基于瞬变电磁矩变换的数据处理及三维正演方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及地球物理勘探技术地下地质体探测技术领域，尤其涉及一种基于瞬变 电磁矩变换的数据处理及三维正演方法。
【背景技术】
[0002] 瞬变电磁法是一种建立在电磁感应原理上的时间域人工源电磁探测方法，其作用 领域涵盖主要矿产资源勘探、地下水探查、地质调查与地质填图、环境污染与检测以及考古 等方面。瞬变电磁数据的反演解释工作是瞬变电磁法勘探中的重要环节。目前，一维正演已 得到成熟的解决方案，对瞬变电磁数据的解释工作主要集中在一维反演。
[0003] 多维反演可提供更为精细的地电结构信息，随着计算技术的发展，国外先后开展 多维正反演研究，主要是利用积分方程法和有限元法等方法实现瞬变电磁的严格三维正反 演。反演建立在正演基础上，只有正问题得到解决方案才能实施反演。严格三维反演方法受 限于复杂的三维正演算法，数据量大，占用资源多，在普通计算机上几乎无法运行，并且运 算速度缓慢，需要几个小时甚至几天才能完成三维反演。由于这些限制，三维反演未能投入 实际应用。为了克服上述难题，必须压缩数据量和简化三维正演方法。
【发明内容】
[0004] (一)要解决的技术问题
[0005] 为了解决现有的三维反演问题中存在的数据量大、正演运算复杂的技术问题，本 发明提供了一种基于瞬变电磁矩变换的数据处理及三维正演方法。
[0006] (二)技术方案
[0007] 根据本发明的一个方面，提供了一种基于瞬变电磁矩变换的数据处理及三维正演 方法，包括:根据瞬变电磁一阶矩定义，将磁场测量数据转换为一阶矩数据;基于阻性限制 特性，进行含异常体的大地一阶矩响应的三维正演。
[0008] (三)有益效果
[0009] 从上述技术方案可以看出，本发明的基于瞬变电磁矩变换的数据处理及三维正演 方法具有以下有益效果：
[0010] (1)-阶矩变换将接收点处的一道测量数据压缩成了点数据，数据量的大幅压缩， 不仅加速了反演问题的处理速度，同时也使三维反演能够在普通计算机上实现；
[0011] (2)本发明的简化三维正演方法，可解决目前三维反演中正演运算缓慢的难题。
【附图说明】
[0012] 图1为仿真计算模型的三维示意图；
[0013] 图2为仿真磁场数据的剖面曲线
[0014] 图3为仿真磁场数据形成的⑶I切面图；
[0015] 图4为矩形大定源回线观测装置示意图；
[0016]图5为测量数据一阶矩、背景一阶矩、正演一阶矩在各条测线上曲线图；
[0017]图6为应用本发明的基于瞬变电磁矩变换的数据处理及三维正演方法实现快速三 维反演的结果图。
【具体实施方式】
[0018] 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，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部 分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员 所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等 于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的 方向用语，例如"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方 向用语是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。
[0019] 本发明的数据处理及三维正演方法，将接收点处的一道数据压缩成了点数据，数 据量大幅压缩，解决了目前三维反演中面临的难以处理大数据量的难题，使三维反演能够 在普通计算机上实现。同时，瞬变电磁一阶矩变换等于阻性限制，此时，电磁场已充分穿透 目标体，磁场变化近乎为零，目标体内部感应作用可忽略，故可将目标体网格化，通过几何 耦合因子与时间常数乘积计算各目标体微元的响应，对所有微元响应进行线性叠加可得到 目标体的总响应，本发明在此基础上建立了一种简化的数据处理及三维正演方法，该方法 能够解决目前三维反演中计算正演的部分运算缓慢的难题。该数据处理及三维正演方法对 瞬变电磁的发射源没有限制，既适用于电性源，也适用于磁性源。同时，该方法不仅可用于 地面三维正演，也可用于航空或者半航空三维正演。
[0020] 在本发明的一个示例性实施例中，提供了对Emit Maxwell软件的Marco模块的仿 真瞬变电磁测量数据进行数据处理以及三维正演的演示，Marco模块由澳大利亚联邦科学 工业研究院(CSIRO)开发，该模炔基于三维积分方程，可计算层状大地中含有多个棱柱体异 常目标的瞬变电磁响应。
[0021]图1为仿真计算模型的三维几何示意图，如图1所示，在电导率为lmS/m均匀大地背 景中放置电导率为I S/m的平板异常体，平板大小为800E X 800N X 300Z，其中，E，N，Z分别代 表东西向、南北向、深度向，该平板的上表面中心坐标为(OE，ON，-400Z)。
[0022]本发明实施例的一种基于瞬变电磁矩变换的数据处理及三维正演方法，包括： [0023]根据瞬变电磁一阶矩定义，将磁场测量数据转换为一阶矩数据；
[0024]基于阻性限制特性，进行含异常体的大地一阶矩响应的三维正演。
[0025] 其中，所述根据瞬变电磁一阶矩定义，将磁场测量数据转换为一阶矩数据包括：
[0026] 步骤A:在地面上铺设发射装置和接收点；
[0027]步骤A具体包括：
[0028] 在地面上铺设矩形大定源线框，线框中心位于（0E，ON，0Z)，线框边长为500米X 500米，在南北向上从-500N到500N均匀分布11条接收测线，测线间距为100m，每条测线的走 向从-1000E到1000E，均匀分布有21个接收点，共有接收点N=231。
[0029]图2为仿真磁场数据的剖面曲线。该仿真数据的发射电流波形为双极性方波，发射 电流1A，共30个接收时间窗口，时间范围从0.1 ms到53ms。
[0030]步骤B:发射装置发射电流信号，电流关断后，各个接收点采集磁场数据，然后采用 均匀大地模型，将采集的磁场数据转换为视电导率深度图；
[0031 ]图3为仿真磁场数据形成的CDI切面图。从CDI中可获取起始时间t和截止时间1处 的视电导率σι和ση，并估算背景电导率〇bg。
[0032]步骤C:根据瞬变电磁一阶矩变换，基于视电导率深度图、测量磁场数据以及均匀 大地垂直磁场响应计算测量数据一阶矩；
[0033]瞬变电磁一阶矩变换定义为：
[0035]即磁场响应从0时刻到％的积分。瞬变电磁阻性限制在时域中等于一阶矩，将磁场 测量数据转换成阻性限制数据，等同一阶矩变换。
[0036]由于测量数据在有限的时间范围内，为了得到测量数据的一阶矩，需要补齐时间 范围外的磁场积分部分，这里，仿真的测量数据一阶矩的表达式为：
[0038] 其中，ti和tn分别表示测量起始时间和截止时间，OjPon分别表示ti和tn处的视电 导率，头部表示磁场从〇到七时间内的积分，中部表示测量数据从七到^的积分，尾部表示磁 场从tn到~时间内的积分。
[0039]中部是首先得到测量数据B(t)的拟合函数，将拟合函数在时间t#Ptn内数值积分 即得中部积分。由于在头部和尾部的时间范围内磁场无法测量，这里采用理论上均匀大地 的磁场响应积分代替，头部通过计算从