一种适用于不规则发射回线的tem一维正演方法
【专利摘要】本发明公开了一种适用于不规则发射回线的瞬变电磁正演方法，包括：以接收线圈中心对应的地面点处为原点，建立圆柱坐标系，并建立接收点处的涡旋电场分量的频率域表达式；将所述涡旋电场分量的频率域表达式表示为Hankel积分形式，并求出涡流电场分量的频率域响应大小；求取涡流电场分量的时间域响应大小；记录不规则发射回线的拐点坐标，求出两个拐点之间分段回线的函数表达式；将所述涡流电场分量的时间域响应在所述分段回线上进行积分得到每个分段回线上的电压值，并将各个分段回线上的电压值求和得到所述不规则发射回线的瞬态响应。本发明提出的方法适用于不规则发射回线的地面、海洋和航空瞬变电磁法一维正演算法。
【专利说明】—种适用于不规则发射回线的TEM —维正演方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及地质探测领域，尤其涉及一种适用于不规则发射回线的瞬变电磁法(TEM) 一维正演方法。
【背景技术】
[0002]瞬变电磁法是利用向地面发射电磁波而探测地下地质构造的地电特征的一种方法。瞬变电磁法一般采用大回线向地面发射电磁波，然后利用近似磁偶极子的接收机进行接收地下介质反射回波。通过后期的处理可以对地下地电特征甚至地质结构进行解释、瞬变电磁方法可用于贱金属矿、地下水和石油等资源的勘探，是国家能源勘探中非常重要的一种非地震勘探方法。
[0003]在瞬变电磁法的实际作业中，由于勘探处地形、人为因素等原因，发射回线多呈现不规则形；这些总体特征使得发射源成为任意形状的空间展源。在传统的正反演和数据处理中:发射回线常用等面积的圆形回线近似代替。但近年来，一方面随着计算机处理能力和精密采集技术的发展，使得发射回线空间展源效应的考虑成为可能。目前国内外瞬变电磁法的相关文献在空间展源方面主要涉及了圆形、矩形和一些简单多边形响应的求取，因其计算方法都是针对特定的形状，使得其在实际作业中往往面临很大的不足。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提出一种适用于任意形状发射回线的一维瞬变电磁正演算法，在满足一定的响应精度的同时，提高运算速度，便于该算法在实际工程中的应用。
[0005]为此，本发明提出了一种适用于不规则发射回线的瞬变电磁正演方法，其包括:
[0006]步骤1:以接收线圈中心对应 的地面点处为原点，建立ζ轴朝向地下的圆柱坐标系
(A^-)，并建立接收点处的涡旋电场分量的频率域表达式；
[0007]步骤2:将所述涡旋电场分量的频率域表达式表示为Hankel积分形式，并将其转换为滤波器积分形式，并将转换后的滤波器积分形式内的贝塞尔函数使用预先设定的滤波系数代替，并求出涡流电场分量的频率域响应大小；
[0008]步骤3:采用GST算法求取涡流电场分量的时间域响应大小；
[0009]步骤4:记录不规则发射回线的拐点坐标，并对整个发射回线进行分段三次样条插值，求出两个拐点之间分段回线的函数表达式；
[0010]步骤5:将所述涡流电场分量的时间域响应在所述分段回线上进行积分得到每个分段回线上的电压值，并将各个分段回线上的电压值求和得到所述不规则发射回线的瞬态响应。
[0011]本发明从发射回线的空间坐标出发。首先借助有源空间的互易定理求得层状大地上磁偶极子响应，进而将可视作磁偶极子的接收线圈与任意发射回线源进行数学运算上的收发互换，然后利用基于矢量运算的第二类曲线积分求取了任意形状回线的响应。因为该方法是针对发射源坐标构建的，使用者无需关心发射源的实际形状，只需用使用者确定回线坐标即可。这使得该算法在实际作业中具有很大的优越性。仿真对比也显示了所提出方法的正确性。该方法涉及地球物理电磁勘探领域中的各种常见平台瞬变电磁法方法与技术，包括，一维层状模型磁偶极子响应算法；收发互换算法和矢量积分算法。本发明方法可以有效解决一维层状模型上任意几何形状发射回线的瞬变电磁响应问题。本发明将可用于瞬变电磁法中的高精度系统预研、正反演计算和数据解译中。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明中适用于不规则发射回线TEM—维正演方法流程图；
[0013]图2A是一具有不规则形状的发射回线的示意图；
[0014]图2B是使用本发明的方案和传统等效圆形回线方案对图2A示出的不规则发射回线中的A点进行了处理后得到的瞬态响应对比图；
[0015]图2C是使用本发明的方案和传统的方案对图2A示出的不规则发射回线中的B点进行了处理后的结果对比图。
【具体实施方式】
[0016]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0017]在瞬变电磁的实际作业中，由于勘探处地形、人为因素等原因，发射回线多呈现不规则形，假设一种比较常见的情形:实际作业在铺设发射回线的过程中由于河流、树林或山丘等原因将方形回线铺设成了如图2所示的不规则形状。由于传统的处理方法一般用等面积的圆形回线代替该不规则回线计算其响应。
[0018]本发明直接从时间域出发，以磁偶极子的响应为基响应，通过矢量积分算法求取了任意形状回线的响应。为了提高运算效率，本文利用高等电磁场理论中的Carson互易定理，提出了一种基于坐标的矢量积分运算方法。仿真分析显示本文方法很好地解决了运算时间和结果精度之间的矛盾。
[0019]图1示出了本发明提出的一种适用于不规则发射回线TEM —维正演方法流程图。如图1所示，其包括以下步骤:
[0020]步骤1:首先以接收线圈中心点对应的地面处为原点，建立ζ轴朝向地下的圆柱坐标系(/λ炉,二)，其中，P表示在上述圆柱坐标系中接收点所在的径向分量,炉表示方位角，ζ表示高度。因为实际应用中接收线圈足够小且距离发射线圈足够远，一般将水平放置的接收线圈作为垂直磁偶极子进行分析计算。此外由于大部分地质为沉积型的分层地质。因此在TEM正演计算中将大地视为只在χ-y平面内变化的层状介质。由于本发明中方法是基于电磁场Carson互易定理设计的，首先将接收线圈作为发射源，不规则回线作为接收回线处理。对于层状介质以上z=-h处磁偶极矩为m的垂直磁偶极子，其中，_h为垂直磁偶极子即接收线圈的高度，由于ζ轴正向为指向地下，而接收线圈位于地上，故其高度为负；当接收点位于(P,扒r)处时所测得的涡旋电场分量^的频率域表达式如下所示:
[0021]
【权利要求】
1.一种适用于不规则发射回线的瞬变电磁正演方法，其特征在于，包括: 步骤1:以接收线圈中心对应的地面点处为原点，建立Z轴朝向地下的圆柱坐标系
，并建立接收点处的涡旋电场分量的频率域表达式； 步骤2:将所述涡旋电场分量的频率域表达式表示为Hankel积分形式，并将其转换为滤波器积分形式，并将转换后的滤波器积分形式内的贝塞尔函数使用预先设定的滤波系数代替，并求出涡流电场分量的频率域响应大小； 步骤3:采用GST算法求取涡流电场分量的时间域响应大小； 步骤4:记录不规则发射回线的拐点坐标，并对整个发射回线进行分段三次样条插值，求出两个拐点之间分段回线的函数表达式； 步骤5:将所述涡流电场分量的时间域响应在所述分段回线上进行积分得到每个分段回线上的电压值，并将各个分段回线上的电压值求和得到所述不规则发射回线的瞬态响应。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述涡旋电场分量的频率域表达式如下所示:
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述电场矢量从地表垂直入射到层状介质所对应的反射系数rTE根据下式计算获得:
4.如权利要求2所述的方法，其中，所述Hankel积分如下所示:
5.如权利要求4所述的方法，其中，对所述Hankel积分中进行如下代换:P[e111和λ =e_n，并在其两端乘以em可得到如下滤波器形式:
6.如权利要求5所述的方法，其中，涡流电场分量的时间域响应大小如下获得:
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述d(j，J)中J为12。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述涡流电场分量的时间域响应在各个分段回线上的电压值如下获得:
【文档编号】G01V3/38GK103777248SQ201410045427
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年2月8日 优先权日:2014年2月8日
【发明者】齐有政, 黄玲, 武欣, 方广有 申请人:中国科学院电子学研究所