利用时间域瞬变水平电场下阶跃响应提高电性层分辨能力的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于石油、天然气、非常规油气藏等地质勘探、地下矿藏勘探的电磁勘探领 域，具体涉及到瞬变电磁测深法基于水平电场下阶跃响应提高电性层分辨能力的方法及系 统。
【背景技术】
[0002] 瞬变电磁测深法是采用人工源发射激励信号，在研究区观测时间域的电磁场，以 研究地下电性结构的一种电磁勘探方法。图1是瞬变电磁测深法的野外布设方式之一的示 意图。在观测点测量的物理量为两个水平方向的电场，即：ex(t)和ey(t)(单位均为伏特/ 米），其中t为观测的延迟时间（单位为秒）。
[0003] 图1中，AB为发射电偶极子，通过发射机向地下馈入方波电流，电流强度为I(安 培），发射电偶极子的偶极矩为PE=I·AB(安培米），r= |F|为收发距（AB中点0到接收 点P的距离，单位米），Φ为发射电偶极子中心点0和测点P的连线与发射电偶极子AB间 的夹角。ex(t)和\(〇分别为与发射电偶极子平行和垂直方向的水平电场分量。
[0004]一般地，采用占空比为1:1的方波波形，如图2所示：T为一个周期的延迟时间 (秒），在前四分之一的时间段正向供电，紧其次断电四分之一周期，又紧其次反向供电四 分之一周期（电流为-1)，最后四分之一周期断电。
[0005] 瞬变电磁测深法资料处理的常规方法是由观测到的电磁场分量计算早期视电阻 率和晚期视电阻率。早期视电阻率主要反映较浅地层的电阻率，晚期视电阻率则仅反映深 部电阻率的情况，两者对过渡期的电阻率反映不清。
[0006] 例如，根据供电期内观测的电场<(/产Ρ?「Κ (此符号内，X表示电场的方向，+表 示前四分之一的正向供电时间段，"上阶跃"表示从开始供电即进行资料采集）计算的早期 视电阻率（，：Ω·M)和晚期视电阻率（Ω·M)表达式分别为：
[0007]
[0008]为了得到信噪比高的野外观测资料，可以增加发射电流，但受到仪器性能的限制。 另一种方法是，尽可能减小收发距离r= |叫，以增大信号强度。但在收发距小的情况下，电 磁场在很早延迟时就进入近区。这里"近区"是指：瞬变时间参数
的情形，〃 =|叫很小，高电阻率地层和长延迟时三个因素均可导致进入近区。按（1)式计算 的早期和晚期视电阻率不能反映出地层的电性变化特征，对地层的分辨能力很低。
[0009] 为了获得对电性层的高分辨能力，本发明从资料处理环节入手，提出基于下阶跃 响应的"高分辨率视电阻率"处理方法。
【发明内容】
[0010] 本发明针对瞬变电磁测深法的早期和晚期视电阻率的分辨能力不足以及后续进 一步反演的需要，给出一种利用时间域瞬变水平电场下阶跃响应提高电性层分辨能力的方 法。
[0011] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0012] 提供一种利用时间域瞬变水平电场下阶跃响应提高电性层分辨能力的方法，该方 法包括以下步骤：
[0013] (1)、获取野外采集的大地电磁场时间域的水平电场记录资料，得到两个水平方向 的电场分量ex⑴和ey⑴；
[0014] (2)、对电场分量ex (t)和ey (t)进行叠加和滤波处理；
[0015] (3)、对电场分量ex(t)和ey(t)的上、下阶跃场值电场值进行编辑处理，剔除明显 偏呙的飞点；
[0016] (4)、计算r方向的水平电场%(?)τ'Ικ为断电后浐方向的水平 电场
0为发射电偶极子中心 点和测点的连线与发射电偶极子连线间的夹角；
[0017] (5)、计算高分辨率视电阻率Ps(t):
[0018]
，其中μ〇= 4jtX10-7 亨利 / 米，PE 为发射电偶极子的偶极距，其中t为延迟时间。
[0019] 本发明所述的方法中，步骤（2)中滤波具体为采用数值滤波法消除固定频率干扰 信号的影响。
[0020] 本发明所述的方法中，步骤（2)中叠加具体为将采集的多个周期的信号进行线性 相加后平均的过程，以消除非固定频率的干扰信号的影响。
[0021] 本发明所述的方法中，叠加过程具体为：
[0022] 将正向供电时的上阶跃的瞬变信号和反向供电时的上阶跃的瞬变信号叠加；
[0023] 将正向供电后断电期间的下阶跃的瞬变信号和反向供电后断电期间的下阶跃的 瞬变?目号置加。
[0024] 本发明所述的方法中，步骤（1)中采集所得的大地电磁场的时间域记录资料为连 续记录数据，依据发射波形，将所有记录分成单个周期的记录，且每个周期的记录又要分成 四个四分之一周期的记录，每个四分之一周期记录的起始延迟时间均被设置为零。
[0025] 本发明还提供了一种利用时间域瞬变水平电场下阶跃响应提高电性层分辨能力 的系统，包括：
[0026] 数据获取模块，用于获取野外采集的大地电磁场时间域的水平电场记录资料，得 到两个水平方向的电场分量ex(t)和\(〇 ;
[0027] 数据处理模块，用于对电场分量ex(t)和ey(t)进行叠加和滤波处理；并对电场分 量6：;(〇和\(〇的上、下阶跃场值电场值进行编辑处理，剔除明显偏离的飞点；
[0028] 计算模块，用于计算P方向的水平电场％(i，&为断电后P方 向的水平电场
#为发射电偶极 子中心点和测点的连线与发射电偶极子连线间的夹角；并计算高分辨率视电阻率Pe(t):
[0029]
，其中 4。=431X10-7 亨利 / 米，PES发射电偶极子的偶极距，其中t为延迟时间。
[0030] 本发明所述的系统中，数据处理模块中滤波具体为采用数值滤波法消除固定频率 干扰信号的影响。
[0031] 本发明所述的系统中，数据处理模块叠加具体为将采集的多个周期的信号进行线 性相加后平均的过程，以消除非固定频率的干扰信号的影响。
[0032] 本发明所述的系统中，数据处理模块在进行叠加处理时具体用于：将正向供电时 的上阶跃的瞬变信号和反向供电时的上阶跃的瞬变信号叠加；将正向供电后断电期间的下 阶跃的瞬变信号和反向供电后断电期间的下阶跃的瞬变信号叠加。
[0033] 本发明所述的系统中，数据获取模块中采集所得的大地电磁场的时间域记录资料 为连续记录数据，依据发射波形，将所有记录分成单个周期的记录，且每个周期的记录又要 分成四个四分之一周期的记录，每个四分之一周期记录的起始延迟时间均被设置为零。 [0034]本发明产生的有益效果是：本发明在近区进行电磁场的观测，保证了资料的信噪 比，克服了采用上阶跃波形处理时存在的"静态位移"问题，机打的排出了与电性层无关的 浅层干扰信息。在近地表浅层电阻率很小的情况下，对电磁波产生屏蔽效应，电磁场极容易 进入近区，基于上阶跃波形的处理对电性层的分辨能力很低，但基于本发明的下阶跃的"高 分辨率视电阻率"pjt)对电性层的分辨仍很清晰，因此本发明克服了浅层低电阻率的屏 蔽问题。
【附图说明】
[0035] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0036] 图1是瞬变电磁测深法的野外布设方式之一的示意图；
[0037] 图2瞬变电磁测深法向地下馈入的占空比为1 :1的方波电流（横坐标为时间，纵 坐标为电流）；
[0038] 图3是瞬变电磁测深法一个周期内完整的接收波形（横坐标为时间，纵坐标为电 场）；
[0039] 图4是为理论模型一计算的电场波形曲线；
[0040] 图5是对理论模型一基于上阶跃场值按常规方法计算的早期、晚期和全时间段视 电阻率曲线；
[0041] 图6为对理论模型一采用本发明计算的高分辨率视电阻率曲线；
[0042] 图7为理论模型二计算的电场波形曲线；
[0043] 图8为对理论模型二基于上阶跃场值采用常规方法计算的全时间段视电阻率曲 线；
[0044] 图9为对理论模型二基于下阶跃场值采用本发明计算的高分辨率视电阻率曲线。
【具体实施方式】
[0045] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不 用于限定本发明。
[0046] 本发明针对瞬变电磁测深法的早期和晚期视电阻率的分辨能力不足以及后续进 一步反演的需要，给出一种利用时间域瞬变水平电场下阶跃响应提高电性层分辨能力的方 法。
[0047] 本发明实施例基于以下前提条件：
[0048] 1)供电系统发射的是占空比为1 :1的电流波形（如图2所示）；
[0049] 2)记录为一个周期内的完整波形（如图3所示）；图3为瞬变电磁测深法一个周 期内完整的接收波形（横坐标为时间，纵坐标为电场）。第一个四分之一周期为正向上阶跃 记录，第二个四分之一周期为正向下阶跃记录，第三个四分之一周期为反向上阶跃记录，第 四个四分之一周期为反向下阶跃记录。
[0050] 3)记录包含有两个水平方向的电场分量，即ex(t)和ey(t)。
[0051] 本发明给出"高分辨率视电阻率"（Pe(t)，Ω·Μ)的定义，它满足：
[0052]
[0053] 其中为断电后识方向的水平电场，它由X和y两个方向的电场转换而 来，即：
[0054]
[0055]其中μ。= 4πX10-7 亨利 / 米；
[0056] 其中t为延迟时（单位：秒），每个四分之一周期的起始点延迟时间均设置为零。
[0057] 本发明实施例利用时间域瞬变水平电场下阶跃响应提高电性层分辨能力的方法， 包括以下步骤：
[0058] 1)、获取野外采集所得的时间域记录资料ex(t)和ey(t)。
[0059] 由于实际记录是连续记录数据，要依据发射波形，将所有记录分成单个周期的记 录（共N个记录），且每个周期的记录又要分成四个四分之一周期的记录，每个四分之一周 期记录的起始延迟时间均被设置为零。
[0060] 2)、叠加和滤波。
[0061] 滤波是指消除固定频率干扰信号（50或60Hz的民用电）的影响（采用数值滤波 法）。
[0062] 叠加是指将采集的多个周期的信号进行线性相加后平均的过程