电性源瞬变电磁地空探测方法
【专利摘要】本发明涉及一种电性源瞬变电磁地空探测方法，包括：采用接地长导线作为发射源，利用直升机或者无人机搭载接收线圈进行数据采集；采用全域视电阻率方法对观测数据进行处理，完成对深部地质目标的定性解释，获得地质目标的产状、走向、规模等概况信息；采用瞬变电磁波场变换方法、三维偏移成像技术及逆逆合成孔径方法对地空数据进行解释处理，完成对深部目标体的精细探测，获得深部地质结构的深度、形状、电性结构等详细信息。本发明能够实现快速、大规模的电磁探测，能够对深部地质目标体进行详细勘查，能够获得深层地质目标体的准确、详细的地质信息。
【专利说明】电性源瞬变电磁地空探测方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及地球物理勘探领域，特别是涉及了瞬变电磁探测方法与解释技术。

【背景技术】
[0002] 随着国民经济的飞速发展，矿产资源消耗和需求进入了持续高增长阶段，供需矛 盾日趋严重。东部平原地区利于勘探，开发时间较早，由于长期的开发，资源枯竭的问题已 经显现，矿产资源供给不足已成为制约我国经济发展的瓶颈。为了保持国民经济的快速发 展，迫切需要寻找矿产资源供给的接替区和资源战略储备基地。首先，青藏高原横跨全球三 大成矿域中的古亚洲和特提斯-喜马拉雅两大成矿域。尤其是特提斯-喜马拉雅成矿域自 中生带以来，经历了多岛弧碰撞造山演化历程。在喜马拉雅隆升阶段，受印度板块向北持续 俯冲的影响，在青藏高原形成了沿雅鲁藏布江一带分布的R底斯火山-岩楽岩带，伴随着 大规模的成矿作用，是最有找矿潜力的地区。其次，我国拥有漫长的海岸线和广阔的浅海， 浅海矿产资源主要是石油与天然气和各类滨海砂矿，最近还发现一种极富发展前景的天然 气水合物可燃冰。青藏高原地区和海洋大陆架由于其丰富的矿产资源优势，必将成为我国 矿产资源供给的接替区和资源战略储备基地。面对青藏高原地形复杂、高差悬殊、气象多变 等特殊的自然条件，目前仅完成了大比例的基础地质调查，详细的地质勘查还属空白。海洋 条件恶劣，在海上作业，海面的风浪袭击，并在工作船航行过程中还有遇到暗礁的危险，在 这样恶劣的环境中，船体在海水中不停地颠簸起伏，仪器装置的海底投放和回收都极其困 难，和陆地想象的完全不同，甚至甲板上实验人员的安全也受到威胁，实验过程如果没有很 好地计划和组织，很难顺利完成。为了克服上述种种困难，迫切需要我们提出合适的工作方 式以及新的解释方法以适应这些地区的详细地质勘探。
[0003] 航空电磁法（AirborneElectromagneticMethod简称AEM)，是航空物探常用的 测量方法之一。AEM具有速度快、成本低、通行性好、可大面积覆盖、可用于海域等优势，尤 其是在运积层或植被发育的覆盖地区，它更具有一般勘探手段不可比拟的优势，因此可以 用于高原海洋等地的勘察。但是航空瞬变电磁发射源受飞行器载重限制，使得航空瞬变电 磁发射磁矩有限，因此航空瞬变电磁的探测深度受限。目前应用较多的是地面中心回线 方式瞬变电磁法装置，由于这种装置简单，易于解释，得到广泛的应用。当边长较大时（大 于300米），为了提高工作效率可以采用大定源装置进行测量，但是大定源解释方法较中心 回线复杂，目前已经提出了一些大定源瞬变电磁的数据解释方法。目前使用的仪器如V-5、 V8、⑶P-32、ROTEM、SIROTEM、PEM等大多采用地面大回线装置形式。电性源瞬变电磁法利 用接地点电极通以脉冲电流而在地下建立起一次脉冲磁场。最早于60年代初发展起来的 是该方法的远区工作方式，即长偏移距离法LOTEM(LongOffsetTransientEM)，俄罗斯称 其为固定源建场法，工作时间属于波区，即收发距离大于4倍勘探目的层的深度，实现探测 nX102-nX103m的深层勘探。瞬变曲线响应简单，与频率域方法基本上相似。时间域地空电 磁法（timedomaingroundairborneelectromagneticmethod)是融合地面TEM与航空 TEM优势的一种新型勘探方法，通常将发射系统放置于地面，并铺设几公里的长接地导线或 大定源回线源，然后将接收系统、传感器安装在直升机、无人机或飞艇上进行飞行测量.此 方法不仅具有航空TEM的空间分辨率高、野外布线方便快捷、探测高效等优势，还具有地面 TEM的大发射磁矩、信噪比高、勘探深度大的优势，是深部矿产资源快速勘查的重要技术手 段·
[0004] 最早的半航空系统出现在上世纪70年代初期，名为TURAIR系统。它属于频率域 电磁系统，采用两个分开的接收机确定振幅比和相位差。进入90年代，半航空瞬时电磁系 统FLAIRTEM系统和TerraAir系统先后问世。1997年12月，Fugro公司用TerraAir系统 进行了实验，将其与航空TEM系统（GEOTEM)和地面TEM系统（PR0TEM37)进行实测对比。
[0005] 国外从上世纪90年代初开始研究地空电磁勘探技术，Tohru，将基于直升机的地 空电磁探测系统成功应用于mount bandai火山结构勘查；Hisatoshi等成功应用直升机地 空电磁系统探测到了 800m深处的地下水资源.我国地空电磁探测研究起步较晚，吉林大学 的研究人员于2009年开始研究地空电磁探测方法，由于直升机勘探费用高、飞行员及飞机 在飞行过程中存在风险，所以，研究小组研发了基于无人飞艇的地空电磁勘探系统.基于 飞艇的地空电磁勘探方法不仅可以解决直升机航空飞行勘探困难的问题，而且适用于地形 复杂的山区资源探测，在我国深部矿产资源探测和地质普查应用中具有广阔的发展前景.


【发明内容】

[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供电性源瞬变电磁地空探测方法及解释技术，能 够对深部地质目标体进行探测,并获得深层地质目标体的详细地质信息。
[0007] 为了解决上述问题，本发明公开了长导线源瞬变电磁地空探测方法，包括：
[0008] 采用长导线源瞬变电磁地空探测方法，对深部地质目标体进行探测，获得瞬变电 磁的观测数据；
[0009] 采用多点数据合成的方法对瞬变电磁的观测数据进行处理及解释，完成对深部地 质目标体的精细探测，获得深部地质目标体的信息；
[0010] 采用瞬变电磁虚拟波场连续速度分析及成像方法，对瞬变电磁的观测数据进行处 理及解释，完成对深部地质目标体的精细探测，获得深部地质目标体的信息。
[0011] 优选的，所述深部地质目标体的信息为深部地质目标体的位置信息、大小信息或 形状信息。
[0012] 优选的，所述采用长导线源瞬变电磁地空探测方法，对深部地质目标体进行探测， 获得瞬变电磁的观测数据的步骤，包括：
[0013] 通过地面长导线源AB向空中发射电磁场；
[0014] 在高度范围为50-150米的空中设置观测点，对深部地质目标体进行探测，采集数 据，获得瞬变电磁的观测数据；
[0015] 其中，所述对深部地质目标体进行探测，获得瞬变电磁的观测数据的过程是通过 长导线源地空探测的工作装置来完成的。
[0016] 优选的，所述地面长导线源AB的长度为3-5千米；所述地面长导线源AB的发射功 率不小于100千瓦。
[0017] 优选的，所述采用多点数据合成的方法对瞬变电磁的观测数据进行处理及解释， 完成对深部地质目标体的精细探测，获得深部地质目标体的信息的步骤，包括：
[0018] 对瞬变电磁的观测数据，采用逆合成孔径雷达算法的方式，进行相关加权叠加，获 得瞬变电磁观测数据的瞬变电磁逆合成孔径数据体；
[0019] 对瞬变电磁观测数据的瞬变电磁逆合成孔径数据体，进行克希霍夫偏移成像，获 得深层地质目标体的数字图像；
[0020] 对所述深层地质目标体的数字图像，进行数字图像的分析，获得深部地质目标体 的信息。
[0021] 优选的，所述对瞬变电磁的观测数据，采用逆合成孔径雷达算法的方式，进行相关 叠加，获得瞬变电磁观测数据的瞬变电磁逆合成孔径数据体的步骤，包括：
[0022] 设计半空间中赋存高阻块状异常体的三维模型，获得半空间中赋存高阻块状异常 体的三维模型；
[0023] 设计半空间中赋存低阻块状异常体的三维模型，获得半空间中赋存低阻块状异常 体的三维模型；
[0024] 依据半空间中赋存低阻块状异常体的三维模型及半空间中赋存低阻块状异常体 的三维模型，采用逆合成孔径雷达算法的方式，对瞬变电磁的观测数据进行波场变换，获得 瞬变电磁观测数据的瞬变电磁逆合成孔径数据体。
[0025] 优选的，所述对瞬变电磁观测数据的瞬变电磁逆合成孔径数据体，进行克希霍夫 偏移成像，获得深层地质目标体的数字图像的步骤，包括：
[0026] 采用三维边界元方式，对瞬变电磁观测数据的瞬变电磁逆合成孔径数据体，进行 克希霍夫偏移成像，获得深层地质目标体的数字图像。
[0027] 优选的，所述采用瞬变电磁虚拟波场连续速度分析及成像方法，对瞬变电磁的观 测数据进行处理及解释，完成对深部地质目标体的精细探测，获得深部地质目标体的信息 的步骤，包括：
[0028] 采用数据插值的方式，获得瞬变电磁的观测数据的虚拟速度数据体的数据量；
[0029] 采用速度建模的方式，获得瞬变电磁的观测数据的连续速度分析体成像图像；
[0030] 通过上述瞬变电磁虚拟波场连续速度分析及成像方法，对瞬变电磁的观测数据进 行处理及解释，完成对深部地质目标体的精细探测，获得深部地质目标体的信息。
[0031] 优选的，所述采用数据插值的方式，获得瞬变电磁的观测数据的虚拟速度数据体 的数据量的步骤，包括：
[0032] 采用全局距离加权插值的方式，对散乱数据进行分析，获得瞬变电磁的观测数据 的最初虚拟速度数据体的数据量；
[0033] 采用近点线性插值的方式，对领域对角线的数据进行分析，获得瞬变电磁的观测 数据的精细虚拟速度数据体的数据量。
[0034] 优选的，所述采用速度建模的方式，获得瞬变电磁的观测数据的连续速度分析体 成像图像的步骤，包括：
[0035] 采用射线方法，对瞬变电磁的观测数据进行速度建模，获得瞬变电磁的观测数据 的连续速度分析体成像图像；
[0036] 采用波动分析方法，对瞬变电磁的观测数据进行速度建模，获得瞬变电磁观测数 据的连续速度分析体成像图像；
[0037] 其中，所述波动分析方法为深度聚焦分析方法及剩余曲率分析方法。
[0038] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0039] 首先，本发明提供了长导线源瞬变电磁地空探测方法，是一种新型的瞬变电磁测 深法，能够对深层地质目标体进行准确勘探，从而获得深层地质目标体的准确、详细的地质 信息。
[0040] 其次,本发明提供的长导线源瞬变电磁地空探测方法,相对于地面瞬变电磁系统 而言，具有方便、高效的优势。尤其是在测量条件较为复杂的地区，如地势起伏的山区，方 便、高效的优势更加明显。
[0041] 再者，本发明提供的长导线源瞬变电磁地空探测方法，相对于航空瞬变电磁系统 而言，具有信噪比更高、空间分辨率更好的优势。
[0042] 另外，本发明提供的长导线源瞬变电磁地空探测方法，随着导体埋藏加深，地面 TEM系统的晚期信噪比优势将减弱，而本发明所提供的方法，可以克服随着导体埋藏加深， 地面TEM系统的晚期信噪比优势将减弱的缺陷。
[0043] 总之，本发明提供了长导线源瞬变电磁地空探测方法，是一种新型的瞬变电磁测 深法。

【专利附图】

【附图说明】
[0044] 图1是本发明长导线源瞬变电磁地空探测方法实施例的流程图；
[0045] 图2是本发明实施例中瞬变电磁法原理示意图；
[0046] 图3是本发明实施例中瞬变电磁法工作机理示意图；
[0047] 图4是本发明实施例中长导线源地空探测方法工作原理示意图；
[0048] 图5是本发明实施例中长导线源地空探测方法工作装置示意图；
[0049] 图6是本发明实施例中地井及井中瞬变电磁法的工作装置示意图；
[0050] 图7是本发明实施例中航空瞬变电磁法的工作装置示意图；
[0051] 图8是本发明实施例中瞬变电磁烟圈示意图；
[0052] 图9是本发明实施例中观测曲线额波场转换示意图；
[0053] 图10是本发明实施例中虚拟子波断面对比示意图；
[0054] 图11是本发明实施例中子波宽度压缩前后对比示意图；
[0055] 图12是本发明实施例中逆合成孔径示意图；
[0056] 图13是本发明实施例中模型三维示意图；
[0057] 图14是本发明实施例中模型计算结果示意图；
[0058] 图15是本发明实施例中速度模型迭代算法的示意图；
[0059] 图16是本发明实施例中三维波场速度成像效果示意图。

【具体实施方式】
[0060] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实 施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0061] 本发明的核心构思之一在于，发明提供了长导线源瞬变电磁地空探测方法，是一 种新型的瞬变电磁测深法，能够对深层地质目标体进行准确勘探，从而获得深层地质目标 体的准确、详细的地质信息。
[0062] 参照图1，示出了本发明长导线源瞬变电磁地空探测方法实施例的流程图，具体可 以包括：
[0063] 步骤101、采用长导线源瞬变电磁地空探测方法，对深部地质目标体进行探测，获 得瞬变电磁的观测数据。
[0064] 本发明采用长导线源地空探测方法工作装置形式，对深部地质目标体进行探测， 获得观测数据。
[0065]参照图2，示出了本发明实施例中瞬变电磁法原理示意图。
[0066] 瞬变电磁场法（TransientElectromagneticField，简称TEM)是一种建立在电磁 感应原理基础上的时间域人工源电磁探测方法。它是利用阶跃形波电磁脉冲激发，利用不 接地回线向地下发射一次场，在一次场断电后，测量由地下介质产生的感应二次场随时间 的变化，来达到寻找各种地质目标的一种地球物理勘探方法。
[0067]从图2中，可以看出：电磁场感应涡流程产生的过程及发射信号与接收信号的关 系。
[0068]参照图3，示出了本发明实施例中瞬变电磁法工作机理示意图。
[0069] 瞬变电磁法是利用接地电极或者不接地回线通以脉冲电流，在地下建立起一次脉 冲磁场，在一次磁场间隙期间，利用探测线圈观测二次涡流场，根据观测信号来判断地下介 质电性变化情况。
[0070] 从图3中，可以看出：
[0071] 图3A为发送方波电流信号的示意图，图3A可以清晰地说明发送方波电流信号情 况；
[0072] 图3B为发送电流在大地中建立的磁场，即一次场的示意图，图3B可以清晰地说明 发送电流在大地中建立的磁场，即一次场的电流信号情况。
[0073] 图3C为一次场消失后，接收线圈的自感信号的示意图，图3C可以清晰地说明一次 场消失后，接收线圈的自感信号情况。
[0074] 瞬变电磁场法的研究工作主要包括地面探测瞬变电磁法、地井及井中瞬变电磁法 及航空瞬变电磁法三个代表性装置形式。
[0075] 所述对深部地质目标体进行探测，获得瞬变电磁的观测数据的过程是通过长导线 源地空探测的工作装置来完成的。
[0076] 所述深部地质目标体的信息为深部地质目标体的位置信息、大小信息或形状信 肩、。
[0077] 在本发明的一种优选实施例中，所述步骤101，具体可以包括：
[0078] 子步骤111、通过地面长导线源AB向空中发射电磁场；
[0079] 子步骤121、在高度范围为50-80米的空中设置观测点，对深部地质目标体进行探 测，采集数据，获得瞬变电磁的观测数据；
[0080] 其中，所述对深部地质目标体进行探测，获得瞬变电磁的观测数据的过程是通过 长导线源地空探测的工作装置来完成的。
[0081] 参照图4,示出了本发明实施例中长导线源地空探测方法工作原理示意图。
[0082] 从图4中，可以看出：本发明长导线源地空探测方法的工作原理。
[0083] 参照图5,示出了本发明实施例中长导线源地空探测方法工作装置示意图。
[0084] 从图5中，可以看出：本发明长导线源地空探测方法的工作装置设计与以往不同。
[0085] 所述地面长导线源AB的长度为3-5千米；
[0086] 所述地面长导线源AB的发射功率为30千瓦。
[0087] 对本发明长导线源地空探测方法工作装置做说明如下：
[0088] (I)AB为地面长导线源，测量在空中。
[0089] ⑵航线与AB平行。
[0090] (3)发射AB的长度3-5KM，发射功率30KW-50KW。
[0091] (4)观测点在空中；可以是无人机、直升机等搭载接收装置进行测量；飞机高度50 米-100米。
[0092] 参照图6,示出了本发明实施例中地井及井中瞬变电磁法的工作装置示意图。
[0093] 从图6中，可以看出：地井及井中瞬变电磁法的工作装置的布置情况。
[0094] 井中TEM方法探测的地质目的在于探测分布于钻孔附近的深部导电矿体，并获得 矿体形态，产状及位置等信息。发送回线通常布置地面，接收线圈（探头）沿钻孔井轴逐点 移动观测磁场分量的微分参量。也可以把发送回线和接收回线同时放在井中，两个线圈按 照一定的排列方式，沿井壁逐点移动进行观测。当勘查区有彼此相靠近的多个钻孔条件下， 一般只敷设一个大发送回线，从不同钻孔中观测到的异常变化规律可获得地下隐伏导体的 位置等方面的信息。在仅有单个钻孔的情况下，需要在地面敷设发送回线，根据Tx位于不 同方位上所观测到的异常变化规律再去反演有关参数。也可以把发送线圈和接收线圈同时 都发置在井壁内，进行偶极形式观测。
[0095] 参照图7,示出了本发明实施例中航空瞬变电磁法的工作装置示意图。
[0096] 从图7中，可以看出：航空电磁法的工作装置的布置情况。
[0097] 发射线圈和接收线圈都在空中。航空TEM系统的发送线圈安装于机身，接受线圈 及前置放大器安装在吊舱之中，吊舱用电缆拖拽在飞机的后下部，即：发射和接收装置都在 空中。飞行高度一般为150m。航空TEM方法主要应用于大面积范围内快速普查良导电矿体 及地质填图，在我国开展不多。
[0098] 步骤102、采用多点数据合成的方法对瞬变电磁的观测数据进行处理及解释，完成 对深部地质目标体的精细探测，获得深部地质目标体的信息。
[0099] 在本发明的一种优选实施例中，所述步骤102,具体可以包括：
[0100] 子步骤112、对瞬变电磁的观测数据，采用逆合成孔径雷达算法的方式，进行相关 加权叠加，获得瞬变电磁观测数据的瞬变电磁逆合成孔径数据体。
[0101] 在本发明的另一种优选实施例中，所述子步骤112,具体可以包括：
[0102] 子步骤A1、设计半空间中赋存高阻块状异常体的三维模型，获得半空间中赋存高 阻块状异常体的三维模型；
[0103] 子步骤A2、设计半空间中赋存低阻块状异常体的三维模型，获得半空间中赋存低 阻块状异常体的三维模型；
[0104] 子步骤A3、依据半空间中赋存低阻块状异常体的三维模型及半空间中赋存低阻块 状异常体的三维模型，采用逆合成孔径雷达算法的方式，对瞬变电磁的观测数据进行波场 变换，获得瞬变电磁观测数据的瞬变电磁逆合成孔径数据体。
[0105] 子步骤122、对瞬变电磁观测数据的瞬变电磁逆合成孔径数据体，进行克希霍夫偏 移成像，获得深层地质目标体的数字图像；
[0106] 在本发明的另一种优选实施例中，所述子步骤122,具体可以包括：
[0107] 采用三维边界元方式，对瞬变电磁观测数据的瞬变电磁逆合成孔径数据体，进行 克希霍夫偏移成像，获得深层地质目标体的数字图像。
[0108] 子步骤132、对所述深层地质目标体的数字图像，进行数字图像的分析，获得深部 地质目标体的信息。
[0109] 为了使本领域的技术人员更好地理解本发明，下面详细介绍采用多点数据合成 的方法对瞬变电磁的观测数据进行处理及解释，完成对深部地质目标体的精细探测，获得 深部地质目标体的信息的过程。
[0110] (1)采用烟圈解释方法，从观测曲线得到视电阻率断面剖面图。
[0111] 参照图8,示出了本发明实施例中瞬变电磁烟圈示意图。
[0112] 从图8中，可以看出：本发明实施例中瞬变电磁烟圈的工作原理。
[0113] 在电导率为〇和磁导率为的均匀大地上，敷设输入阶跃电流的回线，当发送 回线中电流突然断开时，在下半空间中就要被激励起感应涡流场以维持在断开电流以前存 在的磁场，此瞬间的电流集中于Tx附近的地表，并按f4规律衰减（r为中心至观测点的距 离）。随后，面电流开始扩散到下半空间中，在切断电流后的任一晚期时间里，感应涡流呈多 个层壳的环带形，并形成一系列与发送回线同形状并且向下及向外扩散的"电流环"，通常 称之为"烟圈"。
[0114] 大地感应涡流在地表面产生的电磁场可近似地用圆形电流环表示。这些电流环就 像由发射回线吹出的"烟圈"，其半径随着时间增大而扩大，其深度随时间延长而加深。
[0115] 当计算均匀半空间的瞬变电磁响应时，可以用一个镜像电流环来代替。
[0116] 在层状介质中，仍然保持同样的"烟圈"效应，只是"烟圈"的传播将逐渐局限于导 电地层中。
[0117] 随着时间的延长，涡流场将向下及向外扩展。涡流场极大值将沿从中心起始与地 面成锐角的锥形斜面向下及向外传播。
[0118] M.N.Nabighian指出，感应涡流场在地表引起的磁场为整个"环带"各个涡流层的 总效应，这种效应可以用一个简单的电流环相等效，当发送电流切断以后某个时刻的地下 等效电流环时，它为一系列与发送回线同形状并且向下及向外扩散的电流环，可以把它看 作一系列的二次发送线圈，可以计算某时刻的半径，深度及电流，最终计算出某时刻的响应 值，以及其随时间的变化规律。 i=--(1)
[0119] 它的等效电流为：4泥
[0120] 它的半径表达式为(2)
[0121] 它的深度表达式(3)
[0122] 式中c2 = 8/JI-2 = 0· 546479
[0123] 由于tanΘ=d/a= 1.07,Θ= 47°，故"烟圈"将沿47°倾斜锥面扩展，向下传 播的速度为 Cd2
[0124] ⑷ 〇tV辱丨，
[0125] 其中t为传播时间，〇为介质电导率，μ^为真空中的磁导率。
[0126] 计算均匀半空间的瞬变电磁响应时，可以把"烟圈"看作一系列的二次发送线圈， 很容易地计算出在某时刻沿地面测线的响应值，以及在某个测点的响应值随时间变化的规 律。在层状介质中，仍然保持同样的"烟圈"效应，只是"烟圈"的传播将逐渐局限于导电地 层中。
[0127] (2)瞬变电磁场的波场变换，把电阻率断在转换成了拟地震剖面分布情况。
[0128] 参照图9,示出了本发明实施例中观测曲线额波场转换示意图。
[0129] 目前已经实现了波场转换，并可以成功地提取出虚拟地震子波。
[0130] 其中，图9中的（a)为现场观测数据曲线示意图；
[0131] 图9中的（b)为现场观测数据的加噪声5%以后的曲线示意图；
[0132] 图9中的（C)为现场观测数据曲线的波场转换曲线示意图；
[0133] 图9中的（d)为现场观测数据加噪声以后的波场转换曲线示意图。
[0134] 从图9中，可以看出：本发明实施例中观测曲线额波场转换情况。
[0135] 瞬变电磁场与虚拟波场之间存在如下对应关系
[0136] Hm (r，t)=--1__ [re- (r.r)dτ ('入/ 2V/Tt'
[0137] 式中，Hm(r，t)为时域瞬变响应扩散场，U(r，τ)为以波速^传播的虚拟波场， 自变量τ是时间平方根的量纲。
[0138] 通过上述技术，本发明实现了从电阻率剖面到虚拟子波断面的转换。
[0139] 参照图10,示出了本发明实施例中虚拟子波断面对比示意图。
[0140] 从图10中，可以看出：本发明实施例中虚拟子波断面对比的分布情况。
[0141] (3)压缩子波宽度
[0142] 参照图11，示出了本发明实施例中子波宽度压缩前后对比示意图；
[0143] 从图11中，可以看出：本发明实施例中子波宽度压缩前后的分布情况；经过压缩 处理后，波形明显得到改善。
[0144] 经波场变换获得的虚拟子波存在严重的波形展宽现象，使得计算得到的虚拟波场 数值分辨率降低，严重影响着TEM成像的空间分辨能力。为此，对虚拟波场的离散数据求取 反褶积，消除波场变换的波形展宽效应。
[0145] 设U(r，τ)为实际转换出来的虚拟子波，本发明通过一个反褶积滤波因子h(t)， 进行如下计算，求取一个宽度得到压缩后的新的子波U' (r，τ)
[0146] υ'(τ,τ) = 人1，4 -τ)，
[0147] (6)
[0148] 其中，反褶积滤波因子h(t)可用最小平方反褶积来求得。
[0149] 随着瞬变电磁波场变换算法的提出，实现了由具有扩散特征的瞬变场向虚拟波场 的转变，这就为实现航空瞬变电磁法的逆合成孔径成像创造了条件。瞬变电磁逆合成孔径 成像技术是借用逆合成孔径雷达成像的思路[3?8]，就是利用机载真实孔径发射线圈与 目标的相对运动，把尺寸较小的真实天线孔径用数据处理的方法合成一较大的等效孔径的 发射线圈，使其分辨能力更高、穿透能力更强。对于航空瞬变电磁法而言其观测方式与机载 逆合成孔径雷达十分相似，完全可以借助逆合成孔径雷达的成像思想，实现虚拟波场条件 下的航空瞬变电磁逆合成孔径成像。
[0150] 虽然逆合成孔径技术在雷达成像中早已广泛应用，但与逆合成孔径雷达信号不 同，瞬变电磁场满足的是扩散方程，场的变化特征是随着时间衰减的，显然不利于相关叠加 处理，也不利于合成成像。为此，必须利用瞬变电磁场与虚拟波场间存在的数学上的关系式 进行波场变换，通过优化算法提取出这种虚拟波场信号。数字模拟和模型试验的结果都证 明了：相邻位置上同一地质体的反射回波具有较好的相关性，因此根据不同位置信号的相 关系数生成不同的权值函数，相邻各列信号在做相关叠加时以权函数进行加权，将重建的 地质异常体信号加强，从而提高信噪比，达到突出弱异常的目的，进而提高了分辨率，加大 了勘探深度。在分析逆合成孔径雷达算法的基础上结合瞬变电磁信号的特点，对采样信号 进行相关加权叠加形成瞬变电磁逆合成孔径数据体，对该数据体进行克希霍夫偏移成像， 得到地质体高清晰度的数字图像。
[0151] 通过模型数据的计算，并进行逆合成孔径成像处理，说明了该方法的有效性；对以 往山区地面数据的再处理，并与原来的处理结果相比较，说明了该方法在提高瞬变电磁分 辨力方面的优越性。可见，该方法的成功应用，将对用高分辨的航空瞬变电磁法代替海面和 山区地面勘探具有重要意义。
[0152] 由于瞬变电磁场经过波场变换，已经把原来的感应场转换成了波场，每一点的数 据相当于变成了自激自收的波动场。而前人已经通过实验分析确定瞬变电磁场在多激励源 情况下存在场的相关叠加性，基于瞬变电磁场的上述特点，我们采用相关叠加的方法来进 行逆合成孔径。其合成示意图如图1所示。
[0153] 参照图12,示出了本发明实施例中逆合成孔径示意图；
[0154] 从图12中，可以看出：本发明实施例中逆合成孔径的工作原理。
[0155] 首先选取一个中心点，取为第i点，此点的波场值可表示为UOvτ)，其中ri为i 点到-N，"·，Ν内某点的距离，τ为相对时移量。然后我们选定2N+1个测点的长度为逆合 成孔径的长度，即选取i点左右两侧从-N到N的测点分别与中心点做相关，其归一化的互 相关系数

【权利要求】
1. 电性源瞬变电磁地空探测方法，其特征在于所述方法包括： 采用接地长导线源AB作为发射装置，向地下发送一次场，利用直升机或者无人机搭载 接收线圈进行数据采集，获得瞬变电磁的观测数据； 利用全区视电阻率定义对观测数据进行处理，获得虚拟波场的速度信息，并完成对深 部地质目标的定性解释，获得深部地质体的概况信息； 对瞬变电磁数据进行波场变换，采用瞬变电磁虚拟波场连续速度分析及虚拟波场偏移 成像方法对瞬变电磁观测数据进行处理解释，完成对深部地质目标的精细探测，并且为了 提高数据的信噪比，采用多点数据合成的方法对瞬变电磁虚拟波场数据进行处理，实现深 部弱信息的提取，获得深部地质目标体的详细信息。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于： 所述地质目标体的详细信息为地质目标体的电性信息、深度信息、规模信息与形状信 息。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于， 地空瞬变电磁探测系统采用接地长导线源作为发射，利用直升机或者无人机搭载接收 线圈进行数据采集，其步骤包括： 通过在地面铺设接地长导线源AB向地下发射一次电磁场； 在高度范围为50-150米的空中设置观测点，利用直升机或无人机搭载接收线圈进行 数据采集，获得瞬变电磁的观测数据； 其中， 所述对地质目标体进行探测，获得观测数据的过程，是通过电性源瞬变电磁探测装置 完成的。
4. 如权利要求1或3所述的方法，其特征在于： 所述接地长导线源AB的长度为1-4千米； 所述接地长导线源AB的发射功率为不小于10千瓦。
5. 如权利要求1或3所述方法，其特征在于： 利用直升机或无人机搭载接收线圈进行数据采集，直升机或无人机飞行高度在保证飞 行安全情况下为30-150米， 飞行范围与电性源尺度有关，垂向与轴向方向均不大于3倍电性源尺度。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于： 采用全域视电阻率方法对观测数据进行处理，完成对深部地质目标的定性解释，获得 地质目标的产状、走向、规模等概况信息，并获得虚拟波场速度信息，包括： 利用反函数原理实现电性源瞬变电磁的视电阻率定义，通过时深转换获得深度信息， 最终完成初步的视电阻率成像，并获得不同深度虚拟波场的传播速度。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于： 所述利用反函数原理实现电性源瞬变电磁的视电阻率定义，通过时深转换获得深度信 息，完成初步的视电阻率成像，包括： 通过偶极叠加原理推导均匀半空间空中位置电性源瞬变电磁场响应表达解析式，通过 反函数原理实现视电阻率的定义； 通过滤波方法实现多分量层状模型电磁响应的计算，利用电阻率定义公式计算层状模 型视电阻形态，验证定义方法； 利用视电阻率值与时间参数实现时深转换。
8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于： 所述对瞬变电磁观测数据进行波场变换，将瞬变电磁扩散场数据转换为虚拟波场函 数，并利用相关叠加方法实现虚拟波场的逆合成孔径处理，结合速度分析，对数据进行克希 霍夫偏移成像，获得深层地质目标体的图像，具体步骤，包括： 采用预调件正则化共轭梯度法实现波场反变换； 采用相关叠加方法，对虚拟波场进行逆合成孔径处理； 采用三维边界元方式，对瞬变电磁观测数据的瞬变电磁逆合成孔径数据体，进行克希 霍夫偏移成像，获得深层地质目标体的图像。
9. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用瞬变电磁虚拟波场连续速度分 析及成像方法，对瞬变电磁的观测数据进行处理及解释，完成对深部地质目标体的精细探 测，获得深部地质目标体的信息的步骤，包括： 利用全域视电阻率定义方法，获得瞬变电磁的观测数据的虚拟速度数据； 利用速度建模的方式，获得瞬变电磁的观测数据的连续速度分析体成像图像； 通过上述瞬变电磁虚拟波场连续速度分析及成像方法，对瞬变电磁的观测数据进行处 理及解释，完成对深部地质目标体的精细探测，获得深部地质目标体的信息。
10. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述采波场变换方法，及利用预调件正 则化共轭梯度发实现扩散场到虚拟波场的变换，使得变换后函数满足波动方程，包括： 利用预调件子对反变换系数矩阵进行预调件处理，降低矩阵条件数； 采用正则化共轭梯度迭代实现扩散场到波场的转换。
11. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述采用速度分析的方式，获得瞬变电 磁的观测数据的连续速度分析体成像图像的步骤，包括： 采用视电阻率定义的方式，对瞬变电磁的观测数据计算相应电阻率，根据电阻率与虚 拟波动速度之间的关系获得瞬变电磁虚拟波场的初始速度； 采用近点线性插值方法，扩大速度数据体，实现连续速度分析，使速度数据满足后续波 场延拓需要； 其中，所述波场延拓指利用克希霍夫积分实现波动方程的向下延拓成像深。
【文档编号】G01V3/165GK104237956SQ201410081433
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年3月6日 优先权日:2014年3月6日
【发明者】李貅, 戚志鹏, 张莹莹 申请人:长安大学