一种可控源音频大地电磁测深的非平面波识别方法和系统

本发明涉及地球物理电磁探测领域，特别是涉及一种可控源音频大地电磁测深的非平面波识别方法和系统。

背景技术：

可控源音频大地电磁法(csamt)是一种人工源频率域电磁测深方法，其特点是以人工场源来增加电磁信号强度，依次弥补天然场源信号微弱、不易观测等缺点，已被广泛地应用到矿产普查、油气勘探、水文环境等领域。由于csamt法野外施工受到发射机功率的限制，致使其发射输出电流不足够产生在远区观测到场强必然受到平面波，所以在csamt测量时往往会观测到非平面波的过渡区和近区数据，如果对过渡区和近区数据认识不清，在使用大地电磁测深的二维或三维软件反演会导致反演结果在深部出现大片高阻，会错误地解释出深部是高阻岩体。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种可控源音频大地电磁测深的非平面波识别方法和系统，以便正确识别划分非平面波，得到正确的反演结果。

本发明公开了一种可控源音频大地电磁测深的非平面波识别方法，包括：

对均匀半空间模型中两层模型和四层模型的进行正演模拟得到csamt观测的数据；

将每个模型对应的所述csamt观测的数据曲线与mt对应的数据曲线进行比对；确定每个模型对应的所述csamt观测的数据曲线对浅部地层的反应，进而确定观测的数据随频率的变化形态；

根据每个模型对应的所述观测的数据随频率的变化形态与非平面波的反应的关系识别非平面波。

优选地，所述csamt观测的数据包括：视电阻率和相位。

优选地，确定每个模型对应的所述csamt观测的数据曲线对浅部地层的反应，进而确定观测的数据随频率的变化形态包括：

针对均匀半空间模型中两层模型和四层模型的每个模型，在高频的相位为预设角度时，确定所述角度为对浅部地层的反应，当低频的视电阻率随频率降低而呈现上升形态，与其相伴的相位呈现下降形态，直到所述相位接近为零时，由此特征确定视电阻率和相位曲线的变化形态为非平面波的反应。

优选地，所述预设角度为45°。

另一方面，本发明提供一种可控源音频大地电磁测深的非平面波识别系统，包括：可控源音频大地电磁测深器和中央处理器；

所述可控源音频大地电磁测深器包括：发射系统和接收系统，其中，所述发射系统通过一对电偶电极a极、b极向地下发射发送不同频率的交变电流，所述接收系统通过两个不极化电极m极、n极接收反馈的水平电场信号ex，以及与接收电场相交的水平磁场信号hy；由观测的电场信号和磁场信号计算出视电阻率和相位；第一接地发射电极a和第二接地发射电极b发射电磁信号，所述接收系统通过第一接地测量电极m和第二接地测量电极n接收反馈信号，

所述中央处理器包括：

正演模块，设置为对均匀半空间模型中两层模型和四层模型的进行正演模拟得到csamt观测的数据；

比对模块，设置为将每个模型对应的所述csamt观测的数据曲线与mt对应的数据曲线进行比对；确定每个模型对应的所述csamt观测的数据曲线对浅部地层的反应，进而确定观测的数据随频率的变化形态；

识别模块，设置为根据每个模型对应的所述观测的数据随频率的变化形态与非平面波的反应的关系识别非平面波。

优选地，所述比对模块确定每个模型对应的所述csamt观测的数据曲线对浅部地层的反应，进而确定观测的数据随频率的变化形态包括：

针对均匀半空间模型中两层模型和四层模型的每个模型，在高频的相位为预设角度时，确定所述角度为对浅部地层的反应，当低频的视电阻率随频率降低而呈现上升形态，与其相伴的相位呈现下降形态，直到所述相位接近为零时，由此特征确定视电阻率和相位曲线的变化形态为非平面波的反应。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

首先，本发明可以利用csamt的阻抗相位曲线的形态变化进行非平面波的识别方法。

本发明csamt观测的数据包括视电阻率和相位，经过对均匀半空间模型中两层模型和四层模型的正演模拟得到视电阻率和相位，将这些csamt相位曲线与mt相位曲线形态对比分析得出，在高频的相位为45度，这基本是对浅部地层的反应，而低频的视电阻率随频率降低而是上升形态，与其相伴的相位反而是下降形态，直到基本是接近为零时，这种现象基本是非平面波的反应。避免以视电阻率的曲线形态来判断非平面波的数据，可能将深部高阻区的测深数据误认为的非平面波数据。

本发明通过正演模拟对比，给出了csamt的非平面波数据识别方法，以便正确识别划分非平面波，恰当去掉分非平面波数据方可用大地电磁测深的二维或三维软件进行反演，得到正确的反演结果。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为本发明实施例的可控源音频大地电磁测深的非平面波识别方法的流程图；

图2为本发明实施例的可控源音频大地电磁测深器的示意图

图3为本发明实施例的可控源音频大地电磁测深的非平面波识别系统的示意图；

图4(a)和图4(b)分别是本申请实施例的二层地电断面的csamt和mt视电阻率和相位的曲线图；地电条件是ρ1＝10ω·m，h1＝100m，ρ2＝100ω·m，接收到发射源的距离r＝1km、2km、4km、6km、8km。

图5(a)和图5(b)分别是本申请实施例的二层地电断面的csamt和mt视电阻率和相位的曲线图；地电条件是ρ1＝100ω·m，h1＝200m，ρ2＝10ω·m，接收到发射源的距离r＝1km、4km、8km、10km、20km。

图6(a)和图6(b)分别是本申请实施例的四层地电断面的csamt和mt视电阻率和相位的曲线图；地电条件是ρ1＝10ω·m，h1＝100m，ρ2＝100ω·m，h2＝100m，ρ3＝5ω·m，h3＝100m，ρ4＝100ω·m接收到发射源的距离r＝0.5km、1km、2km、4km、8km。

图7(a)和图7(b)分别是本申请实施例的四层地电断面的csamt和mt视电阻率和相位的理论曲线图；地电条件是ρ1＝10ω·m，h1＝100m，ρ2＝100ω·m，h2＝100m，ρ3＝5ω.m，h3＝100m，ρ4＝1000ω.m接收到发射源的距离r＝4km、10km、25km、55km、85km。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1为本发明实施例的可控源音频大地电磁测深的非平面波识别方法的流程图，本发明实施例的一种可控源音频大地电磁测深的非平面波识别方法，可以包括：

s101、对均匀半空间模型中两层模型和四层模型的进行正演模拟得到csamt观测的数据；

s102、将每个模型对应的所述csamt观测的数据曲线与mt对应的数据曲线进行比对；确定每个模型对应的所述csamt观测的数据曲线对浅部地层的反应，进而确定观测的数据随频率的变化形态；

s103、根据每个模型对应的所述观测的数据随频率的变化形态与非平面波的反应的关系识别非平面波。

本发明实施例中，所述csamt观测的数据包括：视电阻率和相位。

本发明实施例中，步骤s102确定每个模型对应的所述csamt观测的数据曲线对浅部地层的反应，进而确定观测的数据随频率的变化形态包括：

针对均匀半空间模型中两层模型和四层模型的每个模型，在高频的相位为预设角度时，确定所述角度为对浅部地层的反应，当低频的视电阻率随频率降低而呈现上升形态，与其相伴的相位呈现下降形态，直到所述相位接近为零时，由此特征确定视电阻率和相位曲线的变化形态为非平面波的反应。

本发明实施例中，所述预设角度为45°。

如图2和图3所示，本发明实施例还提供一种可控源音频大地电磁测深的非平面波识别系统，包括：可控源音频大地电磁测深器和中央处理器；

所述可控源音频大地电磁测深器包括：发射系统和接收系统，其中，所述发射系统通过第一接地发射电极a和第二接地发射电极b发射电磁信号，所述接收系统通过第一接地测量电极m和第二接地测量电极n接收反馈信号，一对电极(a极、b极)向地下发射发送不同频率的交变电流，所述接收系统通过两个不极化电极(m极、n极)接收反馈的水平电场信号(ex)，以及与接收电场相交的水平磁场信号(hy)。由观测的电场信号和磁场信号可以计算出视电阻率和相位。

所述中央处理器包括：

正演模块，设置为对均匀半空间模型中两层模型和四层模型的进行正演模拟得到csamt观测的数据；

比对模块，设置为将每个模型对应的所述csamt观测的数据曲线与mt对应的数据曲线进行比对；确定每个模型对应的所述csamt观测的数据曲线对浅部地层的反应，进而确定观测的数据随频率的变化形态；

识别模块，设置为根据每个模型对应的所述观测的数据随频率的变化形态与非平面波的反应的关系识别非平面波。

本发明实施例中，所述比对模块确定每个模型对应的所述csamt观测的数据曲线对浅部地层的反应，进而确定观测的数据随频率的变化形态包括：

针对均匀半空间模型中两层模型和四层模型的每个模型，在高频的相位为预设角度时，确定所述角度为对浅部地层的反应，当低频的视电阻率随频率降低而呈现上升形态，与其相伴的相位呈现下降形态，直到所述相位接近为零时，由此特征确定视电阻率和相位曲线的变化形态为非平面波的反应。

实施例一

由于csamt法在野外施工时，受发射机功率的限制，无法将发射源放在距接收点很远的地方，一般而言收发距是探测深度的4-6倍，目前实际工作中对于30kw的发射机的最大收发距为8-15km，这样就会采集到非平面波的数据，非平面波的数据包括过渡区和近区的数据。

由于距离受到发射机功率的限制，致使其发射输出电流不足够产生在远区进行观测，所以在csamt测量时往往会观测到过渡区和近区数据，进而在数据处理中必须正确划分非平面波数据，将其去除方能用mt反演软件进行反演。

本发明首先根据csamt非平面波现象，设计多个二层和四层模拟，进行正演模拟；其次、将正演模拟的视电阻率和相位曲线与相应模型的mt曲线进行比对；最后得出识别非平面波数据的方法。

由常见的地质地层特征，给出两层地层的电性模型，图4是d型二层模型，ρ1＝10ω·m，h1＝100m，ρ2＝100ω·m，接收到发射源的距离r＝1km、2km、4km、6km、8km。在以上不同收发距的视电阻率和相位曲线在高频段与mt曲线基本是重合的，而随着频率的降低，视电阻率曲线在出现个低值后逐渐不断抬升，而相位也随之反向下降逐渐趋近于0度，视电阻率和相位曲线脱离mt曲线的数据均为非平面波数据。

图5是g型二层模型，ρ1＝100ω·m，h1＝200m，ρ2＝10ω·m，接收到发射源的距离r＝1km、4km、8km、10km、20km。在以上不同收发距的视电阻率和相位曲线在高频段与mt曲线基本是重合的，随着收发距的增大视电阻率曲线出现低值的频率逐渐向低频移动，在出现极低值后，随频率降低逐渐不断抬升，而相位也随之反向下降，收发距1km和4km的相位曲线趋近于0度，而其它收发距由于频率不太低而未能趋近于0度，视电阻率和相位曲线脱离mt曲线的数据均为非平面波数据。

图6是四层模型，ρ1＝10ω·m，h1＝100m，ρ2＝100ω·m，h2＝100m，ρ3＝5ω·m，h3＝100m，ρ4＝100ω·m，接收到发射源的距离r＝0.5km、1km、2km、4km、8km。在以上不同收发距的视电阻率和相位曲线在高频段与mt曲线基本是重合的，随着收发距的增大视电阻率曲线出现低值的频率逐渐向低频移动，在出现极低值后，随频率降低逐渐不断抬升，而相位也随之反向下降，趋近于0度，视电阻率和相位曲线脱离mt曲线的数据均为非平面波数据。

图7是四层模型，ρ1＝10ω·m，h1＝100m，ρ2＝100ω·m，h2＝100m，ρ3＝5ω·m，h3＝100m，ρ4＝1000ω·m，与图6模型不同之处是第四层为高阻，接收到发射源的距离r＝4km、10km、25km、55km、85km。在以上不同收发距的视电阻率和相位曲线在高频段与mt曲线基本是重合的，随着收发距的增大视电阻率曲线出现低值的频率逐渐向低频移动，在出现极低值后，随频率降低逐渐不断抬升，而相位也随之反向下降，趋近于0度，视电阻率和相位曲线脱离mt曲线的数据均为非平面波数据。在收发距大于25km时，视电阻率会出现两个极小值，在频率20hz时的极小值是对5ω·m电性层的反应，此时的相位曲线处于下降中但不趋近0，而视电阻率曲线在低频的极小值出现之后，随频率降低，视电阻率曲线上升的同时，相位曲线下降出现负值后趋近于0度，视电阻率和相位曲线脱离mt曲线的数据均为非平面波数据。

通过以上4个模型模拟的视电阻率和相位曲线的比对，可以从视电阻率向低频而不断增长的同时伴随着相位逐渐下降且趋近于0度，从而达到通过比较这两个曲线形态可以识别非平面波。本发明实施例与通常仅以视电阻率尾枝上升来判断近区相比，通常方法会对图7模型曲线会形成错误判断，利用本方法可以正确识别非平面波数据。可以依据本文中所公开的实施方法较容易的进行非平面波识别。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于ram、rom、eeprom、闪存或其他存储器技术、cd-rom、数字多功能盘(dvd)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。