一种海洋可控源频率域电磁法观测方法技术

本申请属于海洋可控源领域，具体地而言为一种海洋可控源频率域电磁法观测系统，该方法包括：发射系统固定位置，通过发射线圈采用多频激励信号发射；接收系统沿着测线航行，通过接收线圈采集目标区域的电磁响应信号；提取电磁响应信号多个有效主频点的幅值和相位参数，获取异常位置及分布信息。本申请通过采用幅值、相位多参数联合观测，共同解释的方式，可以保证观测系统抗干扰能力的前提下，提高观测系统的异常辨识能力。统的异常辨识能力。统的异常辨识能力。

【技术实现步骤摘要】
一种海洋可控源频率域电磁法观测方法


[0001]本申请属于海洋可控源领域，具体地而言为一种海洋可控源频率域电磁法观测方法。

技术介绍

[0002]可控源电磁法(Controlled Source Electromagnetic Method,CSEM)是一种有效的海洋探测方法，在海底天然气水合物和油气储层的勘探中已取得成功应用。探测时，通过给海底目标探测区域施加特定的激励信号并对电磁响应信号的幅值、相位参数提取与观测，可以对海底异常体规模、埋深、空间展布做出准确评价。由于实现容易，抗干扰能力强，电磁响应信号幅值参数观测在传统电磁法探测中更为常见。在海底热液金属硫化物探测实验中，由于海水、淤泥、金属硫化物均为低阻介质，且电阻率较为接近，使得基于幅值参数测量的电磁测深方法难以给出准确评价。相比于海水、淤泥，金属硫化物存在较强的极化效应，在频率域电磁探测中，极化效应表现为响应信号与激励信号相位上的差异，通过相位参数观测可以实现高极化率异常的辨识，但相位参数测量要求激励信号与响应信号在时间上严格同步，但由于海水强电磁衰减特性、海底地形环境复杂，基于线同步和GPS系统的传统高精度同步方式均无法实现，常采用同步精度较低的声纳系统作为同步装置。因此，相位参数观测在海洋电磁法探测中实现难度较大。
[0003]目前对于频率域电磁法观测系统的研究已有多年的历史。J.R.Wait在1959年提出变频激电法，该方法分别发射两个频率的激励电流，基于幅值参数观测进行异常辨识。为了获得更多的异常参数以提高异常体分辨能力，1975年K.L.Zonge等和1978年W.H.Pelton等先后提出了复频谱法和幅值相位频谱法，增加了异常体相位参数的观测。上述方法通过逐次发射不同频率的激励电流完成各频点参数的逐一观测，不仅探测效率低，时变的环境噪声干扰会降低观测精度。何继善在变频激电法的基础上发展了伪随机三频激电法和伪随机多频激电法，可通过一次发射实验完成多个频点参数的同时测量，大大提高探测效率，在频率域电磁探测领域受到广泛应用。然而，由于多频伪随机信号波形固定的固有特点，激励电流各频点幅值、相位参数不可控。受到发射线圈电感的抑制作用，高频频点观测精度往往较低，且由于不是在等精度条件下进行幅值测量，响应信号各频点幅值参数不能直接利用，需进一步计算测点总场与一次场的幅值比参数进行异常辨识。而一次场需要根据发射系统与接收系统相对距离与方位进行计算得到，不仅计算繁琐，且由于地形环境复杂，计算结果的准确性无法得到保证。此外，当频点个数超过5时，多频伪随机信号主频附近的低频谐波幅值较高，给参数提取带来干扰，降低了观测精度。为了提高观测效果，中国专利CN202010314490.8提出了基于总场与一次场相位差的相位观测方法，虽然相位参数对异常的辨识能力较强，但需通过GPS系统保证激励信号与响应信号的高精度同步，无法适用于海底金属矿物探测场合。

技术实现思路

[0004]本申请所要解决的技术问题在于提供一种海洋可控源频率域电磁法观测方法，解决现有方法对异常的辨识能力较强，无法适用于海底金属矿物探测场合的问题。
[0005]本申请是这样实现的，
[0006]一种海洋可控源频率域电磁法观测方法，该方法包括：
[0007]发射系统固定位置，通过发射线圈采用多频激励信号发射；
[0008]接收系统沿着测线航行，通过接收线圈采集目标区域的电磁响应信号；
[0009]提取电磁响应信号多个有效主频点的幅值和相位参数，获取异常位置及分布信息。
[0010]进一步地，获取异常位置及分布信息包括完成所有设定测点总场参数的测量与提取后，绘制不同频点下幅值、相位参数随收发距变化的异常曲线进行异常观测。
[0011]进一步地，多频SPWM激励信号的表达式为：u
out
为发射电压，E为直流电源，M为调制深度，A
i
、f
i
、φ
i
分别为第i个正弦分量的幅值、频率、和相位。
[0012]进一步地，所述频率f
i
＝2
n f0，n＝0,1,2,
…
,N
‑
1，f0为基频。
[0013]进一步地，幅值的设计包括：
[0014]对发射线圈等效电路进行频域分析，可得：
[0015][0016]式中，Z
tc
(ω)为发射线圈等效阻抗表达式，表示为：
[0017]Z
tc
(ω)＝R
tc
+jωL
tc
[0018]则多频激励电流信号的时域表达式为：
[0019][0020]式中，B
i
和θ
i
分别为激励电流第i个主频点的幅值和相位，分别表示为
[0021][0022][0023]进一步地，MEA
i
的计算为：令各主频点电流幅值B
i
均相等，各主频点电压幅值与基频电压幅值的关系满足：
[0024][0025]记高频角频率ω
H
＝10R
tc
/L
tc
，当ω
i
≥ω
H
时，忽略电阻Rtc；当ω
i
＜ω
H
时，忽略感抗ω
i
L
tc
，则：
[0026][0027]通过调节激励信号各主频点电压值，控制激励电流各主频点幅值相等，各主频点电压幅值满足能量守恒定律：
[0028][0029]进一步地，相位的设计包括：将第一个主频点的初始相位设置为0，各频点间相位依次相差2π/N，每经过一个发射周期T
base
，各频点相位步进2π/L。
[0030]进一步地，提取电磁响应信号多个有效主频点的幅值和相位参数包括：设总场信号的采样序列为b
r
(n)，根据离散傅里叶变换的频谱分析法有：
[0031][0032]式中，N
S
为采样序列b
r
(n)的长度，B
r
(k)为DFT变换结果，则总场信号第i个主频点f
i
的幅值B
r,i
和总场相对激励电流的相位差分别表示为：
[0033][0034][0035]式中，φ
t,i
为激励电流信号第i个主频点相位，为已知量。
[0036]进一步地，总场相位的提取时，让激励信号和响应信号在时间上的同步，计算激励信号和响应信号之间的时间延迟，并结合低精度同步信号将激励信号和响应信号在时域上对齐，通过激励信号和响应信号在时间上的同步提取总场相位
[0037]进一步地，计算激励信号和响应信号之间的时间延迟包括：设激励信号和响应信号第i个频点的相位序列分别为φ
t,i
(n)和φ
r,i
(n)，表示为：
[0038][0039][00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海洋可控源频率域电磁法观测方法，其特征在于，该方法包括：发射系统固定位置，通过发射线圈采用多频激励信号发射；接收系统沿着测线航行，通过接收线圈采集目标区域的电磁响应信号；提取电磁响应信号多个有效主频点的幅值和相位参数，获取异常位置及分布信息。2.按照权利要求1所述的海洋可控源频率域电磁法观测方法，其特征在于，获取异常位置及分布信息包括完成所有设定测点总场参数的测量与提取后，绘制不同频点下幅值、相位参数随收发距变化的异常曲线进行异常观测。3.按照权利要求1所述的海洋可控源频率域电磁法观测方法，其特征在于，多频SPWM激励信号的表达式为：u
out
为发射电压，E为直流电源，M为调制深度，A
i
、f
i
、φ
i
分别为第i个正弦分量的幅值、频率、和相位。4.按照权利要求3所述的海洋可控源频率域电磁法观测方法，其特征在于，所述频率f
i
＝2
n f0，n＝0,1,2,
…
,N
‑
1，f0为基频。5.按照权利要求3所述的海洋可控源频率域电磁法观测方法，其特征在于，幅值的设计包括：对发射线圈等效电路进行频域分析，可得：式中，Z
tc
(ω)为发射线圈等效阻抗表达式，表示为：Z
tc
(ω)＝R
tc
+jωL
tc
则多频激励电流信号的时域表达式为：式中，B
i
和θ
i
分别为激励电流第i个主频点的幅值和相位，分别表示为分别为激励电流第i个主频点的幅值和相位，分别表示为6.按照权利要求3所述的海洋可控源频率域电磁法观测方法，其特征在于，MEA
i
的计算为：令各主频点电流幅值B
i
均相等，各主频点电压幅值与基频电压幅值的关系满足：记高频角频率ω
H
＝10R
tc
/L
tc
，当ω
i
≥ω
H
时，忽略电阻Rtc；当ω
i
＜ω
H
时，忽略感抗ω
i
L
tc
，则：
通过调节激励信号各主...

【专利技术属性】
技术研发人员：于生宝，张昕昊，庞笑雨，刘伟宇，杨成龙，周丰喜，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：