一種瞬變電磁探測(cè)時(shí)間窗口的確定方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及地球物理勘探領(lǐng)域，具體涉及一種瞬變電磁探測(cè)時(shí)間窗口的確定方法 和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)的華北型煤田，大部分地表都被低阻的第四系沉積層覆蓋，且沉積層厚度較 大，一般在100m，有些地區(qū)可達(dá)400~600m。近年來(lái)，瞬變電磁法在煤田勘探、采空區(qū)探查等 領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。瞬變電磁法的顯著優(yōu)點(diǎn)之一是能夠穿透高阻屏蔽層，對(duì)高阻屏蔽 層下伏地層或構(gòu)造有較好的分辨能力。但在有低阻層特別是地表為低阻覆蓋層的地區(qū)施工 時(shí)，由于可以在地面上觀測(cè)到較強(qiáng)的信號(hào)，往往忽視了低阻層對(duì)瞬變電磁勘探的影響。
[0003] 瞬變電磁探測(cè)深度由地層電阻率和觀測(cè)時(shí)間共同決定，設(shè)均勻地層電阻率為，則 某一時(shí)刻瞬變電磁場(chǎng)的擴(kuò)散深度為：
[0005] 式中，δ?為擴(kuò)散深度，t為延遲時(shí)間，P表示電阻率，μ〇表示地下介質(zhì)的磁導(dǎo)率，瞬變 電磁場(chǎng)的傳播速度為：
[0007] 由上式可知，地層電阻率Ρ越小，瞬變電磁場(chǎng)在該層中的傳播速度越慢。
[0008] 利用數(shù)值模擬驗(yàn)證地層電阻率對(duì)瞬變電磁場(chǎng)傳播速度的影響。對(duì)于瞬變電磁場(chǎng)響 應(yīng)特征的分析，大都采用將頻率域的結(jié)果經(jīng)過(guò)傅里葉變換轉(zhuǎn)換到時(shí)間域的方式。雖然也可 以直接在時(shí)間域用積分方程的形式進(jìn)行分析，但該方法僅根據(jù)地面上的響應(yīng)對(duì)瞬變電磁場(chǎng) 進(jìn)行物理解釋，其探測(cè)深度、探測(cè)精度、分辨率等是不夠的。而在時(shí)間域，有限差分的方法更 為方便。
[0009 ]首先由無(wú)源的麥克斯韋方程導(dǎo)出似穩(wěn)電場(chǎng)的的擴(kuò)散方程：
[0011]式中，Ε表示電場(chǎng)強(qiáng)度，〇(r)表示介質(zhì)的電導(dǎo)率，r表示源點(diǎn)到場(chǎng)點(diǎn)的距離。
[0012 ]進(jìn)一步簡(jiǎn)化為沿走向方向電場(chǎng)的標(biāo)量擴(kuò)散方程：
[0014]在直角坐標(biāo)系下，將求解空間剖分成矩形網(wǎng)格，構(gòu)成五點(diǎn)差分格式，進(jìn)一步推得離 散差分方程：
[0016]其中，上表t = η Δ t時(shí)刻，L是Ei, j周圍四個(gè)網(wǎng)格電導(dǎo)率面積的加權(quán)平均值：
[0018] 現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)給出邊界條件，進(jìn)而進(jìn)行有限差分運(yùn)算。在計(jì)算中，源作為初始條件 引入，為了處理地表上的邊界條件，還用到了快速Four i er變換和三次樣條插值。
[0019] 如圖1所示，為了研究電磁場(chǎng)在不同介質(zhì)中的傳播時(shí)間，利用有限差分法進(jìn)行瞬變 電磁場(chǎng)傳播速度模擬，本次數(shù)值模擬的均勻半空間模型電阻率為50 Ω . m，豎直異常體寬 30m、高120m、頂部埋深400m，電阻率為5 Ω .m，如圖1所示。圖中+1和-I分別表示無(wú)限長(zhǎng)電流 發(fā)射線框的正源和負(fù)源。圖1(a)是觀測(cè)時(shí)間為3ms時(shí)的等值線，此時(shí)電磁場(chǎng)已擴(kuò)散到了地下 1200m以下。圖1(b)是在圖1(a)的均勻半空間上面置入厚200m、電阻率為20 Ω .m的覆蓋層 后，觀測(cè)時(shí)間仍為3ms的等值線，此時(shí)電磁場(chǎng)剛剛擴(kuò)散到地下600m的深度。
[0020] 對(duì)于相同的觀測(cè)時(shí)間，當(dāng)有低阻層覆蓋時(shí)，瞬變電磁場(chǎng)的傳播深度要比無(wú)低阻層 覆蓋時(shí)的傳播深度小。因此，在瞬變電磁施工過(guò)程中，時(shí)間窗口的選擇不僅要考慮目標(biāo)體埋 藏深度，還要考慮目標(biāo)體上方覆蓋層的電阻率。然而，常規(guī)瞬變電磁法施工時(shí)，往往忽略低 阻覆蓋層的影響，操作人員只是根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)選擇時(shí)間窗口，隨意性較大。如果時(shí)間窗口過(guò) 長(zhǎng)，會(huì)產(chǎn)生冗余數(shù)據(jù)，影響數(shù)據(jù)解釋的精度;時(shí)間窗口過(guò)短則會(huì)使探測(cè)深度不足，達(dá)不到預(yù) 定探測(cè)目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是如何確定瞬變電磁探測(cè)的時(shí)間窗口，本發(fā)明提供一種 瞬變電磁探測(cè)時(shí)間窗口的確定方法和裝置，在瞬變電磁施工中考慮地層電阻率對(duì)場(chǎng)傳播速 度的影響，實(shí)現(xiàn)科學(xué)確定瞬變電磁探測(cè)的時(shí)間窗口。
[0022] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：
[0023] -種瞬變電磁探測(cè)時(shí)間窗口的確定方法，包括：
[0024] 獲取測(cè)區(qū)內(nèi)各地層電阻率和各地層的厚度信息；
[0025] 根據(jù)測(cè)區(qū)內(nèi)各地層電阻率和厚度信息，計(jì)算測(cè)區(qū)地層綜合電阻率；
[0026] 根據(jù)測(cè)區(qū)地層綜合電阻率，計(jì)算瞬變電磁場(chǎng)傳播到目標(biāo)體所需的時(shí)間；
[0027] 根據(jù)瞬變電磁場(chǎng)傳播到目標(biāo)體所需的時(shí)間，確定探測(cè)時(shí)所需時(shí)間窗口范圍。
[0028] 優(yōu)選地，獲取測(cè)區(qū)內(nèi)各地層電阻率和各地層的厚度信息包括：
[0029] 根據(jù)測(cè)區(qū)的鉆孔資料獲取測(cè)區(qū)各地層電阻率和各地層的厚度信息。
[0030] 優(yōu)選地，計(jì)算瞬變電磁場(chǎng)傳播到目標(biāo)體所需的時(shí)間之前包括：
[0031 ]確定所述目標(biāo)體埋藏深度。
[0032] 優(yōu)選地，計(jì)算測(cè)區(qū)地層綜合電阻率包括：
[0033] 將各地層電阻率與對(duì)應(yīng)的各地層的厚度相乘；
[0034]將所述乘積除以所述各地層的厚度之和獲得測(cè)區(qū)地層綜合電阻率。
[0035]優(yōu)選地，計(jì)算瞬變電磁場(chǎng)傳播到目標(biāo)體所需的時(shí)間包括：
[0036] 分別計(jì)算瞬變電磁場(chǎng)傳播到目標(biāo)體上界面和下界面所需的時(shí)間。
[0037] 優(yōu)選地，利用如下公式分別計(jì)算瞬變電磁場(chǎng)傳播到目標(biāo)體上界面和下界面所需的 時(shí)間：
[0039] 其中，為瞬變電磁場(chǎng)傳播到目標(biāo)體上界面所需的時(shí)間，^為瞬變電磁場(chǎng)傳播到目 標(biāo)體下界面所需的時(shí)間，cU為目標(biāo)體上界面的埋藏深度，d 2為目標(biāo)體下界面的埋藏深度,?? 表示測(cè)區(qū)地層綜合電阻率，μ〇表示地下介質(zhì)的磁導(dǎo)率。
[0040] 優(yōu)選地，根據(jù)瞬變電磁場(chǎng)傳播到目標(biāo)體所需的時(shí)間，確定探測(cè)時(shí)所需時(shí)間窗口范 圍包括：
[0041] 探測(cè)時(shí)所需時(shí)間窗口范圍大于等于區(qū)間（thts)。
[0042] 優(yōu)選地，根據(jù)瞬變電磁場(chǎng)傳播到目標(biāo)體所需的時(shí)間，確定探測(cè)時(shí)所需時(shí)間窗口范 圍包括：
[0043] 探測(cè)時(shí)所需時(shí)間窗口的最小時(shí)刻小于或者等于ti，探測(cè)時(shí)所需時(shí)間窗口的最大時(shí) 刻大于或者等于t2。
[0044] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種瞬變電磁探測(cè)時(shí)間窗口的確定裝置，包括：
[0045] 收集模塊，用于獲取測(cè)區(qū)內(nèi)各地層電阻率和各地層的厚度信息；
[0046] 電阻率模塊，用于根據(jù)測(cè)區(qū)內(nèi)各地層電阻率和厚度信息，計(jì)算測(cè)區(qū)地層綜合電阻 率；
[0047] 時(shí)間模塊，用于根據(jù)測(cè)區(qū)地層綜合電阻率，計(jì)算瞬變電磁場(chǎng)傳播到目標(biāo)體所需的 時(shí)間；
[0048] 窗口模塊，用于根據(jù)瞬變電磁場(chǎng)傳播到目標(biāo)體所需的時(shí)間，確定探測(cè)時(shí)所需時(shí)間 窗口范圍。
[0049] 優(yōu)選地，所述收集模塊獲取測(cè)區(qū)內(nèi)各地層電阻率和各地層的厚度信息包括：
[0050] 根據(jù)測(cè)區(qū)的鉆孔資料獲取測(cè)區(qū)各地層電阻率和各地層的厚度信息。
[0051 ]優(yōu)選地，所述裝置還包括:深度模塊，用于確定所述目標(biāo)體埋藏深度。
[0052]優(yōu)選地，所述電阻率模塊計(jì)算測(cè)區(qū)地層綜合電阻率包括：
[0053] 將各地層電阻率與對(duì)應(yīng)的各地層的厚度相乘；
[0054] 將所述乘積除以所述各地層的厚度之和獲得測(cè)區(qū)地層綜合電阻率。
[0055] 優(yōu)選地，所述時(shí)間模塊計(jì)算瞬變電磁場(chǎng)傳播到目標(biāo)體所需的時(shí)間包括：
[0056] 分別計(jì)算瞬變電磁場(chǎng)傳播到目標(biāo)體上界面和下界面所需的時(shí)間。
[0057] 優(yōu)選地，所述時(shí)間模塊利用如下公式分別計(jì)算瞬變電磁場(chǎng)傳播到目標(biāo)體上界面和 下界面所需的時(shí)間：
[0059]其中，ti為瞬變電磁場(chǎng)傳播到目標(biāo)體上界面所需的時(shí)間，^為瞬變電磁場(chǎng)傳播到目 標(biāo)體下界面所需的時(shí)間，cU為目標(biāo)體上界面的埋藏深度，d2為目標(biāo)體下界面的埋藏深度,?? 表示測(cè)區(qū)地層綜合電阻率，μ〇表示地下介質(zhì)的磁導(dǎo)率。
[0060] 優(yōu)選地，所述窗口模塊根據(jù)瞬變電磁場(chǎng)傳播到目標(biāo)體所需的時(shí)間，確定探測(cè)時(shí)所 需時(shí)間窗口范圍包括：
[0061] 探測(cè)時(shí)所需時(shí)間窗口范圍大于等于區(qū)間（t^cb)。
[0062] 優(yōu)選地，所述窗口模塊根據(jù)瞬變電磁場(chǎng)傳播到目標(biāo)體所需的時(shí)間，確定探測(cè)時(shí)所 需時(shí)間窗口范圍包括：
[0063] 探測(cè)時(shí)所需時(shí)間窗口的最小時(shí)刻小于或者等于ti，探測(cè)時(shí)所需時(shí)間窗口的最大時(shí) 刻大于或者等于t2。
[0064] 本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：
[0065] 本發(fā)明的方法和裝置，考慮地層電阻率對(duì)場(chǎng)傳播速度的影響，在實(shí)地調(diào)查和區(qū)域 地質(zhì)資料分析的基礎(chǔ)上，確定瞬變電磁探測(cè)的時(shí)間窗口，實(shí)際工作時(shí)，根據(jù)確定的合適的時(shí) 間窗口進(jìn)行探測(cè)，可到達(dá)最佳探測(cè)目的。
【附圖說(shuō)明】
[0066] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)模擬瞬變電磁場(chǎng)的等值線圖；
[0067] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例的一種瞬變電磁探測(cè)時(shí)間窗口的確定方法的流程圖；
[0068] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例的一種瞬變電磁探測(cè)時(shí)間窗口的確定裝置的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0069] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例1的地層分層信息示意圖；
[0070] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例2的瞬變電磁探測(cè)結(jié)果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0071] 為使本發(fā)明的發(fā)明目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚明了，下面結(jié)合附圖對(duì)本 發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例和實(shí)施例中 的特征可以相互任意組合。
[0072] 如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種瞬變電磁探測(cè)時(shí)間窗口的確定方法，包括：
[0073] 獲取測(cè)區(qū)內(nèi)各地層電阻率和各地層的厚度信息；
[0074] 根據(jù)測(cè)區(qū)內(nèi)各地層電阻率和厚度信息，計(jì)算測(cè)區(qū)地層綜合電阻率；
[0075] 根據(jù)測(cè)區(qū)地層綜合電阻率，計(jì)算瞬變電磁場(chǎng)傳播到目標(biāo)體所需的時(shí)間；
[0076] 根據(jù)瞬變電磁場(chǎng)傳播到目標(biāo)體所需的時(shí)間，確定探測(cè)時(shí)所需時(shí)間窗口范圍。
[0077] 其中，獲取測(cè)區(qū)內(nèi)各地層電阻率和各地層的厚度信息包括：
[0078] 根據(jù)測(cè)區(qū)的鉆孔資料獲取測(cè)區(qū)各地層電阻率和各地層的厚度信息。
[0079] 其中，計(jì)算瞬變電磁場(chǎng)傳播到目標(biāo)體所需的時(shí)間之前包括：
[0080] 確定所述目標(biāo)體埋藏深度。
[008