[发明专利]一种带远参考的人工源张量电磁勘探方法

摘要

本发明提供了一种带远参考的人工源张量电磁勘探方法，包括以下步骤：(1)在布设测点的同时，布设一个或多个远参考点；同步记录人工场源发送电流的时变量、测点及远参考点的电磁场；(2)构建测点数据矩阵X和参考数据矩阵X^r；(3)利用参考数据矩阵X^r求解天然电磁场源极化参数α，根据人工场源发送电流时变量计算其极化参数β，再利用α、β以及X求解测点对应于天然场源的空间模数U和对应于人工场源的空间模数V；(4)利用U和V求解各个测点的天然场张量阻抗与人工场张量阻抗。本发明数据采集在传统的人工场电磁法基础上增加布设一个或多个远参考测点，基于统一的数据方程，一次处理同时获得测点的天然场张量阻抗与人工场张量阻抗，进而获得解释所需的地电参数。

主权项

一种带远参考的人工源张量电磁勘探方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、观测设计：确定观测目标及目标勘探深度，设计测线和测点；根据目标勘探深度及测区大地背景电导率确定观测频率范围，并根据观测频率范围确定测点的观测时间长度及信号采样率；对于各个观测频率，根据时频转换计算单个频谱所需的时间域采样点数，确定时窗宽度，利用观测时间长度除以时窗宽度得到各观测频率对应的观测时窗个数；步骤2、布设发送端装置和接收端装置：布设发送端装置：在测区内布设N个人工场源，N为大于等于1的整数；以接地水平电偶极子或不接地垂直磁偶极子作为人工场源；人工场源在多个时窗内发送不同大小的电流值；布设接收端装置：在测区内地表设置一个或多个测点；每个测点处布设2道相互垂直的水平磁场测道、以及2道相互垂直的水平电场测道；在测区外设置至少1个同步远参考点；在远参考点处布设2道相互垂直的水平磁场测道，条件允许时增加布设2道相互垂直的水平电场测道；步骤3、数据采集：同步采集各个测点及远参考点处的电场及磁场分量数据，进行时频转换后，得到各观测频率对应的频域观测数据；对其中任一观测频率，设其观测时窗个数为I，对应的观测数据包括测点观测数据、远参考点观测数据和人工场源的发送电流数据三个部分；第一部分、测点观测数据：包括测区内测点所有测道所记录的数据；根据测点观测数据构建测点信号时空数据矩阵X：其中，H_xi、H_yi(i＝1,2,...,I)分别为第i个时窗的水平x方向磁场、水平y方向磁场；E_xi、E_yi(i＝1,2,...,I)分别为第i个时窗的水平x方向电场、水平y方向电场；第二部分，远参考点观测数据：包括J'个远参考点所有K'个测道所记录的 数据，根据远参考点观测数据构建天然电磁场信号时空数据矩阵X^r：其中，为第k(k＝1,2,...,K')个测道第i(i＝1,2,...,I)个时窗的观测数据；第三部分，人工场源的发送电流数据：记录各个人工场源在各个时窗内的发送电流值，并赋值给人工场源极化参数β：其中，N为人工场源的个数，β_ni为第n(n＝1,2,...,N)个人工场源在第i(i＝1,2,...,I)个时窗的发送电流值；步骤4、数据处理，计算测点的天然场张量阻抗与人工场张量阻抗：第一步，利用天然电磁场信号时空数据矩阵X^r获得天然场源极化参数α；设天然场源的个数为M，将K'×I阶矩阵X^r写为空间矩阵与时间矩阵的乘积形式，X^r＝U^rα+ε^r,           (3) 其中，M×I阶矩阵α为天然场源极化参数，仅与天然场源个数及观测时窗有关，α_mi(m＝1,2,...,M；i＝1,2,...,I)为其元素，表示第m个天然场源第i个时窗的极化参数；U^r为X^r对应于天然场源极化参数α的空间模数，仅与天然场源个数及空间各测道有关，为其元素，表示第j个测道对应于第m个天然场源的空间模数；ε^r为X^r中的不相关噪声；通过对X^r进行矩阵分解，获取天然场源极化参数α的估计值；第二步，利用已获取的天然场源极化参数α的估计值、观测记录的人工场源极化参数β以及测点信号时空数据矩阵X，求解X对应于天然场源的空间模数U和X对应于人工场源的空间模数V；测点观测数据由天然场响应和人工场响应两部分叠加组成，将测点信号时空数据矩阵X写为空间矩阵与时间矩阵的乘积形式：其中W＝[U V]，γ＝[α β]^*，ε为X中的不相关噪声；于是求得：[U V]＝W,            (6) 其中，上角标表示共轭转置矩阵，上角标^‑1表示矩阵的逆；4×M阶矩阵U仅与天然场源个数及空间各测道有关，U_km(k＝1,2,3,4；m＝1,2,...,M)为其元素；4×N阶矩阵V仅与人工场源个数及空间各测道有关，V_kn(k＝1,2,3,4；n＝1,2,...,N)为其元素；最后，利用求得的空间模数U和V计算测点的天然场张量阻抗Z^MT与人工场张量阻抗Z^CS：其中，U^H、V^H分别表示空间模数U、V中对应于水平磁场测道的部分，以U^E、V^E分别表示对应于电场测道的部分：