点处的测量，因此移动测点即改变测点的位置可以得到全区视电阻率、相位的获取，收发距r的单位为m。进一步优选，在同一个测点依次改变频率并均依据步骤S1-S3的方法得到所述测点上不同频率的波数视电阻率、相位；并基于同一测点上不同频率的波数视电阻率得到所述测点的频率探测曲线，所述频率探测曲线为频率-波数视电阻率曲线。角频率ω等于2πf，因此改变频率，则可以获取到同一个测点上不同频率的波数视电阻率，进而绘制出该测点的频率探测曲线，譬如依次改变频率，得到该测点上从高频到低频的一系列频率的波数视电阻率，若该曲线从高频到低频则可反映地下从浅部到深处的电性变化规律(高频部分对应浅层信息)，同理，若移动测点，再依次改变频率，重复该过程，则可以得到设计区域内所有测点的频率探测曲线，完成频率测深工作。进一步优选，所述垂直磁性源为水平线圈，磁矩为z方向。z方向为空间直角坐标系xyz中的z方向。另一方面，本专利技术提供的一种基于上述方法的装置，包括水平线圈、接收机以及处理器；其中，水平线圈中通入电流信号，所述接收机与水平线圈相距r，所述接收机包括切向电场采集模块、垂直磁场采集模块，所述切向电场采集模块用于水平线圈通入电流信号后，在测点处采集切向电场；所述垂直磁场采集模块用于水平线圈通入电流信号后，在测点处采集垂直磁场；所述处理器与接收机通讯连接，用于从接收机获取切向电场和垂直磁场，并采用步骤S2和步骤S3的方法计算出所述测点处频率对应的波数视电阻率、相位。进一步优选，在所述水平线圈中通入的电流信号为发射电流频率确定的交变电流。交变电流如方波或者伪随机多频波。有益效果本专利技术提供的一种垂直磁性源波数视电阻率测量方法，其通过在测点测量测点切向电场和垂直磁场，并利用推导出于电磁场波数有关的一元三次方程计算出参数x，再基于参数x计算出波数视电阻率、电磁场波数，以及医用电磁场波数计算出相位。其中，由于电磁波波数和视电阻率是解析运算得到的，适合于任意频率和收发距，结果精确，不存在任何畸变，因此本专利技术该方法具备在小收发距下探测地下深部电性结构的能力。此外，使用本专利技术，可在接地条件差的区域布置不接地的磁性源作为场源。由于若在小收发距，电磁场信号强，信噪比高，抗干扰能力强，对发射机的功率要求小，就可以实现轻便大深度的频率测深。本专利技术通过仿真验证，对于层状介质，本方法所获得的波数视电阻率和相位在收发距较大时和大地电磁测深曲线一致，具有波区视电阻率特性。且波数视电阻率在中短收发距也可反映深部信息，不存在传统可控源音频大地电磁法中视电阻率曲线的近源畸变。附图说明图1为本专利技术具体实施方式采用的装置示意图。图2为两层介质条件下对不同收发距下的波数视电阻率和相位频率曲线对比图，(a)为波数视电阻率的计算结果对比图，(b)为波数相位的计算结果对比图；图3为两层介质下对不同底层电阻率的波数视电阻率和相位频率曲线对比图，(a)为波数视电阻率-频率曲线对比图，(b)为波数相位-频率曲线对比图；图4为K型三层介质中对不同中间层厚度的波数视电阻率和相位频率曲线对比图，(a)为波数视电阻率-频率曲线对比图，(b)为波数相位-频率曲线对比图；图5H型地电模型不同中间层厚度电阻率波数视电阻率和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种垂直磁性源波数视电阻率测量方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：在地表铺设垂直磁性源并提供电流信号，以及在与垂直磁性源距离r处布设测点并采集切向电场和垂直磁场；S2：将采集的切向电场和垂直磁场代入如下一元三次方程计算出参数x；‑bx

【技术特征摘要】
1.一种垂直磁性源波数视电阻率测量方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：在地表铺设垂直磁性源并提供电流信号，以及在与垂直磁性源距离r处布设测点并采集切向电场和垂直磁场；S2：将采集的切向电场和垂直磁场代入如下一元三次方程计算出参数x；-bx3+(3a-4b)x2+(9a-9b+1)x+(9a-9b+1)＝0式中，a、b、c均为一元三次方程的系数，Eφ、Hz分别表示测点处采集的切向电场、垂直磁场，i为虚数单位，I为提供给垂直磁性源的发射电流，ds为发射线圈的面积，ω为角频率，等于2πf，f为频率，μ为真空磁导率；其中，选取具有测深曲线特性的根作为步骤S2中参数x的解；S3：基于步骤S2计算出的参数x计算出所述测点处频率对应的波数视电阻率、电磁场波数，并基于电磁场波数计算出相位；式中，ρa表示所述测点处频率对应的波数视电阻率，k表示电磁场波数，Z表示为复数的中间参数，φ表示相位，im(Z)表示中间参数Z的虚部，re(Z)表示中间参数Z的实部。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：参数x中具有测深曲线特性的根表示如下：其中，其中，A、B、C、D四个系数与本发明的a,b的关系如下：A＝-b，B＝(3a-4b)，C＝(9a-9b+1)，D＝(9a-9...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤井田，皇祥宇，肖晓，胡双贵，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43