一种多道瞬变电磁探测数据的反演方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电磁技术领域，具体涉及一种多道瞬变电磁探测数据的反演方法和装 置。
【背景技术】
[0002] 瞬变电磁法是一种时间域人工源电磁法，广泛应用于金属矿、石油、煤炭等能源探 测中。目前，浅部资源开发殆尽，探测深部资源成为趋势。传统的瞬变电磁法的探测深度和 探测精度难以满足深部资源探测的要求，发展大深度探测的瞬变电磁法探测新技术和新装 备迫在眉睫。英国爱丁堡大学的Wright提出了多道瞬变电磁法（Multi-channel Transient Electromagnetic method, MTEM)新技术。与传统的瞬变电磁法相比，MTEM具有大功率、阵 列式接收、伪随机二进制序列（Psudo-random binary sequence,PRBS)信号激励等特点，使 得MTEM方法已成功应用于油藏监控、油气资源探测等领域，而且探测深度和探测精度已经 达到了深部矿产资源探测要求。
[0003] MTEM方法的核心在于采用电偶极源发射源信号，采用电偶极阵列在源的轴向采集 响应数据。目前，现有技术通常把所获得的大地脉冲响应进行积分，得到上升沿响应曲线， 然后对上升沿曲线进行反演。然而，由于大地脉冲响应早期幅值变化较大，再加上幅值较大 的空气波的干扰，使得得到的上升沿曲线质量很差，严重影响反演效果。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种多道瞬变电磁探测数据的反演方法和装置，其目的是解决现有技 术对多道瞬变电磁探测数据的反演效果差的问题。
[0005] 为了实现上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：
[0006] -种多道瞬变电磁探测数据的反演方法，该反演方法包括：在待测地进行多道瞬 变电磁探测，以获得待测地的大地脉冲响应；获得大地脉冲响应的下降沿阶跃响应；以及 对下降沿阶跃响应进行反演。
[0007] 优选地，获得大地脉冲响应的下降沿阶跃响应的步骤包括：从大地脉冲响应接近 于零的晚期起始，对大地脉冲响应随时间反向积分，以获得大地脉冲响应的下降沿阶跃响 应。
[0008] 优选地，下降沿阶跃响应根据如下公式获得：
其中，fstep°ff(tj表示下降沿阶跃响 应，g(t)表示大地脉冲响应，t_表示反向积分的起始时间道，t "表示反向积分的终止时间 道。
[0009] 优选地，对下降沿阶跃响应曲线进行反演的步骤包括：通过将地电模型离散为厚 度相等的多层，得到离散模型；根据离散模型的粗糙度来确定下降沿阶跃响应曲线的反演 的目标函数；以及求解目标函数，以获得下降沿阶跃响应曲线的反演结果。
[0010] 优选地，离散模型的粗糙度为
其中叫、m1+1分别为离散模型
对应模型数据与实测数据之间的拟合残差，其中F(m)表示正演算 的多层中的第i层和第i+1的由1· = 1 9 M丰士*日命的地层序数，R1表示粗 糙度；反演的目标函数为 ：寸应模型的粗糙度，
子，d为由反向积分获得的瞬变电磁衰减曲线，;^为目标拟合残差，μ为拉格朗日算子，加 权矩阵W为MXM对角矩阵diag(l/ δ i，1/ δ 2，…，1/ δ Μ)，Μ为瞬变电磁衰减曲线中的时间 道数，对角线上的元素 S 对应该时间道数据的标准差；将目标函数线性化，得到如下迭代 表达式：
雅可比矩阵，Jk中的元素为·
以及通过对迭代表达式进行迭代计算，获得反演结 果。
[0011] -种多道瞬变电磁探测数据的反演装置，该反演装置包括：大地脉冲响应获得单 元，其用于在待测地进行多道瞬变电磁探测，以获得待测地的大地脉冲响应；下降沿阶跃响 应获得单元，其用于获得大地脉冲响应的下降沿阶跃响应；以及反演单元，其用于对下降沿 阶跃响应进行反演。
[0012] 优选地，下降沿阶跃响应获得单元用于：从大地脉冲响应接近于零的晚期起始，对 大地脉冲响应随时间反向积分，以获得大地脉冲响应的下降沿阶跃响应。
[0013] 优选地，下降沿阶跃响应获得单元根据如下公式获得下降沿阶跃响应：
其中，fstop°ff(tj表示下降沿阶跃响 应，g(t)表示大地脉冲响应，t_表示反向积分的起始时间道，t "表示反向积分的终止时间 道。
[0014] 优选地，反演单元用于：通过将地电模型离散为厚度相等的多层，得到离散模型； 根据离散模型的粗糙度来确定下降沿阶跃响应曲线的反演的目标函数；以及求解目标函 数，以获得下降沿阶跃响应曲线的反演结果。
[0015] 优选地，反演单元用于：将离散模型的粗糙度确定为 /=Z
m1+1分别为离散模型的多层中的第i层和第i+Ι的电阻率，i = 1，2, ...，N表示相应的 地层序数，R1表示粗糙度；将反演的目标函数确定为
3?nf对应模型的粗糙度：
I对应模型数据与实测数据之间的拟合残 差，其中F(m)表示正演算子，d为由反向积分获得的瞬变电磁衰减曲线，;f.2为目标拟合残 差，μ为拉格朗日算子，加权矩阵W为MXM对角矩阵diagd/Spl/Sp，…，1/δΜ)，Μ为 瞬变电磁衰减曲线中的时间道数，对角线上的元素 S 3寸应该时间道数据的标准差；将目标 函数线性化，得到如下迭代表达式
Jk为雅可比矩阵，Jk中的元素为
；以及通过对迭代表达 式进行迭代计算，获得反演结果。
[0016] 本发明和现有技术相比，具有如下有益效果：
[0017] 本发明的一种多道瞬变电磁探测数据的反演方法和装置，能够避免脉冲响应中 空气波的干扰，获得比较准确的反演结果；通过反向积分法获得的大地脉冲响应的下降沿 阶跃响应与解析解吻合较好；以及反演效果较好。
【附图说明】
[0018] 图IA是MTEM数据采集系统示意图；
[0019] 图IB是电阻率为20ohm-m均匀半空间、偏移距为1000 m时提取的大地脉冲响应曲 线图；
[0020] 图IC是利用现有方法所得到的反演结果与对应解析解的对比图；
[0021] 图2是本发明实施例的一种多道瞬变电磁探测数据的反演方法的一个示例的流 程图；
[0022] 图3是本发明的实施例的一种多道瞬变电磁探测数据的反演装置的框图；
[0023] 图4A是一个由图IB所获得的下降沿阶跃响应曲线与解析解之间的对比图；
[0024] 图4B是一个应用示例中的反演结果与真实模型之间的对比图；
[0025] 图4C是验证试验所得到的反演结果与真实模型之间的对比图。
【具体实施方式】
[0026] 为使本发明的发明目的、技术方案和有益效果更加清楚明了，下面结合附图对本 发明的实施例进行说明，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例和实施例中 的特征可以相互任意组合。
[0027] MTEM数据采集系统的示意图如图IA所示。该采集系统通过源电极对向大地发射 源电流，在源信号的发射期间在源电偶极子的轴向采用接收电偶极子阵列接收电压信号。
[0028] 在现有技术中，多道瞬变电磁法发射机发射一个PRBS信号，由接收机接收这种激 励源信号，对所接收的激励源信号数据进行反卷积处理，得到脉冲响应曲线，再对脉冲响应 曲线进行积分，得到上升沿响应曲线，采用迭代反演算法拟合此上升沿曲线，得到地下地 质目标体电阻率和深度信息，并对地下含油结构体进行判断和确定。
[0029] 采用阶跃响应线性叠加或者卷积的方法可以得到PRBS信号激励下的电磁场响 应，进而可以从中提取得到大地脉冲响应。
[0030] 图IB为电阻率为20ohm-m均匀半空间、偏移距为1000 m时提取的大地脉冲响应， 图IC为相同模型下瞬变电磁上升沿阶跃响应的解析解。由图IC