[发明专利]一种基于极化介质模型的广义趋肤深度计算方法

说明书

本发明涉及一种基于地下极化介质的频率域广义趋肤深度计算方法，目的在于提高地下极化介质的探测深度和解释精度。本发明主要基于地下极化介质的柯尔‑柯尔分数阶电导率模型，推导频率域广义趋肤深度计算公式，建立了极化率与广义趋肤深度的关系。在时域电磁法测量中，先对实测数据进行噪声滤波、取样叠加等处理，采用广义S变换将时域数据变换到频率域，利用反演法提取地下介质的电导率、极化率、充电率和频散系数，利用波数定义式求解衰减和相移常数，最后在频率域计算地下极化介质的广义趋肤深度。与经典趋肤深度的计算方法相比，本发明提出的极化介质广义趋肤深度，更符合电磁波在实际大地的传播规律，可以更精确的计算可极化金属矿的深度。

技术领域

本发明涉及地球物理勘探领域，尤其涉及一种基于极化介质模型的广义趋肤深度计算方法。

背景技术

趋肤深度是电磁勘探领域中一个非常重要的概念，通常将其用来估算电磁法的勘探深度。在实际电法勘探中，为了解释实测数据，需要计算视电导率与探测深度数值，并表示成视电导率-深度断面的形式，因此，需要计算在实测不同频率或不同时刻情况下的探测深度。

目前有关于电磁探测深度的研究，Szarka、Fischer(1989)提出，采用1.5倍趋肤深度来估计大地电磁的理论探测深度。Yan S(2009)采用解析法、有限差分时域法和时频法对电磁测深探测深度进行了研究。目的是为现场工作设计提供依据，以达到预期目标。薛国强(2014)以接地长导线源为例研究了可控源电磁场全域的有效趋肤深度。

CN108376204A公开了一种基于地下粗糙介质模型的电磁广义趋肤深度计算方法，在趋肤深度定义方式的基础上，根据粗糙介质广义电导率的定义,推导出适用于符合地下粗糙介质电导率的电磁广义趋肤深度公式，根据不同岩石层粗糙度参数，计算出相应的探测深度。但以上探测深度计算方法是基于均匀介质以及粗糙介质理论下的计算公式，而实际地下介质体结构极为复杂，尤其地下多孔极化介质或者多金属矿探测时，传统的趋肤深度定义不再适用，因此，重新定义基于分数阶电导率模型的广义趋肤深度具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于针对传统均匀半空间模型的趋肤深度计算方法，已经不满足地下极化介质的频散特性等传播规律，根据极化介质的分数阶电导率，以及趋肤深度的定义方式，提供一种基于地下极化介质模型的电磁广义趋肤深度计算方法。

本发明在传统趋肤深度定义方式的基础上，根据极化介质电导率的定义，推导出适用于符合地下极化介质电导率的电磁广义趋肤深度公式，根据不同地下极化介质的电导率、极化率、充电率、频散系数，计算出探测深度。

本发明是这样实现的，一种基于地下极化介质的广义趋肤深度频域计算方法，包括如下步骤：

(1)先对实测数据进行噪声滤波、取样叠加处理，采用广义S变换将数据进行时频变换，获得频域形式的数据；

(2)采用反演法对步骤1中处理后的电磁数据，进行地下介质电导率、极化率、充电率、频散系数的提取；

(3)将柯尔-柯尔分数阶电导率模型iω的负分数阶项，进行有理化整理，获得多孔极化介质的电导率正分数阶简化表达式；

(4)电导率正分数阶简化表达式代入到波数表达式求解虚部和实部表达式，进行简化整理得出衰减常数及相移常数表达式；

(5)对衰减常数取实部求取地下极化介质的广义趋肤深度。

进一步地，步骤3中，根据柯尔-柯尔模型，地下极化介质分数阶电导率表示为将地下极化介质分数阶电导率表达式中的iω的负分数阶项，进行有理化整理，转化为正分数阶的简化形式，表示为：σ＝σ′+σ″(iω)^c，其中σ_∞为高频交流电导率，τ为充电时间常数，η为极化率，c为频散系数，ω为角频率。