[发明专利]电磁阵列断面勘测方法

说明书

本发明涉及利用测量自然产生或人工感生的地磁场和感生地电（大地）场（总称大地电磁场）的地球物理勘探。

流过地壳的大地电流流量取决于特定点处的地壳构造的导电率或电阻率。如果能测量并绘制这种导电率或电阻率，就能够获得关于该构造的信息，特别是关于碳氢化合物、矿物或地热资源的信息。这在能够采用地球物理勘测的地震方法的地区是特别有用的，例如在沉积岩为厚火山岩层所覆盖的地区。

大地电流的大小、方向和极性是不断变化的，并构成具有各种频率的分量的复杂频谱。

第一种实用的电磁勘测方法是由卡格马亚德（Cagnird）在美国专利第2，677，801号中描述的。它包括测量并记录大地场的一个水平分量在一段时间中的变化，并同时测量并记录地磁场的正交分量的变化。随后用付立叶分析法把这些测量结果变换成频率分量。电场频率分量与磁场频率分量的比值是一种波阻抗，它是频率的函数。因为电磁波透入大地的透入深度与该波的频率和该地的导电电率成反比，故可用该波阻抗来估算沿通过地面的垂直方向的导电率分布。卡格尼亚德用一种数学模型来做这种估算，在他的这种模型中，导电率仅随深度变化，即所谓一维（1-D）模型。

这种方法随后受到了另一些人的发展，他们采用了导电率随水平坐标和深度变化的模型，即二维（2-D）模型。在此模型中，导电率沿其不变的坐标被称作“走向”（strike）。在这种模型中，根据大地电磁场的极性，有两种要考虑的情况。在这两种情况中，电场分别平行和垂直于走向发生极化。理论研究表明，可结合为一维而发展的技术，用E平行阻抗函数来相当准确地估算该函数计算地点正下方的导电率。然而，E垂直阻抗函数有非常困难的特性，并且不能直接对其进行变换，以给出足够准确的导电率估算。解决该问题普通的方法是利用在一个以上地点得到的曲线，并且迭代法修正该模型中的导电率分布，直到获得与观察结果符合得最好的理论E垂直曲线为止。该方法有许多缺点，特别是它需要大量的计算，并且无法保证所得解的正确性。

当勘测区导电率确实仅沿一或两个方向变化时，这些方法是有效的。然而不幸的是，这种两维的变化是少见的。当对具有三维导电率分布的构造进行大地电磁测量时，就会碰到下列问题。首先，尽管存在若干确实一套坐标轴的特定方法，但要象在二维情况下那样去确定一套原则坐标轴一般是不可能的。第二，不论用什么坐标系，要想把电场分成两种具有不同性质的不同情况（象二维情况下那种E平行和E垂直）是不可能的。所希望的E平行情况的性质首先消失了。而两种情况都有与E垂直相类似的性质。虽然为解决这个问题而发展了许多特定的方法，但它们的成功是有效的。第三个问题是显著增加的复杂性使确保对所得数据的正确理解的难度大大增大了。

减少第三个问题的一种方法是进行更多的测量。在经典的大地电磁方法中，磁场测量通常比电场测量更困难，使得大量测量既费时又费钱。然而，一个观测到的事实是磁水平分量随距离的变化通常比电场水平分量的要慢得多。这导致了大地电磁一大地方法，它包括在勘测区域上分布的有限个地点测量磁场的两个正交分量和在更多的地点测量电场的两个正交分量。随后，用与大地电磁模型中所描述的相类似的技术。对这些数据进行处理。然而，当导电率是三维分布时，其结果仍是不十分可靠的。在美国专利第4，286，218中，描述了这种技术的一种类型，它采用了与地震勘探的“滚动”（roll-along）方法相似的方法。沿勘测线的电场重迭测量改善了信噪比，而在该线的两端测量磁场，而用插入法导出电场测量点的中间磁场。

所有这些传统方法的主要缺点在于当地下构造的电和磁特性沿所有三个方向变化时，它们给出的结果非常不可靠，以前克服这种不可靠性的努力包括大量计算，而这就所得结果来说是难以证明的。

传统大地电磁勘测方法的另一缺点是在每个勘测点都要测量两个最好是正交方向的电场。这使该方法很难用于海上勘测。在美国专利第4，210，869号中描述了一种海上大地电磁勘测方法，但此方法依赖于测量海底上的电极的位置和取向的声学方法。这些测量的准确性是有限的，从而使得对勘测结果的分析变得不可靠了。

传统大地电磁方法的再一缺点是不论勘测区域多小，都要在勘测区域内的数个点进行测量。另外，为区分视在E平行和E垂直分量，必须在各个E测量点确定垂直分量。如上所述，如未进行这种区别，就很可能会对所得数据作出错误的分析。

先有技术的上述和其他缺点可通过提供一种电磁地球物理勘测方法而得到克服，在勘测点的大地构造的导电率具有三维变化时，该方法能用较简单地计算方法给出可靠的结果。