[发明专利]一种基于粒子群优化算法的电导-极化率多参数成像方法

说明书

本发明涉及一种基于粒子群优化算法的电导‑极化率多参数成像方法，目的在于同时获取地下极化介质的导电和极化信息，提高成像精度。本发明基于柯尔‑柯尔模型，获得了梯形波激励下的感应‑极化磁场响应表达式，根据理论模型的磁场响应与实测磁场响应构建目标函数，利用超导时域电磁测量的早期、晚期数据分别获得零频电导率和时间常数，二者对粒子群搜索范围进行约束，缩小搜索范围，最终采用粒子群优化算法提取零频电导率、时间常数、极化率、频散系数、深度。本发明相比传统电阻率成像方法，更符合实际极化介质频散传播规律，提高了电导率、极化率的成像精度。

技术领域

本发明涉及地球物理勘探领域，具体地来讲为一种基于粒子群优化算法的 电导-极化率多参数成像方法。

背景技术

在电法勘探领域，电阻率解释是一个非常重要的内容，通常将其用来估算 地下介质的分布。受激发极化效应的影响，岩(矿)石电阻率是一个与频率有 关的复数，因此在向地下供入稳定电流时，不仅能产生以二次涡流场为主的感 应场，也能产生极化场。极化场的存在，使得电磁响应产生“反号”现象，该“反 号”包含大量的极化信息。因此，研究极化现象，准确提取地下介质中的极化参 数，进行极化率、电导率-深度成像是十分必要的。

目前已经应用到实际电法勘探极化参数提取的方法中，最为广泛的是 Constable(1987)提出的奥克姆反演方法，但在存储反演时面临着灵敏度矩阵需 要多次正演的问题。闫国祥(2015)应用最小二乘法对极化参数进行了分步提 取，但结果过于依赖第一步反演结果，而且仅是理论模型研究，没有应用于实 际例子。

CN109376446A公开了一种基于粒子群优化的极化曲线拟合方法，特别是 涉及在电化学领域腐蚀动力学参数的提取，待拟合的动力学电流曲线呈e指数 非线性变化，但是其使用的是基本粒子群算法对整条曲线进行拟合，并没有对 特征区间进行划分，不足以描述极化特征，而且随着种群数目、待求参数量的 增大，时间成本也在累计增加，为此将粒子群算法进行优化是十分必要的。

CN101706587A公开了一种电法勘探激电模型参数的提取方法，特别是涉 及在柯尔-柯尔模型中的未知参数。该方法结合随机统计算法与最小二乘法，对 单个柯尔-柯尔模型相对相位谱和振幅联合提取极化效应参数，既避免了随机统 计算法中过于依赖初值的问题，又保留了最小二乘法的提取速度较快的特点。 但以上参数提取方法针对的仅是复电导率，在实际野外测量中，不能直接测得 复电导率值，更多的是得到电磁响应数据，因此严重影响参数提取在实际野外 中的应用，所以研究实际极化地质的极化参数提取方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有极化参数提取方法的不足，根据实际地质中存 在的极化问题，建立柯尔-柯尔模型，提供一种基于粒子群优化算法的电导-极 化率多参数成像方法。

本发明是这样实现的，

一种基于粒子群优化算法的电导-极化率多参数成像方法，该方法包括：

1)基于地下极化介质的柯尔-柯尔复电导率模型，获得梯形波激励下的时 域感应-极化磁场响应；

2)采用超导量子传感器时域电磁探测系统进行野外磁场数据观测，并对实 测数据进行叠加取样、滤波、以及一次场剔除处理；

3)利用步骤2)数据的早期数据计算零频电导率值、晚期数据e指数多项 式拟合得到时间常数，将获得的零频电导率值和时间常数对粒子群搜索范围进 行约束；

4)根据实测磁场数据与步骤1的时域感应-极化磁场响应构建目标函数， 利用粒子群优化算法，根据步骤3约束的范围，提取极化参数，包括零频电导 率σ₀、时间常数τ、极化率η、频散系数c、深度d；

5)利用步骤4提取到实测数据的极化参数，带入广义趋肤深度计算公式， 进行极化介质的电导率、极化率-深度成像。