本發(fā)明涉及資源勘探領(lǐng)域，具體涉及一種瞬變電磁多道覆蓋觀測(cè)裝置和方法。

背景技術(shù)：

地球物理勘探中的多次覆蓋技術(shù)的基本思想是：按照一定的觀測(cè)方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)地下某一位置處的地質(zhì)目標(biāo)體的多次觀測(cè)，并對(duì)地下某一位置處的地質(zhì)目標(biāo)體的多次觀測(cè)信息進(jìn)行迭加，形成這一位置處的地球物理總的信息，這樣可以保證即使有個(gè)別觀測(cè)質(zhì)量較差情況下，能得到地下該位置處目標(biāo)體的有效信息，從而提高了觀測(cè)質(zhì)量。

地震勘探中的多次覆蓋實(shí)際上就是對(duì)地下同一反射段作多次觀測(cè)，經(jīng)動(dòng)、靜校正后，進(jìn)行迭加，使一次反射加強(qiáng)，多次反射和其他類型的干擾波相對(duì)削弱，從而提高信噪。組合檢波和組合爆炸也能提高訊噪比，但當(dāng)組合數(shù)增大時(shí)，所反映地下反射“點(diǎn)”的面積就相應(yīng)增加，掩蓋了細(xì)致的地質(zhì)現(xiàn)象。而多次覆蓋隨著覆蓋次數(shù)的增加，信噪比提高，且并不擴(kuò)大地下反射“點(diǎn)”的面積，這對(duì)勘探斷層等復(fù)雜地質(zhì)現(xiàn)象是很有利的。除了壓制多次波，提高訊噪比等效果以外，多次覆蓋還可以提供靜校正、速度剖面(速度譜)等重要參數(shù)。覆蓋技術(shù)在地震勘探中應(yīng)用廣泛，也是當(dāng)今地震勘探野外作業(yè)中最基本的方法。多次覆蓋資料即是野外工作最終成果之一，也是室內(nèi)資料處理和各種反演工作最基本、最基礎(chǔ)的資料。

同樣，在直流電法勘探中，多次覆蓋技術(shù)也用相當(dāng)重要的作用。對(duì)于高密度電法測(cè)量也可以采用類似于地震的多次覆蓋觀測(cè)系統(tǒng)；高密度直流電法勘探采用的是一種陣列勘探方法，野外測(cè)量時(shí)只需要將全部電極(幾十至上百根)置于測(cè)線上，然后利用程控電極轉(zhuǎn)換開關(guān)和微機(jī)工程電測(cè)儀便可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速和自動(dòng)采集。當(dāng)測(cè)量結(jié)果送入微機(jī)當(dāng)中，還可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理給出關(guān)于地電斷面的各種物理解釋的結(jié)果。電極供電結(jié)束后就可以投入到測(cè)量電場(chǎng)的工作中，觀測(cè)系統(tǒng)資源得到充分利用，因此多次覆蓋觀測(cè)系統(tǒng)更有利于觀測(cè)人工電場(chǎng)的分布和變化，也可以提高對(duì)地下異常的分辨率。通過對(duì)多次覆蓋系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用高分辨率的處理方法，對(duì)測(cè)線探測(cè)空間進(jìn)行多次疊加成像，有利于突出異常體對(duì)人工電場(chǎng)的影響，削弱隨機(jī)干擾。

電磁法勘探，尤其是大地電磁法(MT)中，也有類似的觀測(cè)方法——電磁排列剖面法(EMAP)。EMAP是由Texas大學(xué)電學(xué)地球物理實(shí)驗(yàn)室F.X.Bostick提出的。它是根據(jù)沿地表一條線性測(cè)線測(cè)得的一系列電磁響應(yīng)結(jié)果而繪成地電阻一深度剖面。這種方法采用空間排列數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)，有效地處理復(fù)雜的三維地下構(gòu)造。它也可以對(duì)目標(biāo)構(gòu)造進(jìn)行密集數(shù)據(jù)采樣，結(jié)果可以與地震剖面相似的形式顯示。EMAP是一種獨(dú)特的方法，比常規(guī)大地電磁法具有很大的優(yōu)越性。主要的優(yōu)越性是密集數(shù)據(jù)采樣和對(duì)不利的三維構(gòu)造效應(yīng)的有效處理，這樣就可以對(duì)電阻率剖面做出可靠的估算。

然而，作為電磁法勘探另一種重要勘探方法——瞬變電磁法(TEM)，雖然瞬變電磁擬地震方法研究取得了較大的突破進(jìn)展，但是，目前還沒有類似于地震勘探中的多次觀測(cè)系統(tǒng)的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種瞬變電磁多道覆蓋觀測(cè)裝置和方法，在一次收發(fā)作業(yè)中，測(cè)點(diǎn)接收到的響應(yīng)反映的該測(cè)點(diǎn)與發(fā)射源中心位置的地質(zhì)信息，形成對(duì)測(cè)點(diǎn)的多次覆蓋。

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：

一種瞬變電磁多道覆蓋觀測(cè)裝置，包括：

發(fā)射源和分布式采集站；

在距離所述發(fā)射源第一預(yù)設(shè)距離處設(shè)置所述分布式采集站；

所述分布式采集站包括設(shè)置在一條測(cè)線上的多個(gè)相互連接的接收器。

優(yōu)選地，所述發(fā)射源包括第一接地電極和第二接地電極，所述第一接地電極和第二接地電極之間距離為第二預(yù)設(shè)距離。

優(yōu)選地，所述發(fā)射電極對(duì)的連線與所述分布式采集站的測(cè)線平行或者垂直。

本發(fā)明實(shí)施例還提供一種瞬變電磁多道覆蓋觀測(cè)方法，包括：

在多個(gè)發(fā)射點(diǎn)通過發(fā)射電極對(duì)向地下注入發(fā)射電流；

依次由多個(gè)相互連接的接收器接收由發(fā)射電流產(chǎn)生的每個(gè)發(fā)射點(diǎn)的地下感應(yīng)信號(hào)；

根據(jù)分布式采集站獲得的瞬變電磁觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行波場(chǎng)轉(zhuǎn)換處理和數(shù)據(jù)延拓處理品獲得測(cè)線地下任一深度的虛擬地震數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述測(cè)線地下任一深度的虛擬地震數(shù)據(jù)，繪制測(cè)線地下虛擬地震斷面圖；根據(jù)虛擬地震斷面圖上同相軸的變化情況，確定地下巖性層分界面的起伏情況。

優(yōu)選地，根據(jù)分布式采集站獲得的瞬變電磁觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行波場(chǎng)轉(zhuǎn)換處理和數(shù)據(jù)延拓處理品獲得測(cè)線地下任一深度的虛擬地震數(shù)據(jù)包括：

通過波場(chǎng)轉(zhuǎn)換計(jì)算，將分布式采集站獲得的瞬變電磁觀測(cè)數(shù)據(jù)等效轉(zhuǎn)換為地面虛擬地震波場(chǎng)數(shù)據(jù)；

通過數(shù)據(jù)延計(jì)算，將轉(zhuǎn)換獲得的所述地面虛擬地震波場(chǎng)數(shù)據(jù)，獲得地下任一點(diǎn)的虛擬地震數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，將分布式采集站獲得的瞬變電磁觀測(cè)數(shù)據(jù)等效轉(zhuǎn)換為地面虛擬地震波場(chǎng)數(shù)據(jù)，包括：

按照如下波場(chǎng)轉(zhuǎn)換公式,將分布式采集站獲得的瞬變電磁觀測(cè)數(shù)據(jù)等效轉(zhuǎn)換為地面虛擬地震波場(chǎng)數(shù)據(jù)：

$E(x,y,z,t)=\frac{1}{2\sqrt{{\mathrm{\πt}}^3}}{\∫}_0^{\mathrm{\∞}}{\mathrm{\τe}}^{-\frac{{\mathrm{\τ}}^2}{4t}}U(x,y,z,\mathrm{\τ})d\mathrm{\τ};$

其中，E(x,y,z,t)為分布式采集站瞬變電磁觀測(cè)數(shù)據(jù)，U(x,y,z,τ)為要轉(zhuǎn)換的虛擬地震波場(chǎng)數(shù)據(jù)，t為分布式采集站瞬變電磁數(shù)據(jù)時(shí)間，τ為虛擬地震波場(chǎng)數(shù)據(jù)時(shí)間。

優(yōu)選地，將轉(zhuǎn)換獲得的所述地面虛擬地震波場(chǎng)數(shù)據(jù)，獲得地下任一點(diǎn)的虛擬地震數(shù)據(jù)，包括：

根據(jù)獲得的所述地面虛擬地震波場(chǎng)數(shù)據(jù)，利用從地面向地下遞推的方法，獲得地下任一點(diǎn)的虛擬地震數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，將轉(zhuǎn)換獲得的所述地面虛擬地震波場(chǎng)數(shù)據(jù)，獲得地下任一點(diǎn)的虛擬地震數(shù)據(jù)，包括：

根據(jù)以下數(shù)據(jù)延拓公式，將通過轉(zhuǎn)換獲得的所述地面虛擬地震波場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，獲得地下任一點(diǎn)的虛擬地震數(shù)據(jù)，包括：

按照如下數(shù)據(jù)延拓公式,獲得地下任一點(diǎn)的地震數(shù)據(jù)：

$U(x,y,z,t)=-\frac{1}{4\mathrm{\π}}\underset{Q_0}{\∫\∫}\{\frac{\∂}{\∂n}\left(\frac{1}{r}\right)-\frac{1}{r}\frac{\∂}{\∂n}-\frac{1}{vr}\frac{\∂r}{\∂n}\frac{\∂}{\∂t}\}U(\mathrm{\ξ},\mathrm{\η},{\mathrm{\ζ}}_0,t+\frac{r}{v})dQ$

其中，U(x,y,z,t)是t時(shí)刻地下任一點(diǎn)(x,y,z)處的虛擬地震波場(chǎng)數(shù)據(jù)值，t是觀測(cè)時(shí)間，n為任一點(diǎn)(x,y,z)處的法向方向，是地表任一點(diǎn)處的虛擬地震波場(chǎng)數(shù)據(jù)值，Q₀是地表的測(cè)量區(qū)域，r為地面某個(gè)觀測(cè)記錄點(diǎn)至地下某個(gè)點(diǎn)的距離。

本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：

本發(fā)明的方法和裝置，在電磁干擾大，人口密集、建設(shè)物較多的情況下，能夠?qū)Τ菂^(qū)地下含煤構(gòu)造分步驟進(jìn)行有效探測(cè)，多種探測(cè)成果互相補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)對(duì)城區(qū)地下含煤構(gòu)造有效探測(cè)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的瞬變電磁多道覆蓋觀測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的瞬變電磁多道覆蓋觀測(cè)方法的流程圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的瞬變電磁多道覆蓋觀測(cè)方法的觀測(cè)移動(dòng)示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例的瞬變電磁多道覆蓋觀測(cè)方法的移動(dòng)到測(cè)線點(diǎn)示意圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例的多次覆蓋示意圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例1的測(cè)線布置圖；

圖7是本發(fā)明實(shí)施例1的接收器的測(cè)試信號(hào)迭加結(jié)果圖；

圖8是本發(fā)明實(shí)施例1的測(cè)線觀地下視電阻率斷面圖；

圖9是本發(fā)明實(shí)施例子的2D擬地震偏移成像同相軸剖面圖。

具體實(shí)施方式

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。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種瞬變電磁多道覆蓋觀測(cè)裝置，包括：

發(fā)射源和分布式采集站；

在距離所述發(fā)射源第一預(yù)設(shè)距離處設(shè)置所述分布式采集站；

所述分布式采集站包括設(shè)置在一條測(cè)線上的多個(gè)相互連接的接收器。

其中，所述發(fā)射源包括第一接地電極和第二接地電極，所述第一接地電極和第二接地電極之間距離為第二預(yù)設(shè)距離。

其中，所述發(fā)射電極對(duì)的連線與所述分布式采集站的測(cè)線平行或者垂直。

本發(fā)明實(shí)施例以發(fā)射源在測(cè)線的端點(diǎn)為例進(jìn)行說(shuō)明，在測(cè)線的首端點(diǎn)布設(shè)第一接地電極，沿測(cè)線方向第二預(yù)設(shè)距離布設(shè)第二個(gè)接地電極，兩個(gè)接地電極之間的距離大小根據(jù)地質(zhì)任務(wù)確定；在測(cè)線上方向，距離第二個(gè)接地電極第一預(yù)設(shè)距離處，布設(shè)多個(gè)相互連接的具有一定距離的接收器，接收器之間的距離大小根據(jù)地質(zhì)任務(wù)確定，多個(gè)相互連接的接收器組成分布式采集站。

如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種瞬變電磁多道覆蓋觀測(cè)方法，包括：

在多個(gè)發(fā)射點(diǎn)通過發(fā)射電極對(duì)向地下注入發(fā)射電流；

依次由多個(gè)相互連接的接收器接收由發(fā)射電流產(chǎn)生的每個(gè)發(fā)射點(diǎn)的地下感應(yīng)信號(hào)；

根據(jù)分布式采集站獲得的瞬變電磁觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行波場(chǎng)轉(zhuǎn)換處理和數(shù)據(jù)延拓處理品獲得測(cè)線地下任一深度的虛擬地震數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述測(cè)線地下任一深度的虛擬地震數(shù)據(jù)，繪制測(cè)線地下虛擬地震斷面圖；根據(jù)虛擬地震斷面圖上同相軸的變化情況，確定地下巖性層分界面的起伏情況。

其中，根據(jù)分布式采集站獲得的瞬變電磁觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行波場(chǎng)轉(zhuǎn)換處理和數(shù)據(jù)延拓處理品獲得測(cè)線地下任一深度的虛擬地震數(shù)據(jù)包括：

通過波場(chǎng)轉(zhuǎn)換計(jì)算，將分布式采集站獲得的瞬變電磁觀測(cè)數(shù)據(jù)等效轉(zhuǎn)換為地面虛擬地震波場(chǎng)數(shù)據(jù)；

通過數(shù)據(jù)延計(jì)算，將轉(zhuǎn)換獲得的所述地面虛擬地震波場(chǎng)數(shù)據(jù)，獲得地下任一點(diǎn)的虛擬地震數(shù)據(jù)。

將分布式采集站獲得的瞬變電磁觀測(cè)數(shù)據(jù)等效轉(zhuǎn)換為地面虛擬地震波場(chǎng)數(shù)據(jù)，包括：

按照如下波場(chǎng)轉(zhuǎn)換公式,將分布式采集站獲得的瞬變電磁觀測(cè)數(shù)據(jù)等效轉(zhuǎn)換為地面虛擬地震波場(chǎng)數(shù)據(jù)：

$E(x,y,z,t)=\frac{1}{2\sqrt{{\mathrm{\πt}}^3}}{\∫}_0^{\mathrm{\∞}}{\mathrm{\τe}}^{-\frac{{\mathrm{\τ}}^2}{4t}}U(x,y,z,\mathrm{\τ})d\mathrm{\τ};$

其中，E(x,y,z,t)為分布式采集站瞬變電磁觀測(cè)數(shù)據(jù)，U(x,y,z,τ)為要轉(zhuǎn)換的虛擬地震波場(chǎng)數(shù)據(jù)，t為分布式采集站瞬變電磁數(shù)據(jù)時(shí)間，τ為虛擬地震波場(chǎng)數(shù)據(jù)時(shí)間。

將轉(zhuǎn)換獲得的所述地面虛擬地震波場(chǎng)數(shù)據(jù)，獲得地下任一點(diǎn)的虛擬地震數(shù)據(jù)，包括：

根據(jù)獲得的所述地面虛擬地震波場(chǎng)數(shù)據(jù)，利用從地面向地下遞推的方法，獲得地下任一點(diǎn)的虛擬地震數(shù)據(jù)。

將轉(zhuǎn)換獲得的所述地面虛擬地震波場(chǎng)數(shù)據(jù)，獲得地下任一點(diǎn)的虛擬地震數(shù)據(jù)，包括：

根據(jù)以下數(shù)據(jù)延拓公式，將通過轉(zhuǎn)換獲得的所述地面虛擬地震波場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，獲得地下任一點(diǎn)的虛擬地震數(shù)據(jù)，包括：

按照如下數(shù)據(jù)延拓公式,獲得地下任一點(diǎn)的地震數(shù)據(jù)：

$U(x,y,z,t)=-\frac{1}{4\mathrm{\π}}\underset{Q_0}{\∫\∫}\{\frac{\∂}{\∂n}\left(\frac{1}{r}\right)-\frac{1}{r}\frac{\∂}{\∂n}-\frac{1}{vr}\frac{\∂r}{\∂n}\frac{\∂}{\∂t}\}U(\mathrm{\ξ},\mathrm{\η},{\mathrm{\ζ}}_0,t+\frac{r}{v})dQ$

其中，U(x,y,z,t)是t時(shí)刻地下任一點(diǎn)(x,y,z)處的虛擬地震波場(chǎng)數(shù)據(jù)值，t是觀測(cè)時(shí)間，n為任一點(diǎn)(x,y,z)處的法向方向，是地表任一點(diǎn)處的虛擬地震波場(chǎng)數(shù)據(jù)值，Q₀是地表的測(cè)量區(qū)域，r為地面某個(gè)觀測(cè)記錄點(diǎn)至地下某個(gè)點(diǎn)的距離。

如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例以兩個(gè)發(fā)射點(diǎn)為例，說(shuō)明接收感應(yīng)信號(hào)的過程，通過第一接地電極和接二接地電極，向地下注入電流，由多個(gè)相互連接的具有一定距離的接收器，接收由發(fā)射電流產(chǎn)生的地下感應(yīng)信號(hào)，獲得第一個(gè)發(fā)射點(diǎn)的地下感應(yīng)信號(hào)，完成測(cè)線上首次觀測(cè)；多個(gè)相互連接的具有一定距離的接收器的位置保持不變，移動(dòng)第一接地電極和接二接地電極到測(cè)線上的第二個(gè)發(fā)射點(diǎn)，通過第一接地電極和接二接地電極，重新向地下注入電流，由多個(gè)相互連接的具有一定距離的接收器，接收由發(fā)射電流產(chǎn)生的地下感應(yīng)信號(hào)，獲得第二個(gè)發(fā)射點(diǎn)的地下感應(yīng)信號(hào)，完成測(cè)線上第二個(gè)發(fā)射點(diǎn)觀測(cè)。

如圖4所示，存在多個(gè)發(fā)射點(diǎn)時(shí)，依次類推，直到第二接地電極行移動(dòng)到測(cè)線的末端點(diǎn)。

一次觀測(cè)中，接收器接收到的信號(hào)反映的是該接收器與發(fā)射源中點(diǎn)處某一深度的地質(zhì)信息，該深度與發(fā)射源和接收器之間的偏移距成正比。這樣，第一接地電極和第二接地電極移動(dòng)到測(cè)線末端位置完成最后一次發(fā)射后，接收陣列接收到的信號(hào)就可以反映整個(gè)測(cè)線下方不同深度的地質(zhì)信息。由于偏移距大小對(duì)探測(cè)深度的影響，整個(gè)發(fā)射接收過程結(jié)束之后，接收陣列接收到的信號(hào)可反映的地質(zhì)區(qū)域?yàn)橐越邮贞嚵袃蓚€(gè)端點(diǎn)為頂點(diǎn)的一個(gè)“倒三角”區(qū)域，如圖5所示。這種多次覆蓋觀測(cè)系統(tǒng)有利于壓制隨機(jī)噪聲干擾，突出異常體的影響，提高觀測(cè)數(shù)據(jù)的整體質(zhì)量

實(shí)施例

實(shí)例測(cè)區(qū)在地質(zhì)上處于蘇橋-碼頭潛山構(gòu)造帶上，測(cè)區(qū)主要為第四系、第三系地層、上古生界的石炭-二疊系和下古生界奧陶系地層，厚度為4000-6000m，其電阻率小于15歐姆米，其下伏為奧陶系的灰?guī)r為高阻地層，幾百-2000歐姆米，儲(chǔ)油層為石炭-二疊系孔隙型砂巖油氣藏、河間潛山長(zhǎng)城系常州溝組裂縫型石英砂巖。構(gòu)造為單斜構(gòu)造，東淺向西傾斜。有很多斷裂存在。測(cè)線長(zhǎng)度6km，發(fā)射極距600m，接收極距＝50m。如圖6中示出測(cè)試線和地震剖面(圖6)。

在測(cè)線的首端點(diǎn)，布設(shè)第一個(gè)接地電極，沿測(cè)線方向一定距離布設(shè)第二個(gè)接地電極，兩個(gè)接地電極之間的距離大小根據(jù)地質(zhì)任務(wù)確定；在6km長(zhǎng)測(cè)線上布設(shè)接收器(間距60m)。

通過第一接地電極和接二接地電極，向地下注入電流(25A)，由多個(gè)相互連接的具有一定距離的接收器，接收由發(fā)射電流產(chǎn)生的地下感應(yīng)信號(hào)，完成測(cè)線上首次觀測(cè)；首次收發(fā)作業(yè)完畢之后，接收器保持不動(dòng)，沿測(cè)線同時(shí)移動(dòng)第一接地電極和接二接地電極600m，到測(cè)線上的第二個(gè)發(fā)射點(diǎn)，重新進(jìn)行發(fā)射；依次類推，直到第二接地電極行移動(dòng)到測(cè)線的末端點(diǎn)。

圖7是當(dāng)?shù)谝话l(fā)射電極與第二發(fā)射電極的中心點(diǎn)位于300m位置時(shí)，不同位置處(375，1375，2375，3375)接收器的測(cè)試信號(hào)迭加結(jié)果。

由于偏移距大小對(duì)探測(cè)深度的影響，整個(gè)發(fā)射接收過程結(jié)束之后，接收陣列接收到的信號(hào)可反映的地質(zhì)范圍為以接收陣列兩個(gè)端點(diǎn)為頂點(diǎn)的一個(gè)類似“倒三角”區(qū)域，這一區(qū)域的電性結(jié)構(gòu)可以通過電阻率斷面圖來(lái)表示。圖8是整個(gè)測(cè)線觀測(cè)完成后，形成的地下類似“倒三角”(倒梯形)區(qū)域視電阻率斷面圖。圖9是本發(fā)明實(shí)施例子的2D擬地震偏移成像同相軸剖面圖。

雖然本發(fā)明所揭示的實(shí)施方式如上，但其內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案而采用的實(shí)施方式，并非用于限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所揭示的核心技術(shù)方案的前提下，可以在實(shí)施的形式和細(xì)節(jié)上做任何修改與變化，但本發(fā)明所限定的保護(hù)范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書限定的范圍為準(zhǔn)。