电性源瞬变电磁法全场区探测方法

专利名称：电性源瞬变电磁法全场区探测方法
技术领域：
本发明涉及地球物理勘探技术领域，特别是涉及电性源瞬变电磁法全场区探测方法。
背景技术：
瞬变电磁场法(Transient Electromagnetic Field，简称TEM)是一种建立在电磁感应原理基础上的时间域人工源电磁探测方法。它是利用阶跃形波电磁脉冲激发，利用不接地回线向地下发射一次场，在一次场断电后，测量由地下介质产生的感应二次场随时间的变化，来达到寻找各种地质目标的一种地球物理勘探方法。随着科学与技术的发展和人类日益增长的需求，当代社会正面临着资源、人口、粮食和环境等一系列难题；资源紧缺以及地震灾害等，严重威胁着经济的发展、社会的进步和人类的生存。我国对资源的需求局面已是十分严峻。对石油和金属矿产日益严重依赖于进口。最近一、二十年来，人类社会金属矿产资源的需求几乎呈指数增长。需求量亦日益大幅度的增长；以煤炭为重要能源是我国的基本国策；淡水资源的贫缺已对人类生活与生存环境提出了严峻的挑战。工程勘察领域的深部目标体有效性勘察问题也日益显得重要。为此，加强国内资源勘查确是一项长期的根本任务和基本国策，预测、减轻和预防地震的发生及其破坏能力也是追在眉睫。浅部勘探和开发的资源量远远不足，且十分紧缺。必须强化进行第二深度空间 (500m 2000m)金属矿产资源的地球物理找矿、勘探和战略后备基地的建设；对煤炭的勘探与开采限于近地表浅层到700m深度之间，这是难以适应日益巨增的能源消耗，必须突破已有煤炭勘探与开采的框架，向深部发展，即在第二深度空间(500 2000m)进行煤炭的勘探与开发，以保证我国可持续发展的煤炭能源需求；另外，随着我国经济的快速发展，地下热水资源受到越来越多的重视，深部地下热水的有效、快速勘探是地球物理工作都的重要任务之一。第二深度空间的资源的发现必将作为我国未来资源的后备基地。为此，在多元利用资源的同时，必须立足本土，依据国家战略需求，开辟自主创新的道路，充分利用和发挥高分辨率地球物理场的效能，迅速强化进行第二深度空间高精度地球物理找矿、勘探与开发，以保证我国社会与经济的可持续发展。我国对资源的需求局面已是十分严峻。对石油和金属矿产材料的需求日益严重依赖于进口 ；以煤炭为重要能源是我国的基本国策；淡水资源的贫缺已对人类生活与生存环境提出了严峻的挑战。为此，加强资源勘查是一项长期的根本任务。因为浅部勘探和开发的资源量远远不足，且十分紧缺，必须强化进行第二深度空间(500m 2000m)金属矿产资源、 煤炭资源等的地球物理找矿、勘探和战略后备基地的建设；随着我国经济的快速发展，对深部地下热水资源的有效勘探成为热门。发现和利用新的物理参数、提出新勘探方法、提高现有的方法的勘探精度，向地球深部进行精确探测必然是今后发展的主导趋势。正是由于资源的严重短缺与日益增加的需求量的矛盾，瞬变电磁场法近年来得到了地球物理勘探领域的相关学者的广泛研究。Kaufaman和keller于1983年给出了瞬变电磁法所使用的理论基础。Rocroi和gole于1983年具体描述了轴向偶极接收装置的使用情况。目前在实际工作中，观测的是感应电压V(t)或垂直磁场的时间导数(Gimderson et al.，1986) (Sharma, 1997) (Strack, 1992)。Strack 等在 1989 年具体描述了长偏移距瞬变电磁法的数据解释方法。在一些地形不适合用地震反射波法探测(Reynolds，1997)时，长偏移距离法LOTEM起了重要的补充作用。严良俊(1999)以垂直磁场定义长偏移距瞬变电磁法探测深全区视电阻率。翁爱华O003)对长偏移距瞬变电磁法探测深甚晚期响应及视电阻率的数值计算进行研究。阎述O000)完成电偶源频率电磁探测深三维地电模型有限元正演，黄力军(1995)采用电性源瞬变电磁法进行煤田水文地质调查研究工作。瞬变电磁场法的研究工作主要包括了中心回线方式瞬变电磁法、长偏移瞬变电磁法及美国最新报道的多道瞬变电磁法MTEM(Multi-channel Transient ElectroMagnetic) 三个不同的代表性装置形式。中心回线方式瞬变电磁法采用了中心回线方式瞬变电磁法装置，由于此种装置导常简单，易于解释，得到广泛的应用。但是此种方法最大的缺点是探测深度相对较小，并且对高阻体的分辨能力相对较差。当边长较大时(大于300米)，对于几百米长的发射线框， 只观测发射线框中心一个点就移动位置，势必会大大降低TEM法的工作效率。为了减少场的横向不均勻性，可以只在回线内中心一定的范围内进行观测，形成特有的大回线源瞬变电磁类中心方式，目前使用的仪器如V-5、V8、⑶P-32、R0TEM、SIR0TEM、PEM等大多采用大回线装置形式。但在资料处理时，忽略了不同点场响应的差异性，认为在中间范围内观测时， 场基本上均勻。通常采用中心回线方式的计算公式进行资料处理。观测中的边缘效应，对于精细勘探来说是不可忽略的，应当予以消除。大定源瞬变电磁法，在回线内、外都可以观测， 勘探深度大，划分异常细，工作效率高，几台接收机可以同时工作。由于回线外场值较小， 且场不均勻，这种观测方式应用较少。目前回线源瞬变电磁法在工程、矿产勘查等方面得到广泛的应用。目前国内主要利用近区回线源瞬变电磁测深法，探测深度一般为nX 10 nXlO、。理论与实践证明，采用近区方式对地下导电体有反映优于远区，纵向及横向的分辨率均得到提高。且大大减少了体积效应。虽然近场情况下的的回线源瞬变电磁法得到普遍接受和应用，但是，电性源近区测深应用不多。长偏移瞬变电磁法采用较长的收发距(r = G 6)H)。长偏移瞬变电磁法法属于时间域电磁感应方法，它利用接地电极通以脉冲电流而在地下建立起一次脉冲磁场，在一次磁场间歇期间，在远场区的扇形区域内接收二次电磁场。由于早期信号反映浅部地电特征，晚期信号反映较深部地电断面，这就可以达到测深的目的。长偏移瞬变电磁法的装置方式的主要特点之一就是发射与接收较远，以确保观测信号属于远场区信号；同时，观测方式与CSAMT相类似。长偏移瞬变电磁法的缺点是信号较弱。对于长偏移距离法L0TEM，当收发距离较大时，可能跨越好几个构造单元，由于地质构造和地形起伏带来的电性变化，都由源传导到接收，再加上有用信号强度急剧下降，不利于精细探测。晚期只能确定总的纵向电导，不具备分层能力。使得一般只用于地质构造简单地形平坦，如油气勘探区。针对我国金属矿产勘查的复杂性，不适合用长偏移距离法L0TEM。2002 ^Ξ David Wright(Edinburgh, UK) dj MTEM(Multi-channel Transient ElectroMagnetic)的概念，MTEM方法不同于以往的TEM工作，采用接地导线源、发送随机编码、陈列式多道观测，它同时测量接收电压和输入的发送电流，并且脉冲响应是由这二者的反褶积得到的。多道瞬变电磁法采用的装置是多道瞬变电磁法的装置，此种装置的特点之一是发射源与接收位于同一条测线上，并采取没偏移距离；观测方式与地震勘探相类似； 接收的脉冲响应数据可以被像地震数据一样被处理，这是数据处理的一大进步。多道瞬变电磁法首先在2001年申请了专利；2003年Anton Ziolkowski等成立了 MTEM公司，进行该技术的商业化使用；2004年MTEM被欧洲著名地球勘探公司收购；2005年获得美国专利。在多道瞬变电磁法中，显著的优点是接收的脉冲响应数据可以被像地震数据一样被处理，这是数据处理的一大进步；得到通过反褶积和微分得到大地脉冲响应的时间导数，并将结果以共偏移剖面显示，这种方式得到的高电阻值很好的反映了已知储气层的正确水平位置。 但是，多道瞬变电磁法仅仅是在一维情况下的数据观测域资料处理的解释；想要获得更精确的地下矿体的位置、大小和形状的信息，多道瞬变电磁法是无法实现的。这样，需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是如何能够找到一种新型的瞬变电磁场法，能够快速、高效及准确地实现对深部地质目标体的三维探测，从而获得更精细深部地质目标体的信息。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供电性源瞬变电磁法全场区探测方法，能够快速、高效及准确地实现对深部地质目标体的三维探测，从而获得更精细深部地质目标体的 fn息ο为了解决上述问题，本发明公开了电性源瞬变电磁法全场区探测方法，包括在近场源情况下，采用电性源瞬变电磁法的探测方法，对深部地质目标体进行探测，获得观测数据；采用瞬变电磁全场区理论进行观测数据的处理及解释，完成对深部地质目标体的精细探测，获得深部地质目标体的信息。优选的，所述深部地质目标体的信息为深部地质目标体的位置信息、大小信息或形状信息。优选的，所述在近场源情况下，采用电性源瞬变电磁法的探测方法，对深部地质目标体进行探测，获得观测数据的步骤，包括通过接地电极AB向地下发射电磁场；在距离发射电磁场较小的偏移距离内，对电磁场单分量或者多分量进行观测，采集数据，获得电磁场单分量或者多分量的观测数据；其中，所述对深部地质目标体进行探测，获得观测数据的过程是通过电性源瞬变电磁法近场源探测的工作装置来完成的。优选的，所述距离发射电磁场较小的偏移距离是指观测点与发射源之间的距离与目标体埋藏深度的距离相等或者小于目标体埋藏深度；其中，所述偏移距离最大值通过公式(I )来表征；r = (0. 7 1)H ( I )
r为观测点到发射源点的距离；H为地质目标体的埋藏深度。优选的，电性源瞬变电磁法全场区探测方法还包括在近场源装置情况下，所述观测点的一半以上的时间道数据为近场区数据；在近场源装置情况下，所述观测点的部分早期时间道数据为中场区数据及远场区数据；在近场源装置情况下，对所观测的瞬变电磁数据采用全场区理论进行处理及解释；其中，所述近场区是指收极距或发极距小于深部地质目标体的埋藏深度；所述远场区是指收极距或发极距等于或大于深部地质目标体埋藏深度的4至6倍。优选的，所述对观测数据采用全场区理论进行处理及解释，完成对深部地质目标体的精细探测的步骤，包括在探测深度方面，在小偏移距离内，对发射源作跌加偶极子计算，使得在近场源情况下，偏移距离与地质目标体埋藏深度相等或小于地质目标体埋藏深度，获得深部地质目标体的信息；在探测精度方面，采用全场区理论进行观测数据的处理及解释，完成对深部地质目标体的精细探测，获得深部地质目标体的信息；其中，所述小偏移距离是指观测点到发射源点的距离范围为1千米至两千米的范围。优选的，电性源瞬变电磁法全场区探测方法还包括在近场源情况下，对观测数据采用全场区理论进行观测数据的处理及解释的过程中，需要针对发射AB的非偶极子效应，对观测数据进行修正。优选的，电性源瞬变电磁法全场区探测方法还包括在近场源情况下，对观测数据采用全场区理论进行观测数据的处理及解释的过程中，需要建立全场区响应理论公式，对观测数据进行处理，获得深部地质目标体的信息。优选的，电性源瞬变电磁法全场区探测方法还包括实际工作中的近场源瞬变电磁的探测深度受各种因素的影响；其中，不同的被探测地质体本身的大小、形状、埋深及与围岩的电阻率差别，供电电极距的大小，观测精度，地形和不均勻体的干扰及外来电场的干扰，会有不同的探测深度结果；在深度范围内，当探测目的层产生的异常场超过背景场电平时，依据观测结果，分辨深部地质目标体的存在性。优选的，所述针对发射AB的非偶极子效应，对观测数据进行修正的步骤，包括对发射导线源AB进行偶极子剖分；建立全场响应理论公式；分别计算每一个单一偶极子在场点的全场响应；将每个偶极子在观测点引起的的场进行迭加，获得发射AB在观测点的总场；
7
对观测数据采用全场区理论进行处理及解释，完成对深部地质目标体的精细探测。与现有技术相比，本发明具有以下优点首先，本发明实现了对地下目标体单元的多次覆盖测量，还实现了瞬变电磁的三维探测，并可以用于矿产资源探测。可以获得更精确的地下目标体的位置、大小和形状的信息，对于研究精细地质结构有重要意义。其次，相对于回线源瞬变电磁法(loop source TEM)来说，本发明可以克服回线源瞬变电磁法的探测深度相对较小的缺点，并对高阻体有较好的分辨能力。再者，相对于长偏移距瞬变电磁法(long offset TEM)来说，本发明可以克服信号较弱的缺点。在一维情况下，通过对比接地电偶极源瞬变电磁近区与远区场以及回线源瞬变电磁对高阻层的探测能力，认为在深部高阻层探测时接地电偶极源瞬变电磁全区法优于回线源瞬变电磁法、长偏移距瞬变电磁法。另外，与最新的美国多道瞬变电磁法(Multi-channel TEM)相比，本发明向面积性三维勘探前进了一步。总之，本发明提供电性源瞬变电磁法全场区探测方法，能够快速、高效及准确地实现对深部地质目标体的三维探测，从而获得更精细深部地质目标体的信息。


图1是本发明电性源瞬变电磁法全场区探测方法实施例的流程图；图2是本发明实施例中瞬变电磁法原理示意图；图3是本发明实施例中电性源瞬变电磁法近场源工作装置示意图；图4是本发明实施例中传统回线源、大回线源、大定源回线瞬变电磁法的工作装置示意图；图5是本发明实施例中传统电性源长偏移瞬变电磁法工作装置示意图；图6是本发明实施例中多道瞬变电磁法探测方法工作装置示意图；图7是本发明实施例中的均勻半空间早期、晚期、全期视电阻率对比示意图；图8是本发明实施例中的G型早期、晚期、全期视电阻率对比示意图；图9是本发明实施例中的偶极子迭加处理示意图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。本发明的核心构思之一在于，提供了全新的电性源瞬变电磁法全场区探测方法。 首先，在近场源情况下，采用电性源瞬变电磁法的探测方法，对深部地质目标体进行深部探测，获得观测数据；其次，对观测数据采用全场区理论进行处理及解释，完成对深部地质目标体的精细探测。此种全新的电性源瞬变电磁法全场区探测方法，能够快速、高效及准确地实现对深部地质目标体的三维探测，从而获得更精细的深部地质目标体的信息。参照图1，示出了本发明电性源瞬变电磁法全场区探测方法实施例的流程图，具体可以包括
步骤101、在近场源情况下，采用电性源瞬变电磁法的近场源探测方法，对深部地质目标体进行探测，获得观测数据；本发明采用电性源瞬变电磁法的近场源装置形式，对深部地质目标体进行探测， 获得观测数据；参照图2，示出了本发明实施例中瞬变电磁法原理示意图。瞬变电磁场法(Transient Electromagnetic Field，简称TEM)是一种建立在电磁感应原理基础上的时间域人工源电磁探测方法。它是利用阶跃形波电磁脉冲激发，利用不接地回线向地下发射一次场，在一次场断电后，测量由地下介质产生的感应二次场随时间的变化，来达到寻找各种地质目标的一种地球物理勘探方法。从图2中，可以看出图2A为电磁场感应涡流场产生过程示意图，图2A可以清晰地说明电磁场感应涡流程产生的过程。图2B为发射信号与接收信号关系示意图，图2B可以清晰地说明发射信号与接收信号的关系。瞬变电磁场法的研究工作主要包括中心回线方式瞬变电磁法、长偏移瞬变电磁法及美国最新报道的多道瞬变电磁法MTEM(Multi-channel Transient ElectroMagnetic)三个代表性装置形式。所述对地质目标体进行近场源装置形式下的探测，获得观测数据的过程是通过电性源瞬变电磁法近场源装置形式来完成的。在本发明的一种优选实施例中，所述步骤101，具体可以包括子步骤111、通过接地电极AB向地下发射电磁场；所述对深部地质目标体进行深部探测，获得观测数据的过程是通过电性源瞬变电磁法近场源探测的工作装置来完成的。首先介绍一下本发明中的接地电极AB。接地电极AB的长度范围一般为500米到1000米。AB长度要通过工区实验选择。 A，B平面位置要通过测量定位确。AB的距离误差应小于1%，AB布设尽量远离地质构造， 选择背景场比较平稳的地方进行布设不得将剩余导线留在绕线架上，应将其呈S型铺于地面。布线时在导线联接处应接触良好，严禁漏电。当导线通过水田、池塘、河沟时，应予架空防止漏电；当导线横过公路时，应架空或埋于地下以防绊断压坏。架空的导线应拉紧防止随风摆动。1 1供电电极为铝箔片状电极或金属棒状电极.金属棒状电极长约60-100cm，直径1. 6cm-2. 2cm，金属电极必须垂直打入接地点，与土层密实接触；其入土深度，对长极距至少应为电极长度的2/3 ；对短极距应大体满足点电源的要求，一般不应超过极距的1/10。 A、B电极的应该埋设牢固，接触良好，接地电阻一般应该在50-200欧姆之间。接通电源前，应检查各个线路的连接是否正确，确认无误后方可接上电源；拆线时，应先拆去电源，后拆其他线路。在测站布设和电极接地完成之后，测站应通知电源工、跑极工开始供电观测。观测结束后.应先切断电源，然后才能通知跑极工跑极或收线。作业人员处理供电线路故障的过程中，不得带电作业。进行漏电检查时，必须遵守事先约定的时间，在该时间内，作业人员不得触及导线的裸露部分和进行导线的检修连接。在约定时间外，测站应停止漏电检查或重新联系。
子步骤121、在距离发射电磁场较小的偏移距离内，对电磁场单分量或者多分量进行观测，采集数据，获得电磁场单分量或者多分量的观测数据。一般情况下，偏移距离与探测目标的最大埋深之间的关系r = (0. 7 1)H。所述偏移距离要通过工区实验选择。所述距离发射电磁场较小的偏移距离是指观测点与发射源之间的距离与目标体埋藏深度的距离相等或者小于目标体埋藏深度；所述偏移距离最大值通过公式(I )来表征；r = (0. 7 1)H ( I )r为观测点到发射源点的距离；H为地质目标体的埋藏深度。所述观测点为近场区、中场区及远场区；所述观测点为近场区、中场区及远场区；所述近场区是指收极距或发极距小于地质目标体的埋藏深度；所述远场区是指收极距或发极距等于或大于地质目标体埋藏深度的4至6倍。在近场源装置情况下，所述观测点的一半以上的时间道数据为近场区数据；在近场源装置情况下，所述观测点的部分早期时间道数据为中场区数据及远场区数据；在近场源装置情况下，对所观测的瞬变电磁数据采用全场区理论进行处理及解释；其中，所述近场区是指收极距或发极距小于深部地质目标体的埋藏深度；所述远场区是指收极距或发极距等于或大于深部地质目标体埋藏深度的4至6倍。电性源瞬变电磁法全场区探测方法工作装置的设备是目前的V8、⑶P32等仪器均可以进行测量。采集所观测到的电磁场各分量数据是通过如下的方式完成的。(1)测线垂直于构造走向方向；测线方向与AB平行布置。(2)每个测站，应校对测量桩号是否正确。(3)接收站的布置应避免靠近强干扰源以及金属干扰物的地方。阴雨湿度很大及雷雨天气不宜开展工作。(4)可以用探头接收信号，也要以用电极来接收信号。可以测量垂直分量，也可以测量水平分量。(5)测线应尽量垂直于勘查对象的走向，并尽可能避免或减小地形影响和其他干扰因素的影响；测线方向应与工区中的地质勘探线、典型地质剖面方向一致参照图3，示出了本发明实施例中电性源瞬变电磁法近场源工作装置示意图。其中，图3A为本发明电性源瞬变电磁法全场区探测方法工作装置示意图；图;3B为本发明电性源瞬变电磁法全场区探测方法观测场点示意图；图3C为本发明电性源瞬变电磁法全场区探测方法观测区域示意图。从图3中，可以看出
10
本发明电性源瞬变电磁法全场区探测方法工作装置设计与以往不同。对本发明电性源瞬变电磁法全场区探测方法工作装置做说明如下(1)所述电性源瞬变电磁法全场区探测方法工作装置适用于一般瞬变电磁法法仪器系统，如V8，⑶P32等。 (2)发射AB的长度与LOTEM以及CSAMT基本上相同。(3)观测点原则上可以在近场区、中场区、远场区，但是建议工作时观测点一般放在近场区和中场区。(4)场值随距离变化规律响应的最大值不在场源AB下方，而是偏移一定的距离位置处，最佳偏移距离与深度的关系r= (0.7 1)H。最佳的观测区范围也就是在这一个范围内。(5)针对所述电性源瞬变电磁法全场区探测方法观测区域做如下说明在近场区，响应值随偏移距离增加而增加；在远场区，响应值随偏移距离增加而减少；在近场区和远场区之间的中间部位，属于中场区，近场区和中场区这一部分的场值相对较大，为最佳观测区域。(6)在长偏移距离TEM研究中，我们在讨论电偶极源的问题时，假设源为点源。忽略了 AB的长度尺寸。但在实际的应用中，我们往往以有限长度的线源的电荷分布。全场区情况下，由于一些观测点距离发射源较近，所以，发射源的非偶极子效应表现明显，需要进行校正。这时解决的办法是，可以把发射线看成无数个偶极子的和，这些偶极子同时按阶跃波规律变化，这样，发射线源上各偶极子在场点引起的场的迭加即为该点的场响应。在远场情况下，忽略AB的长度，直接把发射源看作偶极子。其中，r为源中心到观测点的距离。在全场情况下，发射源看作偶极子的迭加。在本次发明的全场区观测情况下，把发射AB分成无数多小段dl，把发射源看作无数偶极子的迭加。其中，r’为偶极子dl到观测点的距离。瞬变电磁场法的研究工作主要包括中心回线方式瞬变电磁法、长偏移瞬变电磁法及美国最新报道的多道瞬变电磁法MTEM(Multi-channel Transient ElectroMagnetic)三个代表性装置形式。为了突出本发明的快速高效、大深度及精细探测的优点；比较本发明的方法与上述三种方法的工作装置的不同，用于进行勘探地质目标体，获得地质目标体的信息。所述地质目标体的信息为地质目标体的位置信息、大小信息或形状信息。首先，介绍本发明电性源瞬变电磁法全场区探测方法的工作装置。(1)工作装置形式与一般情况下的激发极化法扫面基本类似，就在布置好发射线源AB后，在AB两侧一事实上位置范围内进行面积性旁线测量勘探。观测网度要求与瞬变电磁法的规范相同。使用的仪器可以是V8，GDP32等。可以用探头接收磁场信号，也可以用电极接收电场信号。施工方法与一般瞬变电磁法相同，只是观测区域在电性源的近场区域和中场区域内。(2)观测点原则上可以在近场区、中场区、远场区，但是近场区和中场区信号相对较强，建议工作时观测点一般放在近场区和中场区。因为，响应的最大值不在场源AB下方， 而是偏移一定的距离位置处，最大值所对的偏移距离与矿体目标体的埋藏深度的关系为
r=(0.7 l)H。r为观测点到接收点的距离，H为目标体的埋藏深度。在信号的较强偏移距离范围内观测比较有利。最佳的观测区偏移距范围也就是在这一个范围内。(3)在旁线扫面测量时，可以采取逐点行移动，单点测量的方式，也可以多道同时测量，单点移动的排列形式，可以实现空间单次覆盖，也可以实现是空间域多次覆盖。建议采取后一种方式，这样可以提高资料的可信度和精度。(4)这种装置的轻便性和探测性说明以往回线源探测时需要在地面放一个口字框，并且对口字框的四个角点位置有严格的要求，在地形平坦情况下工作效率尚可，在地形复杂情况下，特别是在山区，有时候四条发射线的顺利连接非常困难，工作效率极低，并且有时很难保证矩形回线的形状满足要求。而在山区进行勘探时，布置导线就比布置回线方便的多，导线布设的位置要求相对不严格，导线可以布置在测区内山沟的人行小道上或者易于通行穿越的地方，这样工作效率会极大地提高。(5)近场区与远场区说明所谓远区装置是指发、收极距(r)远大于目的层埋深(H)的装置；与频率测深方法类似，在1~>的情况下所观测到得测深曲线与波区(τ/t —0)的曲线相差已小于 5%，因此，通常把r彡作为远区条件。由于远区时域电磁测深方法的理论基础及解释方法均与频率域测深方法相似，而起两者可以互换，因此两类方法在文献中通常归并在一起加以介绍，有它一整套理论计算曲线及工作方法技术。但是，实际工作中不可能得到完整的远区曲线。所谓近区是指极距(r)小于目的层埋深(H)的情况，在r/H ( 0. 7的情况下，测深曲线与r — 0时相差已小于5%。由于在近区观测，对地层的分辨灵敏度、探测深度及工作效率等方面相对于远区，有一系列的优点。其次，介绍中心回线方式瞬变电磁法探测方法工作装置。中心回线方式顺便电磁法具体可以包括传统回线源瞬变电磁法、大回线源瞬变电磁法及大回线源瞬变电磁法。参照图4，示出了本发明实施例中传统回线源、大回线源、大定源回线瞬变电磁法的工作装置示意图。其中，图4A为传统回线源瞬变电磁法的工作装置示意图；图4B为传统大回线源瞬变电磁法的工作装置示意图；图4C为传统大定源回线瞬变电磁法的工作装置示意图。从图4中，可以看出传统回线源瞬变电磁法的工作装置，传统大回线源瞬变电磁法的工作装置及传统大定源回线瞬变电磁法的工作装置是不同的。早先应用较多的是中心回线方式瞬变电磁法装置，由于这种装置导常简单，易于解释，得到广泛的应用。当边长较大时(大于300米)，对于几百米长的发射线框，只观测发射线框中心一个点就移动位置，势必会大大降低TEM法的工作效率。为了减少场的横向不均勻性，可以只在回线内中心一定的范围内进行观测，形成特有的大回线源瞬变电磁类中心方式，目前使用的仪器如V-5、V8、⑶P-32、R0TEM、SIR0TEM、PEM等大多采用大回线装置形式。但在资料处理时，忽略了不同点场响应的差异性，认为在中间范围内观测时，场基本上均勻。通常采用中心回线方式的计算公式进行资料处理。观测中的边缘效应，对于精细勘探来说是不可忽略的，应当予以消除。大定源瞬变电磁法，在回线内、外都可以观测，勘探深度大，划分异常细，工作效率高，几台接收机可以同时工作。由于回线外场值较小，且场不均勻，这种观测方式的应用较少。再者，介绍传统电性源长偏移瞬变电磁法探测方法工作装置。参照图5，示出了本发明实施例中传统电性源长偏移瞬变电磁法工作装置示意图。其中，图5A为传统电性源长偏移瞬变电磁法工作装置示意图；图5B为传统电性源长偏移瞬变电磁法工作区域示意图。从图5A中，可以看出长偏移瞬变电磁法探测方法工作装置的主要特点之一就是发射与接收较远，以确保观测信号属于远场区信号。观测方式与CSAMT相类似。其中，AB为电偶极子长度(m)，AB的长度一般为1 3公里，R为收发距(偏移距) (m)，一般距离为3 5公里，探测深度一般为1公里。长偏移瞬变电磁法法属于时间域电磁感应方法，它的工作原理是利用接地电极通以脉冲电流而在地下建立起一次脉冲磁场，在一次磁场间歇期间，在远场区的扇形区域内接收二次电磁场。由于早期信号反映浅部地电特征，晚期信号反映较深部地电断面，这就可以达到测深的目的。另外，介绍美国最新报道的多道瞬变电磁法探测方法工作装置。参照图6，示出了本发明实施例中的多道瞬变电磁法探测方法工作装置示意图。其中，图6A是地面多道瞬变电磁法探测方法工作装置示意图；图6B是海底多道瞬变电磁法探测方法工作装置示意图；图6C是多道瞬变电磁法探测方法观测场点示意图。2002 ^ David Wright(Edinburgh, UK) dj MTEM(Multi-channel Transient ElectroMagnetic)的概念，MTEM方法不同于以往的TEM工作，采用接地导线源、发送随机编码、陈列式多道观测，它同时测量接收电压和输入的发送电流，并且脉冲响应是由这二者的反褶积得到的。这种探测方法工作装置的特点之一是发射源与接收位于同一条测线上，并采取没偏移距离。观测方式与地震勘探相类似。接收的脉冲响应数据可以被像地震数据一样被处理，这是数据处理的一大进步。该方法在2001年申请专利；2003年Anton Ziolkowski等成立了 MTEM公司，进行该技术的商业化使用；2004年MTEM被欧洲著名地球勘探公司收购；在2005年获得美国专利。该方法具有如下的优点是接收的脉冲响应数据可以被像地震数据一样被处理，这是数据处理的一大进步；得到通过反褶积和微分得到大地脉冲响应的时间导数，并将结果以共偏移剖面显示；得到的高电阻值很好的反映了已知储气层的正确水平位置。国外主要用这一装置进行油汽探测，进行一维情况下的数据观测与资料处理解释。步骤102、采用瞬变电磁全场区理论进行观测数据的处理及解释，完成对深部地质目标体的精细探测，获得深部地质目标体的信息。
在本发明的一种优选实施例中，所述步骤102，具体可以包括子步骤112、在探测深度方面，在小偏移距离内，对发射源作迭加偶极子计算，使得在近场源情况下，偏移距离与地质目标体埋藏深度相等或小于地质目标体埋藏深度，获得深部地质目标体的信息。其中，所述小偏移距离是指观测点到发射源点的距离范围为1千米至两千米的范围。实际工作中的近场源瞬变电磁的探测深度受各种因素的影响。不同的被探测地质体本身的大小、形状、埋深及与围岩的电阻率差别，供电电极距的大小，观测精度，地形和不均勻体的干扰及外来电场的干扰，会有不同的探测深度结果；在深度范围内，当探测目的层产生的异常场超过背景场电平时，依据观测结果，分辨深部地质目标体层的存在性。下面就以两类典型断面为例加以讨论在深度范围内，当探测目的层产生的异常场超过背景场电频时，依据观测结果，分辨目的层的存在性。情况1、均勻半空间中的水平薄良导电层。设薄导电层的纵向电导为S，上覆均勻层的纵向电导为S1 ；取薄导电层产生的异常响应(Va)与半空间产生的响应(V0)之比Va/V0 = δ彡50%，在此条件下，如下表格1列出不同SZS1及r/H时的探测深度。
SIS1δ当r /孖为以下值时探测深度/km1/41/21/Λ/2122λ/24810.53.34.64.85.05.03.92.8—20.54.34.95.25.35.34.03.22.0100.53.54.14.34.54.43.62.81.7表格1由上述表格1可见r/H = 1 2专职的探测深度最大。就远、近区而言，在S > S1 的条件下，近区比远区的探测深度大。情况2、具有高阻或导电基底的两层断面。对于ρ 2 —c 和P2=P i/16条件下的计算结果如表2所示。这是对同一 P ！值进行计算的结果，δ为P1层异常响应与基底92层异常响应之比Val/Va2= δ。由如下表格2可见，对于导电基底上的最大探测深度在r/H 1的情况，近区的探测深度大于远区。
Plδ当r/H为以下值[时探测深度/km1/41/2M-Jl122-J248Λ/160.53.33.84.04.03.93.43.12.51.3OO-0.51.92.22.42.62.72.82.82.51.8表格2由上述表格2的分析数据，可得出结论近区测深方法，相对于远区方法具有对地层断面分辨能力强、探测深度大以及对有限导体的探测能力强等优点。此外，在近区工作的装置便于施工、工作效率高，能够提供更为准确的断面资料。由此得出结论可见使用近区探测更为合理。子步骤122、在探测精度方面，采用全场区理论进行观测数据的处理及解释，完成对深部地质目标体的精细探测，获得深部地质目标体的信息。获得探测成果的过程是通过全场区理论体系下的资料处理来完成的。(1)理论上，在远场区观测情况下，发射AB的尺寸可以不计，但是在中场区和近场区情况下，AB的非偶极子近似不能忽略。(2)在考虑AB长度的情况下，响应场值与直接偶极子场不同，具有一定的差别。直接偶极子情况下产生的电场为
权利要求
1.电性源瞬变电磁法全场区探测方法，其特征在于，包括在近场源情况下，采用电性源瞬变电磁法的探测方法，对深部地质目标体进行探测，获得观测数据；采用瞬变电磁全场区理论进行观测数据的处理及解释，完成对深部地质目标体的精细探测，获得深部地质目标体的信息。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述深部地质目标体的信息为深部地质目标体的位置信息、大小信息或形状信息。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在近场源情况下，采用电性源瞬变电磁法的探测方法，对深部地质目标体进行探测，获得观测数据的步骤，包括通过接地电极AB向地下发射电磁场；在距离发射电磁场较小的偏移距离内，对电磁场单分量或者多分量进行观测，采集数据，获得电磁场单分量或者多分量的观测数据； 其中，所述对深部地质目标体进行探测，获得观测数据的过程是通过电性源瞬变电磁法近场源探测的工作装置来完成的。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述距离发射电磁场较小的偏移距离是指观测点与发射源之间的距离与目标体埋藏深度的距离相等或者小于目标体埋藏深度； 其中，所述偏移距离最大值通过公式(I)来表征； r = (0. 7 1)H (I) r为观测点到发射源点的距离； H为地质目标体的埋藏深度。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括在近场源装置情况下，所述观测点的一半以上的时间道数据为近场区数据； 在近场源装置情况下，所述观测点的部分早期时间道数据为中场区数据及远场区数据；在近场源装置情况下，对所观测的瞬变电磁数据采用全场区理论进行处理及解释； 其中，所述近场区是指收极距或发极距小于深部地质目标体的埋藏深度； 所述远场区是指收极距或发极距等于或大于深部地质目标体埋藏深度的4至6倍。
6.如权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述对观测数据采用全场区理论进行处理及解释，完成对深部地质目标体的精细探测的步骤，包括在探测深度方面，在小偏移距离内，对发射源作迭加偶极子计算，使得在近场源情况下，偏移距离与地质目标体埋藏深度相等或小于地质目标体埋藏深度，获得深部地质目标体的信息；在探测精度方面，采用全场区理论进行观测数据的处理及解释，完成对深部地质目标体的精细探测，获得深部地质目标体的信息； 其中，所述小偏移距离是指观测点到发射源点的距离范围为1千米至两千米的范围。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括在近场源情况下，对观测数据采用全场区理论进行观测数据的处理及解释的过程中， 需要针对发射AB的非偶极子效应，对观测数据进行修正。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括在近场源情况下，对观测数据采用全场区理论进行观测数据的处理及解释的过程中， 需要建立全场区响应理论公式，对观测数据进行处理，获得深部地质目标体的信息。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括实际工作中的近场源瞬变电磁的探测深度受各种因素的影响； 其中，不同的被探测地质体本身的大小、形状、埋深及与围岩的电阻率差别，供电电极距的大小，观测精度，地形和不均勻体的干扰及外来电场的干扰，会有不同的探测深度结果；在深度范围内，当探测目的层产生的异常场超过背景场电平时，依据观测结果，分辨深部地质目标体的存在性。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述针对发射AB的非偶极子效应，对观测数据进行修正的步骤，包括对发射导线源AB进行偶极子剖分；建立全场响应理论公式；分别计算每一个单一偶极子在场点的全场响应；将每个偶极子在观测点引起的的场进行迭加，获得发射AB在观测点的总场； 对观测数据采用全场区理论进行处理及解释，完成对深部地质目标体的精细探测。
全文摘要
本发明提供了电性源瞬变电磁法全场区探测方法，具体包括在近场源情况下，采用电性源瞬变电磁法的探测方法，对深部地质目标体进行深部探测，获得观测数据；采用瞬变电磁全场区理论进行观测数据的处理及解释，完成对深部地质目标体的精细探测，获得深部地质目标体的信息。本发明能够快速、高效及准确地实现对深部地质目标体的三维探测，从而获得更精细深部地质目标体的信息。
文档编号G01V3/08GK102419452SQ20111018101
公开日2012年4月18日 申请日期2011年6月30日 优先权日2011年6月30日
发明者薛囯强, 闫述, 陈卫营 申请人:中国科学院地质与地球物理研究所