一种地球物理相位激电勘探中消除电磁耦合的方法

摘要

一种地球物理相位激电勘探中消除电磁耦合的方法，包括：通过选取的野外实际测量装置测量每一个记录点的复电阻率值，计算得到该测量装置的光滑模型电阻率值；根据选择的所述测量装置，通过得到的该测量装置的光滑模型电阻率值计算出该测量装置的电磁感应系数值；根据得到的所述测量装置的光滑模型电阻率值和该测量装置的电磁感应系数值，计算得到完全由激电效应引起的复电阻率响应和相位值，消除了供电导线、测量导线和地球介质之间产生的电磁感应阻抗值。本发明解决了如何在地球物理相位激电勘探中消除电磁耦合的问题。

权利要求

1.一种地球物理相位激电勘探中消除电磁耦合的方法，其特征在于，包括：通过选取的野外实际测量装置测量每一个记录点的复电阻率值，计算得到该测量装置的光滑模型电阻率值；其中，是通过以下关系得到该测量装置的光滑模型电阻率值ρ(i,j)：；

其中，a(i,j)为实测的记录点的复电阻率值，i为排列号，j为接收道号；

根据选择的所述测量装置，通过得到的该测量装置的光滑模型电阻率值计算出该测量装置的电磁感应系数值；其中，若选择的所述测量装置为二极测深装置，则该二极测深装置的感应阻抗与介质电阻率的感应系数值T通过以下方式计算得到：其中， ρ为光滑模型电阻率，圆频率ω＝2πf，f为频率，磁导率μ＝-7

2π×10 ；

其中，A和M为积分式的下限和上限，其数值大小为沿数轴的正方向距原点的距离，ξ为A和M之间的微分距离；

若选择的所述测量装置为三极测深装置，则该三极测深装置的感应阻抗与介质电阻率的感应系数值T通过以下方式计算得到：其中， ρ为光滑模型电阻率，圆频率ω＝2πf，f为频率，磁导率μ＝-7

2π×10 ；

其中，M和N为积分式的下限和上限，A、M和N的数值大小为沿数轴的正方向距原点的距离，ξ为M和N之间的微分距离；

若选择的所述测量装置为偶极—偶极测深装置，则该偶极—偶极测深装置的感应阻抗与介质电阻率的感应系数值T通过以下方式计算得到：其中， ρ为光滑模型电阻率，圆频率ω＝2πf，f为频率，磁导率μ＝-7

2π×10 ；

其中，A和B为外层积分式的下限和上限，A和B的数值大小为沿数轴的正方向距原点的距离，ξ1为A和B之间的微分距离；M和N为内层积分式的下限和上限，M和N的数值大小为沿数轴的正方向距原点的距离，ξ2为M和N之间的微分距离；

若选择的所述测量装置为对称四极测深装置，则该对称四极测深装置的感应阻抗与介质电阻率的感应系数值T通过以下方式计算得到：其中， ρ为光滑模型电阻率，圆频率ω＝2πf，f为频率，磁导率μ＝-7

2π×10 ；

其中，N和B为外层积分式的下限和上限，N和B的数值大小为沿数轴的正方向距原点的距离，ξ1为N和B之间的微分距离；A和M为内层积分式的下限和上限，A和M的数值大小为沿数轴的正方向距原点的距离，ξ2为A和M之间的微分距离；

根据得到的所述测量装置的光滑模型电阻率值和该测量装置的电磁感应系数值，计算得到完全由激电效应引起的复电阻率响应和相位值，消除了供电导线、测量导线和地球介质之间产生的电磁感应阻抗值；其中，所述根据得到的所述测量装置的光滑模型电阻率值和该测量装置的电磁感应系数值，计算得到完全由激电效应引起的复电阻率响应和相位值的步骤，包括：通过以下关系得到完全由激电效应引起的复电阻率响应和相位值：其中，ρ0为完全由激电效应引起的复电阻率值， 为完全由激电效应引起的相位值，带电磁耦合效应的复电阻率值为ρa，带电磁耦合效应的相位值为 ，K为测量装置系数，T为各测量装置的电磁感应系数；

其中，若K为二极测深装置系数，则K＝2π·AM；

若K为三极测深装置系数，则

若 K 为四极测深装置系数 ( 偶极—偶极、对称四极 )，则

说明书

一种地球物理相位激电勘探中消除电磁耦合的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及地球物理相位激电勘探领域，尤其涉及一种地球物理相位激电勘探中消除电磁耦合的方法。

背景技术

[0002] 在地球物理相位激电勘探中的主要技术难题是：通过发射电极A、B向地下供入一定频率的交流电流时，供电导线、测量导线和地球介质之间要产生互感和自感响应，这就是
电磁耦合效应。电磁耦合效应问题直接影响到相位激电法的探测结果，致使相位激电法的
资料解释不准确。因此，如何有效消除电磁耦合效应成为了地球物理研究工作的技术难题。
当前主要有以下方法：

[0003] 1、多项式校正法：需要在野外观测多个不同频率的复电阻率值，然后建立一个含有N个未知数多项式线性方程组，解出未知数值，从而得到校正系数。这种校正方法，由于
校正系数和多项式的不易确定，所以这种校正方法在生产实际中应用较少。

[0004] 2、电磁阻抗正演校正法：这种校正方法原理是利用均匀介质条件下，偶极—偶极装置电磁感应响应的正演计算方法，算出电磁感应耦合响应，再把耦合响应从观测的总响
应中去除，从而达到电磁耦合校正的目的。当前的技术方案只适合观测岩石标本的复电阻
率响应，以及在均匀大地情况下的偶极—偶极测深装置，不适合复杂地电断面模型情况，也
不适合二极、三极测深装置。因此，当该电磁阻抗正演校正法在用于实际生产中时，校正误
差较大，且不符合野外实际地质情况。

[0005] 因此，如何在地球物理相位激电勘探中消除电磁耦合是当前需要解决的问题。

发明内容

[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一种地球物理相位激电勘探中消除电磁耦合的方法，解决了如何在地球物理相位激电勘探中消除电磁耦合的问题。

[0007] 为了解决上述问题，本发明提供了一种地球物理相位激电勘探中消除电磁耦合的方法，包括：

[0008] 通过选取的野外实际测量装置测量每一个记录点的复电阻率值，计算得到该测量装置的光滑模型电阻率值；其中，是通过以下关系得到该测量装置的光滑模型电阻率值
ρ(i,j)：

[0009]

[0010]

[0011]

[0012] ；其中，a(i,j)为实测的记录点的复电阻率值，i为排列号，j为接收道号；

[0013] 根据选择的所述测量装置，通过得到的该测量装置的光滑模型电阻率值计算出该测量装置的电磁感应系数值；

[0014] 根据得到的所述测量装置的光滑模型电阻率值和该测量装置的电磁感应系数值，计算得到完全由激电效应引起的复电阻率响应和相位值，消除了供电导线、测量导线和地
球介质之间产生的电磁感应阻抗值。

[0015] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：光滑模型电阻率代替了常规的均匀介质电阻率，这样的电阻率模型更加符合野外复杂地电断面情况，同时又保持了地电断面模型
块与块之间线性变化的特点，使校正后的数据既光滑，又带有模型的先验信息，更易于后续
工作的数据反演计算；同时本发明的方法适合二极、三极测深装置、四极测深装置，具有广
泛的适应性，在野外地球物理相位激电勘探中具有实际意义。

附图说明

[0016] 图1为本发明的地球物理相位激电勘探中消除电磁耦合的方法的流程图；

[0017] 图2为二极测深装置的拟断面图；

[0018] 图3为三极测深装置的拟断面图；

[0019] 图4为偶极—偶极测深装置的拟断面图；

[0020] 图5为对称四极测深装置的拟断面图；

[0021] 图6为二极测深装置的测量示意图；

[0022] 图7为三极测深装置的测量示意图；

[0023] 图8为偶极—偶极测深装置的测量示意图；

[0024] 图9为对称四极测深装置的测量示意图；

[0025] 图10为按照Cole-Cole电路模型的对称四极测深装置的测量示意图；

[0026] 图11为根据图10得到的复电阻率校正前后对比图；

[0027] 图12为根据图10得到的相位校正前后对比图；

[0028] 图13为实例中复电阻率校正前拟断面图；

[0029] 图14为实例中相位校正前拟断面图；

[0030] 图15为实例中采用本方法的复电阻率校正后拟断面图；

[0031] 图16为实例中采用本方法的相位校正后拟断面图。

具体实施方式

[0032] 本发明方法的主要构思在于：根据当前的偶极—偶极装置电磁感应响应公式，将其变换为适合于二极、三极、四极（包括偶极—偶极）装置的电磁感应响应公式；对于每一个测量值，不把地球介质视为该测量值的均匀大地情况，而是视为该记录点处的光滑模型电
阻率值，这样的模型既符合野外复杂地电断面情况，又保持了模型块与块之间线性变化的
特点；将光滑模型电阻率值代入电磁阻抗正演公式中，再求解出相应的电磁感应系数值（与
光滑模型电阻率值的比例关系）；再从原始测量数据中，扣除电磁耦合效应值， 获得完全由激电效应引起的复电阻率响应值和相位值。

[0033] 如图1所示，本发明的地球物理相位激电勘探中消除电磁耦合的方法，包括以下步骤：

[0034] 步骤10、通过选取的野外实际测量装置测量每一个记录点的复电阻率值，计算得到该测量装置的光滑模型电阻率值；其中，是通过以下关系得到该测量装置的光滑模型电
阻率值ρ(i,j)：

[0035]

[0036]

[0037]

[0038] ；其中，a(i,j)为实测的记录点的复电阻率值，i为排列号，j为接收道号；

[0039] 步骤20、根据选择的所述测量装置，通过得到的该测量装置的光滑模型电阻率值计算出该测量装置的电磁感应系数值；

[0040] 步骤30、根据得到的所述测量装置的光滑模型电阻率值和该测量装置的电磁感应系数值，计算得到完全由激电效应引起的复电阻率响应和相位值，消除了供电导线、测量导
线和地球介质之间产生的电磁感应阻抗值。

[0041] 本发明的方法，具体包括如下步骤：

[0042] 步骤1：求取光滑模型电阻率:选择野外实际测量装置，并计算出相应装置的光滑模型电阻率值。

[0043] 在野外实测数据拟断面图上，令每一个记录点的复电阻率值为a(i,j)。其中，a为实测的复电阻率值，i为排列号，j为接收道号。则记录点(i,j)的光滑模型电阻率ρ(i,j)
为

[0044]

[0045]

[0046]

[0047] 显然，光滑模型电阻率更适合野外复杂地电断面模型，且保持了块与块之间的线性变化关系。下面举例说明在各种测量装置中，如何求取光滑模型电阻率：

[0048] 1）二极测深装置光滑模型电阻率的计算方法:

[0049] 如图2所示，为二极测深装置的拟断面图。

[0050] 例如，要求取记录点(3,4)的光滑模型电阻率。则有

[0051]

[0052]

[0053]

[0054] 2）三极测深装置光滑模型电阻率的计算方法:

[0055] 如图3所示，为三极测深装置的拟断面图。

[0056] 例如，要求取记录点(3,3)的光滑模型电阻率。则有

[0057]

[0058]

[0059] 3）偶极—偶极极测深装置光滑模型电阻率的计算方法：

[0060] 如图4所示，为偶极—偶极测深装置的拟断面图。

[0061] 例如，要求取记录点(2,4)的光滑模型电阻率。则有

[0062]

[0063]

[0064]

[0065] 4）对称四极测深装置光滑模型电阻率的计算方法：

[0066] 如图5所示，为对称四极测深装置的拟断面图。

[0067] 例如，要求取记录点(4,3)的光滑模型电阻率。则有

[0068]

[0069] 步骤2：求解电磁感应系数值：根据选择的野外实际测量装置，计算出相应装置的电磁感应系数值。

[0070] 1）二极测深装置电磁感应系数值的计算方法：

[0071] 如图6所示，为二极测深装置。

[0072] 其中，感应阻抗与介质电阻率的感应系数值T为

[0073]

[0074] 其中， ρ为光滑模型电阻率，圆频率ω=2πf，f为频率，磁导率-7
μ=2π×10 ；

[0075] 积分式采用“五点式高斯数值积分”方式求出，即

[0076]

[0077] 其中，其中，A和M为积分式的下限和上限，其数值大小为距原点的距离（方向：数轴的正方向），ξ为A和M之间的微分距离。

[0078] xi和wi为数值滤波系数值（i＝1,2,3,4,5），

[0079] x1=0.1488743389，x2=0.4333953941，x3=0.6794095682，x4=0.8650633666，

[0080] x5=0.9739065285；w1=0.2955242247，w2=0.2692667193，w3=0.2190863625，

[0081] w4=0.1494513491，w5=0.0666713443。

[0082] 2）三极测深装置电磁感应系数值的计算方法

[0083] 如图7所示，为三极测深装置。

[0084] 其中，感应阻抗与介质电阻率的感应系数值T为

[0085]

[0086] 其中， ρ为光滑模型电阻率，圆频率ω=2πf，f为频率，磁导率μ=2π×10-7；

[0087] 积分式采用“五点式高斯数值积分”方式求出，即

[0088]

[0089] 其中， xi和wi为数值滤波系数值（i＝1,2,3,4,5），

[0090] x1=0.1488743389，x2=0.4333953941，x3=0.6794095682，x4=0.8650633666，

[0091] x5=0.9739065285；w1=0.2955242247，w2=0.2692667193，w3=0.2190863625，

[0092] w4=0.1494513491，w5=0.0666713443。

[0093] 其中，M和N为积分式的下限和上限，A、M和N的数值大小为距原点的距离（方向：数轴的正方向），ξ为M和N之间的微分距离。

[0094] 3）偶极-偶极测深装置电磁感应系数值的计算方法

[0095] 如图8所示，为偶极—偶极测深装置。

[0096] 其中，感应阻抗与介质电阻率的感应系数值T为

[0097]

[0098] 其中， ρ为光滑模型电阻率，圆频率ω=2πf，f为频率，磁导率-7
μ=2π×10 ；

[0099] 积分式采用“五点式高斯数值积分”方式求出，即

[0100]

[0101] 其中，

[0102] xi、xj和wi、wj为数值滤波系数值（i,j=1,2,3,4,5），

[0103] x1＝0.1488743389，x2＝0.4333953941，x3＝0.6794095682，x4＝0.8650633666，

[0104] x5=0.9739065285；w1=0.2955242247，w2=0.2692667193，w3=0.2190863625，

[0105] w4=0.1494513491，w5=0.0666713443。

[0106] 其中，A和B为外层积分式的下限和上限，其数值大小为距原点的距离（方向：数轴的正方向），ξ1为A和B之间的微分距离；M和N为内层积分式的下限和上限，其数值大小
为距原点的距离（方向：数轴的正方向），ξ2为M和N之间的微分距离。

[0107] 4）对称四极测深装置电磁感应系数值的计算方法

[0108] 如图9所示，为对称四极测深装置。

[0109] 其中，感应阻抗与介质电阻率的感应系数值T为

[0110]

[0111] 其中， ρ为光滑模型电阻率，圆频率ω=2πf，f为频率，磁导率-7
μ=2π×10 ；

[0112] 积分式采用“五点式高斯数值积分”方式求出，即

[0113]

[0114] 其中，

[0115] xi、xj和wi、wj为数值滤波系数值（i，j＝1,2,3,4,5），

[0116] x1=0.1488743389，x2=0.4333953941，x3=0.6794095682，x4=0.8650633666，

[0117] x5=0.9739065285；w1=0.2955242247，w2=0.2692667193，w3=0.2190863625，

[0118] w4=0.1494513491，w5=0.0666713443。

[0119] 其中，N和B为外层积分式的下限和上限，其数值大小为距原点的距离（方向：数轴的正方向），ξ1为N和B之间的微分距离；A和M为内层积分式的下限和上限，其数值大小
为距原点的距离（方向：数轴的正方向），ξ2为A和M之间的微分距离。

[0120] 在步骤2中，计算积分式还可以采用“高斯—勒让德积分法”，可以把滤波系数离散为更多个波数进行数值计算，但是这种计算方法速度稍慢，计算精度和“五点式高斯积分
法”差别不大。

[0121] 步骤3：从测量数据中扣除电磁感应阻抗值：从实测数据中扣除电磁感应阻抗值，最后得到完全由激电效应引起的复电阻率响应和相位值。

[0122] 在野外实测数据中，带电磁耦合效应的复电阻率值ρa，带电磁耦合效应的相位值在复电阻率法中，当存在电磁耦合效应时，复电阻率值、相位值与电磁感应系数存在着
如下关系，

[0123] ρa=ρ0(1+KT),

[0124] 其中，ρ0为不带电磁耦合效应的复电阻率值（完全由激电效应引起的复电阻率值），为不带电磁耦合效应的相位值（完全由激电效应引起的相位值），K为测量装置系数，T为电磁感应系数。从实测数据中扣除电磁耦合效应。在本方法中，复电阻率校正采用除法
规则，相位校正采用加法规则，即复电阻率校正为

[0125]

[0126] 相位校正为

[0127]

[0128] 其中，当 时，采用“-”，当时，采用“+”；测量装置系数K为：

[0129] 二极测深装置系数，K＝2π·AM；

[0130] 三极测深装置系数，

[0131] 四极测深装置系数（偶极—偶极、对称四极），

[0132] 为验证本方法的有效性，分别以一个理论模型数据和一个实测数据进行校正和分析。

[0133] 1）理论模型数据

[0134] 如图10所示，按照Cole-Cole电路模型设计，电阻率ρ为100Ω·m，频率相关系数c为0.25，时间常数τ为1s，充电率为0.1；测量装置为偶极—偶 极装置，偶极电极间
-3 3
隔为40m，频率为10 10Hz，以10为底的对数间隔采样，共计61个频点数。

[0135] 计算结果如图11、12所示。图11为复电阻率校正前后对比图，其中，为带有电磁耦合效应的复电阻率曲线， 为电磁感应阻抗值， 为消除电磁耦合后的复电阻率曲线。从图可见，消除电磁耦合效应后的复电
阻率值的“尾支上翘现象”得到了校正，校正后的曲线值为正常激电效应引起的复电阻率响
应值。图12为相位校正前后对比图，其中， 为带有电磁耦合效应的相位
曲线， 为电磁感应相位值， 为消除电磁耦合后的相位曲线。从图可
见，消除电磁耦合效应后的相位曲线的“尾支上翘现象”得到了校正，校正后的曲线值为正
常激电效应引起的相位响应值。

[0136] 下面通过实例对本发明作进一步说明。

[0137] 此数据为内蒙古某矿区实测数据，工作方法为相位激电法，测量装置为偶极—偶极装置，电极间隔a为80m，发射偶极、接收偶极为4a，隔离系数为4a，阵列式同时跑极，工作频率为4Hz。

[0138] 如图13、14所示，为野外实测数据。从相位拟断面图上可见，大极距区域（图上深部区域）呈现出高相位值的假异常（激电效应假异常），且异常形态不清楚，这是由于电磁耦合效应导致相位曲线“尾支上翘现象”；而在复电阻率拟断面图上，由于大地电阻率值较低
（小于200Ω·m），电磁耦合效应对复电阻率的影响不明显。

[0139] 如图15、16所示，为通过本方法校正后的复电阻率、相位拟断面图。从校正后的相位拟断面图上可见，大极距区域的高相位值假异常得到了有效的校正，数值大小校正到了
正常的范围内（小于100mR），异常形态清晰可见，且与复电阻率拟断面图上的异常形态具有一致性；比较复电阻率校正前、后的拟断面图上，由于电磁耦合效应现象不明显，其异常形
态校正前、后变化不大。在一些局部细小特征上，校正后的复电阻率拟断面图的异常形态显
示出更为平滑变化的特点。

[0140] 有此可见，本方法对于相位激电法的电磁耦合效应校正是有效、可靠的。另外一个有益效果是在计算速度的体现上，本方法无需要计算大型方程组，计算单个频点、含120个
记录点的数据，计算时间为1秒钟。

[0141] 本发明的方法在实际中应注意以下关键点：

[0142] （1）在不同测量装置中，根据该记录点与其相关联记录点间的位置关系，求取光滑模型电阻率，代替了常规的均匀介质电阻率，这样的电阻率模型更加符合野外复杂地电断面情况，同时又保持了地电断面模型块与块之间线性变化的特点，使校正后的数据既光滑，
又带有模型的先验信息，更易于后续工作的数据反演计算。

[0143] （2）复电阻率的电磁耦合效应校正方式采用除法规则，代替了常规的减法规则，这样的处理更加符合Cole-Cole模型的电磁耦合效应的构成原理。

[0144] （3）采用了“五点式高斯数值积分法”计算积分式，比较常规技术的“分段式积分法”精度更高，且计算速度更快。

[0145] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖
在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。