[发明专利]电性源双相导电介质感应-极化共生时域电磁探测方法

说明书

本发明涉及一种电性源双相导电介质感应‑极化共生时域电磁探测方法，建立感应‑极化共生效应的双时间尺度分数阶电导率模型；建立双时间分数阶电磁场扩散方程，采用分数阶时域有限差分方法，直接求解电导率模型中双(iω)^‑c负分数阶项，实现双时间尺度的感应‑极化共生效应数值模拟；分析感应‑极化共生效应特征，构建双可控沿梯形波发射靶向激励关系；基于超导传感器的单磁场高精度感知系统测量感应‑极化共生效应；对接收数据进行预处理，采用优化粒子群算法进行极化率、电导率等多参数智能提取和成像。本发明的目的在于表征双相导电介质的非线性特征，构建感应‑极化共生效应的电导率模型，实现单磁场测量双相导电介质感应‑极化共生效应的高精度探测。

技术领域

本发明涉及一种地球物理勘探领域的探测方法，尤其适用于符合实际地质多相导电介质情况下的电性源双相导电介质感应-极化共生时域电磁探测方法。

背景技术

在电磁探测领域，往往通过测量电和磁两个场量来获得单一的感应或极化效应为主。地球作为一个非均匀、强耗散介质，地下的岩性、物性均呈现出很强的非均匀性、非线性，实际多金属矿等介质属于复合多相导电介质，因此多尺度测量复杂的物性特征或参数变得尤其重要。在交变场激励下多相导电介质中的感应和极化效应同时存在、互相伴生，感应响应可以较好地区分地层岩性，极化响应能够有效地识别有利油气储层、金属矿异常。对于实现地下复杂地质结构的高分辨、大深度探测，需要同时观测复杂地质构造的电、磁和极化多物理场信息，同时获取岩石的电导率和极化率等多参数。

目前在感应和极化效应的电磁探测领域，在测量时仅考虑电磁感应或极化单一效应，仅通过电阻率或极化率参数进行解译，存在多解性导致探测分辨率不高，无法实现大深度、精细探测。何继善(2019)提出的广域电磁方法通过频域测量电场或磁场分量获得视电阻率，但仅以单相介质的电阻率单一物性参数进行反演解释为主，不能充分反映地下复杂多相介质的多尺度频散特征。杨震威(2016)通过测量电场的虚、实分量获得大地复电阻率，但是需要测量电场和磁场变化率两个场量。何展翔(2019)通过时频电磁法获得电阻率、极化率，但是需要时、频域两种激励方式。

CN201510882791.X公开了一种用于探测地层复电阻率的多频探测装置，该装置能够产生多种频率信号，对电压信号和电流信号进行波形分析和处理，准确测量地层的复电阻率频谱。但是该方法只获取了频谱信息，对于地下介质难以分析几何特征和物化特性。

CN202010339342.1公开了一种多孔介质的时间域激发极化谱分析方法及系统，利用多次不同的充电时间计算得到的视极化率数据来联合反演估计多孔介质的弛豫时间分布，能够反映出孔径的分布情况。目前电磁探测方法，通过观测感应-极化共生效应，可以实现铜矿等多金属矿的探测，但是仍需要在时域和频域进行切换测量电、磁两不同场量，因此要设计一种能够精细化测量多相导电介质感应-极化共生效应的时域电磁探测方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有探测方法难以实现多相介质精细化探测，根据实际地下介质的复杂特性和多金属矿物岩石的成份特征，建立广义等效激电模型，提供一种电性源双相导电介质感应-极化共生时域电磁探测方法。

本发明是这样实现的，

一种电性源双相导电介质感应-极化共生时域电磁探测方法，包括如下步骤：

1)基于双相导电介质电导率模型，引入分数阶拉普拉斯算子，多时间分数阶表征介质多电容极化效应，建立感应-极化共生效应的双时间尺度分数阶电导率模型；

2)根据步骤1的双时间尺度分数阶电导率模型，建立双时间分数阶电磁场扩散方程；

3)根据步骤2建立的双时间分数阶电磁场扩散方程，采用分数阶时域有限差分方法，直接求解双时间尺度分数阶电导率模型中的分数阶项，将含有分数阶微分项的分量形式进行离散递归，实现双时间尺度的感应-极化共生效应三维电磁数值模拟，计算感应-极化共生效应磁场响应；