[发明专利]一种基于暂态过程的电磁探测方法、设备及存储设备

权利要求书

1.一种基于暂态过程的电磁探测方法，其特征在于：包括以下步骤：

S101：设计一种瞬变电磁快速关断电路，并计算其中电流i(t)的表达式；所述一种瞬变电磁快速关断电路包括：MOS管Q₁～Q₆，电阻R₃、R₄和R_L和电感L；其中，MOS管Q₁～Q₄构成双极性发射桥路，MOS管Q₅和Q₆为控制开关，电阻R₃和电阻R₄为关断阻尼电阻，电感L为发射线圈等效电感，电阻R_L为负载电阻；

S102：根据所述一种瞬变电磁快速关断电路及其电流i(t)的表达式，提出一种指数关断电流模型：将采样的零时刻选择在发射电流关断的起始点，那么指数衰减电流的表达式如公式(1)所示：

I₀为未关断时的发射电流；α为衰减系数；t₁为发射电流开始关断时刻；t₂为发射电流完全关断时刻；

S103：设定地层模型及线圈参数，并基于最小二乘法利用所述一种瞬变电磁快速关断电路的实测关断电流数据拟合公式(1)中的未知参数α及I₀；然后代入公式(2)计算频率域发射电流表达式I(ω)：

上式中，I(ω)为I(t)的傅里叶变换；t_off＝t₂-t₁，即电流关断时间；

S104：根据公式(2)，利用频率域麦克斯韦方程计算得到垂直方向上频率域瞬变电磁响应公式H_z(ω)，如公式(3)所示：

上式中，a为发射线圈圆形发射回线的半径；J₁(λa)为一阶贝塞尔函数，其中λ为汉克尔变换积分；Z¹为第一层的输入阻抗；Z₀为空气层固有阻抗，其中μ₀为真空磁导率，取值为4π×10^-7；

S105：利用G-S变换实H_z(ω)频率域到时间域的转换，得到含一阶Bessel积分的时间域暂态电磁响应；

步骤S105中，则由(9)式有时间域感应电动势表达式如公式(5)：

上式中，m＝10，K_j为G-S变换系数；

根据公式(5)，利用频率域麦克斯韦方程计算得到垂直方向上频率域瞬变电磁响应公式H_z(ω)，如公式(6)所示：

上式中，a为圆形发射回线的半径，单位为m，若发射回线为边长为L的方形回线，则可通过面积相等换算为等效半径：J₁(λa)为一阶贝塞尔函数，其中λ为汉克尔变换积分；Z¹为第一层的输入阻抗；Z₀为空气层固有阻抗，其中μ₀为真空磁导率，取值为4π×10^-7；

根据电磁感应定律，磁场随时间的变化率即感应电动势的求解如公式(7)：

上式中，S是接收线圈的有效面积，单位为m²，μ₀是空气的磁导率，值为μ₀＝4π×10^-7，单位为H/m；

由上式(7)进行傅里叶变换转换到频率域得到公式(8)：

V(ω)＝-iωSμ₀H_z(ω) (8)

将(6)式代入(8)式可得到斜阶跃电流关断下频率域感应电动势，如公式(9)：

S106：利用汉克尔变换求解所述一阶Bessel积分的时间域暂态电磁响应，得到时间域暂态电磁响应；最后利用电磁感应公式得到时间域感应电动势；

所述时间域感应电动势的具体求解步骤为：

根据G-S变换的时域特性，用拉氏变换变量s代替式中iω，然后代入则由(9)式有时间域感应电动势表达式如公式(10)：

上式中，选取m＝10，K_j为G-S变换系数，其计算方法如公式(11)：

上式中，M＝m/2，N＝(j+1)/2；此处k只是一个在累加过程中计数，换成任意不冲突的字母都可以，没有实际含义；

S107：利用汉克尔变换求解所述一阶Bessel(贝塞尔)积分的时间域暂态电磁响应，得到时间域暂态电磁响应；最后利用电磁感应公式得到时间域感应电动势；

上式(11)含有一阶贝塞尔无限积分，利用汉克尔变换求解一阶贝塞尔函数，可得出暂态过程感应电动势，如下式(12)：

上式中，H_i为汉克尔滤波系数，n为滤波系数点数，采用140点滤波系数，则n＝140；n相当于只是一个计数，140点的汉克尔滤波系数；λ_i为第i个抽样点，其取值为