[发明专利]一种垂直磁性源波数视电阻率测量方法与装置

说明书

本发明公开了一种垂直磁性源波数视电阻率测量方法与装置，该方法通过在在地表铺设垂直磁性源并提供电流信号，以及在与垂直磁性源距离r处布设测点并采集切向电场和垂直磁场，并将切向电场和垂直磁场代入如下一元三次方程计算出参数x，再根据参数x计算出所述测点处频率对应的波数视电阻率、电磁场波数，并基于电磁场波数计算出相位。本发明提供的通过电场和磁场解析计算电磁波波数及相应的视电阻率方法，适合于任意频率和收发距，结果精确，具备在短收发距下探测地下深部电性结构的能力。

技术领域

本发明属于勘探地球物理技术领域，具体涉及一种垂直磁性源波数视电阻率测量方法与装置。

背景技术

频率域可控源电磁测深法一般是利用发射机通过接地导线(水平电偶极子)或不接地回线(垂直磁偶极子)向地下供某种发射电流频率的交变电流，在一定收发距外铺设测点，用接收机接收经大地传播后的电场和/或磁场。通过电磁场按一定方法计算出视电阻率，该视电阻率应能反映出地下的客观电性变化。依次改变频率，即可获得地下由浅部到深部的电导率变化规律。目前最常用的频率域可控源电磁测深法主要有可控源音频大地电磁法(CSAMT)和广域电磁法(WFEM)，具有效率高、抗干扰能力强等优点。

CSAMT在测点上测量相互正交的水平电场和水平磁场，并计算卡尼亚电阻率。在足够大的收发距(远区)上，人工源产生的电磁波可近似为平面电磁波，此时CSAMT的卡尼亚电阻率是正确的，可以反映地下的客观电性。当收发距变小时(过渡区和近区)，人工源电磁场不能用平面波近似，此时CSAMT视电阻率曲线在低频时会呈现45度上升，和地下电阻率没有关系，不能反映地下的客观电性。

广域电磁法(WFEM)在测点上只测量一个电场分量或一个磁场分量，按照现有技术“水平电偶源频率测深中全区视电阻率定义的新方法”(汤井田，何继善…)提到的方案计算广域视电阻率，也即用均匀半空间电阻率模型拟合观测的电场或者磁场，通过不断的迭代搜索，求得视电阻率。这种方法的本质是用迭代法、二分法或逆插值法等求解携带超越函数的非线性方程，得到一个可以拟合观测场的均匀半空间电阻率。但这种拟合方法要求电磁场场值与电阻率关系单调变化，但是实际电磁场场值与电阻率的关系并非完全成单调变化，无法求取准确视电阻率。

发明内容

本发明的目的是针对当前采用CSAMT、WFEM方法无法准确求解全区任意处的视电阻率，无法由场值直接计算出全区视电阻率的问题，本发明提供一种垂直磁性源波数视电阻率测量方法与装置，其针对磁性源无需迭代搜索可以计算出全区任意处的波数视电阻率，适用于任意收发距和任意频率，在低频时不存在畸变，可以反映地下介质电性的客观变化规律。

一方面，本发明一种垂直磁性源波数视电阻率测量方法，包括如下步骤：

S1：在地表铺设垂直磁性源并提供电流信号，以及在与垂直磁性源距离r处布设测点并采集切向电场和垂直磁场；

S2：将采集的切向电场和垂直磁场代入如下一元三次方程计算出参数x；

-bx³+(3a-4b)x²+(9a-9b+1)x+(9a-9b+1)＝0

式中，a、b均为一元三次方程的系数，E_φ、H_z分别表示测点处采集的切向电场、垂直磁场，i为虚数单位，I为提供给垂直磁性源的发射电流，ds为发射线圈的面积，ω为角频率，等于2πf，f为频率，μ为真空磁导率，

其中，选取具有测深曲线特性的根作为步骤S2中参数x的解；

S3：基于步骤S2计算出的参数x计算出所述测点处频率对应的波数视电阻率、电磁场波数，并基于电磁场波数计算出相位；