电磁阵列断面勘测方法技术

用于地球物理勘探的电磁勘测方法，其中在勘测区中的一点测量沿两个非平行方向的地磁场变化．同时在沿勘测线的若干点测量平行、于勘测线的大地电场变化．把这些测得的变化变换到频域．并随后计算出垂直于测得的电场方向的磁场水平分量．计算出勘测线上各测量点的作为频率的函数的阻抗，并利用就多个预定频率的阻抗加权平均值，计算出地下导电率分布．该阻抗加权值是利用对应于对电场进行低通滤波的零相位有限长度权函数计算出来的．（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及利用测量自然产生或人工感生的地磁场和感生地电(大地)场(总称大地电磁场)的地球物理勘探。流过地壳的大地电流流量取决于特定点处的地壳构造的导电率或电阻率。如果能测量并绘制这种导电率或电阻率，就能够获得关于该构造的信息，特别是关于碳氢化合物、矿物或地热资源的信息。这在能够采用地球物理勘测的地震方法的地区是特别有用的，例如在沉积岩为厚火山岩层所覆盖的地区。大地电流的大小、方向和极性是不断变化的，并构成具有各种频率的分量的复杂频谱。第一种实用的电磁勘测方法是由卡格马亚德(Cagnird)在美国专利第2，677，801号中描述的。它包括测量并记录大地场的一个水平分量在一段时间中的变化，并同时测量并记录地磁场的正交分量的变化。随后用付立叶分析法把这些测量结果变换成频率分量。电场频率分量与磁场频率分量的比值是一种波阻抗，它是频率的函数。因为电磁波透入大地的透入深度与该波的频率和该地的导电电率成反比，故可用该波阻抗来估算沿通过地面的垂直方向的导电率分布。卡格尼亚德用一种数学模型来做这种估算，在他的这种模型中，导电率仅随深度变化，即所谓一维(1-D)模型。这种方法随后受到了另一些人的发展，他们采用了导电率随水平坐标和深度变化的模型，即二维(2-D)模型。在此模型中，导电率沿其不变的坐标被称作“走向”(strike)。在这种模型中，根据大地电磁场的极性，有两种要考虑的情况。在这两种情况中，电场分别平行和垂直于走向发生极化。理论研究表明，可结合为一维而发展的技术，用E平行阻抗函数来相当准确地估算该函数计算地点正下方的导电率。然而，E垂直阻抗函数有非常困难的特性，并且不能直接对其进行变换，以给出足够准确的导电率估算。解决该问题普通的方法是利用在一个以上地点得到的曲线，并且迭代法修正该模型中的导电率分布，直到获得与观察结果符合得最好的理论E垂直曲线为止。该方法有许多缺点，特别是它需要大量的计算，并且无法保证所得解的正确性。当勘测区导电率确实仅沿一或两个方向变化时，这些方法是有效的。然而不幸的是，这种两维的变化是少见的。当对具有三维导电率分布的构造进行大地电磁测量时，就会碰到下列问题。首先，尽管存在若干确实一套坐标轴的特定方法，但要象在二维情况下那样去确定一套原则坐标轴一般是不可能的。第二，不论用什么坐标系，要想把电场分成两种具有不同性质的不同情况(象二维情况下那种E平行和E垂直)是不可能的。所希望的E平行情况的性质首先消失了。而两种情况都有与E垂直相类似的性质。虽然为解决这个问题而发展了许多特定的方法，但它们的成功是有效的。第三个问题是显著增加的复杂性使确保对所得数据的正确理解的难度大大增大了。减少第三个问题的一种方法是进行更多的测量。在经典的大地电磁方法中，磁场测量通常比电场测量更困难，使得大量测量既费时又费钱。然而，一个观测到的事实是磁水平分量随距离的变化通常比电场水平分量的要慢得多。这导致了大地电磁一大地方法，它包括在勘测区域上分布的有限个地点测量磁场的两个正交分量和在更多的地点测量电场的两个正交分量。随后，用与大地电磁模型中所描述的相类似的技术。对这些数据进行处理。然而，当导电率是三维分布时，其结果仍是不十分可靠的。在美国专利第4，286，218中，描述了这种技术的一种类型，它采用了与地震勘探的“滚动”(roll-along)方法相似的方法。沿勘测线的电场重迭测量改善了信噪比，而在该线的两端测量磁场，而用插入法导出电场测量点的中间磁场。所有这些传统方法的主要缺点在于当地下构造的电和磁特性沿所有三个方向变化时，它们给出的结果非常不可靠，以前克服这种不可靠性的努力包括大量计算，而这就所得结果来说是难以证明的。传统大地电磁勘测方法的另一缺点是在每个勘测点都要测量两个最好是正交方向的电场。这使该方法很难用于海上勘测。在美国专利第4，210，869号中描述了一种海上大地电磁勘测方法，但此方法依赖于测量海底上的电极的位置和取向的声学方法。这些测量的准确性是有限的，从而使得对勘测结果的分析变得不可靠了。传统大地电磁方法的再一缺点是不论勘测区域多小，都要在勘测区域内的数个点进行测量。另外，为区分视在E平行和E垂直分量，必须在各个E测量点确定垂直分量。如上所述，如未进行这种区别，就很可能会对所得数据作出错误的分析。先有技术的上述和其他缺点可通过提供一种电磁地球物理勘测方法而得到克服，在勘测点的大地构造的导电率具有三维变化时，该方法能用较简单地计算方法给出可靠的结果。根据本专利技术的一个方面，该电磁地球物理勘测方法包括在勘测区域中的至少一个地点测量地磁场沿至少两个非平行方向的变化，并同时测量该磁场的变化;在沿勘测线的多个勘测点测量平行于该勘测线的地电场变化，随后把测出的数据转换成频率分量。随后的步骤是从两个非平行方向的地磁场测量结果，计算出作为频率的函数的、与各地点的测出电场方向相正交的地磁场水平分量;计算出各地点作为频率的函数的阻抗，该阻抗为在各点测得的电场与垂直于该测得电场方向的地磁场水平分量之间的比值。随后，对多个预定的频率，以适当的方法计算出该阻抗的加权平均值，使计入各加权平均值的阻抗数目随频率的减小而增加，以使该数目与该频率的电磁波透入大地的有效透入深度大致成正比。最后，由这些阻抗加权平均值，计算出作为频率的函数的该勘测线下的大地导电率的分布。在一个实施方案中，测量大地磁场的两个方向是相互垂直的。在另一个实施方案中，测量平行于勘测线的地电场变化的步骤包括测量与大地电接触并沿勘测线以大致相等的间距设置的一或多对电极之间的电位差，并用该电极间的距离除所测得的该电位差。在又一种实施方案中，所有电极间的电位差是同时测量的。在一种供选用的实施方案中，同时测量一组相邻电极的成员之间的电位差(该组电极由少于全部电极的电极组成)并顺序地对各组进行测量。在另一种可供选用的实施方案中，一组中的至少一个电极同时也是相邻组中的成员。在最佳实施方案中，阻抗的加权平均值是经过下列步骤计算出来的;利用零相位有限长权函数，对每一频率，通过选择一适当宽度确定该权函数的宽度;利用选出的函数获得加权平均阻抗;利用如此得到的加权平均值计算近似透入深度;把计算出的透入深度同期望透入深度相比较，利用计算和期望深度之差选择更合适的宽度，以迭代方法重复该过程，直至透入深度的计算达到预定的精确度。根据本专利技术的另一个方面，该电磁地球物理勘测方法包括在勘测区域中的至少一个点测量在至少两个非平行水平方向上的地磁场变化;在测量该地磁场变化的同时，测量与大地电接触的相邻电极之间的电位差，这些电极沿勘测线以大致相等的间隔设置，且同时进行该电位差测量，并将测得的电位差变化变换成频率的函数。随后，对于多个预定频率，以适当方法计算测得电位差的加权平均值，以使计入各加权平均值的电位差的数目随频率的降低而增大，从而使该数目大致正比于该频率的电磁波进入大地的有效透入深度。由沿两个非平行方向的该磁场测量结果，计算出垂直于勘测线方向的地磁场水平分量，从电位差的加权平均值同该磁场水平垂直分量的比值计算出沿勘测线的加权阻抗，并从该加权阻抗计算出该勘测线下方作为深度的函数的大地导电率分布。根据本专利技术的再一个方面，该电磁地球物理勘测方法还包括在该勘测线的多个点测量地磁场的垂直分量，并利用这些本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电磁地球物理勘测方法，包括：在勘测区内的至少一个点测量沿至少两个水平非平行方向的大地变化；在测量该磁场变化的同时，在多个适当分布的点测量平行于勘测区中的勘测线的大地电场变化，以对沿该勘测线的电场空间变化进行充分取样。

【技术特征摘要】
US 1986-4-25 854,147的本发明范围的情况下，可将其用于矿物和碳氢化合物勘探、地下和公共管道的位置探测、放射性或毒性物质从存贮地的泄漏的检测，地下水源探测、考古研究、以及体内组织、骨骼和器官导电率的检测。对于内行人来说，其他优点和修正都是显而易见的。因而就其广义方面而言本发明并不限于所显示和描述的说明例子、代表装置或特定细节。相应地，在不背离所公布的一般发明概念的情况下，是可以在细节上有所不同的。权利要求1.一种电磁地球物理勘测方法，包括在勘测区内的至少一个点测量沿至少两个水平非平行方向的大地变化；在测量该磁场变化的同时，在多个适当分布的点测量平行于勘测区中的勘测线的大地电场变化，以对沿该勘测线的电场空间变化进行充分取样。2.如权利要求1的电磁地球物理勘测方法，其中测量大地磁场的两个方向是彼此垂直的。3.如权利要求1的电磁地球物理勘测方法，其中测量大地磁场变化的一个方向大致与勘测线平行。4.如权利要求1的电磁地球物理勘测方法，其中测量平行于勘测线的大地电场变化的步骤包括测量与大地电接触的一或多对相邻电极间的电位差变化并用测得的各对相邻电极间电位差除以该对电极间的距离。5.如权利要求4的电磁地球物理勘测方法，其中电极沿勘测线以大致相等的间距设置。6.权利要求1或4的电磁地球物理勘测方法，其中勘测线大致是直的。7.如权利要求4的电磁地球物理勘测方法，其中各对相邻电极间的电位差是同时测量的。8.如权利要求4的电磁地球物理勘测方法，其中同时测量由少于所有电极的电极构成的一组相邻电极中的各对相邻电极间的电位差，并顺序地对各组进行测量。9.如权利要求8的电磁地球物理勘测方法，其中一个组中的至少一个电极对也是相邻组的成员。10.一种电磁地球物理勘测方法，包括在勘测区中的至少一点测量沿至少两个水平非平行方向的大地磁场变化;在测量磁场变化的同时，在适当分布的多个点测量平行和垂直于勘测区中的勘测线的大地电场变化，以对沿该勘测线的被测电场分量的空间变化进行充分取样。11.如权利要求10的电磁地球物理勘测方法，其中测量大地磁场的两个方向是彼此垂直的。12.权利要求10的电磁地球物理勘测方法，其中测量大地磁场变化的一个方向大致同勘测线平行。13.如权利要求10的磁场地球物理勘测方法，其中进行大地测量的点是沿勘测线以大致相同间距分布的。14.如权利要求10的电磁地球物理勘测方法，其中勘测线大致是直的。15.如权利要求10的电磁地球物理勘测方法，其中大地电场大在沿勘测线的多点的变化是同时测量的。16.如权利要求10的电磁地球物理勘测方法，其中在由少于沿勘测线的所有点的构成的一组相邻点同时测量大地电场变化，并顺序地对各组进行测量。17.如权利要求1的电磁地球物理勘测方法，其中一组中的至少一点也是相邻组中的成员。18.如权利要求10的电磁地球物理勘测方法，其中测量平行于勘测线的大地电场变化的步骤包括测量与大地电接触的一或多对相邻电极间的电位差变化并用各对相邻电极间的该测得电位差除以该对电极间的距离。19.如权利要求10的电磁地球物理勘测方法，其中测量垂直于勘测线的大地电场的步骤包括测量位于垂直于勘测线的直线上并与大地电接触的电极对间的电位差变化，并用该测得电位差除以该电极间的距离。20.如权利要求1或10的电磁地球物理勘测方法，进一步包括在沿勘测线的各个点同时测量大地磁场在垂直方向的变化的步骤。21.在包括在勘测区中的第一基准点测量沿至少两个水平非平行方向的大地磁场变化并同时在适当分布的多个点测量至少沿第一方向-该第一方向平行于该勘测区中的勘测线-的大地电场变化以沿该勘测线对被测电场分量的空间变化进行充分取样的电磁地球物理勘测方法中，为测量大地磁场变化确定第二基准点的方法，包括在该第二基准点测量沿至少两个水平方向的大地磁场变化，该水平方向大致平行于在第一基准点进行大地磁场测量的方向;在足以使由第二基准点获得的数据同由第一基准点获得的数据相关的时间间隔内，同时继续在第一基准点测量大地磁场的变化。22.在一种电磁地球物理勘测方法-其中在勘测区中的至少一个参考点测量沿至少两个水平方向的大地电磁场变化，并在测量该磁场变化的同时在适当分布的多个勘测点测量平行于勘测区中的勘测线的大地电场变化以沿勘测线对该电场进行充分取样-中，得到该勘测线下的大地导电率...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗朗西斯X伯斯蒂克，
申请(专利权)人：得克萨斯系统大学董事会，
类型：发明
国别省市：US[美国]