一种计算发射源姿态改变引起的电磁响应误差的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于地球物理勘测领域，具体为海洋可控源电磁勘探领域，涉及一种发射 源姿态改变引起的可控源海洋电磁响应误差的计算方法。
【背景技术】
[0002] 海洋可控源电磁法具有能够区分深水区圈闭内油水性质以及揭露火山岩覆盖下 的"高阻体"的特点，在降低深水油气勘探风险、减少多解性方面起到了重要作用，已成为发 达国家进行深水油气勘探的重要手段。目前，无论是学术研宄还是实际数据处理中，大都基 于海底水平发射偶极的假设。实际深水海洋环境是复杂多变的，海底存在着由内波、潮流等 导致的海底洋流。海洋电磁勘探中发射源的长度为100-300米，在强海底流场的作用下其 姿态很难保持理想的水平状态。发射源姿态的变化，必然会影响到测量数据的质量，从而影 响对地下电性结构的解释，这种解释上很小的偏差，都可能造成勘探的失误。因此，研宄发 射源姿态对电磁响应的影响是非常必要的。
[0003] 发射源方向对海洋可控源电磁勘探影响方面的研宄，始于上世纪八十年代。Chave 和Cox(1982)给出了海洋可控源一维层状模型的正演算法，并指出用水平电偶极源获得 的数据质量比垂直电偶极源要好很多。Key(2009)通过一维正反演计算，研宄了 Inline、 Broadside和Vertical三个方向的发射源产生的电磁场分布特征及反演结果，最后指出 Inline方向的发射源得到的正演数据和反演结果最好，Broadside方向的次之，Vertical 方向的最差，后两种情况不能准确给出地下介质的电阻率分布。以上文章对发射源的方向 有严格的限制，为了体现发射源方向的任意性，刘云鹤等（2012)将发射源姿态的改变分解 为水平摆动、倾斜和水平旋转三种形式的组合，利用欧拉旋转将发射源由源坐标系转换到 地球坐标系，研宄了发射源姿态改变造成海洋电磁观测数据的误差分布特征，最后得出发 射源姿态改变会导致数据产生畸变。但是文章仍然局限于对一维层状模型的研宄。发射源 姿态是在三维空间中变化的，而且海底地质构造和地层电导率都具有复杂空间变化特征， 用一维模拟往往难以有效描述电磁场的异常规律。因此，为了准确地描述发射源姿态改变 对电磁响应的影响，有必要发展二维计算方法。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的不足及问题，本发明提供了一种发射源姿态改变引起的可控源海 洋电磁响应误差的计算方法，可以快速准确地评估发射源姿态改变对二维可控源海洋电磁 响应的影响。
[0005] 依据本发明的技术方案，发射源姿态改变引起的可控源海洋电磁响应误差的计算 方法，具体包括以下步骤：
[0006] 1)获取地球物理模型、发射源参数和观测系统参数；
[0007] 2)利用欧拉旋转和矩阵变换将任意姿态发射源转换为对应的计算坐标系中的等 效电偶极子源；
[0008] 3)通过对构造走向进行Fourier变换，将全三维电磁问题转化为二维问题，导出 适用于任意方向电偶极子的波数域电磁场方程；
[0009] 4)在y-ζ平面内采用有限元方法求解该方程，利用Fourier逆变换得到空间域海 洋电磁响应；
[0010] 5)计算由发射源姿态偏转引起的海洋电磁响应的误差。
[0011] 步骤1)中获取地球物理模型、发射源参数和观测系统参数包括：
[0012] 获取海水和海底各个地层的物理参数包括电导率和磁导率，并把各个地层的物理 参数按网格间距网格化，形成网格化数据文件作为输入数据；
[0013] 获取发射源参数包括发射源频率、长度、位置坐标和监测到的发射源的实时姿态 特征；
[0014] 获取观测系统参数包括观测范围和点间距。
[0015] 优选地，发射源姿态的改变分为三种基本类型：水平摆动、倾斜和水平旋转。任意 发射源姿态可分解水平摆动、倾斜和水平旋转三种基本形式的组合。
[0016] 优选地，利用欧拉旋转和矩阵变换，将其转换成对应地球坐标系中的等效电偶极 子分布；
[0017] Vr = DaDpDyV
[0018] 其中，ν'和V分别为发射源在计算坐标和旋转坐标中的偶极矩；Da，De，D y分别 为发射源水平摆动、倾斜和水平旋转时分别对应的旋转矩阵。
[0019] 另外，通过对构造走向进行Fourier变换，将全三维电磁问题转化为二维问题，导 出适用于任意方向电偶极子的波数域电磁场方程的步骤，包括：
[0020] 通过沿构造走向把Maxwell方程组进行Fourier变换，将全三维电磁问题转化为 二维问题，导出适用于任意方向电偶极子的波数域电磁场方程：
【主权项】
1. 一种计算发射源姿态改变引起的电磁响应误差的方法，其特征在于，所述方法采用 W下步骤： 1) 获取地球物理模型、发射源参数和观测系统参数； 2) 利用欧拉旋转和矩阵变换将任意姿态发射源转换为对应的计算坐标系中的等效电 偶极子源； 3) 通过对构造走向进行化urier变换，将全S维电磁问题转化为二维问题，导出适用 于任意方向电偶极子的波数域电磁场方程； 4) 在y-z平面内采用有限元方法求解该方程，利用Fourier逆变换得到空间域海洋电 磁响应； 5) 计算由发射源姿态偏转引起的海洋电磁响应的误差。
2. 如权利要求1所述的计算发射源姿态改变引起的电磁响应误差的方法，其特征在 于，步骤1)中获取地球物理模型、发射源参数和观测系统参数包括： 获取海水和海底各个地层的物理参数包括电导率和磁导率，并把各个地层的物理参数 按网格间距网格化，形成网格化数据文件作为输入数据； 获取发射源参数包括发射源频率、长度、位置坐标和监测到的发射源的实时姿态特 征； 获取观测系统参数包括观测范围和点间距。
3. 如权利要求1所述的计算发射源姿态改变引起的电磁响应误差的方法，其特征在 于，发射源姿态可分解水平摆动、倾斜和水平旋转=种基本形式的组合。
4. 如权利要求1所述的计算发射源姿态改变引起的电磁响应误差的方法，其特征在 于，利用欧拉旋转和矩阵变换，将监测到的发射源姿态转换成对应地球坐标系中的等效电 偶极子分布； V' =0。0日D丫 V 其中，V'和V分别为发射源在计算坐标和旋转坐标中的偶极矩；D。，Dp，D,分别为发 射源水平摆动、倾斜和水平旋转时分别对应的旋转矩阵。
5. 如权利要求1所述的计算发射源姿态改变引起的电磁响应误差的方法，其特征在 于，通过对构造走向进行化urier变换，将全S维电磁问题转化为二维问题，导出适用于任 意方向电偶极子的波数域电磁场方程的步骤，包括： 通过沿构造走向把Maxwell方程组进行化urier变换，将全S维电磁问题转化为二维 问题，导出适用于任意方向电偶极子的波数域电磁场方程：
其中心为X方向上的电场和磁场，0为模型电阻率，Op为主场的电阻率，0 s = 。-Op,。k为波数，《为角频率，y。为磁导率，7叫;-鄉。。。每，与，巧为主场立个方向的电 场； 该里主场=个方向的电场&，巧，巧体现了发射源的方向。按照权利2所述的方法，得到
计算坐标中的等效电偶极子源V'之后，将其代入到程序DipolelD中计算g，巧，巧，该样做 有利于提高整体计算效率和计算精度。
6. 如权利要求1所述的计算发射源姿态改变引起的电磁响应误差的方法，其特征在 于，计算由发射源姿态偏转引起的海洋电磁响应的误差的步骤，包括： 发射源姿态改变（偏离水平位置）之后的电场由S部分；X方向源，Y方向源和Z方向 源在该处产生的电场，叠加而成，WEi'为例： Ex - Ex,邸d-x+Ex，皿D-y+Ex,v邸 其中E,'发射源姿态改变之后得到的X方向的电场分量，E^HED_y，Ey,HED_y，胃?在上述 基础之上，计算权利2所述接收系统接收的电磁响应。
7. 如权利要求6所述的计算发射源姿态改变引起的电磁响应误差的方法，其特征在 于，进一步包括： 由发射源姿态改变引起的电磁响应误差是；发射源改变之后的电场相对于改变之前电 场的相对变化率。即：
其中Eph。分别表示振幅误差和相位误差。
【专利摘要】本发明提供了一种计算发射源姿态改变引起的电磁响应误差的方法，其利用欧拉旋转和矩阵变换将任意姿态发射源转换为对应的计算坐标系中的等效电偶极子源；通过对构造走向进行Fourier变换，将全三维电磁问题转化为二维问题，导出适用于任意方向电偶极子的波数域电磁场方程；在y-z平面内采用有限元方法求解该方程，利用Fourier逆变换得到空间域海洋电磁响应；最后计算由发射源姿态偏转引起的海洋电磁响应的误差。本发明针对海洋可控源电磁勘探中发射源姿态在底流作用下发生改变的情况，提供了一种计算发射源姿态改变引起的电磁响应误差的方法，为实际海洋可控源电磁观测时分析和校正发射源姿态变化引起的数据误差提供指导，以提高海洋可控源电磁探测的精度。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104598672
【申请号】CN201410836759
【发明人】姬莉莉, 郝天珧, 徐亚, 黄松
【申请人】中国科学院地质与地球物理研究所
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月30日